Hydrostatic Guided Cylindrical Direct Drive for Lathes
Final Report Abstract
Im Rahmen des durchgeführten Projekts wurden ein funktionsfähiger Prototyp des Pinolendirektantriebs (PDA) aufgebaut und die Leistungsfähigkeit experimentell aufgezeigt. Zunächst wurde eine simulative Geometrieoptimierung des motorischen Antriebsmoduls durchgeführt, wodurch die Leistungsdichte mit einer sequentiellen nichtlinearen Programmierung im Vergleich zu einer analytischen Auslegung erhöht wurde. Anschließend wurde ein Fertigungskonzept des PDAs erarbeitet, welches die Anforderung zwei Wicklungsgruppen in einem Stator fertigungstechnisch zu integrieren berücksichtigte. Darauf aufbauend erfolgte die Fertigung des motorischen Moduls des PDAs. Zudem wurde ein Anordnungskonzept des Hydrostatikmoduls unter Berücksichtigung der hydrostatischen Lagerung und Klemmung erarbeitet, ausgelegt und anschließend gefertigt. Als Messsystemmodul wurde ein induktives Messsystem erarbeitet, welches die Positionserfassung der Kinematik des PDAs mit nur einer Maßverkörperung ermöglicht. Die dafür identifizierten Komponenten waren ein Abtastkopf je Bewegungsrichtung und eine gemeinsame Maßverkörperung, bestehend aus einem strukturierten Gitterblech. Nach der Montage aller Module des PDAs wurde eine erfolgreiche Inbetriebnahme durchgeführt. In diesem Schritt wurde die Anwendbarkeit einer industrieübliche P-PI-PI Kaskadenregelung für die Achsreglung der MKDA-Technologie nachgewiesen. Anhand einer H∞-Regelung wurde zudem das Potential der robusten Regelungstechnik zur Kompensation von mechanischen Schwingungen auf das Positionsmesssystem des Antriebs aufgezeigt. Anschließend erfolgte die Identifikation der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des PDAs. Dabei wurde insbesondere die Verkopplung der beiden Achsen untersucht. Zwischen den Wicklungsgruppen beider Achsen wurden sehr geringe gegeninduzierte Spannung gemessen. Zudem wurde bei gleichzeitiger Aktuierung beider Achsen ein maximaler Leistungsverlust von 10,6 % beobachtet. Eine achsunabhängige Positionierung ist damit dennoch uneingeschränkt möglich. Anhand von Zerspanuntersuchungen wurde abschließend die Eignung des PDAs für Werkzeugmaschinen verifiziert. Anhand der hohen Leistungsdichte sowie einer zur Vergleichsmaschine mit serieller Kinematik höheren Dynamik und geringerem Bauraumbedarf wurde Potential der MKDA-Technologie für Werkzeugmaschinen durch den PDA aufgezeigt.
Publications
- (2021) Design and optimization of a novel 2-DOF synchronous linear rotary drive, 21st international conf. of the european society for precision engineering and nanotechnology (euspen's), pp: 481-484
Denkena B, Bergmann B, Ahlborn P, Fuchs J
- (2021) Innovativer Pinolen-Direktantrieb für Werkzeugmaschinen, VDI-Z, Ausgabe 9, S. 40-43
Denkena B, Bergmann B, Ahlborn P
- (2021) Magnetintegrierte Führung verbessert Antriebe, MM – Maschinenmarkt, Ausgabe 5, S. 54-57
Denkena B, Bergmann B, Ahlborn P
- (2021) Neuartiger Mehrkoordinatenantrieb für Werkzeugmaschinen - Kombinierte Translations- und Rotationsbewegung mit nur einem Sekundärteil, mav, Ausgabe 1/2: S: 52-55
Denkena B, Bergmann B, Ahlborn P, Fuchs J, Litwinski K
- (2022) Linear-rotary direct drive for multi-functional machine tools, CIRP Annals, pp: 349-352
Denkena B, Ahlborn P
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cirp.2022.03.015) - (2022) Mehrkoordinatenantrieb reduziert Bauraumbedarf und Nachgiebigkeit, NC-Fertigung, Ausgabe 9, S. 62-65
Denkena B, Bergmann B, Ahlborn P
