Schwingführungsachse: Vorschubantriebssystem mit Schwingführungen zur Adaption des Reibverhaltens

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222148086

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Forschungsprojekt wurden zwei unterschiedliche Typen von Gleitführungen mit elektronisch steuerbarem Reibverhalten untersucht. Der Aufbau von Typ A entspricht einem diskreten Feder-Masse-Schwinger, während Typ B nach dem Prinzip der Wellenleitung konzipiert wurde. Zur Veränderung der Reibung kommt es aufgrund von Ultraschallschwingungen, welche durch Piezoaktoren angeregt und in die Kontaktbereiche der Gleitflächen geleitet werden. Hierdurch konnte die Haft- und Gleitreibung um bis zu 91% reduziert werden. Deutliche Unterschiede gab es bei der dazu benötigten Aktorspannung – der Führungstyp A benötigt für die Reibungsreduktion 500 V, der Führungstyp B erreicht dieselbe Reduktion schon bei 50 V. Bei beiden Führungstypen kann die Reibung in einem großen Bereich variiert werden. Innerhalb dieses Bereichs kann auch ein gewünschtes Reibverhalten vorgegeben werden. Hierdurch kann die für Vorschubantriebssysteme wichtige Dämpfung je nach Betriebsphase verändert sowie die Haft- und Mischreibungseffekte, die zu ungleichmäßigen Bewegungen führen, eliminiert werden. Untersucht wurde die Linearisierung der Reibung durch Kopplung der Aktorspannung mit der Vorschubgeschwindigkeit. Durch unterschiedliche Steigungen in der Reibungsvorgabe erhält das System unterschiedliche Dämpfungseigenschaften. Denkbar sind darüber hinaus auch andere Kopplungen, beispielsweise kann durch die Kopplung mit der Position ein Führungsverhalten erzeugt werden, das es erlaubt, an unterschiedlichen Stellen der Achse unterschiedliche Reibungs- und Dämpfungseigenschaften aufzuweisen. Schwierigkeiten bei den Untersuchungen ergaben sich aufgrund von Riefenbildung beim Einsatz von metallischen Schienen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Adaptive Friction Bearing for Reduction of Stick-Slip Effects. In: WGP Congress 2014. WGP Annals, 2014, 351-356
  Engel, T.; Lechler, A.; Verl, A.
  
• Reibadaptive Gleitführungen für Vorschubantriebssysteme = Friction adaptive sliding bearing, Institut für Steuerungstechnik (Universität Stuttgart), 2015. Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017, XIV, 110 S. ( Stuttgarter Beiträge zur Produktionsforschung;63). 978-3-8396-1165-4
  Engel, T.