2025-09-222025-09-22https://hdl.handle.net/11420/57499Die moderne Werkzeugmaschine ist einem kontinuierlichen Streben nach maximaler Produktivität bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an die erzielbare Arbeitsgenauigkeit ausgesetzt. Diese sich konträr verhaltenden Anforderungen werden wesentlich durch das dynamische Maschinenverhalten beeinflusst, wobei insbesondere die Erhöhung der Systemdämpfung ein wirksames Mittel zur Reduktion unerwünschter Prozessschwingungen ist. In diesem Kontext kommen beispielsweise extern applizierte schwingungsdämpfende Systeme zum Einsatz, deren Integration einerseits kostenintensiv ist und andererseits einen entsprechenden verfügbaren Bauraum voraussetzt. Aus diesem Grund wird eine direkte Funktionsintegration von Dämpfungsstrukturen in die schwingungsbelasteten Strukturbauteile angestrebt. Die Hauptspindel als zentrale Komponente im Kraftfluss einer Werkzeugmaschine eignet sich besonders für die Integration von Dämpfungselementen.Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen und das Institut für Industrialisierung Smarter Werkstoffe (ISM) gemeinsam mit dem Spindelhersteller WEISS Spindeltechnologie GmbH eine dämpfungsoptimierte Spindelnase entwickelt werden, die den Übergang zwischen Werkzeugschnittstelle und Spindelwelle bildet. Durch die Nutzung des additiven Fertigungsverfahren Selectives Laserschmelzen (SLM) können flexible Strukturen geschaffen werden, wobei innerhalb von erzeugten Hohlräumen nicht aufgeschmolzenes Material als Partikeldämpfer fungieren kann oder Squeeze-Film-Dämpfer platziert werden können. Die dafür notwendigen Hohlräume werden mithilfe FE-basierter Topologieoptimierungsverfahren ausgelegt. Der Ansatz zielt auf die effektive Bedämpfung hochfrequenter Spindelschwingungen ab, die insbesondere im Hochdrehzahlbereich häufig Ursache von Prozessinstabilitäten in der Zerspanung sind.The modern machine tool is constantly striving for maximum productivity with simultaneously increasing demands on the achievable working accuracy. These contradictory requirements are significantly influenced by the dynamic machine behaviour, whereby increasing the system damping in particular is effective for reducing undesired process vibrations. In this context, externally applied vibration damping systems are used, for example, whose integration is cost-intensive on the one hand and requires a corresponding amount of available installation space on the other. For this reason, a direct functional integration of damping structures into the vibration-loaded structural components is sought. The main spindle as a central component in the force flax of a machine tool is particularly suitable for the integration of damping elements. As part of the proposed research project, the Laboratory for Machine Tools and Production Engineering (WZL) of RWTH Aachen University and the Institute for Industrialization of Smart Materials (ISM), together with the spindle manufacturer WEISS Spindeltechnologie GmbH, aim to develop a damping-optimized spindle nose that forms the transition between the tool interface and the spindle shaft. By using the additive manufacturing process selective laser melting (SLM), flexible structures can be created, whereby non-melted material can act as particle dampers or squeeze film dampers can be placed within created cavities. The cavities required for this are designed using FE-based topology optimisation methods. The approach aims at the effective damping of high-frequency spindle vibrations, which are often the cause of process instabilities in machining, especially in the high-speed range.