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2.7 Zusammenfassung und Bewertung des Standes der Technik
3 Zielsetzung und Vorgehensweise
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Einfluss des Rührreibschweißprozesses
auf das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen zu charakterisieren
und über Simulationsmodelle abzubilden. Damit soll ein Beitrag zur Auswahl
und Entwicklung von Maschinen zum Rührreibschweißen geleistet werden. Zusätzlich
soll über die umfassende Modellierung des Prozesses das Prozessverständnis
erhöht und das Verfahren damit für industrielle Anwender besser zugänglich
gemacht werden.
Abbildung 3-1 veranschaulicht die dafür gewählte Vorgehensweise. In Kapitel 4
werden als Basis für spätere Betrachtungen die in dieser Arbeit verwendeten
Werkzeuge und Methoden zur Vermessung und Modellierung von Maschinen
vorgestellt. Dabei wird näher auf die Simulation von Werkzeugmaschinen auf
Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) und auf den Aufbau eines mechatronischen
Gesamtmodells eingegangen. Außerdem werden die Grundlagen zur
Messung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen erläutert.
Als Grundlage für die zu erstellenden Modelle wird im Anschluss das dynamische
Verhalten von Werkzeugmaschinen beim Rührreibschweißen durch umfangreiche
Versuche erfasst. Dabei soll, auch im Vergleich zur Zerspanung, vor
allem der Einfluss der Prozesszone auf die Messergebnisse identifiziert werden.
Die nötigen Versuchsaufbauten, die durchgeführten Versuche und die Schlussfolgerungen
sind Kapitel 5 zu entnehmen.
Mithilfe der in Kapitel 5 beschriebenen Versuche werden in Kapitel 6 Modelle
für zwei Aspekte des Rührreibschweißprozesses entwickelt. Auf der einen Seite
wird ein Prozesskraftmodell entworfen, das die dynamischen Anteile der Prozesskräfte
während des Schweißens abbildet. Dabei werden sowohl theoretische
als auch empirische Ansätze verfolgt. Auf der anderen Seite wird der Einfluss der
sich im Kraftfluss befindenden Prozesszone modelliert und in ein Maschinenmodell
integriert. Diese Modelle ermöglichen es, die Auswirkungen des Rührreibschweißprozesses
auf Maschinen während des Betriebs abzubilden.
Kapitel 7 zeigt zwei Anwendungsgebiete für die entwickelten Modelle. Im Zusammenspiel
mit dem Maschinenmodell können über das Prozesskraftmodell
ähnlich wie bei Dreh- und Fräsoperationen das Schwingungsverhalten der Maschine
und die dynamischen Belastungen während des Prozesses prognostiziert
werden. Das mechatronische Gesamtmodell der Maschine kann für die Ausle-
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