Einsatz generativ gefertigter Strukturbauteile in der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher; Professor Dr.-Ing. Ingomar Kelbassa
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553529875

Die moderne Werkzeugmaschine ist einem kontinuierlichen Streben nach maximaler Produktivität bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an die erzielbare Arbeitsgenauigkeit ausgesetzt. Diese sich konträr verhaltenden Anforderungen werden wesentlich durch das dynamische Maschinenverhalten beeinflusst, wobei insbesondere die Erhöhung der Systemdämpfung ein wirksames Mittel zur Reduktion unerwünschter Prozessschwingungen ist. In diesem Kontext kommen beispielsweise extern applizierte schwingungsdämpfende Systeme zum Einsatz, deren Integration einerseits kostenintensiv ist und andererseits einen entsprechenden verfügbaren Bauraum voraussetzt. Aus diesem Grund wird eine direkte Funktionsintegration von Dämpfungsstrukturen in die schwingungsbelasteten Strukturbauteile angestrebt. Die Hauptspindel als zentrale Komponente im Kraftfluss einer Werkzeugmaschine eignet sich besonders für die Integration von Dämpfungselementen.Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen und das Institut für Industrialisierung Smarter Werkstoffe (ISM) gemeinsam mit dem Spindelhersteller WEISS Spindeltechnologie GmbH eine dämpfungsoptimierte Spindelnase entwickelt werden, die den Übergang zwischen Werkzeugschnittstelle und Spindelwelle bildet. Durch die Nutzung des additiven Fertigungsverfahren Selectives Laserschmelzen (SLM) können flexible Strukturen geschaffen werden, wobei innerhalb von erzeugten Hohlräumen nicht aufgeschmolzenes Material als Partikeldämpfer fungieren kann oder Squeeze-Film-Dämpfer platziert werden können. Die dafür notwendigen Hohlräume werden mithilfe FE-basierter Topologieoptimierungsverfahren ausgelegt. Der Ansatz zielt auf die effektive Bedämpfung hochfrequenter Spindelschwingungen ab, die insbesondere im Hochdrehzahlbereich häufig Ursache von Prozessinstabilitäten in der Zerspanung sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Innomotics GmbH