Kugelgewinde - Fraunhofer

FRAUNHOFER-ALLIANZ ADAPTRONIK
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1 Virtueller Prototyp einer aktorischen Kompo-
nente für Verschleißausgleich in Kugelgewin-
detrieben
2 Demonstrator
Fraunhofer-Institut für Werkzeugma-
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VERSCHLEISSAUSGLEICH FÜR
KUGELGEWINDETRIEBE MITTELS
FGL-AKTORIK
Ausgangssituation
Vorspannung meist ein Kompromiss. Im Hin-
schinen und Umformtechnik IWU
blick auf die Verfügbarkeit der Maschine hat
Das Einstellen der Vorspannung an Kugelge-
dies zur Folge, dass ein Kugelgewindetrieb
Nöthnitzer Straße 44
windetrieben (KGT) unterliegt einem Zielkon-
präventiv und damit vermutlich weit vor der
01187 Dresden
flikt zwischen hoher Vorspannung zur präzisen
eigentlichen Lebensdauer oder reaktiv im
Positionierung und geringer Vorspannung zum
direkten Schadensfall getauscht wird. Durch
reibungs- und verschleißarmen Betrieb. Aus
eine zustands- oder belastungsorientierte
Ansprechpartner
dem Stand der Technik sind diverse technische
Wartungsstrategie kann die Verfügbarkeit
Tom Junker
Lösungen bekannt, welche eine Änderung der
deutlich erhöht werden. Dennoch ist aus Sicht
Telefon +49 351 4772-2435
Vorspannung zulassen. Als Aktorik kommen
der Anwender in Bezug auf zur Verfügung
[email protected]
sehr
stehende Ressourcen ein sparsamer Umgang
unterschiedliche
Mechanismen
zum
Einsatz. Angefangen von einfachen Systemen,
www.iwu.fraunhofer.de
gewünscht.
bei denen eine geschlitzte KGT-Mutter mittels
einer Stellschraube verwendet wird, über
Motivation
hydraulische und elektromechanische Antriebe
bis hin zu hochkomplexen Ansätzen auf Basis
Es stellte sich deshalb die Frage, ob es eine
von piezokeramischen Aktoren. Abgesehen
alternative Möglichkeit zu den aus dem
von der geschlitzten Einzelmutter konnte sich
Stand der Technik bekannten Varianten der
keines der genannten Systeme im breiten
Einstellbarkeit gibt, welche einer Reduzierung
kommerziellen Markt etablieren.
der Vorspannung entgegen wirken kann,
Durch die zunehmende flexible Fertigung
ohne gleichzeitig deren Nachteile zu besitzen.
können die exakten Betriebsbedingungen
Als neuer vielversprechender Lösungsansatz
nicht vorherbestimmt werden und die An-
stellten sich thermische Formgedächtnislegie-
forderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit
rungen (FGL) heraus. Diese werden bereits in
variieren. Aus diesem Grund ist die gewählte
unterschiedlichen Branchen wie der Luft- und
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3 Demonstrator mit Aktorik
4 Anwendungsbeispiele
Raumfahrt, in jüngster Vergangenheit auch
Legierung der FG-Aktoren eine Umwand-
genauigkeit, im Falle einer Störung oder eines
in der Automobiltechnik, eingesetzt und
lungstemperatur besitzt, die über der Tem-
Ausfalls der Vorschubachse die Gebrauchs-
sind unlängst, aufgrund ihrer einzigartigen
peratur des KGT liegt. Die derzeitige Aktorik
dauer des KGT temporär wieder herzustellen.
Fähigkeiten, aus der Medizintechnik nicht
ist für Anwendungen in Vorschubachsen mit
Damit wird die Verfügbarkeit erhöht und
mehr wegzudenken.
Doppelmuttersystem geeignet und wird als
Wartungszeiten
Substitution zu der zwischen den Teilmuttern
Einsatzmöglichkeit
befindlichen Abstandsscheibe eingesetzt. Die
Kugelgewindetriebe vor der Endmontage in
Aktorik kann durch geringfügige Anpassun-
eine Werkzeugmaschine nicht erst eingelau-
Im Rahmen des BMWi geförderten Projekts
gen neben Kugelgewindetrieben, die mit ei-
fen werden müssen, um die zu Beginn der
„LastPass“ wurde deshalb als Teilaspekt eine
ner Passfeder gesichert werden, auch in KGT
Lebensdauer auftretenden Verschleißerschei-
Verschleißkompensation von Kugelgewinde-
mit UNILOCK o.ä. verbaut werden. Bezüglich
nungen zu umgehen oder diese mit überhöh-
trieben mittels FGL-Aktoren angestrebt. Im
der
wurde
ten Vorspannungen zu kompensieren. Der
Gegensatz zu bisherigen Ansätzen eignen
darauf geachtet, dass die Gesamtsteifigkeit
Vorspannungsverlust könnte zukünftig durch
sich
außerordentliche
durch das neue System nur in geringem
das Schalten der Aktorik umgesetzt werden.
Robustheit und hohe volumenspezifische
Maße beeinflusst wird. Die erzielte Steifigkeit
Und durch die Verwendung einer seriellen
Leistungsdichte hervorragend für das an-
der Aktorik liegt über der Einzelsteifigkeit des
Anordnung mehrere Aktoren könnte auch
visierte Ziel. Damit dient „LastPass“ auch
Kugel- und Laufbahnenbereichs.
ein vielfaches Schalten zu unterschiedlichen
Lösungsansatz
diese
durch
ihre
mechanischen
Eigenschaften
dem Zweck, die Bekanntheit von FGL im
Bereich des Maschinenbaus zu erhöhen,
reduziert.
besteht
Eine
darin,
weitere
dass
Zeitpunkten realisiert werden, in dem unterFunktionsnachweis
Hemmnisse gegenüber diesen innovativen
schiedliche Legierungen mit unterschiedlichen
Umwandlungstemperaturen
verwendet
Funktionswerkstoff abzubauen und weitere
Abschließend wurde die Funktionalität der
Einsatzmöglichkeiten zu eröffnen. Für die Ent-
Komponente in einem KGT unter realen
wicklung der Komponente wurde zunächst
Einsatzbedingungen verifiziert. Hierfür wurde
ein beispielhafter Prozess und Kugelgewin-
der KGT (40 mm Durchmesser, 10 mm Stei-
detrieb ausgewählt, welche beide eine hohe
gung) mit einer reduzierten Vorspannung und
Das IGF-Vorhaben 17637 BR der Forschungs-
Verbreitung besitzen. Anhand dieser wurden
entsprechender Aktorik verbaut. Durch das
vereinigung VDW wurde über die AiF im
intensiv die thermischen Randbedingungen
einmalige Aktivieren der Aktorik konnte das
Rahmen des Programms zur Förderung der
während des Betriebs an der KGT-Mutter
Reibmoment von eingangs ca. 30 Ncm auf
Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
und zum Teil an der KGT-Spindel ermittelt.
durchschnittlich ca. 45 Ncm erhöht werden.
vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Diese dienten als Eingangskennwerte, um
Mittels der FGL-Aktorik ist es möglich,
Energie aufgrund eines Beschlusses des Deut-
sicherzustellen, dass die zu verwendende
bedarfsgerecht bei sinkender Bearbeitungs-
schen Bundestages gefördert.
Herausgeber:
Fraunhofer-Allianz Adaptronik
Postfach 10 05 61
64205 Darmstadt
Tel: +49 6151 705-236
Fax: +49 6151 705-214
[email protected]
www.adaptronik.fraunhofer.de
Geschäftsführer:
Heiko Atzrodt
Allianzsprecher:
Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz
werden.
Danksagung

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