Erweiterung der Fertigungsgrenzen durch adaptronische Zusatzaktorik

Die Produktionstechnik als einer der wichtigsten Wirtschaftszweige in Deutschland befindet sich in einem zunehmenden globalen Wettbewerb. Die Schlüsselpositionen zur erfolgreichen Gestaltung dieses Wettbewerbs sind die Steigerung der Produktivität bei gleichzeitiger Reduktion des Ressourcenverbrauchs. Während die Produktivitätssteigerung vor allem durch die Optimierung von Produktionssystemen und -technologien getrieben wird, ist die Frage des Ressourcenverbrauchs eng mit der Gestaltung der Endprodukte verbunden. Neben die Weiterentwicklung bestehender Produktionssysteme tritt also zunehmend die Forderung einer Erweiterung der Fertigungsgrenzen um den Produktentwicklern den notwendigen Gestaltungsspielraum zu geben. Um hier entscheidende Fortschritte zu erzielen ist ein Paradigmenwechsel notwendig. Die Integration adaptronischer Zusatzaktoren stellt einen solchen Wechsel dar. Insbesondere Piezokeramiken weisen aufgrund ihrer elektro-mechanischen Eigenschaften ein sehr vielfältiges Anwendungspotenzial auf. Die Dynamik von Vorschubantrieben bestimmt maßgeblich die Produktivität von Werkzeugmaschinen mit. Nicht nur bei Positioniervorgängen sondern auch bei der Bearbeitung von komplexen Oberflächen regen auftretende Beschleunigungskräfte das Spindel-Mutter-System zum Schwingen an. Durch die Integration piezoaktorischer Zusatzantriebe wird sowohl die Dynamik als auch das Dämpfungsverhalten deutlich verbessert. Auch Produktionstechnologien profitieren von den Möglichkeiten der Adaptronik. So führt eine Schwingungsüberlagerung im Ultraschallbereich zu drastischen Änderungen im Spanbruchverhalten beim Tieflochbohren. Ein weiteres Beispiel ist die gezielte Einleitung eines Kraftimpulses in die erstarrende Schmelze beim Punktschweißvorgang. Das Gefüge wird dadurch feinkörniger und weist bessere Festigkeitswerte auf. Neue Herausforderungen in der Produktionstechnik resultieren zu einem wesentlichen Teil aus den aktuellen Trends in der Produktgestaltung. Beispielsweise ist man bei der Herstellung von Motorblöcken in der Lage Kolben und Zylinder praktisch ideal rund zu fertigen. Durch nachfolgende Montageschritte und thermische Deformationen kommt es im Betrieb jedoch zu Abweichungen von der Kreisform was zu erhöhtem Verschleiß und Ölverbrauch führt. Durch mehrachsige piezokeramische Zusatzantriebe wird die Inverse dieser Abweichungen bereits bei der Fertigung in die Zylinderbohrung eingebracht und der Ressourcenverbrauch im Betrieb des Motors reduziert.