Skalenübergreifende numerische Analyse und Optimierung der Dynamik von Werkzeugmaschinen durch Integration partikelgefüllter Hohlkugelstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt; Professor Dr. Matti Schneider
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516929769

Die Erhöhung der Produktivität von Werkzeugmaschinen (WZM) erfordert größere Vorschubgeschwindigkeiten. Dies setzt höhere Beschleunigungen voraus und führt aufgrund von Ruck zur breitbandigen Anregung der Gestellstruktur, was sich qualitätsmindernd am Werkstück abzeichnet. Die notwendige Verringerung der Schwingungsamplituden lässt sich durch passive Dämpfungsmethoden ohne weiteren Energiebedarf erreichen. Für eine klimaneutrale Produktion ist deren Einsatz gegenüber aktiven Methoden zu bevorzugen. Partikelgefüllte Hohlkugelstrukturen (PHS) ermöglichen Leichtbau mit strukturintegrierter, lokal angepasster, passiver Dämpfung bei gleichzeitig hohem Elastizitätsmodul-Dichte-Verhältnis. Aufgrund fehlender numerischer Auslegungsmethoden können die herausragenden Eigenschaften der PHS derzeit nicht gezielt in komplexen Konstruktionen eingesetzt werden. Ziel des Projektes ist die Bereitstellung einer durchgängige Simulationsmethode, welche die frequenzselektiven dynamischen Eigenschaften auf Mikro-, Meso- und Makroebene darstellt und somit eine makroskopische Strukturoptimierung von dynamisch hochbelasteten Maschinenkomponenten durch Manipulation lokaler Werkstoffeigenschaften auf Mikroebene ermöglicht. Die Dämpfungseigenschaften sollen so variiert werden können, dass die resultierende Dämpfung hinsichtlich Struktureigenfrequenzen optimierbar wird und diese frequenzoptimierten Hohlkugeln dann entsprechend der makroskopischen Schwingungsformen an Stellen bestmöglicher Dämpfungswirkung positioniert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen