SFB/TR96 C05

Wichtige Daten im Überblick

Teilprojekt:	C05 im SFB/TR 96: Thermo-energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen – Eine systemische Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität am Beispiel der spanenden Fertigung
Laufzeit:	07/2011 – 06/2015
Finanzierung:	DFG / SFB/TR 96
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Hajo Wiemer
Kooperation:	Standorte Dresden, Aachen und Chemnitz des SFB/TR 96

Zielstellung

Die im Transregio 96 verfolgten Ansätze zur Korrektur bzw. Kompensation thermisch bedingter Bearbeitungsfehler führen zu unterschiedlichen Lösungen, die sich durch differenzierten Aufwand für ihre Erstellung und Anwendung sowie durch unterschiedliche Auswirkungen auf Genauigkeit und erreichbare Mengenleistung auszeichnen. Hinsichtlich eines künftigen Transfers in die industrielle Anwendung sollen die Ergebnisse über die einzelnen Phasen des Produktprozesses (Entwicklung, Realisierung, Nutzung) vergleichbar gemacht und bewertet werden. Eine dafür erforderliche Zusammenführung der technischen und wirtschaftlichen Beurteilung der Ansätze erfordert als Grundlage eine Metrik, welche aus heutiger Sicht folgende relevante Merkmale beinhalten muss:

die thermo-energetische Wirksamkeit der entwickelten Einzellösungen
ihre Auswirkung auf die Energieeffizienz des Bearbeitungsprozesses
die Auswirkungen der Ansätze auf die Produkt- und Prozessqualität sowie auf den erforderlichen Ressourceneinsatz bei Entwicklung, Herstellung sowie Betrieb der Maschine
die Eignung der Ansätze für geforderte Produkteigenschaften, welche sowohl technischer als auch wirtschaftlicher Natur sein können

Für die Komplexität dieser Zusammenhänge gibt es bisher keine äquivalente Bewertungsmethode, sodass Entscheidungen in der Praxis oft stark erfahrungsgeprägt sind und unter dem Anspruch einer hochproduktiven, spanenden Niedrigenergie-Genauigkeitsfertigung nicht nachweisbar optimal ausfallen können.

Zielstellung

Für die übergreifende Analyse und Bewertung der Lösungsansätze im SFB/Transregio werden im Teilprojekt C05 neuartige Methoden entwickelt.

Lösungsweg

Der verfolgte Ansatz besteht in der übergreifenden Erfassung und Repräsentation der für die unterschiedlichen Fachdomänen der Technik und Wirtschaft relevanten Eigenschaften der untersuchten Lösungen. Er basiert auf der Theorie und Methodik der konzeptionellen, semi-formalen Modellierung. Damit werden einerseits formal beschreibbare Bestandteile durch eine syntaktische Fassung formalen Auswertungen zugänglich, andererseits bleiben nicht vollständig formalisierbare Eigenschaften oder Zusammenhänge nicht unberücksichtigt. Die Innovation liegt darin, mithilfe dieser Modelle die technologischen Auswirkungen im Zusammenhang mit thermo-energetisch relevanten Lösungsvarianten der Maschinentechnik einem existierenden Methodenset für technische und wirtschaftliche Analysen zugänglich zu machen. Diese Analysen liefern den Teilprojekten Erkenntnisse für die wirtschaftliche und technische Bewertung der unterschiedlichen Lösungsvarianten für verschiedene Anwendungsszenarien (Technologie, Produktion, Markt), welche schließlich der Optimierung der Lösungsvarianten und der Zuordnung gesamtwirtschaftlicher Einsatzfelder dienen.

Das Ziel wird durch ein schrittweises Vorgehen erreicht. Zunächst werden die unterschiedlichen Lösungen und die zugehörigen Entwicklungsabläufe analysiert sowie Referenzszenarien und Benchmarkmethoden als Voraussetzung für die Ergebnisvergleichbarkeit erarbeitet. Weiterhin werden die Metrik und die Methodik zum Bewertungsmodell (siehe Bild) sowie geeignete Analyse- und Bewertungstools entwickelt. Diese werden schließlich zur Variantenanalyse hinsichtlich der Konzepteignung in den Referenzszenarien und hinsichtlich der wirtschaftlichen Wirkung angewendet.

Ergebnisse

Im Berichtszeitraum erfolgten die Forschungsarbeiten zu folgenden Schwerpunkten:

Erhebung des aktuellen Standes von technischen und organisatorischen Maßnahmen, von Handlungsbedarf sowie von diesbezüglicher Innovationsbereitschaft aus industrieller Sicht durch eine Befragung von Unternehmen des Werkzeugmaschinenbaus sowie typischen Betreibern.
Vom Kooperationspartner wurden erste konzeptionelle Arbeiten für ein übergreifendes, funktionsorientiertes Modell der Werkzeugmaschine vorgenommen, mit dem zunächst die Lösungsvarianten eingeordnet werden und künftig die unterschiedlichen Aspekte der Metrik abgebildet werden können.
Zur Herstellung der objektiven Vergleichbarkeit der Wirksamkeit der einzelnen Lösungsansätze wurde am LWM ein experimentelles Vorgehen zur Fertigung von Referenzwerkstücken entwickelt. Mit dem Bearbeitungsprozess werden die thermischen Lasten in der Maschine indirekt erzeugt. Zudem werden im Referenzwerkstück die resultierenden Maschinendeformationen und deren Wirkung auf die Arbeitsgenauigkeit vergegenständlicht.