Integrierte Magnetmodule für die berührungslose Führung einer Vorschubachse mit Lineardirektantrieb:
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Aachen
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| adam_text | Titel: Integrierte Magnetmodule für die berührungslose Führung einer Vorschubachse mit Lineardirektantri
Autor: Schmidt, Andreas
Jahr: 2012
Inhaltsverzeichnis
Contents
1 Einleitung.............................................................................................................1
2 Stand der Technik in Forschung und Industrie................................................5
2.1 Grundlagen des magnetischen Schwebens..................................................5
2.1.1 Prinzipien des magnetischen Schwebens........................................5
2.1.2 Magnetaktoren.................................................................................8
2.1.3 Möglichkeiten und Grenzen von Magnetlagerungen......................10
2.2 Permanentmagnetische Lager und Führungen...........................................12
2.3 Aktive rotatorische Magnetlager..................................................................15
2.3.1 Anwendungen mit weitgehend stationärem Betrieb.......................16
2.3.2 Ausführungen und Anwendungen für dynamische Lastfälle..........18
2.3.3 HSC Spindeln................................................................................22
2.4 Aktive lineare Magnetführungen.................................................................24
2.4.1 Eignung und Verwendung für Transportsysteme...........................25
2.4.2 Einsatz in Werkzeugmaschinen.....................................................30
2.4.3 Darstellung und Vergleich alternativer Führungsprinzipien............35
2.5 Fazit............................................................................................................39
3 Aufgabenstellung und Zielsetzung..................................................................41
4 Das integrierte Magnetmodul als Weiterentwicklung eines hybriden
Magnetaktors.....................................................................................................45
4.1 Konzeption und Auslegung eines integrierten Magnetmoduls....................45
4.1.1 Verlustfreie Integration von Permanentmagneten und
Kraftsteuerung...............................................................................46
4.1.2 FEM Simulation des magnetischen Feldverlaufs...........................48
4.1.3 Modellbildung und Simulation im Zustandsraum...........................55
4.2 Regelungsauslegung im Zustandsraum......................................................59
4.2.1 Die Pl-Zustandsregelung...............................................................60
4.2.2 Methoden zur Reglerparametrierung.............................................62
4.2.3 Alternative Erfassung von Zustandsgrößen...................................65
4.2.4 Simulationsergebnisse...................................................................67
4.2.5 Alternativer Ansatz einer Pl-Kaskadenregelung.............................71
4.3 Verifizierung an einem Einzelmagnetprüfstand...........................................72
4.3.1 Mechanische und elektrische Komponenten des Prüfstands........72
4.3.2 Messergebnisse.............................................................................77
5 Entwicklung einer linearen Vorschubachse auf der Basis der
integrierten Magnetmodule...............................................................................87
5.1 Mechanische und elektrische Konstruktion der Achse................................88
5.1.1 Definition der Anforderungen an den Aufbau.................................88
5.1.2 Konstruktionsvarianten...................................................................90
5.1.3 Simulation und Optimierung des Last-Verformungs-Verhaltens
mittels FEM Modellierung...............................................................94
5.1.4 Realisiertes Konzept der Vorschubachse......................................98
5.1.5 Elektrischer Aufbau......................................................................101
5.2 Erweiterung der Schweberegelung auf fünf Freiheitsgrade......................102
5.2.1 Modellbildung der Vorschubachse für eine entkoppelte
Freiheitsgradregelung..................................................................103
5.2.2 Regelungserweiterungen.............................................................109
5.3 Integration der linearen Vorschubantriebe................................................115
6 Messergebnisse und Verhalten der Vorschubachse im Betrieb.................123
6.1 Antriebsloses Schweben...........................................................................124
6.1.1 Anheben und stationäres Schwebeverhalten des Schlittens.......124
6.1.2 Führungsverhalten.......................................................................128
6.1.3 Störverhalten................................................................................130
6.1.4 Manuelle Verfahrbewegungen.....................................................133
6.2 Betrieb der Vorschubachse mit Linearmotoren.........................................134
6.2.1 Stationäres Verhalten unter Einfluss der Motornormalkräfte.......135
6.2.2 Führungsverhalten.......................................................................136
6.2.3 Störverhalten................................................................................139
6.2.4 Angetriebene Verfahrbewegungen..............................................141
6.3 Beurteilung der Leistungsfähigkeit der Vorschubachse............................143
7 Zusammenfassung und Ausblick...................................................................145
7.1 Zusammenfassung....................................................................................145
7.2 Ausblick.....................................................................................................147
8 Anhang.............................................................................................................151
9 Literaturverzeichnis.........................................................................................155
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