B01: Wechselwirkung zwischen Umgebung und Maschine

Modellierung der thermischen Wechselwirkung zwischen Umgebung und Maschine

Teilprojektleiter:

Prof. Dr.-Ing. habil. Welf-Guntram Drossel: Fraunhofer IWU Chemnitz

Dieses Teilprojekt endet mit Phase 1.

Es ist bereits in der Entwicklungsphase von Werkzeugmaschinen von Interesse, den Einfluss verschiedener thermische Randbedingungen auf die Arbeitsgenauigkeit zu kennen. Vorwiegend wird hierfür die Finite-Elemente-Methode angewendet. Es existieren jedoch für viele der erforderlichen physikalischen Eingangsgrößen und Parameter bei thermisch-strukturmechanischen Berechnungen (stationär und transient) und auch für die numerische Strömungsmechanik (CFD), insbesondere für Wärmeströme zur Bestimmung der Wechselwirkung zwischen Maschine und Umgebung, nur unzureichende Daten. Zielstellung ist, Modelle mit angepassten Randbedingungen für diesen Wärmeübergang zu erstellen, die Parameter zu ermitteln und zu optimieren. Dies soll vorzugsweise für Luftströmungen auf der Basis von freier und erzwungener Konvektion sowie für Wärmestrahlung erfolgen. Weiterhin wird die Wechselwirkung zwischen Maschine und Fundament untersucht. Schließlich sind konstruktive und kompensatorische Maßnahmen zur Verbesserung des thermischen Verhaltens abzuleiten.

Arbeitsprogramm

  • Modellbildung der thermischen Einflüsse für die Wechselwirkung zwischen Maschinenstruktur und Umgebung auf Basis transienter thermo-elastischer FE-Modelle
  • Modellbildung der Wechselwirkung zwischen Maschinenstruktur und Umgebung durch CFD-Modelle
  • Sensitivitätsanalysen an den thermo-elastischen FE-Modellen und den CFD-Modellen hinsichtlich konvektiven Wärmeübergangs und Wärmestrahlung
  • Experimentelle Temperaturmessungen an einer Werkzeugmaschine und Parameteridentifikation und –verifizierung für die thermo-elastischen FE-Modelle für freie und erzwungene Konvektion sowie Wärmestrahlung
  • Abgleich der thermo-elastischen FE-Modelle mit den CFD-Simulationen und gemessenen Temperaturgängen