Reproduzierbare Messergebnisse

Aufstellung auf schwingungsisoliertem Fundamentblock (22x BiAir 4-ED/HE Luftfedern, Gewicht ca. 120 t)

Aufstellung auf schwingungsisoliertem Fundamentblock (22x BiAir 4-ED/HE Luftfedern, Gewicht ca. 120 t)

Höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bei möglichst geringen Messzeiten sind grundlegende Anforderungen an die Koordinatenmesstechnik. Daher geht der Trend speziell bei großen Anwendungen und Maschinen in Richtung hochwertiger Schwingungsisolierung auf Basis von Luftfedern. Herkömmliche Luftfedersysteme haben aufgrund hoher Wechsellasten und der teilweise konstruktionsbedingt sehr ungünstigen Schwerpunktlage der Messmaschinen oft mit Stabilitätsproblemen zu kämpfen. Aus diesem Grund hat Bilz Vibration Technology, Leonberg, vor Kurzem ein neuartiges System zur elektronischen Niveauregulierung auf den Markt gebracht.

Mit der EPPC (Electronic Pneumatic Position Control)-Niveauregulierung für BiAir-Luftfederelemente wurde eine Lösung zur Schwingungsisolierung von hochpräzisen und hochdynamischen Mess- und Produktionsmaschinen entwickelt. Das System zeichnet sich laut Hersteller durch schnelle Regelzeiten sowie eine sehr gut Dämpfung aus. Auf diese Weise ermöglicht die Kombination der EPPC mit niederfrequenten Luftfederelementen eine optimale Isolierwirkung, sie minimiert durch eine verringerte Abklingzeit der Schwingungsamplitude die Bearbeitungsdauer je Prüfzyklus und reduziert die Einfederung der Luftfedern.

Bei einem namhaften deutschen Hersteller von Großgetrieben wurde die EPPC erstmals für die Isolierung eines Präzisionsmesszentrums der Firma Klingelnberg eingesetzt (Bilder 1 und 2). Das Verzahnungsmesszentrum P 350 misst Zahnräder bis zu einem Außendurchmesser von 3 800 mm und einem Werkstückgewicht von 20 t. Der Modulbereich beträgt bis zu 32 mm, der vertikale Messbereich maximal 2 000 mm. Sämtliche Messwerte werden mit einer Auflösung von 0,1 µm ausgegeben. Hierbei erfüllt die Messmaschine die höchste Genauigkeitsklasse Gruppe I nach VDI/VDE 2612 und 2613 für die Verzahnungsmessung. Somit sind Verzahnungen mit höchster Qualität nach DIN 3961/3962 prüfbar. Darüber hinaus kann die Messmaschine auch für genaue Maß-, Form- und Lagemessungen verwendet werden.

Die Grundfläche des Verzahnungsmesszentrums beträgt ca. 5,30 m x 2,10 m bei einer Maschinenhöhe von etwa 4,50 m. Das Gewicht der Maschine entspricht mit 21 t in etwa dem maximalen Gewicht des Prüflings. Das führt zu einer sehr hohen Lage des Schwerpunkts.

Verzahnungsmesszentrum auf schwingungsisoliertem Fundamentblock (Foto: Klingelnberg GmbH)

Verzahnungsmesszentrum auf schwingungsisoliertem Fundamentblock (Foto: Klingelnberg GmbH)

Um Verwindungen des Maschinenbetts zu vermeiden und zudem Kippbewegungen der Messmaschine aufgrund der elastischen Lagerung zu minimieren, wurde für die Schwingungsisolierung des Verzahnungszentrums ein indirektes Konzept gewählt und die Maschine auf einem Betonfundament (ca. 100 t) aufgestellt, das wiederum auf BiAir-Luftfederelementen aufliegt. Dies führt zu einem abgesenkten Schwerpunkt des Gesamtsystems. Durch die Trägheit der Betonmasse wird zudem die Isolierwirkung der Schwingungsisolierung zusätzlich verbessert.

Die Luftfederelemente BiAir 4-ED/HE haben bei 4 bar Luftdruck eine Traglast von ca. 6,5 t pro Element, ihre Eigenfrequenz beträgt ca. 1,8 Hz. In Kombination mit der EPPC ist durch die integrierte Hochleistungselektronik (14-bit-AD-Wandler, 16-bit-Signalprozessor, PID-Regler) sowie die speziell angepassten Servoventile die Regelung des Be- und Entlüftens der Luftfedern nahezu in Echtzeit möglich. Durch geeignete Anpassung der elektronischen Regelparameter kann eine optimale Positioniergenauigkeit von ± 8 µm erreicht werden.Nach erfolgter Installation und Inbetriebnahme der Schwingungsisolierung wurden vor Ort umfangreiche Messungen durchgeführt.

Im Resonanzbereich der Isolatoren knapp unter 2 Hz wird die gemessene Schwingamplitude verstärkt. Aufgrund der hohen erreichbaren Dämpfung der EPPC liegt die gemessene Resonanzverstärkung jedoch unter dem Faktor 2. Im Gegensatz dazu ist bei einer herkömmlichen mechanischen Niveauregulierung eine Resonanzverstärkung von mehr als Faktor 3,5 zu erwarten. Für Anregungen im Frequenzbereich größer 2 Hz ist die mit ansteigender Frequenz zunehmende Isolierwirkung deutlich zu erkennen.

Auftretende Störungen wie der Ausschlag bei 45 Hz werden deutlich reduziert. Sofern Störungen mit Frequenzen kleiner 2 Hz vorhanden sind, kann die EPPC mit Luftfedern kombiniert werden. Diese Luftfedern haben eine geringere Eigenfrequenz. Mithilfe der eingesetzten Schwingungsisolierung, die aus einem auf BiAir-ED/HE-Luftfedern gelagerten Betonfundament sowie der Niveauregelung EPPC besteht, kann das Verzahnungmesszentrum in Fertigungsnähe störungsfrei betrieben werden. Die wirkungsvolle Schwingungsisolierung gewährleistet genaue und reproduzierbare Messergebnisse im gesamten Anwendungsbereich der Messmaschine.

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