Entwicklung der Grundlagen für die simulationsgestützte Analyse von Profilschienenführungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Profilschienenführungen (PSF) stellen bei industriell eingesetzten Führungssystemen zur Realisierung linearer Bewegungen mit hohem Genauigkeitsanspruch den überwiegenden Anteil. Da PSF in der Regel Kernfunktionen in Anlagen übernehmen, wirkt sich die Verbesserung der Eigenschaften von PSF meist auch günstig auf die Eigenschaften der Gesamtanlage aus. Eine ständige Weiterentwicklung dieser Komponenten ist daher von großer Bedeutung. Ein Trend bei neuesten Anlagen führt zu immer schnelleren Verfahrgeschwindigkeiten bewegter Baugruppen. Entsprechend sind auch Führungssysteme für diese Geschwindigkeiten erforderlich. Bei PSF mit Stahlkugeln werden Verfahrgeschwindigkeiten bis 5 m/s zugelassen. Bei höheren Geschwindigkeiten bis 10 m/s werden PSF mit Keramikwälzkörpern eingesetzt. Keramikwälzkörper sind jedoch preisintensiver, so dass nach konstruktiven Lösungen gesucht werden muss, z. B. auch mit Stahlkörpern höhere zulässige Verfahrgeschwindigkeiten zu erreichen. Die Bewertung der Detailgestaltung von PSF erfolgt bisher häufig auf der Basis von experimentell gewonnenen Daten oder auch FEM-Untersuchungen. Da diese Methoden vorwiegend auf statischen Ansätzen beruhen aber davon ausgegangen werden kann, dass mit höheren Geschwindigkeiten die dynamischen Effekte bei der Wälzkörperbelastung zunehmen, werden neue, das dynamische Verhalten berücksichtigende Vorgehensweisen benötigt. Vorhabensziel war daher die Entwicklung von modellgestützten Verfahren, die eine quantifizierte Ermittlung der beim Betrieb innerhalb von PSF mit Kugelwälzkörpern (KPSF) ablaufenden Bewegungsvorgänge sowie der resultierenden Lastverteilungen und der Geradheitsabweichungen ermöglichen. In der Konstruktionsphase sollen damit verschiedene KPSF-Gestaltungsvarianten untersucht und bewertet werden können, um die Basis für zielgerichtete Gestaltungsänderungen zu schaffen. Das hier vorgestellte Verfahren zur Analyse bewegter KPSF basiert auf der Methode der Simulation im Zeitbereich und der Schaffung der mathematischen und physikalischen Grundlagen zur Beschreibung der Geometrie, der auftretenden Belastungen und Deformationen sowie der Bewegungsabläufe. Die Zielstellung wurde durch die Abarbeitung der Schwerpunkte Modellblldung, -abgleich und -anwendung erreicht. Die Modellbildung hatte zunächst die Analyse der relevanten, charakteristischen Verhaltensbereiche und Mechanismen zum Ziel, um äquivalente Teilmodelle ableiten zu können und schließlich daraus ein Gesamtmodell zu verknüpfen. Der Abgleich des Gesamtmodells erfolgte anhand vom experimentell ermittelten Verhalten. Ergebnis des Vorhabens sind zum Einen das Modell des PSF-Wagens selbst, welches erstmalig die komplexen Wechselwirkungen innerhalb der KPSF analysierbar macht, und zum Anderen die ersten Analyseergebnisse, welche die Funktionsfähigkeit des Modells nachweisen und die Anwendungspotenziale demonstrieren. Damit wurde eine Grundlage für weiterführende Arbeiten in enger Zusammenarbeit mit den Entwicklungsabteilungen der Hersteller von KPSF geschaffen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Kugel-Profilschienenführungen - Konzept und Vorbereitungsuntersuchungen zur Simulation der inneren Wechselwirkungen zwischen deren Komponenten. ZWF 103 (2008)10, S. 671-675
Großmann, K.; Neidhardt, L.
