Im DFG-Projekt ‚Grundlagen der Vorspannungsadaption bei Kugelgewindetrieben mit Einzelmutter‘ erforscht das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover Kugelgewindetriebe mit hydraulisch veränderbarer Vorspannung. Damit will man den Zielkonflikt lösen, der bei einer hohen Vorspannung entsteht – positiver Effekt auf die dynamischen Eigenschaften des Kugelgewindetriebes und den negativen Auswirkungen auf die nominelle Lebensdauer.
Aufgrund des hohen Wirkungsgrades von bis zu 98% werden in Werkzeugmaschinen fast ausschließlich vorgespannte Kugelgewindetriebe (KGT) als Vorschubsachsen verwendet. Die Vorspannung wird durch die konstruktive Auslegung der Mutter definiert und beeinflusst die Steifigkeit und das dynamische Verhalten der Vorschubsachse. Eine hohe Steifigkeit der Achse verringert während der spanenden Bearbeitung Positionierfehler infolge der aus dem Prozess resultierenden statischen und dynamischen Kräfte. Auch das Hystereseverhalten bei der Umkehrbewegung der Achse wird durch eine höhere Vorspannung positiv beeinflusst.
Neben den genannten Vorteilen haben hohe Vorspannungen jedoch eine erhöhte Materialermüdung und damit eine verringerte nominelle Lebensdauer zur Folge. Der Verschleiß führt weiterhin zur Abnahme des Kugeldurchmessers und zu einem daraus resultierenden Steifigkeitsverlust von bis zu 22%. Dies hat wiederum negative Auswirkungen auf die Positionierungsgenauigkeit der Vorschubachse. Bei der Wahl der Vorspannung muss daher aktuell ein Kompromiss zwischen den positiven Effekten hoher Vorspannung und den negativen Effekten der dadurch auftretenden Materialermüdung gewählt werden.
Aus diesem Grund entwickelt und erforscht das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover Möglichkeiten der Vorspannung von KGT im Betrieb. Die belastungsorientierte Vorspannungsadaption hat das Potenzial, die Lebensdauer eines KGT deutlich zu erhöhen und gleichzeitig den Verlust der Positionierungsgenauigkeit zu minimieren. Dies konnte bereits durch eine vorangegangene wissenschaftliche Untersuchung des IFW zur Vorspannungsadaption bei Doppelmuttern im Projekt ‚Zustandsorientierte Vorspannungsadaption in Kugelgewindetrieben durch Hydrodehnkissen‘ nachgewiesen werden. In diesem Projekt wurde mittels eines Aktors zwischen den Doppelmutterpaaren die Möglichkeit zur Vorspannungsadaption geschaffen. Durch den sich im Kraftfluss befindlichen Aktor kommt es jedoch zu einem richtungsabhängigen Steifigkeitsverlust.
