Entwicklung mechatronischer Systeme am Beispiel hydraulischer Spanntechnik

Die Dissertation ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 368 entstanden, dessen Ziel die Entwicklung von Bearbeitungszentren ist, die mit einem möglichst hohen Automatisierungsgrad Teile fertigen können. In einem Teilprojekt des Sonderforschungsbereichs werden exemplarisch für den Laserstrahlprozess und die Fräsbearbeitung autonome Greif- und Spannsysteme entwickelt. Für diese beiden Prozesse wird in dieser Arbeit die Entwicklung von mechatronischen Spannsystemen vorgestellt. Der Laserstrahlschweißprozess ist im Vergleich zur Fräsbearbeitung eine sehr junge Technologie. Aus diesem Grund ist der Kenntnisstand über diese Technologie und die Anforderungen an die Spanntechnik geringer als dies für die Fräsbearbeitung der Fall ist. Für den Laserstrahlschweißprozess werden die Anforderungen an die automatisierte Spanntechnik bestimmt. Darauf aufbauend werden Spannvorrichtungen entwickelt, die zwei oder mehrere großflächige Blechbauteile halten und -aufgrund der geringen Eigenfestigkeit- deren Struktur stützen müssen. Für die Frästechnik stellt sich die AufgabensteIlung anders dar. In vorhergehenden Arbeiten wurden bereits hydraulisch autarke Spannsysteme entwickelt, die alle hydraulischen Komponenten einschließlich des Elektromotors enthalten. Diese Systeme sind nur über elektrische Energie- und Signalleitungen mit dem Bearbeitungszentrum verbunden. Den Anforderungen an die Flexibilität und Autonomie solcher Spannvorrichtungen können diese Aggregate allerdings nicht vollständig gerecht werden. Daher werden in dieser Arbeit vollständig autarke Spannsysteme entwickelt, die sich durch eine sehr große Flexibilität gegenüber unterschiedlichen Werkstücken und einer vollständigen Autonomie auszeichnen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Entwicklung von Verfahren, hydraulischen Komponenten und mechatronischen Systemen am Beispiel hydraulischer Spannvorrichtungen. Neben der Bestimmung der Anforderungen an die Spanntechnik aus den jeweiligen Bearbeitungsprozessen werden die systematische Untersuchung möglicher Effektoren für die Blechspanntechnik, die Entwicklung von Verfahren zur Positionierung hydraulischer Linearantriebe ohne Wegsensor und die Entwicklung von neuartigen hydraulischen Komponenten für Blechspannvorrichtungen vorgestellt. Weiterhin werden Konzepte für autarke Spannsysteme und Druckversorgungseinheiten entwickelt. Im Rahmen dieser Entwicklungsarbeiten werden Energiespeicher und elektronische Komponenten auf ihre Einsatzmöglichkeiten hin untersucht. Abschließend werden Prototypen für ein autonomes Spannsystem und eine autarke Druckversorgungseinheit vorgestellt.