Analyse mechanisch gekoppelter, gegenläufig verfahrender Direktantriebe und ihre Einordnung mittels prozessorientierter Entwicklungsmethodik

Elektromechanische Linearachsen sind maßgeblich am Wertschöpfungsprozess in der Produktionstechnik beteiligt und bestimmen sowohl produkt-, wie prozessseitig die Qualität, Produktivität und Effizienz. Im industriellen Einsatz haben sich unterschiedliche Linearachssysteme etabliert. Der Entwurf solcher erfolgt auf Grundlage definierter Achsmechaniken und technologischer Randbedingungen. Eine Vergleichbarkeit bestehender und neuartiger Linearachssysteme ist mit dem Entwurfsprozess nicht möglich. Das vorgestellte Linearachssystem kennzeichnen zwei mechanisch gekoppelte, gegenläufig verfahrende Direktantriebe aus. Neben der Einordnung in bestehende Linearachssysteme beschäftigt sich die Arbeit mit der Entwicklung einer prozessorientierten Entwicklungsmethodik für elektromechanische Linearachsen. Mittels erarbeiteter funktioneller Zusammenhänge zwischen verschiedenen Linearachskomponenten und -kenngrößen sowie angepasster Simulationsmodelle können durch die neuartige Methodik unterschiedliche Linearachsen basierend auf identischen Prozesskenngrößen entworfen und anschließend miteinander verglichen werden. Anhand bestimmter einzelner Achskomponenten wird das dynamische Verhalten des jeweiligen Linearachssystems bestimmt, an das sich ein individueller Entwurf der Servoregelung anschließt. Die Einzelschritte der Entwurfsmethodik werden an unterschiedlichen Linearachssystemen verschiedener Werkzeugmaschinen validiert. Unter Anwendung der Entwurfsmethodik wird ein Versuchsaufbau zur experimentellen Evaluierung entwickelt. Eine Potentialanalyse anhand ausgewählter Beispielprozesse zeigt, dass sich mit dem neuartigen Linearachssystem die Schwingungsanregung verringert und die Maximalströme sowie die elektrischen Verluste bei gleicher Kraft und hoher Dynamik verkleinern.