Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)

Dynamiksimulation von Linearlagern

Immer häufiger wird die Linearführung integraler Bestandteil komplexer Baugruppen (Werkzeugmaschinen, Feinmechanik, usw.). Deshalb ist es für den Hersteller von Linearführungen wichtig, schon in der Entwicklungsphase über statische und dynamische Systemeigenschaften präzise Vorhersagen treffen zu können.

Gerade auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen sind die Anforderungen an die Linearführungen enorm gestiegen. Neben höheren Anforderungen an die Belastbarkeit, Verfahrgeschwindigkeit und -beschleunigung wird von neuen Maschinengenerationen auch höhere Genauigkeit verlangt.

Dynamiksimulation

Im Hinblick auf eine zeitgemäße Produktentwicklung ist es wünschenswert, das dynamische Verhalten von Linearführungseinheiten sowohl am Gesamtsystem, als auch im Detail (u. a. unter Berücksichtigung der Struktursteifigkeiten) analysieren zu können.

Die hier vorgestellten Modelle von Lineareinheiten dienen zur Simulation von Bewegungsabläufen unter variierenden Einflussparametern, wie z.B. Belastungen, Achstypen, Anzahl der Achsen, Befestigungsarten und kinematische Parameter (v, a, t). Der modulare Aufbau der Simulationsmodelle ermöglicht dabei Vorhersagen bezüglich der produktspezifischen Eigenschaften, wie z. B. Steifigkeit, Tragfähigkeit und Ablaufgenauigkeit für beliebige Achskonfigurationen

Systembetrachtung:

Im Rahmen einer Systembetrachtung wird das Verhalten einer Linearachse in einer kommerziellen Mehrkörpersimulationsumgebung untersucht.

Das Hauptaugenmerk der Untersuchungen liegt dabei auf den Eigenformen (Film) und –werten bei unterschiedlichen Aufspannungen unter Berücksichtigung der Flexibilität von Hauptkörper, Schienen, Spindel und Verbindungselementen. Die dazu erforderlichen flexiblen Komponenten und Steifigkeitskennwerte werden mittels der FEM analysiert und in das MKS-Modell eingebunden.

Bezüglich des dynamischen Modellverhaltens werden Abklingkurven bei der Untersuchung der Positionierzeiten abhängig von Lage und Belastung analysiert. Dazu wird der ortsveränderliche Lastangriffspunkt zwischen Wagen und der elastischen Schienenstruktur modelliert. Der parametrische und modulare Modellaufbau ermöglicht die schnelle Untersuchung verschiedener Mehrachssysteme (Film).

Detailbetrachtung:

Im Rahmen einer Detailbetrachtung (Film) der Vorgänge im Inneren des elastischen Wagenkörpers einer Kugelschienenführung werden die Steifigkeiten und Ablaufgenauigkeiten untersucht. Zur realitätsnahen Abbildung der Verfahrgenauigkeit ist dazu eine hoch auflösende Beschreibung des Einzelkontakts im Modell enthalten.

Literatur:

  • Teutsch, Roman: Kontaktmodelle und Strategien zur Simulation von Wälzlagern und Wälzführungen, Diss. TU Kaiserslautern, Maschinenelemente und Getriebetechnik Berichte Bd. 01/2005, ISBN 3-936890-73-0.
  • Scheuermann, M.; Aul, E.; Sauer, B.: Simulation des dynamischen Verhaltens von Linearachsen mittels modularer Modellstrukturen, VDI Tagung „Gleit- und Wälzlagerungen 2006“, 30. und 31.Mai 2006 Wiesloch bei Heidelberg.
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