Leichtbaustrukturen

Effiziente Erzeugung digitaler Zwillinge von Leichtbau-Werkzeugmaschinenstrukturen

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Leichtbaustruktur aus Standardaluminiumprofilen

Für Untersuchungen des posenabhängigen, dynamischen Verhaltens von Leichtbau-Werkzeugmaschinenstrukturen sowie der Methodenentwicklung für die automatische Generierung digitaler Zwillinge dieser Strukturen steht am ISW ein Laborprototyp zur Verfügung. Das Bild 3 zeigt die Leichtbaustruktur mit Fahrständerkinematik in fünf verschiedenen, diskreten Posen. Die Konstruktion besteht aus Standardaluminiumprofilen mit zugehöriger Verbindertechnik. Die vertikale Achse ist über einen Zahnriementrieb angetrieben, welcher über ein Rapid-Control-Prototyping-System betrieben werden kann. Sie besitzt einen Verfahrweg von 1200 mm und dient zur systematischen Veränderung der dynamischen Eigenschaften der Werkzeugmaschinenstruktur. Die horizontale Position der Pinole kann manuell eingestellt werden.

Der Prototyp verdeutlicht real bei Werkzeugmaschinenstrukturen auftretende Effekte, allerdings in niedrigeren Frequenzbereichen und bei angemessenem Kosteneinsatz. Das dynamische Verhalten des Laborprototyps wurde mittels experimenteller Modalanalyse in fünf diskreten Positionen untersucht. Die Ergebnisse zeigen die ersten drei dominanten Eigenmodi, die ersten Biegemodi sowie den Torsionsmodus des Fahrständers. In Abhängigkeit von der vertikalen Position der Pinole variieren die Eigenfrequenzen der Eigenmodi. Steht die Pinole in der untersten Position, beträgt die Frequenz des ersten Modus 12,8 Hz, in der obersten Position 16,4 Hz. Insgesamt verschieben sich die Eigenfrequenzen um bis zu 22 %. Das posenabhängige, dynamische Verhalten, welches der ISW-Prototyp aufweist, wurde auch an einer industriellen Portalfräsmaschine nachgewiesen. Die exakte Abbildung dieses sich ändernden Verhaltens in einer virtuellen Werkzeugmaschine, das heißt die Erstellung des digitalen Zwillings einer Werkzeugmaschinenstruktur, eröffnet neue Möglichkeiten.

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