Elektromagnetische Lager besetzen einen stabilen Nischenmarkt insbesondere für rotatorische
Anwendungen mit hohen Drehgeschwindigkeiten und geringen dynamischen Belastungen in
Spezialgebieten wie der Medizintechnik. Die Umsetzung von linearen Magnetführungen hat zu
serienreifen Großanwendungen wie dem Transrapid geführt. Im Bereich der Vorschubachsen für
Werkzeugmaschinen sind hierzu verschiedene Forschungsprojekte durchgeführt worden deren
prototypische Umsetzungen von Labormustern bis zu einer vollständigen Werkzeugmaschine reichen.
Integrierte Magnetmodule für die berührungslose Führung einer Vorschubachse mit
Lineardirektantrieb Diese Projekte beinhalten das Potential der Vereinfachung magnetischer
Führungssysteme durch die Reduktion der Aktoranzahl und adaptierte Ansteuerungen.
Dementsprechend erfolgt in der vorliegenden Arbeit die Konzeption und Auslegung eines
bidirektionalen Elektromagnetaktors mit permanentmagnetischer Unterstützung. Die Geometrie und
die magnetische Flussführung dieses integrierten Magnetmoduls ermöglichen die Halbierung der
Aktoranzahl für eine vollständige Magnetführung. Seine Auslegung beinhaltet eine ausführliche
Dimensionierung sowie eine Modellbildung im Zustandsraum und eine Verknüpfung mit einer
PI-Zustandsregelung. In Verhaltenssimulationen wird eine methodische Reglerparametrierung
durchgeführt und an einem Prüfstand mit einem isolierten Freiheitsgrad verifiziert. Aufbauend
auf den integrierten Magnetmodulen wird eine Vorschubachse mit vollständiger Magnetführung
konzipiert. Diese besitzt eine modulare Struktur und berücksichtigt die Anforderungen
eisenbehafteter Linearmotoren als Vorschubantriebe. Die Zustandsregelung wird für die
Vorschubachse zu einer entkoppelten Freiheitsgradregelung erweitert. Reale und
simulationsbasierte Erweiterungen der Regelung dienen ihrer Optimierung in unterschiedlichen
Betriebszuständen. Abschließend erfolgt die stufenweise Inbetriebnahme einer prototypischen
Realisierung der Achse. Ohne Vorschubantriebe erreicht sie eine stabile stationäre Lagerung des
Verfahrschlittens und manuell beschleunigte Verfahrbewegungen. Die Integration der
Lineardirektantriebe entlastet die Tragmagnete während die Lagerung in horizontaler Richtung
verstärkt belastet wird. In dieser endgültigen Konfiguration der Achse wird das stationäre
Verhalten erneut optimiert motorische Verfahrbewegungen sind jedoch nur sehr eingeschränkt
möglich. Die messbare dynamische Störsteifigkeit der Magnetführung zeigt deutliche Unterschiede
in der Robustheit der Freiheitsgrade gegen Störungen.
