Medienfreies und berührungsloses Mehrkoordinaten-Positioniersystem unter Verwendung von Ultraschall-Levitation und Magnetischen Führungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Jörg Wallaschek
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456453238

In den vorangegangenen DFG-Projekten wurde die Eignung der Technologiekombination aus Ultraschall-Levitation und Magnetführung zum Einsatz als Führungssystem in Werkzeugmaschinen untersucht. Die mit dieser Technologiekombination erzielte verhältnismäßig geringe Nachgiebigkeit der Führung ist besonders für die Präzisionsfertigung von Interesse. Zudem erlauben die genannten Technologien aktive Eingriff in Form von Stellbewegungen, beispielsweise zur Bahnkorrektur im Mikrometerbereich sowie zur aktiven Struktur- und Prozessdämpfung. Zusätzlich arbeitet die Führung umgriff- und medienfrei. Auf diesen Technologien aufgebaute adaptive Maschinenstrukturen haben erhebliches Potential zur Leistungssteigerung von Präzisionsmaschinen zu erwarten. Dabei sind die bereits erforschten Ultraschall-Levitationsaktoren (ULA) unter anderem durch thermisch bedingte Dehnungen der Aktoren hinsichtlich der Positioniergenauigkeit stark eingeschränkt. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens liegt daher in der Erforschung von Methoden zur Temperaturkompensation und Traglaststeigerung, um den erfolgreichen Einsatz dieser Technologiekombination in spanenden Werkzeugmaschinen für die Präzisionsbearbeitung zu ermöglichen. Zur Erreichung des Ziels wird ein Modell zur Auslegung von neuartigen ULA entwickelt. Das Modell dient zur Beschreibung der Wirkzusammenhänge zwischen Zeitvarianz, Regelstrategie, Aktorkonzept und thermischen Einflüssen auf das strukturdynamische Systemverhalten der ULA. Neben der Tragkraftsteigerung ist die Reduzierung der Verlustleistung der ULA sowie derer thermisch bedingter Dehnung entscheidend bei der Aktorauslegung.Es wird ein Versuchsträgeraufbau für ein Sechs-FHG-Mikropositioniersystem aufgebaut und mit den neuartigen ULA in Betrieb genommen. Der Versuchsträgeraufbau wird genutzt um unterschiedliche Aktorkonzepte zu vergleichen und zu bewerten sowie neue Regelstrategien zu erproben. Sowohl die Magnetaktoren als auch die ULA werden als Stellglieder verwendet, um unter andern die Nachgiebigkeit der Lagerstellen zu beeinflussen und nicht zu vermeidende Systemeigenschwingungen zu dämpfen. Zur energieeffizienten und robusten Regelung der ULA werden die entwickelten Regelstrategien in eine neue, schnelle Hardware implementiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen