Simulationsgestützte Ermittlung der Komponentenbelastung für die Lebensdauerprognose an Werkzeugmaschinen

Die Nutzungsdauer von Werkzeugmaschinen hängt zu einem wesentlichen Teil von der Lebensdauer der verwendeten Komponenten ab. Kugelgewindetriebe, Wälzführungen und Wälzlagerungen verschleißen in Abhängigkeit der wirkenden Betriebslasten. Deren messtechnische Erfassung ist im industriellen Umfeld wenn überhaupt nur mit hohem Aufwand möglich. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode, um die im Betrieb einer Werkzeugmaschine wirkende Komponentenbelastung relativ einfach zu bestimmen. Aus Simulationsmodellen, wie sie heute in der Maschinenentwicklung weit verbreitet sind, werden in einem ersten Schritt Übertragungsfunktionen abgeleitet. Diese bestehen aus Übertragungskoeffizienten, die Verhältnisse zwischen Eingangs- (Motormoment, Drehzahl, Position) und Ausgangsgrößen (unterschiedliche Belastungen) abbilden. Im zweiten Schritt werden real gemessene Antriebsdaten in geeigneter Weise aufbereitet. Im dritten Schritt fungieren diese Daten als Eingangsdaten für die Übertragungsfunktionen, die wiederum die interessierenden Komponentenbelastungen als Ausgangsgrößen bestimmen. Daraus werden nun beispielsweise Prognosen für eine nominelle Komponentenlebensdauer unter realistischer Betriebsbelastung erstellt. Die Methode wird am Beispiel eines Versuchsstands sowie in praktischer Anwendung an einem Bearbeitungszentrum validiert.