Piezobasierte Zusatzaktorik für hybride Bearbeitungsprozesse

Ein wesentlicher Treiber der zukünftigen Entwicklung in der Produktionstechnik sind hybride Produktionssysteme. Ziel dieser Entwicklung ist es, bisher getrennte Prozessschritte zu kombinieren und so die Produktivität, bei gleichzeitig reduziertem Ressourceneinsatz in der Produktion, zu erhöhen. Hybride Produktionssysteme erlauben außerdem durch neue Fertigungsmöglichkeiten eine optimierte Produktgestaltung. Optimierte Oberflächen oder eine perfekt angepasste Geometrie reduzieren Reibung und Verschleiß und ermöglichen so eine längere Lebensdauer des Produktes bzw. einen ressourcenschonenden Produktbetrieb. Piezokeramische Werkstoffe wandeln elektrische Energie in eine mechanische Kraftwirkung um. Die erreichbaren Kräfte liegen im Kilonewtonbereich. Der nutzbare Zustellweg beträgt einige 10 Mikrometer. Das zugrunde liegende physikalische Prinzip erlaubt eine hochdynamische Krafterzeugung mit Grenzfrequenzen im Kilohertzbereich. Aufgrund der schnellen und exakten Positionierung im Sub-Mikrometerbereich haben sich Piezoaktoren als Stellelemente zur Regelung der Einspritzmenge in modernen Diesel-PKW durchgesetzt. Weitere Anwendung finden sie zur Feinpositionierung in der Halbleiterindustrie. Ihre Eigenschaften prädestinieren sie ebenfalls für den Einsatz in Werkzeugmaschinen. Mit ihrer hohen Steifigkeit, ihrer hohen Dynamik und der exakten Positionierung ergänzen sie perfekt die Vorschubantriebe wie Kugelgewindespindel oder Linearantriebe. Die Integration in den Lastpfad erlaubt einen sehr wirkstellennahen Eingriff. Anhand unterschiedlicher Beispiele zeigt der Vortrag das Potential der piezounterstützten Bearbeitung auf. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Prozesskettenverkürzung bei der Finishbearbeitung von Zylinderkurbelgehäusen durch Formbohren und Formhonen. Bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität erlauben diese Verfahren größere Freiheiten in der Produktgestaltung, was einen effizienteren Produktbetrieb ermöglicht. Obwohl die technologischen Vorteile nachgewiesen sind, ist die Serienreife bisher noch nicht erreicht. Der Vortrag geht deshalb auch der Frage nach, welche Schritte bis zu einem breiten kommerziellen Einsatz piezobasierter Zusatzaktoren noch zu bewältigen sind.