Schleifmaschine mit adaptronisch erhöhter statischer und dynamischer Steifigkeit
Final Report Abstract
Das übergeordnete Ziel des Projektes über die gesamten Förderzeiträume war die Steigerung der statischen und dynamischen Steifigkeit einer Schleifmaschine durch adaptronische Maßnahmen. Die ersten beiden Förderzeiträume befassten sich unter anderem mit der Analyse des Versuchsträgers und einer ersten Umsetzung des entwickelten adaptronischen Konzeptes in den Versuchsträger. Aus den gewonnenen Erkenntnissen der experimentellen Modalanalyse wurden geeignete Einbaustellen für die im Projekt entwickelten aktiven Module, bestehend aus Aktor und Sensor, identifiziert. Mit Hilfe der integrierten aktiven Module und einem angepassten Regelungskonzept konnte bereits im vergangenen Förderzeitraum die dynamische Steifigkeit erhöht werden. In dem zurückliegenden Förderzeitraum wurde zusätzlich zur Optimierung der dynamischen Steifigkeit die Erhöhung der statischen Steifigkeit erarbeitet. Des Weiteren wurde eine Optimierung des bereits vorliegenden Funktionsmusters vorgenommen. Durch die konstruktive Optimierung ist eine Arbeitsraumvergrößerung der Schleifmaschine erreicht worden, um somit größere Bauteile zu bearbeiten. Die Optimierung der Regelung zur Reduzierung der selbsterregten Schwingungen konnte um die Dämpfung einer weiteren kritischen Mode erweitert werden. Zur Senkung der Anschaffungskosten wurden alternative Sensoren (MEMS-Beschleunigungssensoren) auf ihre Einsatzmöglichkeit hin getestet und ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass sich diese Sensoren für niedrige Frequenzen eignen, in höheren Frequenzen es aber zu Einschränkungen kam. Des Weiteren wurde zur Reduzierung der Entwicklungskosten eine vereinfachte Simulationsumgebung geschaffen. So konnte nachgewiesen werden, dass das Modell aus der experimentellen Modalanalyse direkt in eine MKS-Umgebung implementiert und damit Simulationsergebnisse erzielt werden konnten, die dem realen Strukturverhalten entsprechen. Ein aktives Modul wurde in das MKS-Modell eingearbeitet und der Einfluss des aktiven Moduls auf das Strukturverhalten wurde simuliert. Ein weiteres Ziel dieses Projektes sah vor, die Übertragbarkeit des adaptronischen Konzeptes auf weitere Versuchsträger zu prüfen. Dazu wurde ein Baukastenkonzept entwickelt, um die konstruktiven Neuentwicklungen gering zu halten. Es konnte gezeigt werden, dass mit geringen Anpasskonstruktionen die aktiven Module in andere Schleifmaschinen übertragen werden können. Abschließend wurde mit Hilfe des integrierten Modules in einen zweiten Versuchsträger eine kritische Eigenfrequenz erfolgreich reduziert und somit die Übertragbarkeit und das Baukastenkonzept validiert. Bisher wurde das entwickelte adaptronische Konzept ausschließlich zur Erhöhung der statischen und dynamischen Steifigkeit eingesetzt. Darüber hinaus könnten die aktiven Module zur Feinzustellung genutzt werden. Die Kompensation von Fehlern in den Führungsbahnen oder das Ausgleichen von thermischen Verlagerungen könnte ebenfalls mit den aktiven Modulen erzielt werden. Des Weiteren könnte geprüft werden, ob das adaptronische Konzept geeignet ist, die Wellenbildung auf der Schleifscheibe zu verzögern bzw. zu verhindern, um so die Werkzeuglebensdauer zu erhöhen und die Abrichtintervalle zu verlängern. Durch den Aufbau des Baukastenkonzepts bietet es sich an, die aktiven Module auch in anderen Bereichen einzusetzen. So wäre es denkbar, dass die aktiven Module in parallelkinematische Strukturen oder Robotern eingesetzt werden, um diese statisch und dynamisch zu versteifen.
Publications
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Grinding Process Stabilization with Active Modules. Movic, München, 2008, CD-ROM
Boldering, A.; Simnofske, M.; Raatz, A.; Hesselbach, J.
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Adaptronische Versteifung von Werkzeugmaschinen durch strukturintegrierte aktive Module. Dissertation, Vulkan-Verlag, Essen, 2009
Simnofske, M.
