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Energieeffizienz

Effiziente Antriebssysteme für Werkzeugmaschinen

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Schwingungsreduzierung sorgt für bessere Werkstückqualität

Letztere begünstigt im hochdynamischen Betrieb die Anregung von Schwingungen in der Maschinenstruktur. Dies kann zu einer schlechteren Werkstückqualität und im schlimmsten Fall zu einer Beschädigung der Maschine an sich führen. So gibt es mittlerweile mehrere Möglichkeiten zur Schwingungsdämpfung. Zum einen sind passive oder aktive Dämpfer zu nennen, die an die schwingende Maschinenstruktur angebracht werden und diese beispielsweise durch piezoelektrische Kristalle stabilisieren. Zum anderen ist es möglich, die Schwingungen im Regelkreis der Steuerung der Maschine zu dämpfen. Außerdem kann man mithilfe eines Optimalreglers [12] die Bahngenauigkeit der Maschine ohne Anpassungen der Mechanik um den Faktor zwei steigern und gleichzeitig die Bewegung um 33 % beschleunigen. Alternativ lassen sich diese Systeme auch abwandeln, um bei gleicher Genauigkeit eine im Vergleich zum Ausgangszustand höhere Beschleunigung zu erzielen.

Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung können also bei der Steigerung der Energieeffizienz helfen, um die Leistung der Maschine im Sinne der Produktivität besser ausnutzen zu können.

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Stellhebel für ein energieeffizientes Hauptantriebssystem

Auch für das Hauptantriebssystem lassen sich in Abhängigkeit von den Randbedingungen verschiedene Stellhebel identifizieren, um einen energie- und ressourceneffizienten Betrieb zu realisieren.

  • Moderne Permanentmagnet-Synchron-servoantriebe ermöglichen den Betrieb im Überlastbereich. Für Neuanlagen kann eine entsprechende bedarfsgerechte Dimensionierung eine hohe Auslastung mit gutem Wirkungsgrad im Normalbetrieb ermöglichen.
  • Auf Basis regelungstechnischer Erweiterungen zur Reduzierung der Motorspeisespannung [13 und 14] kann – auch für Bestandsanlagen – ein effizienter Teillastbetrieb [15] sowie eine verbesserte thermische Stabilität gewährleistet werden.
  • Durch gezielte Optimierung einzelner Antriebskomponenten kann der Wirkungsgrad oder die Leistungsfähigkeit eines Systems verbessert werden. Große Potenziale zeigen Entwicklungen im Bereich des Leichtbaus von Struktur- oder Spindelbauteilen auf. Vielversprechende Ansätze zur Reduktion der Rotorträgheit eines Hauptspindelantriebs und der bedingten Hochlaufzeit dokumentiert zum Beispiel das Projekt „Energie MSP – Energiebedarfsoptimierte Motorspindel und angepasster elektrischer Antriebsstrang“ [16].
  • Der Einsatz optimierter Speisegeräte mit aktivem Ausgangsfilter ermöglicht hohe Spindeldrehzahlen bei gleichzeitig reduzierten Motorverlusten. Entsprechende Umsetzungen [17 und 18] zeigen Potenziale in Bezug auf Produktivität und Zerspanleistung auf.

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