Adaptive Verspannung von Zahnstange-Ritzel-Antrieben

Zahnstange-Ritzel-Antriebe werden insbesondere in großen Werkzeugmaschinen als Vorschubantriebssysteme eingesetzt. Um das Umkehrspiel im Antriebsstrang zu kompensieren und damit die Genauigkeit zu erhöhen, werden elektrisch verspannte Zahnstange-Ritzel-Antriebe genutzt. Der aktuelle Stand der Technik macht keine eindeutigen Angaben über die minimal für die Kompensation des Umkehrspiels benötigte Verspannung. Auch ist nicht geklärt, in welchen Systemzuständen die Verspannung deaktiviert werden kann, ohne die Genauigkeit zu beeinflussen. Dies führt zu einem ineffizienten Betrieb des Antriebssystems.
Um den Energiebedarf und die mechanische Belastung der verspannten Antriebe zu minimieren, wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit die sogenannte Minimalverspannung definiert. Diese beschreibt den Verspannungsbetrag, der minimal für die Kompensation des Umkehrspiels und somit für den Erhalt der Genauigkeit notwendig ist. Darauf aufbauend wird ein Algorithmus zur Anpassung der Verspannung während des Betriebes entwickelt, die so genannte adaptive Verspannung. Es wird gezeigt, dass die adaptive Verspannung eine Reduzierung der mechanischen Belastung um bis zu 14 % und eine Reduzierung des Energiebedarfs um bis zu 3 % erzielt, ohne die Genauigkeit des Antriebssystems zu beeinflussen.