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5.3 Auswirkungen auf das dynamische Verhalten beim Rührreibschweißen
Aus Platzgründen und wegen der Erwärmung in der Nähe der Schweißstelle
wurde als Messort die Rückseite des Spannwinkels gewählt. Abbildung 5-8 zeigt
die auftretenden Beschleunigungen in Werkzeug-Achsrichtung sowie die aus
diesen Werten berechneten Amplitudenspektren. Dabei wird deutlich, dass die
gemessenen Amplituden beim Fräsen eine Größenordnung (Zehnerpotenz) über
denen beim Rührreibschweißen liegen, obwohl die Kraftanteile in Werkzeug-
Achsrichtung bei beiden Verfahren um einen ähnlich großen Anteil schwanken.
Dies deutet bereits darauf hin, dass die Maschinenstruktur bei beiden Verfahren
unterschiedlich beansprucht wird. Bei weiterer Betrachtung des Zeitsignals der
Beschleunigungen sind außerdem die Werkzeugumdrehungen des Fräsers eindeutig
zu bestimmen (Zeit pro Umdrehung = 0,0353 s). Beim Rührreibschweißen
ist dies nicht der Fall (Zeit pro Umdrehung = 0,06 s). Außerdem scheint die Maschine
im Bereich der Messstelle während einer Umdrehung des Fräsers hochfrequent
auszuschwingen. Das Amplitudenspektrum unterstreicht diese Beobachtungen.
Es zeigt hohe Werte im Bereich von 300 Hz bis 400 Hz, die aus den Bereichen
starker Schwingungen des Zeitsignals resultieren. Zusätzlich sind die
Zahneintrittsfrequenz (85 Hz) und die 5. Vielfache der Drehfrequenz zu erkennen.
Das Amplitudenspektrum des Rührreibschweißprozesses zeigt deutliche
Ausschläge bei Vielfachen der Drehzahl. Die höchsten Amplituden treten bei
133,3 Hz und 266,6 Hz auf.
Die Betrachtung von Beschleunigungen allein reicht jedoch zur umfassenden
Bewertung der offensichtlichen Unterschiede der beiden Verfahren nicht aus. Für
Werkzeugmaschinen sind ohnehin die auftretenden Verlagerungen relevanter.
Deshalb wurden die Beschleunigungswerte durch doppelte Integration entsprechend
umgerechnet. Dabei kam ein Hochpassfilter zum Einsatz, der die Frequenzanteile
unter 20 Hz (Fräsen) und unter 12 Hz (Rührreibschweißen) unterdrückt,
um die numerische Integration zu ermöglichen. Die auftretenden Schwingungen
mit ihren Verlagerungsamplituden haben für das Fräsen einen direkten
Einfluss auf die Oberflächenqualität des gefertigten Bauteils. Die Verlagerungen
sind daher meist von größerem Interesse als die Beschleunigungswerte. Abbildung
5-9 zeigt analog zu Abbildung 5-8 die Verlagerungen und die entsprechenden
Amplitudenspektren.
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