Entwicklung eines Werkzeugspannmechanismus auf Basis eines Formgedächtnislegierungs-Aktors

In herkömmlichen Werkzeugspannsystemen werden Tellerfederpakete zur Aufbringung der benötigten Spannkraft verwendet. Durch die Tellerfedern wird die Zugstange ohne eine zusätzliche Energieversorgung eingezogen und die Spannkraft wird aufrechterhalten. Somit ist die Werkzeugaufnahme im Spannsystem sicher gespannt. Um das Lösen, bzw. Spannen zu realisieren, werden ein zusätzlicher Hydraulikzylinder und ein Hydraulikaggregat benötigt. Durch die Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders werden die Federpakete gestaucht und die Zugstange ausgerückt. Der Hub der Zugstange öffnet die Spannzange und der Spannmechanismus wird gelöst. Wird der Druck auf den Hydraulikzylinder reduziert, drückt die Federkraft der Federpakete die Zugstange in die Ausgangsposition zurück und das System wird gespannt.

Die Nutzung standardisierter Normteile in Form von Tellerfedern ermöglicht eine preiswerte und zuverlässige Möglichkeit der Umsetzung eines Werkzeugspannsystems. Dennoch ist die Spannkraft nicht adaptiv einstellbar und es wird ein zusätzliches Hydraulikaggregat benötigt. Lediglich durch Variation der Anzahl der genutzten Federpakete ist eine Änderung der Spannkraft realisierbar.  Zudem unterliegen die Federpakete aufgrund der vielen Lastwechsel und der Reibung zwischen einander dem Verschleiß durch Materialermüdung und Abrasion. Ein alternativer Ansatz zur Realisierung eines Werkzeugspannmechanismus ist der Einsatz eines bidirektional wirkenden Aktors. Zum sicheren Spannen einer Werkzeugaufnahme durch einen bidirektional wirkenden Aktor sind eine hohe Spannkraft von mindestens F_S = 10.000 N und Spannwege von Δs = 10 mm erforderlich. Im Projekt „FGL-Spann“ wird daher ein Aktorsystem auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) zum Ersatz der Tellerfederpakete und der Hydraulikeinheit entwickelt und erforscht, welches eine bidirektionale Wirkung zum Spannen und Lösen der Werkzeugaufnahme, sowie eine adaptiv einstellbare Spannkraft ermöglicht.

Ziel des Projekts ist die Umsetzung eines leistungsstarken und adaptiv regelbaren Spannmechanismus mit geringem Bauraum. Gleichzeitig soll eine Steigerung der Verschleißbeständigkeit und der Energieeffizienz von Werkzeugspannsystemen durch die Nutzung von FGL-Aktorik erreicht werden. Weiterhin wird durch das Projekt ein tiefgreifendes Verständnis für die Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung innovativer FGL-Technologie generiert.