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FRAUNHOFER IWU

Zerspanung - Ultraschall für mehr Produktivität

Mit PermaVib haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU ein Ultraschall-Schwingsystem für Bohr- und Fräswerkzeuge entwickelt, das vor allem die Zerspanung von Stahl und Aluminium perfektioniert. Auch Materialien wie faserverstärkte Kunststoffe und Keramiken lassen sich damit wesentlich leichter als bisher bearbeiten. Zudem verringert PermaVib laut IWU drastisch den Werkzeugverschleiß sowie die Kräfte bei der Zerspanung.

Bei der spanenden Bearbeitung metallischer Werkstoffe wird die Effizienz durch schlecht abzuführende Späne und Gratbildung beschränkt. „Das von uns gemeinsam mit vier Industriepartnern entwickelte PermaVib-System ändert das“, so Martin Hamm, Wissenschaftler am IWU. „Es regt das Werkzeug mit Ultraschall zum Schwingen an und sorgt so dafür, dass bis zu 40 % weniger Kraft für die Bearbeitung aufgebracht werden muss“. Dadurch lassen sich geringere Spangrößen, eine verbesserte Spanabfuhr und Bauteilqualität erzielen, gleichzeitig wird der Werkzeugverschleiß um bis zu 50 % reduziert. Eine Nachrüstung bestehender Werkzeugmaschinen ist ohne großen Aufwand möglich, da das Modul in beliebige Bearbeitungszentren integrierbar ist. Ein Vorteil von PermaVib, „denn die wenigen ähnlichen Produkte, die derzeit schon auf dem Markt sind, setzen die Anschaffung spezieller Maschinen voraus und sind deshalb lediglich für die Bearbeitung kleinerer Bauteile geeignet“, ergänzt Hamm.

Ausgeführt ist PermaVib als Werkzeughalter mit Schrumpffutter, der anstelle der konventionellen Werkzeughalter in die Maschinenspindel eingesetzt wird. Im Inneren verfügt es über einen piezokeramischen Wandler, der eine hochfrequente elektrische Wechselspannung in schnelle Bewegungen übersetzt. So werden die konventionellen Vorschub- und Schnittbewegungen von einer Längsschwingung überlagert. Die Geometrie des Systems verstärkt dabei die Schwingungsamplitude. An der Werkzeugspitze werden so Werte im zweistelligen Mikrometerbereich erreicht. Das Gehäuse ist jedoch von den Schwingungen entkoppelt, womit Spindel und Lager vor unerwünschten Vibrationen geschützt sind.

Regelung und Energieversorgung von PermaVib erfolgen unabhängig von Energieversorgung und Steuerung des jeweiligen Bearbeitungszentrums durch eine externe Versorgungseinheit außerhalb des Arbeitsraums. Umbauten an der Maschine sind nicht erforderlich, was zu maximaler Flexibilität beiträgt.

www.iwu.fraunhofer.de


PermaVib versetzt Bohr- und Fräswerkzeuge per Ultraschall so in Schwingung, dass die Bearbeitung z.B. von Metallen wesentlich erleichtert wird.

FOTO: FRAUNHOFER IWU