Höhe­re Pro­duk­ti­vi­tät, Fle­xi­bi­li­tät und Effizienz

Sprö­de Leicht­bau­werk­stof­fe stel­len beson­de­re Anfor­de­run­gen an das Zer­spa­nen und Tren­nen. Bei der Ultra­schall­be­ar­bei­tung eröff­nen so genann­te reso­nan­te Sys­te­me von Weber Ultra­so­nics und Huf­schmied Zer­spa­nungs­werk­zeu­ge neue Per­spek­ti­ven. So erge­ben sich durch signi­fi­kant redu­zier­te Pro­zess­kräf­te nicht nur kür­ze­re Bear­bei­tungs- und län­ge­re Werk­zeug­stand­zei­ten, son­dern auch deut­lich höhe­re Genau­ig­kei­ten. Dies ermög­licht, beim Zer­spa­nen mit Indus­trie­ro­bo­tern ähn­li­che Tole­ranz­be­rei­che ein­zu­hal­ten wie mit Werkzeugmaschinen.

Leicht­bau­tech­no­lo­gien sind für zahl­rei­che Bran­chen wie die Fahr­zeug­indus­trie, Luft- und Raum­fahrt, Medi­zin­tech­nik sowie den Maschi­nen- und Anla­gen­bau ein Inno­va­ti­ons­trei­ber. Der Ein­satz alter­na­ti­ver Werk­stof­fe wie faser­ver­stärk­te Kunst­stof­fe, Ver­bund­ma­te­ria­li­en und Stacks mit Ker­nen aus Schaum- oder Waben­struk­tur erfor­dert dabei häu­fig ver­än­der­te Bear­bei­tungs­lö­sun­gen. Das ultra­schall­un­ter­stütz­te Zer­spa­nen, Schnei­den und Sägen ermög­licht hier ange­pass­te, effi­zi­en­te Pro­zes­se.

Durch die Ultra­schall­un­ter­stüt­zung wird die Werk­zeug­ki­ne­ma­tik des her­kömm­li­chen Bear­bei­tungs­pro­zes­ses durch eine zusätz­li­che hoch­fre­quen­te Schwin­gung über­la­gert. Die­se Oszil­la­ti­on erzeugt an der Werk­zeug­schnei­de Bewe­gungs­am­pli­tu­den im Bereich von weni­gen Mikro­me­tern, aus denen eine Ver­rin­ge­rung der Pro­zess­kräf­te resul­tiert. Die­ser gewünsch­te Effekt ist bei den heu­te übli­cher­wei­se ein­ge­setz­ten, nicht-reso­nan­ten Sys­te­men jedoch sehr gering. Denn es wer­den nur rund fünf Pro­zent der ein­ge­setz­ten Ener­gie in Schwin­gung umge­setzt, der Rest in Wär­me. Grund dafür ist, dass die soge­nann­te Reso­nanz­fre­quenz des Werk­zeugs je nach Ein­spann­län­ge und Dimen­si­on will­kür­lich gesucht und betrie­ben wird.

Leis­tungs­stei­ge­rung durch reso­nan­te Systeme 

Um den Wir­kungs­grad deut­lich zu ver­bes­sern, haben die Huf­schmied Zer­spa­nungs­sys­te­me GmbH und die Weber Ultra­so­nics AG, Ent­wick­ler und Her­stel­ler von Ultra­schall­kom­po­nen­ten unter ande­rem für das Ultra­schall­schwei­ßen, ‑schnei­den und ‑rei­ni­gen, gemein­sam reso­nan­te Ultra­schall­sys­te­me und Zer­span­werk­zeu­ge ent­wi­ckelt. Dabei wer­den die Ultra­schall­fre­quenz und der Schwin­gungs­mo­dus auf Basis der Werk­zeug­ei­gen­schaf­ten ermit­telt und das Sys­tem mit die­ser Reso­nanz­fre­quenz betrie­ben. Durch die­se opti­ma­le Abstim­mung steigt der Wir­kungs­grad der Ultra­schall­un­ter­stüt­zung auf 90 bis 95 Pro­zent und die Pro­zess­kräf­te wer­den signi­fi­kant reduziert.

Schnel­ler und mit weni­ger Ver­schleiß bearbeiten

Der hybri­de Pro­zess ermög­licht dadurch auch bei der Bear­bei­tung von schwer zer­span­ba­ren Leicht­bau­werk­stof­fen höhe­re Zeit­span­vo­lu­men, was den Mate­ri­al­durch­satz erhöht und Maschi­nen­be­leg­zei­ten ver­rin­gert. Gleich­zei­tig wer­den die Werk­zeu­ge weni­ger belas­tet bezie­hungs­wei­se defor­mier­te, so dass eine län­ger Stand­zeit erreicht wird. Bei­des senkt die Bear­bei­tungs­kos­ten und stei­gert die Wirt­schaft­lich­keit der Pro­zes­se.

Höhe­re Genau­ig­keit ermög­licht Robotereinsatz

Ein wei­te­res Plus der neu­en reso­nan­ten Sys­te­me für die Ultra­schall­zer­spa­nung ist die höhe­re Genau­ig­keit, die bei der Bear­bei­tung erzielt wer­den kann. Sie ermög­licht nicht nur die Her­stel­lung fili­gra­ne­rer Werk­stü­cke mit Por­tal­sys­te­men, son­dern auch den Ein­satz von Indus­trie­ro­bo­tern als kos­ten­güns­ti­ge und fle­xi­ble Alter­na­ti­ve für die Umset­zung eines auto­ma­ti­sier­ten Fer­ti­gungs­pro­zes­ses. Die dabei rea­li­sier­ba­ren Fer­ti­gungs­to­le­ran­zen lie­gen im rela­ti­ven Genau­ig­keits­be­reich klas­si­scher Werk­zeug­ma­schi­nen. Dadurch las­sen sich die wesent­li­chen Vor­tei­le der Robo­ter­be­ar­bei­tung wie Fle­xi­bi­li­tät und Ver­fah­rens­in­te­gra­ti­on, bei­spiels­wei­se Hand­ling und Bear­bei­tung, bei der Fer­ti­gung kom­ple­xer Werk­stück­geo­me­trien oder gro­ßer Werk­stü­cke etwa für die Fahr­zeug­indus­trie, Luft- und Raum­fahrt sowie Ener­gie­tech­nik nut­zen. Auch dies trägt dazu bei, die Kos­ten in der spa­nen­den Bear­bei­tung zu senken.

Ein wei­te­rer Bereich mit dem sich Weber Ultra­so­nics der­zeit beschäf­tigt, ist die Opti­mie­rung von ultra­schall­un­ter­stütz­ten Säge­pro­zes­sen. Das Unter­neh­men ist hier auch Part­ner eines Forschungsprojekts.