Optimale Positionierung und Auslegung von Mehrmassendämpfern innerhalb eines kombinierten Topologieoptimierungsverfahrens

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255302368

Das dynamische Verhalten ist für die Leistungsfähigkeit moderner Werkzeugmaschinen ausschlaggebend. Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens bereits während des Entwicklungsprozesses eignen sich Verfahren der Strukturoptimierung. Insbesondere mit der Topologieoptimierung kann die Massen-Steifigkeit von Gestellbauteilen beispielsweise hinsichtlich der Eigenfrequenzen optimiert werden. Vorrangig bei bereits bestehenden Maschinen kann durch die Auslegung von dynamischen Zusatzsystemen wie Hilfsmassendämpfern (HMD) die dynamische Nachgiebigkeit mittels gezielter Schwingungsdämpfung positiv beeinflusst werden. Dynamische Zusatzsysteme kommen jedoch selten bereits in der Entwicklungsphase zum Einsatz und gelten eher als Problemlöser.Ziel des gesamten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines neuen Optimierungs-Verfahrens zur Reduktion der dynamischen Nachgiebigkeit von Werkzeugmaschinen, bestehend aus der Kombination einer Topologieoptimierung mit der Optimierung von verteilten Hilfsmassendämpfer-Systemen. Im Rahmen der ersten Förderperiode wurde ein neuartiger, analytischer Auslegungsansatz für Mehrmassendämpfer und deren automatische und optimale Positionierung entwickelt und praktisch verifiziert. Außerdem wurde ein Programmsystem zur Umsetzung des kombinierten Optimierungsverfahrens entwickelt.Der Fokus der zweiten Phase des Forschungsvorhabens liegt neben der Implementierung und Erprobung einer Kopplungsmethodik von Topologieoptimierung und Dämpferauslegung in der praktischen Verifizierung des Gesamtverfahrens unter Verwendung generativer Fertigungsverfahren, die es ermöglichen Leichtbaustrukturen mit strukturell integrierten Hilfsmassen einteilig zu fertigen. Dazu sind die Berücksichtigung von Fertigungsrandbedingungen im Optimierungsprozess, die Parametrierung von Dämpfermassen bei additiver Fertigung, sowie die fertigungsgerechte Ergebnisrückführung maßgeblich. Anhand eines SLM-Demonstrators wird das kombinierte Optimierungsverfahren experimentell validiert und hinsichtlich der Leistungsfähigkeit abschließend bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen