Hochdämpfende Sandwiches mit zellularem Stahlkern für die Anwendung im Maschinenbau

Im Werkzeugmaschinenbau ist für die Erreichung einer hohen Positioniergenauigkeit neben der Notwendigkeit einer maximalen Bauteilsteifigkeit eine möglichst hohe Schwingungsdämpfung essentiell. Prädestiniert hierfür ist der Einsatz von zellularen Metallen in Form von Aluminiumschaum-Stahlblech-Sandwiches. Die gute Dämpfung des zellularen Metalls beruht beim Aluminiumschaum auf verfahrensbedingten Mikrorissen in den Zellwänden, die innere Reibungsflächen darstellen. Neben der Herstellung der verschiedenen Varianten werden Arbeiten zur weiteren Verbesserung der Festigkeits- und Dämpfungseigenschaften mit Hilfe unterschiedlicher zellularer Metalle beschrieben, deren Dämpfungsvermögen nicht auf dem Vorhandensein von Mikrorissen gründet. Präsentiert werden Messergebnisse bezüglich mechanischer Kennwerte und der Dämpfung, die mittels RFDA (Resonanzfrequenz- und Dämpfungsanalyse) ermittelt wurden. Eingegangen wird auch auf die Simulation der Bauteileigenschaften unter Berücksichtigung der neuen Werkstoff-Kenndaten. Die Bestimmung des E-Moduls erfolgte bei den quaderförmigen Proben aus der Biegeschwingung. Das Schubmodul wurde aus der Torsionsschwingung der quaderförmigen Proben bestimmt. Aus E- und Schub-Modul kann formal die Querkontraktionszahl errechnet werden. Auf Abbildungen sind Dämpfung, E-Modul und Dichte der untersuchten Leichtbauverbundwerkstoffe im Vergleich zu Referenzmaterialien dargestellt. Aluminiumschaumproben zeigen aufgrund der statischen Verteilung der Mikrorisse und einer gewissen Streuung der Dichte eine breite Streuung in Bezug auf E- und Schub-Modul. Ein prototypisches Bauteil (Spindelträger), seine Auslegung und die Methodik zum Vergleich verschiedener Bauweisen werden vorgestellt. Ein wichtiges Zwischenergebnis besteht in der nachweislichen Erzielung von sehr hohen Dämpfungswerten, die denen von Blei, Holz und vielen Polymeren entsprechen.