Projektbereich B: Parametrierung und Korrektur

Der Projektbereich B bündelt die Arbeiten zur Parametrierung und modellgestützten Korrektur.
Untersucht werden die Wärmeübergänge zwischen Baugruppen, insbesondere an Fugen (Teilprojekt B02). Weiterhin wird das thermo-elastische Verhalten von verlustleistungsbehafteten Komponenten und Baugruppen wie Hauptspindelsystem, Linearführungen, Wälzlagern und Kugelgewindetrieben anhand von Prüfstandsversuchen und parallel entwickelten Simulationen (Teilprojekt B03) analysiert. Da insbesondere in bewegten Kontakten reibleistungsverursachte Wärmeströme im Verlauf der Betriebsdauer erheblichen Veränderungen unterworfen sind und exemplarabhängig schwanken, sind Parameteridentifikationsverfahren notwendig (Teilprojekt B04), die sich perspektivisch für eine Selbstinbetriebnahme von Modellen beispielsweise während des Betriebs von Korrekturlösungen eignen.
Je nach Anwendungsschwerpunkt sind drei modellgestützte Korrekturansätze denkbar, die im Projektbereich B parallel verfolgt werden sollen. Die Begründung für die Wahl dreier Ansätze leitet sich aus drei grob formulierten Einsatzspektren von Werkzeugmaschinen her: Werkzeugmaschinen mit engem Prozess- und Bewegungsspektrum, Maschinen mit mittlerem Prozess- und Bewegungsspektrum und Maschinen mit stark wechselndem Prozess- und Bewegungsspektrum.Pragmatische Lösungen versprechen korrelative Modelle (TP B09), d. h. in thermischer Echtzeit ausführbare Korrekturmodelle auf Basis von Kennfeldern, die aus einer Datenbasis gewonnene Regressionsbeziehungen zwischen ausgewählten Temperaturmesspunkten und der thermo-elastischen Verformung abbilden. Eine Arbeitsthese ist, dass diese Modelle insbesondere für die Prozessführungsvarianten gelten werden, mit denen die Datenbasis für das Korrekturmodell auf messtechnischem oder simulativem Wege erzeugt wurde, wie es bei Serienproduktion sinnvoll ist. TP B06 wendet eigenschaftsbasierte Modelle an, d. h. Übertragungsfunktionen zwischen eingangsseitig ausgewählten Lasten wie Antriebsdrehzahlen und Momenten und ausgangsseitig entstehenden thermoelastischen Verformungen im gesamten Arbeitsvolumen, um eine erweiterte Prozessvariabilität berücksichtigen zu können. Die Arbeitsthese ist, dass sich dieses Modell insbesondere für mittlere Prozess- und Bewegungsspektren eignet. Bei in thermischer Echtzeit ausführbaren strukturmodellbasierten Korrekturmodellen (TP B07) können prinzipiell beliebige Maschinenkonfigurationen und Bewegungsregimes und damit Lastverteilungen sowie sich ergebende veränderliche Kopplungen der Baugruppen abgebildet werden. Hier ist die Arbeitsthese, dass sich dieser Anstz für Universalmaschinen mit stark wechselndem Prozess und Bewegungsspektrum eignen wird. Die prozessparallele Bestimmung von Modell- und Prozessparametern zur Verfolgung veränderlicher Betriebs- und Umgebungsbedingungen und ihre ständige Rückführung von Messergebnissen auf einem mitbewegten Zeitfenster (TP B08) erhöht die Qualität der Korrekturverfahren.

Projektbereichsverantwortlicher:

Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher
RWTH Aachen, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen, Werkzeugmaschinenlabor

Teilprojekte:

  • B01

Modellierung der thermischen Wechselwirkung zwischen Umgebung und Maschine
Wechselwirkung zwischen Umgebung und Maschine
Neugebauer: Fraunhofer IWU Chemnitz
Dieses Teilprojekt wurde mit Ende von Phase 1 abgeschlossen.

  • B02

Bestimmung und Modellierung der Wärmeübergangsmechanismen zwischen den Maschinenkomponenten
Kneer: RWTH Aachen, Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung

  • B03

Komponenten- und Baugruppenuntersuchung
Brecher: RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor, Forschungsbereich Werkzeugmaschinen

  • B04

Identifikation von Modellparametern für exemplarisch streuende sowie zeitlich veränderliche thermische Maschineneigenschaften
Kabitzsch: TU Dresden, Institut für angewandte Informatik, Professur Technische Informationssysteme
Kauschinger: TU Dresden, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik

  • B05

Korrekturalgorithmen und höherdimensionale Kennfelder
Herzog: TU Chemnitz, Professur Numerische Mathematik (Partielle Differentialgleichungen)
Priber: Fraunhofer IWU Chemnitz
Dieses Teilprojekt wurde mit Ende von Phase 1 abgeschlossen.

  • B06

Eigenschaftsmodellbasierte Korrektur lastabhängiger Strukturverformungen
Brecher: RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor, Forschungsbereich Werkzeugmaschinen

  • B07

Strukturmodellbasierte Korrektur thermo-elastischer Fehler an Werkzeugmaschinen
Kauschinger: TU Dresden, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik

  • B08

Modellprädikative Parameter- und Zustandsschätzung
Herzog: TU Chemnitz, Professur Numerische Mathematik (Partielle Differentialgleichungen)
Dieses Teilprojekt wurde aufgrund von Ergebnissen des Teilprojektes B05 aus Phase 1 neu konzipiert.

  • B09

Parametrierung und kennfeldbasierte Korrektur
Ihlenfeldt: Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)
Glänzel: Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)
Dieses Teilprojekt wurde neu konzipiert und fasst Teile aus den Teilprojekten B01 und B05 zusammen.