Abbildung des Umgebungseinflusses in der thermischen Simulation und für die Kompensation thermisch bedingter Wirkpunktabweichungen an Werkzeugmaschinen

Laufzeit:	10/2007 – 09/2009
Finanzierung:	DFG
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Günter Jungnickel Dipl.-Ing. Steffen Schroeder

Zielstellung

Thermische Einflüsse aus der Umgebung, insbesondere in unklimatisierten Werkhallen, führen an Großwerkzeugmaschinen zu relevanten Wirkpunktabweichungen. Bei der Korrektur der thermisch bedingten Wirkpunktabweichungen konnte bisher von den Umgebungseigenschaften nur die Lufttemperatur berücksichtigt werden. Die weit größeren Einflüsse wie die Veränderlichkeit der Strömungsverhältnisse und der Strahlungsumgebung werden nicht erfasst. Im Rahmen des Projekts wurde die Eignung von Wärmestromsensoren zur Abbildung des Umgebungseinflusses für die prozessparallele thermische Simulation und Kompensation im Hinblick auf den industriellen Einsatz untersucht.

Lösungsweg

Dazu sind gemessene Wärmestromwerte als Randbedingung in der thermischen Simulation von Gestellbauteilen bei variablen Umgebungsbedingungen berücksichtigt worden. Zur Beurteilung der Genauigkeit der Abbildung des Umgebungseinflusses mittels gemessener Wärmestromwerte erfolgten vergleichende Messungen des realen thermischen Verhaltens.

Ergebnisse

Durch die Verwendung gemessener Wärmeströme als Randbedingung in der thermischen Simulation von Werkzeugmaschinen konnte die Beschreibung der Umgebungslasten drastisch vereinfacht und der Modellierungsaufwand deutlich reduziert werden. Dies gilt vor allem im Vergleich zu einer ausführlichen Beschreibung von komplexen Umgebungsbedingungen bei der eine ähnliche Abbildungsgenauigkeit wie mit der Wärmestromeinspeisung erreicht werden kann. Des Weiteren wurde bei der Beschreibung von großen Umgebungslasten mittels gemessener Wärmeströme ein deutlicher Genauigkeitsgewinn gegenüber der bisherigen Beschreibungsform erzielt (Bild). So konnten die bisher verbleibenden großen Restfehler im Temperaturfeld um über 50 % verringert werden.