Verteilte Mehrmassendämpfer für Werkzeugmaschinen

Werkzeugmaschinen unterliegen während der Bearbeitung Schwingungen, die, bei ungünstiger Anregung und in Abhängigkeit der strukturdynamischen Eigenschaften der Maschinenstruktur, problematisch sein können. Um daher schädliche Schwingungen zu vermeiden oder zu bedämpfen, kommen neben prozessseitigen und strukturellen Maßnahmen auch dynamische Zusatzsysteme in Frage, die in der Lage sind, Schwingungsenergie zu dissipieren (passive Systeme) oder durch gegenphasige Regelkräfte der Schwingung entgegenzuwirken (aktive Systeme). Kostengünstige passive Systeme eignen sich gut zum Einsatz in Werkzeugmaschinen. Deren Auslegung und Inbetriebnahme ist aktuell jedoch weder flexibel noch automatisiert möglich und daher zeitintensiv. In dieser Arbeit wurde daher eine praxistaugliche Methodik erarbeitet, um den Einsatz passiver Zusatzsysteme von der Auslegung über die optimale Positionierung dieser Systeme bis hin zur Inbetriebnahme stark zu erleichtern und zu automatisieren. Dabei wird darauf zurückgegriffen, dass in der Praxis aufgrund der Durchdringung des Entwicklungsprozesses mit rechnergestützten Methoden häufig FEM-Modelle der Maschinenstrukturen vorliegen. Diese FEM-Modellinformationen lassen sich effizient im gesamten Auslegungsprozess nutzen. Zunächst wird eine energiebasierte Systemreduktionsmethode vorgestellt, mit der die Bestimmung eines für die Auslegung nötigen, vereinfachten Schwingsystems flexibel möglich ist. Anschließend wird das Konzept des Mehrmassendämpfers vorgestellt und behandelt. Dieses System aus gemeinsam und aufeinander abgestimmten Einzelmassen wird analytisch a-priori berechnet. Es lässt sich auf der Maschinenstruktur räumlich verteilen, wobei optimale Anbindungspositionen automatisch bestimmt werden. Die Arbeit schließt mit der praktischen Umsetzung von Mehrmassendämpfern und deren messtechnischer Verifikation sowie Erprobung in einer Werkzeugmaschine. Die hier vorgestellte Methodik ermöglicht die flexible Auslegung eines robusten Dämpfersystems mit einer großen Anzahl räumlich verteilter Einzelmassen. Durch die automatische Integration in FEM-Berechnungsmodelle kann eine gute, simulative Prognose der verbesserten dynamischen Eigenschaften durch den Einsatz von schwingungsdämpfenden Zusatzsystemen erfolgen. Mithilfe einer inversen Auslegungsmethode des Dämpfersystems basierend auf zuvor erfassten mechanischen Eigenschaften geeigneter Koppelelemente entfallen außerdem zeitintensive Anpassungen während der Inbetriebnahme.