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DER KONSTRUKTEUR 9/2015

DER KONSTRUKTEUR 9/2015

WERKZEUGMASCHINEN I

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL Niedrigere Wellen schlagen Torsionsschwingungen an Werkzeugmaschinen reduzieren mit der passenden Kupplung Heutige CNC-gesteuerte Werkzeugmaschinen stellen höchste Anforderungen an Gleichlaufeigenschaft und Positioniergenauigkeit sowie an das statische und dynamische Verhalten. Um den Ansprüchen hinsichtlich der Regeldynamik gerecht zu werden, muss das Gesamtsystem, bestehend aus der numerischen Steuerung, dem Transistorpulsumrichter, dem Vorschubantrieb und dem Wellenstrang der Werkzeugmaschine, optimal aufeinander abgestimmt sein. Durch die Wahl einer geeigneten Wellenkupplung ist eine wirtschaftliche Optimierung möglich. Die im drehenden Strang vorhandenen Maschinenbauteile sind elastische und massenbehaftete Elemente. Ungünstige Massen- und Steifigkeitsverteilungen führen zu Torsionseigenfrequenzen im Betriebsbereich, die in Wechselwirkung mit den Regelkreisen verstärkt werden können. Bei negativen Rückwirkungen der kritischen Resonanzen wird die Oberflächenqualität der Werkstücke dabei extrem vermindert. Zur Dämpfung dieser kritischen Resonanz sind prinzipiell zwei Wege möglich: der elektrische und der konstruktive. Bei der elektrischen Variante werden die Amplituden der Schwingung gedämpft, dadurch kommt es aber zu einer Phasenverzögerung, welche die Summe der kleinen Zeitkonstanten wesentlich erhöht und die Regelung dadurch verlangsamt. Eine Dynamikverbesserung kann bei derartigen Frequenzen nicht erreicht werden. Kritische Resonanz konstruktiv ändern Um die kritische Resonanz konstruktiv zu ändern, müssen Trägheitsmoment und Steifigkeit von An- und Abtriebsstrang berücksichtigt und aufeinander abgestimmt werden, da die Gesamtsteifigkeit der Positioniereinheit durch die Reihenschaltung der einzelnen Elemente gegeben ist. In dieser Anordnung wird die Steifigkeit allein durch das schwächste Glied der Kette, sprich durch die Axialsteifigkeit der Kugelrollspindel, bestimmt. Eine zu hohe Drehfedersteifigkeit der Kupplung, wie z. B. bei Ganzmetallkupplungen, begünstigt Schwingungen, die die Drehzahlregeldynamik begrenzen; zudem haben diese Kupplungen ein ungünstig hohes Trägheitsmoment. Um den hohen Anforderungen an die Positioniereinheiten in Sachen Gleichlaufeigenschaft, Positioniergenauigkeit sowie statisches und dynamisches Verhalten gerecht zu werden, empfiehlt sich bei der Kupplungsauslegung zu beachten, dass das Trägheitsmoment der Kupplung möglichst gering ist; dadurch benötigt der Motor beim Beschleunigungsvorgang weniger Moment, also Leistung. Des Weiteren muss die Steifigkeit der Kupplung nur höher sein als die geringste Steifigkeit der Achse. Zudem sollte die Kupplung gute Dämpfungseigenschaften besitzen. Spielfreie Elastomerkupplungen erfüllen die geforderten Eigenschaften und bieten viele Vorteile beim Einsatz in lagegeregelten Servoantrieben. Drehelastische Wellenkupplung Mit der Rotex GS hat KTR seit Jahrzehnten ein Kupplungssystem am Markt, das nicht nur sehr gute Ergebnisse an üblich ausgelegten Werkzeugmaschinenvorschub- 68 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN Wussten Sie schon, dass türkische Maschinen in 200 Länder exportiert werden! 01 Darstellung der Einbausituation eines Kugelgewindetriebs mit einem Festlager Wussten Sie schon, dass mehr als 60 % der Maschinenexporte in die EU und USA gehen! antrieben erzielt. Auch in anspruchsvollen Antrieben hat sie sich unter extremen Bedingungen als einfache und hochdynamische Lösung bewährt. Der Kupplungstyp zeichnet sich durch ein geringes Trägheitsmoment und eine angepasste, dynamische Steifigkeit aus, die zwei- bis dreimal höher ist, als die eines Riementriebs. Damit erreicht die Kupplung eine Entkopplung höherfrequenter und störender Eigenfrequenzen, z. B.: Spindeltorsion, und bewirkt ein gutes Regelverhalten des gesamten Systems. Drehsteifigkeit und Dämpfung der Kupplung lassen sich auf einfache Weise durch Hohe Leistungsdichte Das Kupplungsprinzip der Rotex GS ermöglicht eine besonders einfache Steckmon tage. Durch axiales Ineinanderschieben von An und Abtriebsseite wird die Verbindung in einem geschlossenen Gehäuse geschaffen, ohne dass nachträglich Nabensicherungen durch eingeengte Gehäuseöffnungen vorgenommen werden müssen. Die verhältnismäßig große Zahnkranzbreite ermöglicht Axialverschiebungen mit Aufnahme von Winkel- und Radialverlagerungen infolge von Fertigungs- und Wussten Sie schon, dass die Türkei der 6. größte Maschinenhersteller Europas ist! Die steckbare Wellenkupplung entkoppelt höherfrequente und störende Eigenfrequenzen und bewirkt ein gutes Regelverhalten des Systems Wussten Sie schon, dass es mehr als 5.000 Maschinenhersteller in der Türkei gibt! die Wahl aus fünf verschiedenen Zahnkranzhärten, zu erkennen an der unterschiedlichen Färbung der Zahnkränze, dem Einsatzfall anpassen. Bei herkömmlichen spielfreien Ganzmetallkupplungen ist dies nur durch Veränderung ihrer Masse oder der Stegstruktur möglich. Montageungenauigkeiten. Ein Nachjustieren, wie es üb licherweise bei einteiligen Kupplungen der Fall ist, ist nicht erforderlich, da je nach Kupplungsgröße eine Axialverlagerung von 1 bis 2 mm ohne Leistungsminderung und Standzeitverkürzung aufgenommen werden kann. Wussten Sie schon, dass sich die F&E Ausgaben des Maschinenbaus in der Türkei in den letzten 10 Jahren verdoppelt haben! 02 Verhältnis der Steifigkeit eines Linearsystems mit einem Festlager Hall 3, Stand 3502 Der Konstrukteur 9/2015 69 Turkish Machinery.indd 1 21.08.2015 11:12:01

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