Elektrohydraulisches aktives Dämpfungssystem für Werkzeugmaschinenstrukturen

In vielen Fällen wird die Leistungsfähigkeit von Werkzeugmaschinen durch das Auftreten selbsterregter Schwingungen begrenzt, die auf ein unzureichendes Dämpfungsvermögen der mechanischen Struktur zurückzuführen sind. Im Entwurfsstadium stehen heute vielfältige Möglichkeiten zur Berechnung und Optimierung des statischen Nachgiebigkeitsverhaltens einer Maschine zur Verfügung. Demgegenüber fehlt es meist an wirkungsvollen Maßnahmen zur gezielten Verbesserung des Dämpfungsverhaltens einer Maschine. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwiefern das dynamische Maschinenverhalten durch den Einsatz eines aktiven Schwingungsdämpfers verbessert werden kann. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf einem elektrohydraulischen, absolut wirkenden Aktor auf der Basis einer Reaktionsmasse. Es wird gezeigt, dass sich das hydraulische Konzept im Vergleich zu anderen Aktortypen durch eine erheblich kompaktere Bauweise auszeichnet. Diese kompakte Bauweise ermöglicht in vielen Fällen erst die gezielte Integration in die Maschinenstruktur im Punkt der größten Schwingungsamplitude bzw. in unmittelbarer Nähe der Prozesskräfte. Im Rahmen der Arbeit wird ein Regelungskonzept für eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfung vorgestellt, das auf einem lagegeregelten Hydraulikaktor basiert. Anhand verschiedener Simulationsrechnungen werden die Wirkung und die Stabilität des aktiven Systems im Zusammenwirken mit dem dynamischen Nachgiebigkeitsverhalten der mechanischen Struktur analysiert. Sowohl die Dämpfungswirkung als auch die Stabilität hängen maßgeblich von der Bandbreite des hydraulischen Lageregelkreises ab, die wiederum von der Stellgeschwindigkeit des Servoventils bestimmt wird. Beim Einsatz hochdynamischer Servoventile eignet sich das elektrohydraulische System sehr gut für die Bedämpfung von Eigenfrequenzen in relativ niedrigen Frequenzbereichen, die z.B. typisch für Großwerkzeugmaschinen sind. Die Funktion des aktiven Dämpfers wird durch experimentelle Untersuchungen in Form von Nachgiebigkeitsmessungen und Zerspanungsversuchen nachgewiesen.