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Simulation Dynamische Bewegungen leichter begreifen

| Autor / Redakteur: Tino Freigang und Michael Martin / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Mit einem klaren Modellierungskonzept kann jeder Ingenieur anspruchsvolle Auslegungsaufgaben und dynamische Berechnungen lösen - Systemsimulation unterstützt dabei.

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Bild 3: Gesamtmodell des Antriebsstranges eines elektrisch betätigten Spannfutters in Simulation X.
Bild 3: Gesamtmodell des Antriebsstranges eines elektrisch betätigten Spannfutters in Simulation X.
(Bild: Emag)

Für Berechnungsingenieure vieler Branchen ist die Sicherung gewünschter Eigenschaften in Antrieben, Maschinen und Anlagen nach wie vor eine große Herausforderung. Das in der Realität oftmals nichtlineare Verhalten solcher Systeme bringt lineare Auslegungsverfahren an Grenzen. Zudem gilt es, vielfältige Wechselwirkungen zwischen verschiedenen physikalischen Wirkprinzipien zu berücksichtigen, wodurch in der Vergangenheit oftmals zahlreiche Prototypentests notwendig wurden. Ist eine Untersuchung am realen Objekt nicht oder nur mit hohem Aufwand durchführbar, hilft die computergestützte Simulation des Systems. Das Simulationsmodell vereinfacht die Wirklichkeit und stellt Bedingungen her, die den Aufwand für eine Untersuchung deutlich reduzieren.

Simulation am Modell so genau wie nötig, so einfach wie möglich

Vom Groben ins Detail: Steht das Gesamtkonzept fest, müssen die einzelnen Teilsysteme, Komponenten und gegebenenfalls deren Steuerung entwickelt werden. Analog des Fortschritts in der Entwicklung können bei der Simulation grobe Modelle mit wenigen Parametern durch detailliertere Modelle mit präziserem Verhalten ersetzt werden. Die zu untersuchende Detailtiefe ist nahezu unbegrenzt. Auskunft über die anliegenden Lasten, die erforderliche Leistung und weitere Anforderungen an einzelne Komponenten, geben die Simulationsergebnisse des Gesamtmodells.

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Für den Aufbau des Simulationsmodells braucht es keine detaillierten Kenntnisse in der Programmierung. Diese Erfahrung machten auch die Ingenieure in der Antriebsentwicklung bei Emag.

Ob Dreh-Fräs-, Laser-, Verzahn- oder Schleifmaschinen – Emag bietet erfolgreich seit vielen Jahrzehnten Fertigungssysteme für präzise Metallteile. Die Entwicklungsabteilung setzt dabei auch verstärkt auf virtuelle Entwicklungswerkzeuge. Emag prüft derzeit die Potentiale verschiedener Konzepte elektrisch betätigter Spannfutter mit gezielter, CNC-gesteuerter Spannkraftregelung und Spannbackenverstellung während der Rotation der Hauptspindel (Bild 1). Untersuchungsschwerpunkte sind 3- und 6-Backenfutter mit variierbaren Spannzentren (Achsabstand zwischen Drehmitte und Drehzentrum).

Software schließt Wissenslücken

Dazu wird in das rotierende Hauptspindelsystem eine zusätzliche Rotationsbewegung zur Steuerung der Spannbackenbewegungen eingeleitet. Diese befinden sich radial verschiebbar auf einem an der Hauptspindel befestigten Spannfutter. Zur Einleitung dieser relativen Rotationsbewegung werden u.a. Umlaufrädergetriebe (URG) (Bild 2), auch Planetengetriebe genannt, miteinander gekoppelt. Die heutige Antriebstechnik setzt zumeist URG unter Nutzung ihrer Standübersetzung als Drehmomentwandler ein. Der Einsatz gekoppelter URG in Werkzeugmaschinen ist hingegen wenig verbreitet, wodurch das Vorstellungsvermögen zur Getriebekinematik und das Wissen um die Berechnung solcher Getriebesysteme durch Konstrukteure stark abnehmen. Da durch die verwendete Technik vielfältige Übertragungsszenarien realisiert werden können, hat sie auch in modernen Werkzeugmaschinen ihre Berechtigung. Ingenieure nutzen daher aktuelle Berechnungs- und Simulationssoftware, um die entstehenden Wissenslücken zu schließen.

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