Grundlegende Untersuchungen zu stoffschlüssigen Gelenken mit Einsatz in hochgenauen parallelkinematischen Mikromanipulatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Burkhard Corves; Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke; Professor Dr. Joachim Mayer
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195107040

Zielsetzung dieses Vorhabens ist die umfassende Erforschung der Einflüsse des Fertigungsverfahrens Drahtfunkenerosion auf die Gelenkeigenschaften stoffschlüssiger Gelenke für den Einsatz in hochgenauen parallelkinematischen Mikromanipulatoren. Hierzu zählt besonders die ganzheitliche Berücksichtigung der Auswirkung von Werkstoffeigenschaften und Fertigungstechnologie auf die Gelenkauslegungsstrategien und die erzielbare Qualität in Form von Positioniergenauigkeit und Lebensdauer. Aufbauend auf den Vorarbeiten soll das grundsätzliche Verständnis der Auswirkung des Fertigungsverfahrens auf die Gelenkeigenschaften durch tiefergehende Analysen sowie durch die Berücksichtigung weiterer Werkstoffe und eine vergrößerte Geometrievielfalt gezielt erweitert und so die Übertragbarkeit erforscht werden. Hierdurch kann das Verständnis für die fertigungsbedingten Bauteilveränderungen von stoffschlüssigen Gelenken vervollständigt werden. Bisherige Betrachtungen haben in der Regel idealisierte stoffschlüssige Gelenke (homogene Werkstoffeigenschaften, theoretisch genaue Gestaltungen und Maße, keine thermischen Effekte, usw.) vorausgesetzt. Allerdings treten vor allem bei der Herstellung unvermeidliche Ist-Soll-Differenzen auf, die das Verhalten beeinträchtigen können. Ebenso beeinflusst das Fertigungsverfahren die Werkstoffrandschicht und damit bei kleinsten Querschnitten das Bauteilverhalten. Dabei wächst der Einfluss der wärmebeeinflussten Randzone mit sinkender Strukturbreite. Bei sehr dünnen Strukturen liegt kein unbeeinflusstes Grundmaterial mehr vor, sie können komplett aus wärmebeeinflusstem Werkstoff bestehen. Daraus leitet sich folgende Forschungshypothese ab: Werkstoff- und fertigungsbedingte Randzoneneigenschaften haben bei filigranen Geometrieelementen - wie sie bei stoffschlüssigen Gelenken der Feinwerktechnik zu finden sind - einen signifikanten Einfluss auf das spätere Bauteilverhalten. Dieser Einfluss wurde in vorhergehenden Untersuchungen nicht oder nur unzureichend berücksichtigt. Die Originalität des Vorhabens spiegelt sich in der hier angestrebten ganzheitlichen Betrachtung dieser Aspekte wieder. Zur detaillierten Untersuchung sollen einerseits die Einflüsse von Fertigungstechnologie und Werkstoff anhand von praktischen Versuchen direkt bestimmt und andererseits das Verhalten stoffschlüssiger Gelenke für verschiedene Geometrien, Werkstoffe und fertigungsbezogene Randbedingungen theoretisch modelliert werden. Dazu wurde bereits grundlegend die Auswirkung des Fertigungsverfahrens auf das Gelenkverhalten an einem Referenzwerkstoff mit der definierten Referenzgeometrie erarbeitet. Dies erlaubt die Formulierung eines Vorhersagemodells für das Gelenkverhalten auf Basis der Herstellungsbedingungen. Das bestehende Vorhersagemodell wird nun um die Einflüsse anderer Werkstoffe und Gelenkformen erweitert mit dem Ziel, das entwickelte Vorhersagemodell deutlich zu verallgemeinern und damit die Nutzbarkeit für den Anwender signifikant zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen