Michael Löser

New solutions for the manufacturing of spacer preforms for thermoplastic textile-reinforced lightweight structures

The novel woven spacer fabrics consist of upper and lower layers which are connected through internal crosslinks. The aim is to weave spacer fabrics with woven crosslinks in a single production step as near net shape sandwich preforms. By this way reproducible and automated manufacturing of sandwich preforms for composites are realized. The paper deals at first with the conception of a new weaving and take-up technology of complete spacer fabrics without subsequent textile assembly processes. Afterwards, the special technology is described, and finally the paper deals with a simulation model for the prediction of dynamic warp thread forces in order to minimize fiber damage during weaving process.

Identification of weak spots in the metrological investigation of dynamic machine behaviour

Both the measurement of frequency response functions and the modal analysis are established tools for the measurement of the dynamic compliance of machine tools. State of the art measurement technique enables an allocation of dynamic weak points of the machine structure and optimization of the machine design on the basis of these measurement results. In recent applications the metrological investigation is used for the parameterization and the verification of simulation models to describe the dynamic behaviour of machine tools, which demands high standards regarding to the quantitative quality of measurement results. This paper describes the interlaboratory comparison test, which has been carried out at well-known German research institutes and was initiated by the Laboratory for Machine Tools and Production Engineering (WZL) of the RWTH Aachen. In this regard, the question is discussed, to what extent the compliance behaviour of machine structures under real process conditions corresponds to behaviour, determined in metrological investigation under idealized test conditions.

Integriertes Abzugssystem für das Weben von Spacer Preforms für textilverstärkte Verbund-Bauteile

Kurzfassung Für das Heißpressen hohlraumbehafteter, textilverstärkter thermoplastischer Verbund-Bauteile werden textile Preforms benötigt. Am SFB 639 der TU Dresden wird der Prozessketten verkürzende Ansatz verfolgt, diese Preforms aus Hybridgarnen, die die Verstärkungsfaser und die Matrix-Komponente bereits enthalten, endformnah als Spacer Fabrics webtechnisch herzustellen. Im ersten Teil des Beitrags wurden das Konzept und die Konstruktion dieses integrierten Abzugssystems behandelt. Der zweite Teil beschreibt zuerst ein entwicklungsbegleitend einsetzbares Simulationsmodell zur Berechnung der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Webmaschine sowie Abzugs- und Fadensystem. Anschließend wird für die Anlage die funktionale Systemstruktur abgeleitet und die darauf aufbauende Steuerungsentwicklung dargestellt. Die Beschreibung eines Emulators, mit dessen Hilfe die Steuerungsinbetriebnahme unterstützt wird, beschließt den Artikel.

Synthesis of Stability Lobe Diagrams

Chatter vibrations during machining lead to poor workpiece surfaces and increased tool wear. In the worst case, the tools and even the main spindle can be damaged. Nowadays, the surface regeneration is considered to be the main effect causing chatter instabilities. Regenerative chatter is initiated by repetitive tooth engagement where the currently engaged tooth cuts the surface produced by the preceding tooth. In a stability lobe diagram (SLD), the stable and unstable areas are separated by the graph of a critical cutting parameter plotted against the spindle speed. Stability lobe diagrams can be used to optimize machining processes in terms of maximizing material removal rate under stable cutting conditions. These SLDs are computed by time domain simulations. However, this consumes a lot of computational time. Thus, several time efficient algorithms in discrete time as well as frequency domain have been developed in the last decades. This chapter scrutinizes under what conditions different algorithms in frequency domain can be applied. The processes are separated regarding cutting conditions and dynamic behavior so that the most time efficient algorithm can be chosen for each class.

Frequenzgangermittlung an einer rotierenden Spindel

Kurzfassung Zur simulativen Untersuchung der Prozess-Maschine-Wechselwirkung bei hochtourig geführten Zerspanprozessen werden Modelle des drehzahlabhängigen Verhaltens des Spindel-Werkzeug-Systems benötigt. Die Identifikation der Parameter sowie die Verifikation dieser Modelle können anhand von Nachgiebigkeitsfrequenzgängen erfolgen, die an der rotierenden Spindel gemessen wurden. Wenn hierbei ein Impulshammer zur Strukturanregung eingesetzt wird, treten auf Grund der Relativbewegung zwischen dem rotierenden Messobjekt und der Kalotte des Impulshammers Reibkräfte in der Kontaktzone auf. Hinsichtlich der Bewertung der gemessenen Frequenzgänge stellt sich dabei die Frage, welche Beträge diese Reibkräfte annehmen können und welchen Einfluss sie auf das Messergebniss ausüben.

Integriertes Abzugssystem zum Weben von Spacer Preforms für textilverstärkte Verbund-Bauteile: Konzept und Konstruktion (Teil 1)

Kurzfassung Für das Heißpressen hohlraumbehafteter, textilverstärkter thermoplastischer Verbund-Bauteile werden textile Preforms benötigt. Am SFB 639 der TU Dresden wird zur Verkürzung der Prozesskette der Ansatz verfolgt, diese Preforms aus Hybridgarnen, die die Verstärkungsfaser und die Matrix-Komponente bereits enthalten, endformnah als Spacer Fabrics webtechnisch herzustellen. Diese Web-Technologie ist mit der derzeit standardmäßig verfügbaren Anlagentechnik allerdings nur eingeschränkt realisierbar. Neben einer neuartigen Flächenbildungstechnik ist ein integriertes, faserschonendes Abzugs-, Schneid- und Stapelsystem für eine reproduzierbare Fertigung erforderlich. Der Beitrag beschreibt im ersten Teil das Konzept und die Konstruktion dieses integrierten Abzugssystems. Im fortsetzenden Teil wird das Antriebs- und Regelungskonzept in Verbindung mit einem entwicklungsbegleitend einsetzbaren Simulationsmodell zur Berechnung der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Webmaschine sowie Abzugs- und Fadensystem vorgestellt. Die Beschreibung der zu steuernden Systemfunktionen und eines Emulators, mit dessen Hilfe die Steuerungsinbetriebnahme unterstützt wird, beschließt den Beitrag.

Prognose von Stabilitätsgrenzen für das Fräsen

Kurzfassung Das Stabilitätsverhalten von Fräsprozessen wird üblicherweise mit Hilfe so genannter Ratterkarten dargestellt, in denen der Graph einer den stabilen vom instabilen Bereich trennenden Grenz-Eingriffsgröße über der Drehzahl aufgetragen ist. Bei der rechnerischen Ermittlung dieser Ratterkarten im Frequenz- oder Zeitbereich bestimmen die zu einem geschlossenen Wirkungskreis verkoppelten Maschinen- und Fräskraftmodelle – also deren Modellansätze und die zugehörigen Modellparameter – das Berechnungsergebnis. Der Beitrag diskutiert anhand von Beispielen den Einfluss der verwendeten Modelle und deren Parameter auf die berechneten Ratterkarten.

Auslegung aktiv magnetisch gelagerter Werkzeugmaschinen-Hauptspindeln

Kurzfassung Aktiv magnetisch gelagerte, digital geregelte Spindeln sind komplexe mechatronische Systeme, deren dynamisches Verhalten durch eine Vielzahl miteinander verkoppelter Systembestandteile bestimmt wird, die unterschiedlichen Bereichen der Physik zuzuordnen sind. Für die sich heute stellenden hohen Anforderungen an die dynamischen Eigenschaften und die Präzision sind zu deren Verständnis lineare Modelle nicht ausreichend. Vielmehr müssen zur Modellierung einer magnetisch gelagerten Spindel für die einzelnen physikalischen Phänomene der verschiedenen Komponenten nichtlineare Teilmodelle verwendet werden. Der vorliegende Beitrag stellt ein umfangreiches Simulationswerkzeug zur anwendungsbezogenen Auslegung aktiv elektro-magnetisch gelagerter Spindeln vor und beschreibt, wie mit diesem Werkzeug dynamische Eigenschaften in frühen Stadien des Entwurfsprozesses beurteilt und die bei ihrem Einsatz zu erwartenden Prozessergebnisse prognostiziert werden können.

Ermittlung von Zerspankraftkoeffizienten für FKV

Kurzfassung Die spanende Bearbeitung von Bauteilen aus Faserkunststoffverbundwerkstoffen (FKV) ist mit Werkzeugmaschinen häufig unwirtschaftlich, da meist großer Bewegungsraum bei moderaten Genauigkeitsanforderungen und Prozesskräften erforderlich ist. Einen Lösungsansatz bietet die robotergestützte Bearbeitung. Zur simulationsgestützten Auslegung eines Roboter-Bearbeitungssystems wird ein Prozesskraftmodell benötigt. Eine Methodik zur Modellierung der Zerspankräfte und die Bestimmung der erforderlichen Zerspankraftkoeffizienten auf Basis experimenteller Untersuchungen werden in diesem Beitrag vorgestellt.

Einflussgrößen auf die Stabilität von Zerspanprozessen

Kurzfassung Das Bearbeitungsergebnis von Fertigungsprozessen ist das Resultat der Interaktion zwischen dem Verhalten der Maschinenstruktur und dem eigentlichen Prozess. Die Fähigkeit zur Prognose dieser Wechselwirkungen bietet die Möglichkeit, ein besseres Verständnis der Wirkzusammenhänge im Prozess zu entwickeln und die Sensitivität verschiedener Einflussfaktoren zu ermitteln. Damit kann simulationsunterstützt – ohne aufwändige Untersuchungen am realen Objekt – die Prozessführung so gestaltet werden, dass das Bearbeitungsergebnis positiv beeinflusst wird. In diesem Zusammenhang stellen Ratterphänomene einen Teilaspekt dar, der insbesondere bezüglich der erreichbaren Oberflächenqualität, des Werkzeugverschleißes und der Fertigungszeit eine hohe Relevanz besitzt. In diesem Beitrag sollen beispielhaft die Komplexwirkungen verschiedener Einflussfaktoren auf dieses Wechselwirkungsphänomen dargestellt werden.