MetaCut - Lärm und Schwingungen bei Kreissägen reduzieren

Leiser sägen, Gesundheit schützen

Beim Sägen entstehen Schwingungen im Sägeblatt und im Werkstück, die zur Geräuschentwicklung beitragen. Ein wesentlicher Teil des entstehenden Lärms geht dabei vom Sägeblatt aus. Herkömmliche lärmgeminderte Sägeblätter nutzen unter anderem Dämpfung, Schlitze im Stammblatt oder eine optimierte Schneidengeometrie. Das Potenzial dieser Ansätze ist jedoch begrenzt. MetaCut verfolgt deshalb einen neuen Weg:

Vibroakustische Metamaterialien sollen störende Schwingungen dort unterdrücken, wo sie entstehen.

Vibroakustische Metamaterialien besitzen gezielt ausgelegte Resonatorstrukturen. Sie erzeugen sogenannte Stoppbänder, also Frequenzbereiche, in denen sich Schwingungen nur stark reduziert ausbreiten können. Dieses Prinzip überträgt MetaCut auf Kreissägeblätter.

Vom Resonator zum lärmoptimierten Sägeblatt

Das Fraunhofer LBF entwickelt und optimiert die VAMM-Strukturen für die Kreissägeblätter. Dabei werden unterschiedliche Resonatorgeometrien numerisch untersucht und so ausgelegt, dass sie gezielt auf relevante Frequenzbereiche wirken. Die Konstruktion muss gleichzeitig Anforderungen an Festigkeit, Steifigkeit, Fertigung und Betrieb des Sägeblatts erfüllen.

Im Projekt wurden verschiedene Resonatorkonzepte entwickelt und anschließend in numerischen Modellen auf das Sägeblatt übertragen. Für die Auslegung kommen unter anderem FEM-Modelle in ANSYS zum Einsatz. So lassen sich die Resonatoren gezielt auf kritische Frequenzbereiche und die Anforderungen des jeweiligen Sägeblatts abstimmen.

Deutlich weniger Schwingungen im Sägeblatt

Die Untersuchungen bestätigen das Potenzial vibroakustischer Metamaterialien für lärmarme Kreissägeblätter. Bereits in Vorarbeiten reduzierten VAMM-Strukturen Schwingungen und Schall in gezielt ausgelegten Frequenzbereichen deutlich. Bei einem aktuellen Versuchsträger wurde im Stoppband eine Schwingungsreduktion von 53 dB gemessen.

Auch die Schnittqualität bleibt im Blick: Die bislang untersuchten Standard-, lärmreduzierten und VAMM-Sägeblätter zeigen vergleichbare Kennwerte der Schnittkantenqualität. Weitere Versuche sollen diese ersten Ergebnisse statistisch absichern.

Von der Simulation in die industrielle Anwendung

MetaCut betrachtet nicht nur die akustische Wirkung. Die entwickelten Sägeblätter werden hinsichtlich Strukturdynamik, Spannungszustand, Betriebsfestigkeit und Schnittqualität untersucht. Ziel sind lärmärmere Sägeblätter, die sich nicht nur im Labor bewähren, sondern auch die Anforderungen an Betriebsfestigkeit, Schnittqualität und industrielle Anwendung erfüllen.

Für Hersteller von Kreissägeblättern eröffnet MetaCut neue Möglichkeiten, lärmarme Werkzeuge gezielt zu entwickeln und akustisch zu optimieren.

Im Projekt soll eine Auslegungsmethodik entstehen, mit der sich VAMM-Sägeblätter systematisch entwickeln und herstellen lassen. Damit sollen insbesondere kleine und mittlere Unternehmen die Forschungsergebnisse schneller in eigene Produktentwicklungen überführen können. 

Auch Anwender in Handwerk und Industrie können profitieren: 

Weniger Geräusch direkt an der Quelle kann den Arbeitsschutz verbessern und gleichzeitig dazu beitragen, Maschinen und Fertigungsprozesse leiser zu gestalten.