Tiefbohren

Ratterschwingungen dämpfen beim Einlippen-Tiefbohren

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Problematisch ist, dass aufgrund der Schwingung mit der ersten Eigenfrequenz die größte Schwingungsamplitude am Bohrkopf auftritt, wo aus Platzgründen ein Dämpfereinsatz nicht möglich ist. Mit zunehmender Entfernung der Dämpferwirkstelle vom Amplitudenmaximum nimmt somit bei steigender Bohrtiefe auch die Effektivität der Schwingungsdämpfung ab. Eine Lösung des Problems ist eine torsionselastische Einspannung des Werkzeugs [4]. Dadurch wird erreicht, dass über die gesamte Länge des Werkzeugs die Schwingungsamplitude konstant bleibt, so dass auch bei maximaler Bohrtiefe dem Schwingungsprozess noch Energie entzogen werden kann.

Das entwickelte System arbeitet in Form einer Kupplung zur Entkopplung von Maschinenspindel und Werkzeug. Dies ist notwendig, um eine Relativbewegung zwischen diesen Teilen zu ermöglichen. Die Dämpfung dieser Relativbewegung stabilisiert den Prozess. Das entwickelte System besteht aus zwei gegeneinander verdrehbaren Gehäuseteilen, die ineinander gelagert sind. Zwischen diesen Gehäusehälften befindet sich in einem zylindrischen Spalt ein magnetorheologisches Fluid (MRF) zur Momentübertragung (Bild 2). Magnetorheologische Fluide sind Dispersionen, bestehend aus einer Trägerflüssigkeit, in der Regel ein Silikonöl, und darin dispergierten magnetisierbaren Metallteilchen. Bei Anlegen eines Magnetfeldes bilden diese Metallteilchen Ketten entlang der magnetischen Feldlinien aus.

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Dämpfungsverhalten per Stromstärke beeinflussen

Dadurch wird die Bewegung der Basisflüssigkeit zwischen den Ketten erschwert und die Viskosität der Dispersion ändert sich. Dieser Effekt ist von flüssig bis nahezu fest einstellbar [5].

Im Anwendungsfall befinden sich seitlich des MRF-gefüllten Spaltes Spulen zur Erzeugung der erforderlichen magnetischen Felder. Über die Stromstärke lässt sich das Dämpfungsverhalten des adaptronischen Werkzeughalters in gewünschter Weise beeinflussen. Die Art der Regelung hängt dabei vom jeweiligen Prozesszustand ab. Bei Auftreten von Rattern kann die Schnittstelle zwischen Antrieb und Abtrieb weicher gestaltet werden, um so die Schwingungsenergie zu dämpfen und durch innere Reibung in Form von Wärme zu dissipieren.

Zur Erfassung des aktuellen Prozesszustands, also des Maßes der aktuellen Torsionsschwingung, wurden Beschleunigungsaufnehmer an der Werkzeugaufnahme der Adaptronik appliziert. Diese befinden sich in einer 180°-Anordnung zueinander, um so sicher Torsionsschwingungen detektieren zu können. Die Signale der Beschleunigungsaufnehmer werden während des Prozesses über eine kontaktlose Datenübertragung (Telemetrie) an einen Messrechner zur Signalauswertung übermittelt.

Dort findet die Prozessanalyse statt und das System kann selbstständig eine Veränderung der Stromstärke vornehmen, um so das mechanische System zu verändern und den Prozess zu beruhigen. Der erreichte Effekt wird wiederum über die Beschleunigungssensoren detektiert und der Regelkreis ist somit geschlossen.

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