Dipl.-Ing. Matthias Reuß

GSaME - Graduate School of Excellence

Cluster B - Digitales und virtuelles Engineering

Problemstellung:

Für Werkzeugmaschinen wird bereits heute sowohl das statische als auch das dynamische Verhalten simuliert. Eingesetzt werden diese Simulationen z.B. für die Verifikation parallel zum Konstruktionsprozess oder zum Optimieren einzelner Strukturbauteile wie z.B. Gussbett oder Schlitten. Trotz einer Vielzahl an Forschungsprojekten rund um das Thema Maschinensimulation ist das Thema Dämpfung ein weitgehend offenes Gebiet. Die Dämpfung in Maschinen ergibt sich aus dem Verhalten einer Vielzahl von Komponenten und unterschiedlichen Materialien. Die Auswirkungen beschränken sich nicht nur auf abstrakte Größen wie Amplituden in Frequenzgängen, sondern auch direkt auf das Verhalten der Maschine im Prozess.

Relevanz der Themenstellung:

Für eine durchgängige Simulation von Fertigungsprozessen wie dem Zerspanen werden hohe Anforderungen an die Maschinenmodelle gestellt. Die zur Zeit verfügbaren Ansätze zum Aufbau von Simulationsmodellen erzielen nicht die geforderte Abbildungsgüte. Für die Durchgängigkeit einer virtuellen Fabrik fehlen somit Methoden um eine bessere Vorhersagbarkeit von Bearbeitsprozessen zu ermöglichen. Hierzu muss die Identifizierung und der Einfluss von Dämpfung in Maschinen genauer untersucht werden.

Wissenschaftliche Fragestellung:

• theoretische Betrachtung des Einflusses im Frequenz- und Zeitbereich,
• praktische Vermessung von Einzelkomponenten bis hin zu ganzen Maschinen und
• dem Aufbau von Simulationsmodellen in Finite-Elemente-Modelle (FE) oder Mehrkörpersimulation (MKS)

Für die simulative Vorhersage des Verhaltens einer Maschine im Zerspanprozess sind neben den Eigenfrequenzen der Mechanik die Dämpfung entscheidend für z.B. das Ratterverhalten. Die Ziele des Projekts sind daher Methoden zum systematischen Aufbau von Simulationsmodellen mit dem Fokus auf eine möglichst exakte Erfassung und Modellierung der Komponenten- und Strukturdämpfung. Da von den einzelnen Komponenten häufig unterschiedliche Baugrößen eingesetzt werden müssen Ansätze geschaffen werden, die den Messaufwand minimieren. Hierzu müssen Methoden entwickelt werden, die eine Interpolation des Komponentenverhaltens von Zwischengrößen ermöglichen.