Thermo-Energetische Optimierung von Temperierkreisläufen in Gestellstrukturen
Aufgabe / Zielsetzung
Eine hohe Fertigungsgenauigkeit und ein geringer Energiebedarf sind maßgebliche
Anforderungen an moderne Werkzeugmaschinen. Mit der Verwendung von Mineral-beton zum Abgießen von Werkzeugmaschinengestellen eröffnen sich erhebliche
Potentiale zur wirkstellennahen und damit an die jeweiligen Wärmequellen angepassten Integration von Kühlkreisläufen. Das Ziel des Projekts ist die thermo-energetische Optimierung dieser Temperierkreisläufe, sodass die thermische Stabilität und folglich die Fertigungsgenauigkeit verbessert werden kann (Minimierung thermo-elastischer Verformungen). Die Herausforderung bei der Adaption des Temperiersystems liegt in den zeitlich veränderlichen thermischen Lasten sowie der Beherrschung und Steuerung der komplexen dreidimensionalen Wärmeströme im Gestell.
Lösungsweg
Gestellstruktur und Temperierkreisläufe mit dezentralen Pumpen
Ausgehend von einer existierenden Gestellstruktur werden FEM-, CFD- und Netzwerkmodelle zur Beschreibung des thermo-energetischen sowie thermo-elastischen Verhaltens entwickelt und anhand von Temperatur- und Verlagerungsmessungen experimentell validiert. Mit Hilfe dieser
Berechnungsmodelle sind Optimierungen des Temperiersystems möglich. Hierzu
zählen die Struktur und die Positionierung der Kühlkreisläufe in der Gestellstruktur sowie die Regelung der Versorgung mit dem Kühlmedium. Die optimale Gestaltung des Temperiersystems wird anschließend an einem konkreten Beispiel exemplarisch umgesetzt. Der dabei entstehende neue verbesserte Funktionsdemonstrator dient zur Verifikation der Optimierungsmethode.
Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten innerhalb des Projektes SFB/Transregio 96 “Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen“ (Teilprojekt T02). Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung.