Maschinenkomponenten aus CFK tilgen dynamische Einflüsse

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Faserverbundwerkstoffe haben einen hohen Dämpfungsgrad, der durch Optimierung des Schichtverbunds um ein Mehrfaches gesteigert werden kann. Gemessen als logarithmisches Dekrement beträgt er je nach Werkstoff bis zum Zwanzigfachen der Werte für Stahl (Bild 3).

Gezielte Polverschiebung in der Schwingung dank CFK-Komponenten

Durch Änderung des Dämpfungsgrads oder der Eigenfrequenzen lässt sich eine gezielte Polverschiebung der Schwingung bewirken, somit kann man Schwingungsanregungen unschädlich machen. Die Umwandlung der Schwingungsenergie in innere Wärme sorgt für eine Amplitudenreduzierung und für eins beschleunigtes Abklingen induzierter Schwingungen.

Maschinenkomponenten können so auf die optimale Dämpfung für die gewünschte Anwendung eingestellt werden, was zum Beispiel ein abrupteres Positionieren des Bauteils bei hochdynamischen Anwendungen ermöglicht oder für eine bessere Qualität von Messsignalen sorgt.

Variation der Bauteilsteifigkeit führt zu justierbaren Eigenfrequenzen

Die Eigenfrequenzen von Maschinenkomponenten lassen sich durch Variationen der Bauteilsteifigkeit gezielt in Bereiche verschieben, in denen die Komponente durch ihre Umgebung keine äußere Anregung mehr erfahren kann. Bei Maschinenelementen aus metallischen Werkstoffen hingegen sind die Eigenfrequenzen geometrisch fest vorgegeben. Eine Werkstoffsubstitution zugunsten von Faserverbundwerkstoffen ermöglicht intelligente Lösungen und Produkte jenseits der Möglichkeiten klassischer Werkstoffe.

Komponenten aus Faserverbundwerkstoffen haben drei schwingungstechnische Charateristika: eine niedrige Bauteilmasse, die zu Schwingungen angeregt werden kann, einen hohen Dämpfungsgrad und ein breites Frequenzspektrum, in dem sich die Eigenfrequenzen gezielt verschieben lassen. Diese Kombination führt zu einem niedrigeren Schwingungsniveau als bei Stahlteilen. So wirken sich beispielsweise Rotorasymmetrien bei Wellen oder Walzen aus Faserverbundwerkstoffen viel geringer aus.

Folglich können bei gleichem Schwingweg wie bei einer metallischen Rotorausführung viel höhere Geschwindigkeiten gefahren werden. Oder bei gleicher Dynamik lässt sich eine viel höhere Laufruhe erreichen. Das ermöglicht beispielsweise das Ablesen genauerer Messergebnisse oder das Erzielen besserer Bearbeitungsergebnisse.

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