Hydraulisch übersetzter Piezostapelaktor zur Vorspannungsregelung einer wälzgelagerten Werkzeugspindel

In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zur Auslegung eines Aktormoduls vorgestellt. Dieses ist aus einem Piezostapelaktor und einem hydraulischen Übersetzer aufgebaut. Ziel ist es, ein derartiges Aktormodul als Kraftstellglied einer adaptiven Vorspann-vorrichtung für Werkzeugspindeln einzusetzen. Für die Auslegung werden bekannte analytische Ansätze und simulative Methoden aus dem Bereich der Elastomechanik erweitert. Dies ermöglicht es, das Verhalten des Aktormoduls in Abhängigkeit der Konstruk-tionsparameter zu untersuchen. Einen Arbeitsschwerpunkt bildet die Erfassung und Bewertung der Störgrößen, welche in einem System mit integrierter piezoaktorisch angetriebener Kraftstellvorrichtung auftreten können. Anschließend werden konstruktive Maßnahmen vorgestellt und umgesetzt, um diese Störgrößeneinflüsse zu reduzieren. Auf diese Weise wird eine nahezu optimale Steifigkeit bei gleichzeitig hoher Kompaktheit des Aktormoduls erreicht. Insbesondere die Minimierung des Hydraulikvolumens führt zu einer signifikant geringeren Nachgiebigkeit des Übersetzers. Das entwickelte Aktormodul deckt im blockierten Betrieb einen Kraftstellbereich von 0-640 N und einen Leerstellweg von 640 µm ab. Drei über den Umfang der Spindel verteilte Aktormodule kompensieren Temperaturdehnungen bis 200 µm und ermöglichen es, eine Vorspannkraft zwischen 150 und 1300 N einzuregeln.