Linearer spielfreier Stößelantrieb (Stößel)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528242266

Lineare Antriebssysteme in Werkzeugmaschinen sollen hohe Kräfte übertragen, um eine hohe Dynamik zu erzielen. Gleichzeitig soll die Positionierung so genau wie möglich erfolgen. Verschiedene Antriebssysteme haben spezifische Vor- und Nachteile. Die etablierten Systeme mit mechanischer Kraftübertragung wie Kugelgewindetriebe und Zahnstange-Ritzel-Antriebe besitzen primär das Problem des Umkehrspiels im Antriebsstrang, was die Positioniergenauigkeit verringert. Zur Kompensation bzw. zum Vermeiden des Umkehrspiels sind mechanische Zusatzkomponenten oder zusätzliche regelungstechnische Ansätze notwendig. Weiterhin begrenzen die punkt- oder linienförmigen Kontaktflächen die maximal übertragbare Kraft. Kugelgewindetriebe haben darüber hinaus aufgrund ihrer längenabhängigen Steifigkeit prinzipbedingt nur einen begrenzten Arbeitsbereich. Als Alternative zu bestehenden Systemen wird ein neuartiges lineares Antriebssystem vorgeschlagen, das spielfrei ist, eine erhöhte Steifigkeit besitzt und für beliebig lange Vorschubachsen verwendet werden kann. Das neuartige System ist ein Zahnstangenantrieb mit einzeln angetriebenen und ansteuerbaren Zähnen (Stößeln) mit gerader Zahnflanke. Dies führt zu einem tatsächlichen Flächenkontakt zwischen Einzelzahn und Zahnstange, was eine erhöhte Kraftübertragung ermöglicht. Durch eine geeignete Anzahl an Einzelzähnen und deren Anordnung kann Spielfreiheit im System sichergestellt werden. Im Vorfeld wurden erste Umsetzungsmöglichkeiten konzipiert. Im Rahmen des Forschungsprojekts soll dazu ein variabler Versuchsstand aufgebaut werden, der es erlaubt, verschiedene mechanische und steuerungstechnische Konzepte zu testen und deren Potential abzuschätzen. Das neuartige Konzept verspricht eine Alternative für lineare Antriebssysteme mit sehr hohen Anforderungen an die Antriebseinheit in den Bereichen Positioniergenauigkeit, Maximalkraft und Steifigkeit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler