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Aachener Maschinenbau GmbH

Steigt die Pulsationsfrequenz sinkt die Pulsationskraft

Es wird deutlich, dass eine höhere Pulsationsfrequenz zu einer kleineren Pulsationskraft führt. Unklar ist hier der Wirkzusammenhang. Um diesen zu untersuchen, wird im Folgenden die Zeit die das Ventil offen ist (t_open) reduziert, während die Zeit t_closed vergrößert wird. Es werden entsprechend zwei identische Pulsationsfrequenzen untersucht, deren Periode jedoch unterschiedlich aufgeteilt ist. Die Zeit t_open wird dabei auf den Wert gesetzt, der zuvor als minimale Reaktionszeit Δt identifiziert wurde (Δt = t_open = 16 ms). Um weiterhin die Frequenz auf f_kss = 15 Hz zu erzielen, ergibt sich somit ein Wert von t_closed = 50 ms. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigt Bild 5 (analog zu Bild 4).

Pulsationskraft hängt von der Öffnungs- und Schließzeit des Ventils ab

Im Vergleich zu der schon zuvor vorgestellten Frequenz f_kss = 15 Hz mit gleichmäßig aufgeteilter Periode t_open / t_closed =33 / 33 (Bild 5a), zeigt die ungleichmäßig aufgeteilte Periode t_open / t_closed = 16 / 50 (Bild 5b) deutlich ausgeprägtere Maxima im Volumenstromverlauf.

Die Volumenstromdifferenz ΔV̇ steigt infolge der Erhöhung der Zeit t_closed auf t_closed = 50 ms von ΔV̇ = 33 l/min (Bild 5a) auf ΔV̇ = 41 l/min (Bild 5b). Mit der Steigerung dieser Differenz geht, wie bei den zuvor in Bild 4 dargestellten, gleichmäßig aufgeteilten Perioden, eine Steigerung der maximalen Pulsationskraft einher. Während die Volumenstromdifferenz ΔV̇ jedoch um 24 % steigt, ist bei der Kraft eine Steigerung von 120 % zu beobachten.

Aus der zuvor vorgestellten Auswertung lässt sich der Wirkzusammenhang zwischen der Pulsationsfrequenz f_kss und der Pulsationskraft F_puls darstellen. Die Variation der Öffnungs- und Schließzeit beeinflusst bei gleicher Frequenz die Volumenstromdifferenz ΔV̇ stärker als eine Änderung der Pulsationsfrequenz. Eine höhere Volumenstromdifferenz führt zu einer größeren Pulsationskraft F_puls. Die Pulsationskraft ist somit abhängig von der individuellen Öffnungs- und Schließzeit. Die Öffnungszeit sollte für eine Maximierung der Pulsationskraft niedrig und die Schließzeit möglichst hoch gewählt werden.

Abschließend lässt sich Folgendes zum Pulsierenden KSS sagen

Im Projekt „KSS-Puls“ wird durch Pulsation von Kühlschmierstoff angestrebt, Rattern durch gezieltes „Verstimmen“ der Schwingungen einer lang auskragenden Bohrstange zu reduzieren. Dadurch soll die Stabilitätsgrenze des Bearbeitungsprozesses erhöht werden. Um Ratterschwingungen optimal dämpfen zu können, muss die durch die Pulsation erzeugte Kraft auf das Werkzeug maximiert werden. Eine vielversprechende Methode zur Erhöhung der Pulsationskraft ist die hier vorgestellte Anpassung der Öffnungs- und Schließzeiten des Pulsationsventils.

Zur weiteren Steigerung der Pulsationskraft wird im weiteren Projektverlauf auch die Bohrkanalgeometrie mithilfe von Strömungssimulationen optimiert. Außerdem wird zukünftig erforscht, mit welchen Pulsationsfrequenzen beziehungsweise mit welchen Frequenzabfolgen eine bestmögliche Störung des für Ratterschwingungen verantwortlichen Regenerativeffekts möglich ist. Für die Untersuchung wird ein System umgesetzt, welches die gezielte Variation der Pulsationsfrequenzen und -kräfte ermöglicht.

Danksagung

Das Forschungsprojekt „KSS-Puls – Entwicklung eines aktiv gedämpften Werkzeughalters für einen Innenausdrehprozess mittels eines gepulsten Kühlschmiermittel-Strahls“ (Fördernummern KK5295401KX1 und KK5032707KX1) wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) und von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF) betreut und gefördert. Das IFW und der Kooperationspartner TAM Tools GmbH bedanken sich für die finanzielle Unterstützung.

* Berend Denkena, Heinrich Klemme und Moritz Wickmann forschen am IFW der Universität Hannover, Stephan Bertram Leitet den Vertrieb bei der TAM-Tools GmbH.

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