Entkopplung von Parallelantrieben
Christoph Peukert, Patrick Pöhlmann | Institut für Mechatronischen Maschinenbau, TU Dresden
Vorschubachsen von Werkzeugmaschinen werden vermehrt mit parallel wirkenden Antrieben – sogenannten Parallelantrieben – (bspw. Gantry-Anordnungen) ausgestattet. Gründe für den Einsatz dieses Konzeptes sind neben der Verbesserung von Dynamik und Genauigkeit die thermosymmetrische Gestaltung, eine erhöhte Systemsteifigkeit sowie die Realisierung des Antriebs im Schwerpunkt der Achse (Drive at the Center of Gravity). Allerdings wirkt sich eine steife mechanische Kopplung negativ auf das Bewegungssystem aus, da es zu einer erheblichen Wechselwirkung zwischen allen Ein- und Ausgangsgrößen kommen kann. Stabilitätsprobleme und damit die Begrenzung der Bandbreite der Lageregelung sind mögliche Folgen dieses Effekts. Um das volle Potenzial von Parallelantrieben ausschöpfen zu können, stellt der Beitrag zwei mögliche Ansätze vor, mit denen die Strukturkopplung berücksichtigt und das dynamische Verhalten der Vorschubachse verbessert werden können. Mit der mechanischen Entkopplung der Antriebs- und Führungselemente mittels Festkörpergelenken wird der Systemfreiheitsgrad erhöht. Diese Variante erweist sich als vorteilhaft, da sie zusätzliche Möglichkeiten zur steuerungsseitigen Bewegungskorrektur bietet. Die zweite Methode, um Strukturkopplungen zu berücksichtigen, basiert auf dem Prinzip der modalen Entkopplung. Bei diesem regelungstechnischen Ansatz werden einzelne mechanische Moden gezielt geregelt. Gegenüber vergleichbaren Mehrgrößenregelungen besitzt dieses Konzept den Vorteil, dass sich der Entwurf auf die Auslegung mehrerer unabhängiger Eingrößenregler beschränkt. Am Beispiel einer Vorschubachse in Gantry-Bauweise werden beide Lösungsansätze vergleichend dargestellt.