Einsatz piezoelektrischer Aktoren und Sensoren in der Zerspanungstechnologie: Vortrag gehalten auf dem VDI-Expertenforum: Smart Materials - aus der Forschung in die industrielle Anwendung, Potsdam-Golm, 10.11.2016

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. Aufgrund der sehr hohen erzeugbaren Kräfte und ihrer hohen Steifigkeit eignen sich Piezokeramiken hervorragend als integrierte Antriebe in Werkzeugmaschinen. Der Einsatz piezobasierter Komponenten in der Produktionstechnik ist deshalb Gegenstand vieler Forschungsarbeiten. Der Fokus liegt dabei sehr oft auf Systemen zur Zustandsüberwachung oder Schwingungsreduktion. Es existieren allerdings auch einige Ansätze, in denen die Piezoaktoren für die Erzeugung von Schwingungen genutzt werden. Diese gezielt eingebrachten Schwingungen beeinflussen Bearbeitungsvorgänge positiv oder erweitern bisher bestehende Fertigungsgrenzen. Der Beitrag liefert einen Überblick über diese Anwendungen, deren Parameter und den technologischen Hintergrund. Ausgewählte Systeme werden detailliert u. a. mittels experimenteller Ergebnisse dargestellt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Systemen zur Ultraschallüberlagerung, zur Mikrokonturierung sowie zur Unrundbearbeitung mit bestimmter Schneide. Desweiteren wird ein Ansatz zur Ermittlung der Spankräfte direkt an der Schneide des Werkzeugs vorgestellt