Die präzise Erfassung von Prozesskräften ist ein zentrales Werkzeug in der Forschung im Bereich der Zerspanung und für die Kalibrierung entsprechender Simulationsmodelle. Auch in der industriellen Anwendung gewinnt sie zunehmend an Bedeutung, etwa zur Prozessüberwachung im Sinne von Industrie 4.0 und zur Anreicherung digitaler Schatten mit Produktionsdaten. Die Genauigkeit solcher Messungen wird jedoch durch das frequenzabhängige Übertragungsverhalten der eingesetzten Kraftmesssysteme und ihrer Resonanzfrequenz begrenzt, insbesondere bei hochdynamischen Kräften, wie sie beim Fräsen im unterbrochenen Schnitt auftreten. 

Das Projekt zielt darauf ab, Methoden zu entwickeln, mit denen die Bandbreite, bzw. der nutzbare Frequenzbereich, erweitert werden kann. Bestehende Filtermethoden müssen für jede Messkette individuell kalibriert werden. Verändert sich das Übertragungsverhalten durch den Materialabtrag und damit die Massereduktion des Werkstücks, sind wiederholte Rekalibrierungen erforderlich, da sich die Ergebnisse zunehmend verschlechtern. Daher ist neben dem Verständnis vom Einfluss des Materialabtrags auf das frequenz­abhängige Übertragungsverhalten von werkstückseitigen Kraftmesssystemen das Ziel, Modellierungstechniken zur Bewertung und Korrektur dieses Einflusses bei der Anwendung in Fräsprozessen mit variierendem Anregungs­spektrum zu entwickeln.

Zur Lösung werden zunächst empirische Untersuchungen zum dynamischen Verhalten eines Kraftmesssystems unter variierender Werkstückmasse durchgeführt. Ergänzend wird eine geometrisch‑kinematische Simulation entwickelt, um die zeitlich variierende Werkstückmasse effizient vorherzusagen und als Eingangsgröße für die Modellierung nutzbar zu machen. Auf Basis der gesammelten Daten entsteht das sogenannte Forcillator-Modell, ein heuristisches mathematisches Modell nach dem Vorbild ungekoppelter harmonischer Oszillatoren zur kompakten Beschreibung von Übertragungs-frequenzgängen mittels charakteristischer Peaks. Dieses Modell erlaubt eine effiziente Parametrierung über wenige Kennwerte und bildet somit die Grundlage für eine anschließende Interpolationsmethode zwischen unter­schiedlichen Systemzuständen bei variierender Masse. Mittels Interpolation zwischen Forcillator-Modellen soll für jeden Prozesszeitpunkt ein gültiger Übertragungsfrequenzgang verfügbar sein. Abschließend erfolgt eine Evaluation der entwickelten Methoden hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit auf andere Kraftmessplattformen sowie ihres Nutzens für industrielle Anwen­dungen, wie eine Prozessüberwachung oder eine simulationsgestützte Werkzeugverschleißerkennung.

Das Projekt kann einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Einflusses des Materialabtrags auf die werkstückseitige Kraftmessung leisten und ermöglicht damit eine deutlich genauere Erfassung hochdynamischer Prozesskräfte - sowohl in der Forschung als auch in industriellen Anwendungen