3 Millionen Euro für Adaptronik-Forschung

„Adaptronik für Werkzeugmaschinen“ ist das Thema eines neuen Schwerpunktprogramms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Ziel ist es, „intelligente Strukturen“ für den Werkzeugmaschinenbau zu nutzen. Ansätze aus der Luft- und Raumfahrttechnik werden dabei weiterentwickelt.

Damit werden zunächst für zwei Jahre 3 Millionen Euro in die Erforschung intelligenter Strukturen für die Produktionstechnik investiert. Die DFG folgte jetzt einem Antrag von fünf Instituten des Werkzeugmaschinenbaus an deutschen Universitäten sowie vom Institut für Strukturmechanik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig. Die Sprecherrolle hat das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der Technischen Universität Braunschweig unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. J. Hesselbach.

Was ist Adaptronik?

Die Entwicklung adaptronischer Systeme begann in der ersten Hälfte der 80er Jahre als „intelligente Strukturen“ („smart structures“). Sie werden in die Struktur von konventionellen Bauteilen integriert. Ein Beispiel dafür ist der Einsatz von so genannten Piezokeramiken. Sie können unter anderem in Werkstoffe für Flugzeugflügel so integriert werden, dass sie mit dem Flügel eine Einheit bilden, ohne seine Belastungsfähigkeit zu reduzieren. Dort sind sie in der Lage Schwingungen in der Struktur, die beim Flug auftreten, zu erkennen, nach außen zu melden und sich dann quasi „auf Kommando“ so zu versteifen, dass sie die Schwingungen dämpfen beziehungsweise ganz ausschalten.

Wie können Werkzeugmaschinen noch leistungsfähiger werden?

Eine leistungsstarke Werkzeugmaschine zeichnet sich durch hohe Fertigungsqualität und Bearbeitungsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Flexibilität beim Einsatz unterschiedlicher Werkzeuge und Materialien aus. Gegenwärtig stagniert allerdings der deutsche Werkzeugmaschinenbau auf hohem Niveau, das geprägt ist durch optimal dimensionierte Baugruppen; Leistungssprünge sind daher nur durch grundlegend innovative Ansätze zu erwarten. Solche Ansätze stellen adaptronische Lösungen dar, die bisher vorwiegend für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik entwickelt wurden.

Anwendungsfelder der Zukunft

Beim Einsatz in den Strukturen für Werkzeugmaschinen können adaptronische Bauelemente in Zukunft Schwingungen beseitigen, die durch höhere Arbeitsgeschwindigkeiten zwangsläufig entstehen und den Bearbeitungsprozess ungünstig beeinflussen. Ähnliches gilt für die Unterdrückung von Geräuschemissionen. Die Wissenschaftler haben außerdem das Ziel, statische Verformungen durch Temperaturschwankungen auszugleichen und adaptronische Werkzeuge und Werkzeughalter zu entwickeln, die den stabilen Bearbeitungsbereich deutlich erweitern sollen.

Forschung im Verbund

Die Erforschung adaptronischer Systeme erfordert die Zusammenarbeit vieler verschiedener, miteinander kommunizierender Disziplinen, wie Strukturmechanik, Materialkunde, Regelungstechnik, Sensorik und Aktorik. Das IWF ist seit 1999 Partner im Leitprojekt „Adaptronik – Adaptive Verbundstrukturen für den Leichtbau – strukturkonform integrierte piezoelektrische Fasern und Folien“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und arbeitet eng mit dem federführenden Institut für Strukturmechanik des DLR in Braunschweig unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Elmar Breitbach zusammen. Die Erfahrungen aus diesem Verbundprojekt haben sowohl zur Gründung des DFG-Sonderforschungsbereichs 562 „Robotersysteme für Handhabung und Montage – hochdynamische Parallelstrukturen mit adaptronischen Komponenten“ im Jahr 2000 geführt als auch jetzt zur Einrichtung des neuen Schwerpunktprogramms. Auf diese Weise wird ein wichtiger Beitrag zur kontinuierlichen Forschung auf dem jungen Gebiet der Adaptronik für unterschiedliche Anwendungsfelder geleistet.

Fragen beantwortet Prof. Jürgen Hesselbach unter der Tel. Nr. 0531/391-7600.