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Werkzeuge Laser-Scanning-Vibrometer misst kritische Größen beim Einlippenbohren

| Autor / Redakteur: Hans-Werner Hoffmeister und Jan-Dirk Glaser / Udo Schnell

Schwingungen können sich beim Bohren zu einem großen Problem entwickeln. Zum einen sinkt die Qualität, zum anderen kann ein Werkzeugbruch zum Produktionsausfall führen. Um dies zu vermeiden, gilt es die Werkzeugschwingungen zu messen und rechtzeitig auszuregeln. Untersuchungen haben gezeigt, dass Laser-Scanning-Vibrometer geeignet sind, die relevanten Größen beim Einlippenbohren zu bestimmen.

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Werkzeuge gehören zu den entscheidenden Komponenten einer reibungslosen Prozesskette. Mit der Modalanalyse können die für die Prozesssicherheit wichtigen Parameter gemessen und ausgeregelt werden. Bild: Chiron
Werkzeuge gehören zu den entscheidenden Komponenten einer reibungslosen Prozesskette. Mit der Modalanalyse können die für die Prozesssicherheit wichtigen Parameter gemessen und ausgeregelt werden. Bild: Chiron
( Archiv: Vogel Business Media )

Werkzeugschwingungen stellen ein großes Problem für die Bohrungsbearbeitung dar. Adaptive Regelsysteme sollen zukünftig auftretende Werkzeugschwingungen rechtzeitig detektieren und ausregeln können. Dafür ist eine genaue Kenntnis der Schwingungseigenschaften der Werkzeugstruktur erforderlich. Im Folgenden soll aufgezeigt werden, wie die modalen Parameter von Einlippenbohrern durch eine experimentelle Modalanalyse mit Hilfe eines Laser-Scanning-Vibrometers bestimmt werden konnten.

Das bekannteste Verfahren zur schwingungstechnischen Analyse dynamischer Systeme ist die Modalanalyse. Im Rahmen der auch als Eigenschwingungsanalyse bezeichneten Methode werden die Modalparameter wie Eigenfrequenzen, Dämpfungen und Modenformen des Systems ermittelt.

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Die Modalanalyse beruht dabei auf dem Grundsatz, dass jede dynamische Verformung einer Struktur als eine gewichtete Summe ihrer Modenformen darstellbar ist. Jeder Modus ist dabei durch die Schwingungsparameter einer (Sub-)Struktur mit genau einem Freiheitsgrad gegeben.

Bei Anregung einer Struktur durch eine Erregerfunktion gehen alle modalen Antworten anteilig in die gesamte Strukturbewegung ein. Durch die Summation über diese modalen Antworten lassen sich die entsprechenden Strukturantworten zu einer bestimmten Erregerfrequenz gewinnen.

Modell beschreibt Schwingungen beim Einlippenbohren

Die Kenntnis der modalen Parameter gestattet eine Beschreibung des dynamischen Systemverhaltens und ist eine wichtige Grundlage für numerische Untersuchungen zur Modellbildung. Jedes Modell beruht dabei auf vereinfachenden Annahmen und enthält somit zwangsläufig ein gewisses Maß an Unsicherheiten.

Wie sich ein schwingungsfähiges System tatsächlich verhält, kann oft nur auf Basis experimenteller Untersuchungen geklärt werden. Die experimentelle Modalanalyse ist eines der wichtigsten Messverfahren in diesem Bereich, wobei von einer Modellbetrachtung der Struktur ausgegangen wird.

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