Freiformflächen mithilfe mechatronischer Komponenten fertigen

Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben eine adaptive Spindelhalterung auf Basis piezokeramischer Aktoren entwickelt. Eingesetzt werden kann sie u. a. in der Mikrotechnologie.

Ein anschauliches Anwendungsbeispiel hierfür ist die Unrundbearbeitung zur Kompensation des Zylinderverzugs in Verbrennungsmotoren: Beim Zusammenbau und im Betrieb kommt es zu mikroskopisch kleinen Verformungen der Zylinderbohrung, wodurch sich Öl- und Spritverbrauch erhöhen. Deshalb fertigt man die Zylinder von vornherein unrund, so dass sie nach dem Verbauen und während des Betriebs die gewünschte Form haben. Bis dato genutzte Verfahren für diese Unrundbearbeitung bestehen aus mehreren Schritten, sind sehr aufwendig und kostenintensiv. Durch Einsatz der adaptiven Spindelhalterung beim Ausbohren des Zylinderkurbelgehäuses lässt sich die geforderte unrunde Bohrungsgeometrie einbringen.

Der Schlüssel hierzu sind die Mikrobewegungen der Piezoaktoren. Als hochdynamische Antriebe kommen acht piezokeramische Stapelaktoren in Differenzialanordnung zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch hohe erzeugbare Kräfte innerhalb eines breiten Frequenzbandes aus. Die erreichbaren Aktorwege liegen im Bereich mehrerer zehn Mikrometer und lassen sich im Sub-Mikrometerbereich genau ansteuern. Eine parallelkinematische Anordnung der Aktoren bietet zudem deutliche Vorteile gegenüber seriellen Kinematiken. Die Ansteuerung der Kinematik wurde so entwickelt, dass ein stabiler und handhabbarer Prozess möglich ist, mit dem sich beliebige Freiformflächen fertigen lassen.