Aktive Ruckentkopplung für Werkzeugmaschinen (AiR)

Dynamische Nachgiebigkeiten der Maschinenstruktur stellen bei der Entwicklung hochdynamischer Werkzeugmaschinen (WZM) eine Herausforderung dar. Hohe Ruckwerte (zeitliche Änderung der Beschleunigung) der Achsen regen das Maschinengestell breitbandig an und induzieren so dynamische Auslenkungen, die die Genauigkeit der Maschine negativ beeinflussen. Diese erzwingen eine Begrenzung des Rucks und damit der Dynamik.

Ein neuartiger Ansatz, diesem zu begegnen, sind Ruck- oder Impulsentkopplungen. Sie leiten die Kraft mechanisch tiefpassgefiltert in die Maschinenstruktur. Prinzipbedingt fügen sie dem System jedoch eine weitere Resonanz hinzu. Die Einstellung der Ruckentkopplungsparameter ermöglicht einen Kompromiss zwischen der Amplitude der hinzugefügten Ruckentkopplungsresonanz und der Strukturschwingungen. Dieses Verfahren stößt an Grenzen bei hochgedämpften Werkzeugmaschinen und niederfrequenten Schwingungen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erforschung von aktiven Zusatzkomponenten, die als Erweiterung der passiven Ruckentkopplung in den Kraftfluss von Antrieb und Maschinenstruktur integriert werden und so der Strukturanregung entgegenwirken. Ziel ist eine deutliche Dynamikerhöhung bei reduzierter Schwingungsanregung.

In der Abbildung ist die aktiv ruckentkoppelte X-Achse eines am IFW aufgebauten Kreuztisch-Prüfstands zu sehen. Die durch den Hauptantrieb erzeugten Reaktionskräfte werden aufgrund der Feder-Dämpfer-Elemente und dem Ruckentkopplungsschlitten tiefpassgefiltert in die Struktur geleitet (passive Ruckentkopplung). Zusätzlich wurde der Ruckentkopplungsaktor zwischen Antrieb und Struktur integriert um gezielt weitere Frequenzanteile zu kompensieren (aktive Ruckentkopplung).