Energieeffizientes Relativführungskonzept für ruckentkoppelte Vorschubachsen

Vorschubantriebe in Werkzeugmaschinen haben die Aufgabe die Relativbewegung
zwischen Werkzeug und Werkstück in der gewünschten Achsrichtung zu realisieren.
Gestiegene Anforderungen an die Dynamik und Genauigkeit von Vorschubachsen,
speziell bei Werkzeugmaschinen, erfordern neue Konzepte zur Bewegungserzeugung.
Vor diesem Hintergrund wurden Lineardirektantriebe entwickelt. Aufgrund der
hohen möglichen Dynamik, mussten in der Vergangenheit in den Steuerungen die
Maximalbeschleunigungen und Maximalrucke begrenzt werden, da ansonsten hohe
Gestellschwingungen auftraten. Um diese Produktivitätsbegrenzung zu umgehen,
wurden die ruck- oder impulsentkoppelten Technologien entwickelt. Bei diesen entkoppelten
Aufbauten wird das Sekundärteil eines Lineardirektmotors in Achsrichtung
relativ zum Grundgestell geführt und über Feder und Dämpfer an dieses gekoppelt.
Hierdurch ist eine Filterung der dynamischen Kräfte möglich und nur die tieferen Frequenzen
gelangen zum Grundgestell. Kritische Schwingungen werden deutlich
reduziert. Der Nachteil dieser Systeme, speziell bei langen Achsen, lag bislang im
Bereich der Komplexität, der Wirtschaftlichkeit und der Energieeffizienz.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Technologie der impuls- oder ruckentkoppelten Vorschubachsen
weiterzuentwickeln und für den Einsatz in Achsen mit langen Achswegen
zu transferieren. Bei diesem Ziel ist die Betrachtung der Verlustenergien ein
entscheidender Punkt.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein neues Führungskonzept für ruckentkoppelte
Vorschubachsen vorgestellt. Durch dieses Relativführungskonzept wird ein
wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht und die Energieeffizienz deutlich gesteigert. Das
Konzept ist in drei Bereiche gegliedert. Die in der Ruckentkopplung zusätzlich entstehenden
Verlustenergien werden minimiert, sie werden mechanisch nutzbar gemacht
und eine Energierückgewinnung ermöglicht.