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Aktive Spindellagerung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000022496D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 4 (2004-04-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Apr-25
Document File: 3 page(s) / 169K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Maschinenachsen werden durch Aktoren (Makroaktoren) bewegt. Diese Makroaktoren sind in der Lage, grosse Bewegungen zu stellen. Die Genauigkeit von Maschinen wird jedoch durch Mikrobewegungen am Tool-Center-Point (TCP) bestimmt. Die Mikrobewegungen entstehen durch eine schwach gedaempfte Anregung der Eigenfrequenzen. Die Anregung selbst erfolgt durch Prozess- und Stoerkraefte oder durch die Kraefte, die durch Makroaktoren zur Bewegung der Maschinenachsen eingebracht werden. Ein Ausregeln bzw. Bedaempfen schwach gedaempfter Eigenfrequenzen durch Makroaktoren ist in bestimmten Faellen nicht oder nur sehr schwer moeglich. Dies liegt einerseits daran, dass ein Aktor grundsaetzlich nur auf die Eigenfrequenzen reagiert, die durch seine Bewegung auch angeregt werden koennen. Ist die zu einer kritischen Eigenfrequenz gehoerige Eigenbewegung orthogonal zur Wirkrichtung aller vorhandenen Makroaktoren, koennen diese nicht zur Ausregelung verwendet werden. Eine Anregung derartiger kritischer Eigenfrequenzen kann allerdings durch Prozess- oder Stoerkraefte erfolgen, so dass hier eine Ausregelung hilfreich waere.

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S

Aktive Spindellagerung

Idea: Dietmar Stoiber, DE-Erlangen; Dr. Elmar Schaefers, DE-Erlangen; Bernd Wedel, DE- Erlangen; Uwe Ladra, DE-Erlangen

Maschinenachsen werden durch Aktoren (Makroaktoren) bewegt. Diese Makroaktoren sind in der Lage, grosse Bewegungen zu stellen. Die Genauigkeit von Maschinen wird jedoch durch Mikrobewegungen am Tool-Center-Point (TCP) bestimmt. Die Mikrobewegungen entstehen durch eine schwach gedaempfte Anregung der Eigenfrequenzen. Die Anregung selbst erfolgt durch Prozess- und Stoerkraefte oder durch die Kraefte, die durch Makroaktoren zur Bewegung der Maschinenachsen eingebracht werden.

Ein Ausregeln bzw. Bedaempfen schwach gedaempfter Eigenfrequenzen durch Makroaktoren ist in bestimmten Faellen nicht oder nur sehr schwer moeglich. Dies liegt einerseits daran, dass ein Aktor grundsaetzlich nur auf die Eigenfrequenzen reagiert, die durch seine Bewegung auch angeregt werden koennen. Ist die zu einer kritischen Eigenfrequenz gehoerige Eigenbewegung orthogonal zur Wirkrichtung aller vorhandenen Makroaktoren, koennen diese nicht zur Ausregelung verwendet werden. Eine Anregung derartiger kritischer Eigenfrequenzen kann allerdings durch Prozess- oder Stoerkraefte erfolgen, so dass hier eine Ausregelung hilfreich waere.

Andererseits muss ein Makroaktor, wenn er auch zur aktiven Schwingungsdaempfung verwendet werden soll, eine Bewegung durchfuehren, welche der stoerenden Mikrobewegung derart entgegenwirkt, dass die kritischen Eigenfrequenzen hinreichend bedaempft werden. Fuer die Regelungstechnik bedeutet dieser Umstand eine gezielte Verschiebung eines Streckeneigenwertes in Bereiche hoeherer Daempfung. Einige Makroaktoren sind indessen konstruktiv derart in ein Maschinenkonzept eingebunden, dass die Einleitung der Bewegung weit entfernt vom TCP erfolgt. Die Regelstrecke, die daraus fuer eine aktive Bedaempfung durch Makroaktoren folgt, ist daher in diesen Faellen relativ schwer zu beherrschen. Eine Bedaempfung ist dann nicht oder nur eingeschraenkt moeglich.

Die Idee besteht nun darin, eine magnetisch gelagerte Spindel einerseits als Mikroaktor zur Ausregelung schwach gedaempfter Eigenfrequenzen gezielt zusaetzlich zu den Makroaktoren einzusetzen. Mit der Bewegung einer magnetisch gelagerten Spindel ist beispielsweise bei Portal- Gantrymaschinen in den einzelnen Achsen ein Verfahren grosser Massen erforderlich. Die Makroaktoren sind dabei weit vom TCP entfernt.

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