Damping of machine tools with hybrid electro-mechanical networks and piezo-electric components
Final Report Abstract
Im Rahmen der letzten Förderperiode konnten alle im Antrag genannten Aspekte untersucht werden. Eine vergleichende Analyse verschiedener Konzepte für semiaktive Shuntnetzwerke, die zur Beschaltung von Piezokeramiken zum Zweck der Schwingungsdämpfung eingesetzt werden können, wurde durchgeführt. Einige Prinzipien konnten nach einer Literaturrecherche oder nach eigenen Vorversuchen ausgeschlossen werden, da sie a posterior für die Anwendung nicht geeignet erschienen. Verwendet wurde letztlich die negative Kapazität aufgrund der breitbandigen und effektiven Wirkung. Es wurde ein Sägewerkzeug konstruiert, mit dem die experimentelle Vermessung beim Sägen an einer Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden kann. Eine Besonderheit der Konstruktion ist die Demonstration eines autarken Betriebs ohne Verbindung zur Maschine, denn durch die Unterbringung der Elektronik im drehenden System und die Energiegewinnung mittels eines Generators aus dem Blattantrieb ist ein problemloser Betrieb ohne Modifikation der eigentlichen Bearbeitungsmaschine gewährleistet. Zudem wurde eine auf einer numerischen Analyse beruhende Platzierung der Piezokeramiken zur effizienten Schwingungsberuhigung erarbeitet. Des Weiteren kann der Generator auch durch einen Schleifringkörper ersetzt werden, der die Entnahme von Messsignalen aus dem rotierenden System ermöglicht. Anschließend erfolgte die experimentelle Vermessung des Konzeptes sowohl im Stand als auch in Rotation. Dabei konnte gezeigt werden, dass im Stillstand mit Hilfe der negativen Kapazitätsnetzwerke Reduktionen der Schwingungsamplitude von bis zu 20dB und Abschwächungen des Schallpegels von bis zu 10dB möglich sind. In Rotation ließen sich diese Ergebnisse nicht komplett reproduzieren, dennoch ist der Effekt, der durch die Verwendung der Netzwerke hervorgerufen wird, deutlich messbar. Insbesondere bei den Eigenfrequenzen des Stammblattes kann die Amplitude abgesenkt werden. Abschließend wurde die Säge auch in Kombination mit dem adaptiven Blocksaugernetzwerk des Institutes für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig vermessen. Damit war jedoch keine messbare Beeinflussung des Schallpegels feststellbar, da das Werkstück durch die hochfrequente Anregungsspektrum beim Sägen kaum akustisch relevante Moden ausbildete.
Publications
- Bauweisen und Anwendungen von Piezokompositen in der Adaptronik. Adaptronic Congress, 11 Seiten, Goettingen, Juni, 2005
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