Die Theorie

Es gibt viele Vorteile bei der Verwendung von Verbundwerkstoffen für Maschinenteile, die in Bewegung sind. Weniger Gewicht und höhere Steifigkeit bedeuten eine höhere Eigenfrequenz. Mehr Dämpfung bedeutet weniger Vibrationen und mehr Genauigkeit. Weniger Gewicht bedeutet weniger Energie zur Beschleunigung und Abbremsung und alle Eigenschaften gemeinsam führen zu einer höheren Leistung.

Die Eigenfrequenz ist eine Auswirkung der Materialdichte und des Moduls. Das ist die Gleichung:-

Vibrationen und deren Zerfall sind abhängig von der Masse, der Steifigkeit und der Dämpfung der Komponenten der Maschine und wie die Formel zeigt, die das Kraftgleichgewicht bei freier Vibration bestimmt, besteht diese aus drei Materialeigenschaften. Die anderen Elemente der Gleichung sind Beschleunigung und Geschwindigkeit, die sich in Frequenz und Verschiebung als Amplitude kombinieren.

Die CompoTech Carbon-Graphitverbund-Technologie hat signifikante positive Auswirkungen auf alle drei Materialeigenschaften.

  • ¼ der Masse von Stahl
  • 2 x des E-Moduls von Stahl
  • 20 x die Dämpfung von Stahl
  • …und Potenzial für thermische Nullausdehnung

Das Ergebnis

Alexander H. Slocum, Precision Machine Design 1994, zeigt einzeln die Wirkung der Verbesserung der Materialeigenschaften…

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Die früheren Tests bei CompoTech wurden mit einem Spindelrohr aus gedämpftem Verbundstoff im Vergleich zu einem Stahlspindelrohr mit den gleichen Abmessungen durchgeführt.

Dieser Test zeigt die Wirksamkeit des gedämpften Verbundstoffes und die Bedeutung der Verbesserung aller Teile in einem System.

Ein Vergleich von Grauguss mit mehreren gedämpften CompoTech Carbon-Graphitverbundstoffen.

3 Versuche mit Trägern mit gleichen äußeren Querschnittsabmessungen und variierenden Anteilen von Verbundmodulen- und Dämpfungseigenschaften zeigten alle niedrigere Amplituden bei höherer Eigenfrequenz.

Grauguss im Vergleich zu Carbon-Graphitverbundstoff mit unterschiedlichen Kombinationen von E-Modul und Dämpfung

  • Gute Module + viel Dämpfung
  • Hohe Module + Dämpfung
  • Sehr hohe Module + ein wenig Dämpfung

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Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die negative Abweichung G(f) bei der harmonischen Frequenz für die Verbundträger deutlich geringer ist als bei Grauguss.

Es kann mehr Metall in einem Durchgang geschnitten werden, indem der Limit-Chip erhöht und ein größerer Bereich für eine stabile Bearbeitung im Stabilitäts-Lobe-Diagramm geschaffen wird.

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Die Limit-Chip-Formel und die obigen Ergebnisse zeigen, dass eine reduzierte negative Vibration eine größere Chip-Größe mit Carbon-Graphit-Dämpfung für die Träger einer Maschine bringt. In der Praxis ist es das Zusammenspiel aller Teile der Maschine, welches den stabilen Bereich für die Bearbeitung bestimmt. Um das Potenzial von Carbon-Graphit-Dämpfungsmaterialien für die Maschinenstruktur zu maximieren, ist es besonders wichtig, auf die Übergänge zwischen Verbundstoff und anderen Teilen der Maschine zu achten. Von besonderer Bedeutung ist die Lagerverbindung zwischen Gleitbalken und anderen Teilen der Maschinenstruktur. Es ist wichtig, über die Standardlösung hinauszublicken und alle Eigenschaften der Materialien an diesem Übergang mit einzubeziehen.