Aufrufe
vor 1 Jahr

DER KONSTRUKTEUR 11/2015

DER KONSTRUKTEUR 11/2015

AKTUELL I FORSCHUNG

AKTUELL I FORSCHUNG Führungsreibung per Knopfdruck verändern Ein neues Gleitführungsprinzip mit steuerbarem Reibverhalten Tobias Engel, Armin Lechler In einem Forschungsprojekt werden Gleitführungen mit integrierter Ultraschalltechnik untersucht. Diese Technologie ermöglicht den Aufbau von Gleitführungen mit elektronisch steuerbarem Reibverhalten. Üblicherweise bestimmen Materialpaarung und Schmierstoffe das Reibverhalten von Führungen. Vor allem bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an Gleichmäßigkeit und Präzision wird ein möglichst lineares Reibverhalten ohne Haften und Stick-Slip gefordert. Als Konstruktionselemente stehen Gleitlager, Wälzlager und fluidostatische Lager zur Verfügung die sich in Preis, Montage- und Wartungsaufwand stark unterscheiden. Gleitführungen verfügen über sehr gute Dämpfungseigenschaften und hohe Steifigkeiten, jedoch stören hier hohe Haftreibungskräfte und das unstetige Verhalten beim Anfahren aus dem Haftreibungszustand. Bei Wälzführungen ist das Haften weniger stark ausgeprägt, jedoch verringern die Wälzkontakte die Dämpfungseigenschaften und die Steifigkeit. Weiterhin werden zur Reinhaltung von Wälzführungen oft Dichtelemente eingesetzt die wiederum die Leichtgängigkeit durch zusätzliche Reibung beeinträchtigen. rung von Reibkräften bereits bei Prozessen wie dem Ultraschallfräsen und dem Ultraschallschneiden zum Einsatz. Am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart wurde eine Methode entwickelt diesen Effekt auf Führungselemente zu übertragen. Dabei entstand eine neue Art von Gleitführung – die Schwingführung. In der Schwingführung integrierte Piezoaktoren regen die Gleitkontaktfläche zur Schwingung an. Bereits mit Spannungen von 40 V werden damit Schwingungsamplituden im µm-Bereich erreicht, wodurch hohe Relativgeschwindigkeiten im Kontaktbereich erzeugt werden und damit das Reibverhalten verändert wird. Durch den Betrieb im Ultraschallbereich ist die Schwingung nicht hörbar. Die Herausforderung bei der Gestaltung von Schwingführungen liegt darin, einerseits hohe Relativschwinggeschwindigkeiten zu ermöglichen, während gleichzeitig eine hohe Steifigkeit gegenüber Belastungskräften erreicht werden soll. Bei dem hier Adaptive Schwingführung Die Grundidee des Forschungsprojekts – Adaptive Schwingführung – ist die aktive Veränderung des Reibverhaltens von Gleitführungen mittels Ultraschalltechnik. Industriell kommt Ultraschall zur Verände­ Dipl.-Ing. Tobias Engel, Dr.-Ing. Armin Lechler, ISW Universität Stuttgart Aufbau der Gleitführung Darstellung des Reibverhaltens 8 Der Konstrukteur 11/2015

Was halten Sie davon? Gerhard Baus, Prokurist Gleitlagertechnik, igus GmbH, Köln „Steuerbares Reibverhalten eröffnet viele neue Möglichkeiten; allein die Idee beflügelt die Phantasie. Natürlich wird es darauf ankommen, wie dieses technisch und wirtschaftlich umsetzbar sein wird. Im Bereich der Gleitführungen beschreibt der Autor ja bereits mögliche Anwendungsfelder. Daher bin ich gespannt wie sich steuerbares Reibverhalten im konkreten Einsatz verhalten wird.“ MACH LED PLUS.forty MA XIMALES LICHT FÜR MINIMALEN PL ATZ. Was halten Sie davon? Dietmar Rudy, Director Product Development / Business Unit Linear-Technology Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Homburg/Saar „Ein interessanter Ansatz, die Reibung einer Gleitführung zu verringern, nämlich die Technologoie der Ditherfrequenz in der Hydraulik zu übertragen auf Gleitflächen. Somit können geringe Reibbeiwerte von etwa 0,008 erzeugt werden. Das sind Reibwerte, die man auch von Wälzführungen her kennt. Es ist möglich mit Rollenumlaufeinheiten ohne zusätzliche Dichtungspakete sogar Reibwerte von etwa 0,001 zu erzielen, besonders bei hohen Belastungen ohne zusätzliche Dichtungspakete. Bei einem Führungssystem wird aber die Reibung hauptsächlich durch die Abdichtung bestimmt. Das wird auch bei einer Gleitführung nicht anders sein. Der Nutzen der adaptiven Reibung kann durch die Reibung der Dichtsysteme schnell zunichte gemacht werden. Es gilt also stets abzuschätzen, wo genau die Einsatzgebiete des Führungssystems liegen.“ vorgestellten Konzept gelang eine Entkopplung beider Eigenschaften: Führungskräfte werden ohne auf Biegung belastete Teile direkt auf die Schiene übertragen, während ein Resonator die vom Piezoaktor induzierte Schwingung verstärkt und gezielt in die Reibflächen einleitet. Erste Versuchsergebnisse Mit dem Demonstrator konnte die Gleitreibung im trockenen Betrieb von µ = 0,083 im passiven Zustand auf µ = 0,008 im aktiven Zustand um über 90 % reduziert werden. Dieser Effekt macht sich vor allem bei der Feinpositionierung bemerkbar denn im aktiven Zustand lässt sich die Führung bereits durch geringe Antriebskräfte gleichmäßig verfahren. Soll der Führungswagen in einer Position gehalten werden, ermöglicht es diese Technik die volle Haftreibung einer Gleitführung zu nutzen. Für die Bewegung oder Feinpositionierung wird dann per Knopfdruck die Reibung ausgeschaltet und der Positioniervorgang kann ohne Stick-Slip und Haften in hoher Präzision erfolgen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es diese Technik ermöglicht der Führung eine gewünschte Reibcharakteristik aufzuprägen. Dies erlaubt beispielsweise die Veränderung der viskosen Steigung der Es ist wie eine elektronische Schmierung – nur ohne Schmierstoff Reibkennlinie und somit eine Veränderung des Dämpfungsverhaltens in Bewegungsrichtung. In der weiterführenden Forschung werden das Verschleißverhalten und der optimale Betrieb der Schwingführung untersucht. Der Autor dankt der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG für die Finanzierung der Forschungen. www.isw.uni-stuttgart.de Nürnberg 24. – 26.11.2015 Halle 8, Stand 406 • Kompaktes Format mit 40 mm Durchmesser in vier Längen • Homogenes LED - Licht mit enger oder breiter Abstrahlung • Resistent gegen viele KSS, Vibrationen und hohe Temperaturen • Durchverdrahtete Varianten zur elektrischen Verkettung Herber t Waldmann GmbH & Co.KG sales.germany@waldmann.com w w w.waldmann.com/mlp40

AUSGABE