Analyse und Optimierung des Genauigkeitsverhaltens hydraulisch angetriebener Streben für Parallelstrukturen unter den Besonderheiten von Fertigungsmaschinen

Es war ein mathematisches Modell für hydraulische Streben zu entwickeln, mit dem Aussagen zum Bewegungs- und Genauigkeitsverhalten solcher Streben getroffen werden können. Dabei sollten in die Betrachtungen sowohl die Eigenschaften in Hubrichtung als auch quer zur Hubrichtung eingehen. Ausgehend von einem Anforderungsbild an hydraulische Streben wurde der Schwerpunkt der Betrachtungen auf den Einsatz in parallelkinematischen Fertigungsmaschinen gelegt. Aus dem Anforderungsbild leitet sich die Konzeption hydraulischer Streben ab. Im Fokus standen bevorzugt aufgrund der guten dynamischen Eigenschaften aus einem Drucknetz gespeiste Zylinderantriebe mit Stetigventilen als Stellglied. Für diese hydraulischen Streben wurde eine Systematik des Aufbaus erarbeitet, aus der sich die wesentlichen Komponenten und Baugruppen für die Herleitung der mathematischen Beschreibung ableiten lässt. Bei der Erarbeitung mathematischer Modelle für hydraulische Streben erwies sich naturgemäß das Strebenverhalten in Hubrichtung als wesentlicher Faktor für das Genauigkeitsverhalten der Strebe, während Effekte quer zur Hubrichtung nur als Faktoren 2. Ordnung Einfluss haben. Das Führungsverhalten einer hydraulischen Strebe in Hubrichtung wird durch das mechatronische System Ventil(e)-Zylinder-Regler determiniert. Neben ausreichenden Genauigkeitsparametern der Strebe im Arbeitsbereich ist es für einen Betrieb solcher Achsen in Parallelkinematiken wünschenswert, wenn die Eigenschaften der Achsen weitgehend unabhängig vom Arbeitspunkt (Last, Position, Geschwindigkeit) sind. Bezüglich der Eigenschaften quer zur Hubkoordinate ist eine hydraulische Strebe als Gelenk aufzufassen, das neben der eigentlichen Translation auch in begrenztem Maße Kippungen zwischen Zylinderrohr und Kolben-Kolbenstange zulässt. Diese Kippungen werden hauptsächlich durch die Führungselemente an Kolben und Zylinderkopf bestimmt und durch eine entsprechende Nachgiebigkeit charakterisiert. Eine Verbesserung der Genauigkeit kann durch Einsatz spezifischer Führungselemente im Zylinderkopf mit erweiterter Führungslänge erzielt werden.