Grundlagen der Vorspannungsadaption bei Kugelgewindetrieben mit Einzelmutter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495763297

Kugelgewindetriebe (KGT) bestimmen maßgeblich die erreichbare Dynamik und Genauigkeit von Vorschubachsen in Werkzeugmaschinen. Die Einstellung der Vorspannung des KGT stellt dabei einen wesentlichen Zielkonflikt dar. Eine hohe Vorspannung erhöht die dynamische Steifigkeit und damit auch die erreichbare Bearbeitungsqualität. Jedoch verringert eine höhere Vorspannung auch die Lebensdauer des KGT signifikant. Eine situative Vorspannungsadaption hat das Potential, die Lebensdauer von KGT deutlich zu erhöhen. Der Schwerpunkt der Forschung zur Vorspannungsadaption lag allerdings bislang bei Doppelmuttern. Bei diesen schränkt der Nachgiebigkeitseinfluss der Aktoren die minimal einstellbare Vorspannung ein und reduziert die Steifigkeit des KGT gegenüber konventionellen KGTs. Auch eine richtungsabhängige Steifigkeit resultiert aus diesen Aktoren. Bei Einzelmuttern hingegen ist eine Vorspannungsadaption durch eine radiale Verformung der Mutter, ohne Beeinträchtigung der Mutternsteifigkeit durch den Aktor, allerdings möglich. Das Hauptziel des Vorhabens ist es daher, grundlegende Erkenntnisse zur Gestaltung und zum Betrieb von Einzelmuttern-Kugelgewindetrieben mit adaptierbarer Vorspannung zu erlangen und deren Wechselwirkungen mit Zerspanprozessen hinsichtlich der Bearbeitungsqualität zu erforschen. Zunächst werden Gestaltungsgrundlagen für vorspannungsgeregelte Einzelmuttern-KGT erarbeitet und Untersuchungen zu deren Betriebs- und Genauigkeitsverhalten durchgeführt. Da bislang nur Doppelmuttern untersucht wurden, sind die Gestaltungsgrundlagen für Einzelmuttern mit veränderbarer Vorspannung grundlegend neu zu erarbeiten. In einer sich anschließenden zweiten Förderphase ist vorgesehen, den dann vorspannungsgeregelten KGT in eine Werkzeugmaschine zu integrieren und dessen Wechselwirkung mit dem Zerspanprozess zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen