Zur Führung von Werkzeugen und Werkstücken werden meist Wälzführungen verwendet. Diese haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass durch Reibung und Verschleiß die Präzision der Führung und damit auch die Bauteilqualität kontinuierlich abnimmt. Außerdem wird die Präzision dieser Führungen maßgeblich durch die Justage während des Aufbaus bestimmt. Im Projekt „Umgriffsfreie Führungssysteme“ hat das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) daher einen Aktor entwickelt, der aus einem magnetisch vorgespannten Gleitkissen besteht.
Ziel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Vorhabens ist der Nachweis, dass der Prototyp eines magnetisch vorgespannten Gleitkissens zur Führung in Werkzeugmaschinen geeignet ist. Grundanforderung dafür ist die präzise Stabilisierung der Schwebehöhe, sowie die Kompensation von auf den Prototyp wirkenden Störkräften.
Die Aufgabe einer Führung ist es, die Bewegung eines Elements in bestimmte Richtungen zu beschränken. Führungen werden in Werkzeugmaschinen eingesetzt, um Werkzeug und Werkstück präzise zu führen. Neben konventionellen Wälzführungen gibt es auch reibungsfreie, berührungslose Führungen. Hierbei handelt es sich um magnetische, aerostatische und hydrostatische Führungen. Insbesondere magnetische Führungen sind hinsichtlich Verschleißverhalten und Wartungsaufwand aufgrund ihrer Reibungs- und Medienfreiheit vorteilhaft.
Aufgrund des zugrundeliegenden Reluktanzprinzips können mit Magnetführungen jedoch nur Zugkräfte realisiert werden, sodass ein präzise ausgerichteter mechanischer Umgriff erforderlich ist. Aerostatische Lager und kombinierte magneto-aerostatische Lager zeichnen sich wiederum durch geringe Traglasten und hohe Toleranzanforderungen an die Führungsflächen aus.
Im verfolgten Ansatz wurde zur Versteifung des Gleitkissens ein geregelter Elektromagnet in dieses eingebracht. Vorteilhaft waren dabei die elastischen Eigenschaften des Gleitkissenbalgs, da dieser sowohl Unebenheiten im Untergrund ausgleichen konnte und bei verschiedenen Flughöhen einen nahezu konstanten und kleinen Luftspalt aufwies, wodurch hohe Traglasten möglich waren.
Durch eine aktive Regelung mit Vorsteuerung zur Linearisierung des nichtlinearen Kraftverhaltens des Magneten konnte die Schwebehöhe in einem Betriebsbereich von 250 – 280 µm auf 1 µm präzise gehalten werden. Weiterhin war es dem Regler möglich angreifende Störkräfte bis 250 N stabil auszuregeln. Die grundsätzliche Eignung von Luftkissen in Führungssystemen für Werkzeugmaschinen konnte damit bestätigt werden.
Diese Grundlagenuntersuchung bildet somit den ersten Schritt zum Aufbau eines Multi-Aktorik-Verbunds, mit dem große Bauteile der Luftfahrtindustrie präzise auf niedrig tolerierten Führungsflächen reibungsfrei bewegt werden können.
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