Industriekolloquium 2022

Der SFB/TR 96 lädt am 9. Juni 2022 Industrievertreter und Wissenschaftler zum Industriekolloquium ein.

Im Mittelpunkt der Veranstaltung stehen Antworten auf die Herausforderungen durch thermische Fehler mit ihren negativen Konsequenzen für die Wirtschaftlichkeit der Fertigung. Die Wissenschaftler aus den Teilprojekten berich-ten in kompakter Form über Forschungsergebnisse der letzten drei Jahre des SFB/TR 96. Der Fokus liegt auf dem Zusammenwirken von teilprojektspezifischen Lösungen zur Korrektur und Kompensation thermischer Fehler und den Möglichkeiten zu deren praktischer Umsetzung.

Termin

08.06.2022

  • 17:30 – 19:00 Uhr Versuchsfeldbesichtigung in Halle E der TU Chemnitz
  • ab 19 Uhr Abendveranstaltung

09.06.2022

  • 9:00 – 17:00 Uhr Vortragsprogramm


Ort

  • Heinrich Tagungszentrum
    Wladimir-Sagorski-Straße 30
    09122 Chemnitz

Anfahrt

Erreichbarkeit mit dem öffentlichen Personennahverkehr

  • Straßenbahn Linie 5 & 6, Haltestelle Morgenleite
    50 m vom Gebäude entfernt
  • Bus Linie 53, Haltestelle Bruno-Granz-Str.
    100 m vom Gebäude entfernt

Anfahrt mit PKW

5 km bis Autobahn Ab-/Auffahrt A72 Chemnitz-Süd
7 km bis Stadtzentrum

Anfahrtsdarstellung bei Google maps


Vorläufiges Programm

08.06.2022

17:30 – 19:00 Uhr Versuchsfeldbesichtigung in Halle E der TU Chemnitz

Stationen der Besichtigung:

  • Thermische Vermessung eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums unter variierenden Umgebungsbedingungen in der Klimazelle
  • Mobile Klimazelle
  • Kennfeldbasierte Korrektur thermischer Verlagerungen eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums
  • Spindelversuchsstand mit Modellarbeitsraum zur thermischen Charakterisierung von Werkzeugen und Spannmitteln
  • Spann- und Prozesskraftmessung mit sensorischen Spannbacken und sensorischer Spindelnase
  • sensorisches Spannfutter mit drahtloser Signalübertragung und Energy Harvesting
  • 5-Achs-Hochdruckwasserabrasivstrahltechnik zur hochpräzisen Schneidkantenpräparation
  • Additiv gefertigte Werkzeuge für die CFK-Bearbeitung
  • Ermittlung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen mit der Betriebsmodalanalyse

09.06.2022

Möglichkeiten zur Verbesserung des thermo-elastischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen durch Kompensation und Korrektur – Übersicht und Auswahlempfehlungen
Hajo Wiemer

abstract
Der Beitrag gibt einen Überblick über die technischen Möglichkeiten, das thermo-elastische Verhalten von Werkzeugmaschinen hinsichtlich der Arbeitsgenauigkeit und Energieeffizienz zu verbessern. Im Wesentlichen werden die Forschungsergebnisse des SFB/TR96 „Thermo-energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen“ präsentiert. Der SFB/TR96 verfolgt prinzipiell zwei Handlungsstrategien. Das sind konstruktive Möglichkeiten zur Kompensation und steuerungsbasierte Methoden für die Korrektur thermisch bedingter Fehler. Alles in allem steht ein umfangreicher Methodenkasten bereit, der nach den Einsatzbedingungen ausgewählt und angewendet werden muss. Der Beitrag schließt mit Empfehlungen für die anwendungsgerechte Auswahl der Lösungsmethoden.

Vom Teilmodell zur Gesamtmaschinensimulation – Modellierungsmethoden und Kopplungsstrategien
Lukas Topinka, Steffen Brier, Joachim Regel, Martin Dix, Hui Liu, Marc Bredthauer, Thomas Bergs, Stefan Sauerzapf, Michael Beitelschmidt, Julia Vettermann, Quirin Aumann, Jens Saak, Peter Benner, Thorsten Helmig, Andreas Naumann, Roland Herzog

abstract
Physikalisch basierte mathematische Modelle bilden die Grundlage der Beschreibung technischer Systeme und dienen dem Verständnis der inneren Zusammenhänge dieser. Die primär im SFB/TR 96 eingesetzten Modelltypen zur Beschreibung des thermo-elastischen Maschinenverhaltens sowie Effizienzsteigerungsmethoden, wie die Modellordnungsreduktion, werden diskutiert. Aufbauend auf diesen Grundlagen werden Möglichkeiten zur Modellzusammenführung mit Fokus auf Modellbeschreibungen sowie Schnittstellen thematisiert. Exemplarisch wird eine modellübergreifende Kooperation vorgestellt, in der unter Berücksichtigung der Kühlschmierstoffzufuhr und des Zerspanungsprozesses die Wärmestromausbreitung von der Kontaktzone zwischen Schneide und Werkstück bis zum Werkzeughalter bestimmt wird. Ein kurzer Überblick zu den im Sonderforschungsbereich eingesetzten Kopplungsmethoden für die Erstellung von Gesamtmaschinenmodellen runden den Beitrag ab

Eigenschaftsmodellbasierte Korrekturansätze im praktischen Einsatz
Mathias Dehn, Alexander Steinert

abstract
Bei eigenschaftsmodellbasierten Ansätzen zur Korrektur thermo-elastischer Fehler an Werkzeugmaschinen handelt es sich um Greybox-Modelle, die auf einfachen phänomenologischen Zusammenhängen der Wärmelehre aufbauen. Sie zeichnen sich deshalb durch einen guten Kompromiss aus Parametrierungsaufwand in der Aufbauphase und Rechenaufwand in der Betriebsphase aus. Die genannte Charakteristik prädestiniert diesen Modelltyp für den praktischen Einsatz im industriellen Umfeld. Dieser Vortrag legt daher den Schwerpunkt auf Fragestellungen rund um den Aufbau und den Einsatz eigenschaftsmodellbasierter Korrekturverfahren in der Praxis. Anhand verschiedener Beispiele wird gezeigt, wie anwendungsnahe Herausforderungen mit neuartigen Lösungsansätzen wirkungsvoll bewältigt werden können.

Vorgehensweise für die Umsetzung der strukturmodellbasierten Korrektur
Xaver Thiem, Holger Rudolph, Siddharth Murali, Manfred Benesch, Steffen Ihlenfeldt, Jens Müller, Hajo Wiemer

abstract
In diesem Vortrag wird die strukturmodellbasierte Korrektur thermisch bedingter Fehler an Werkzeugmaschinen vorgestellt. Mithilfe eines prozessaktuellen Maschinenmodells werden die thermisch bedingten Fehler am Tool Center Point (TCP) auf Basis von Informationen aus der Steuerung und Umgebungstemperaturen berechnet. Am Beispiel einer Demonstratormaschine wird gezeigt, wie die folgenden Maßnahmen ineinandergreifen, um den thermisch bedingten Fehler zu korrigieren und somit die Maschinengenauigkeit zu steigern. Das Maschinenmodell beschreibt die physikalischen Zusammenhänge und bildet auch die Struktur und die Strukturvariabilität infolge von Verfahrbewegungen der Vorschubachsen ab. Hierfür werden Finite-Element-Modelle genutzt. Um eine prozessaktuelle Berechnung von hochaufgelösten Modellen zu ermöglichen, werden Modellordnungsreduktionsverfahren verwendet. Die Genauigkeit der initial auf Basis von Literaturwerten parametrierten Modelle kann durch einen Parameterabgleich erhöht werden. Das hierfür entwickelte systematische Vorgehen sowie dessen Anwendung auf der Demonstratormaschine werden vorgestellt. Des Weiteren wird auf die Anbindung des Modells an die Maschinensteuerung und die Bestimmung des Startzustandes des Modells eingegangen. Zur effektiven Erfassung von thermischen Fehlern, die am TCP einer Werkzeugmaschine auftreten, hat sich die Photogrammetrie als guter Ansatz erwiesen. Diese Methode kann für die Verifizierung einer großen Anzahl Messpunkte im Arbeitsraum verwendet werden. In den bisher durchgeführten Versuchen konnten die thermisch bedingten Fehler durch den Einsatz hochwertiger Bildgebungstechnik und Bildanalyse qualitativ erfasst werden.

Hybride Korrektur Thermo-elastischer Fehler an komplexen Bearbeitungszentren
Naumann, A. Naumann, N. Bertaggia, J. Glänzel, M. Brand (DMG)

abstract
Thermische Fehler an Werkzeugmaschinen sind nach wie vor eine der dominantesten Fehlerquellen in der spanenden Bearbeitung. Zur Reduzierung dieser Fehlerquellen wurden in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Korrektur- und Kompensationsverfahren entwickelt, die von gezielten Temperierstrategien über thermisch robuste Maschinenkonstruktion bis hin zu präzisen thermo-elastischen Finite-Elemente-Simulationen reichen. Dass es dennoch bislang noch keine Standardstrategie zum Umgang mit thermischen Fehlern gibt, hängt vor allem daran, dass jedes Verfahren Stärken und Schwächen hat, die je nach Maschinentyp und Bearbeitungsart eine unterschiedliche Wirksamkeit der Verfahren verursachen. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist die Verbindung mehrerer Verfahren in hybriden Korrekturstrategien. Am Beispiel des 5-Achs-Bearbeitungszentrums DMU80 evo wird eine kennfeldbasierte Korrektur mit einer durch Sensitivitätsanalyse optimierten messtechnikbasierten Korrektur verbunden, um bessere Korrekturergebnisse zu ermöglichen, als mit den Einzelverfahren möglich wären.

Adaptive Fluidsysteme zur energieeffizienten Temperierung von Werkzeugmaschinen
Christoph Steiert, Juliane Weber, Sarah Mater, Eric Wenkler, Arvid Hellmich, Janine Glänzel, Alexander Geist, Jürgen Weber, Steffen Ihlenfeldt

abstract
Zur Temperierung von Komponenten und Strukturen in Werkzeugmaschinen werden oftmals fluidische Systeme eingesetzt, die ungeregelt mit voller Kühlleistung agieren. Dieses Vorgehen ist eine Ursache für den hohen Energiebedarf und kann zu einem instationären Temperaturfeld in der Werkzeugmaschine führen, da prozessbedingt dynamische Verluste nicht durch das statisch arbeitende Kühlsystem kompensiert werden können. Ein simulationsgestützter Lösungsansatz für die Verbesserung der existierenden Temperiersysteme ist deren Betrieb mit variablen Volumenströmen. Damit kann die lastabhängig entstehende Wärme durch eine gezielte Temperaturregelung energieeffizient und bedarfsgerecht aus der Werkzeugmaschine abgeführt werden.  Der Beitrag beschreibt am Beispiel eines Werkzeugmaschinenbettes die simulationsgestützte Entwicklung einer Mehrgrößen-Temperaturregelung und deren anschließende Erprobung. Weiterhin wird eine thermische Vorsteuerung vorgestellt. Diese bestimmt die erwartbare Verlustleistung der einzelnen Komponenten, welche die Maschine in Folge einer NC-Aufgabe erfährt, modellbasiert mit zeitlichem Vorlauf. Durch diese Information kann ohne Temperatursensoren direkt auf Basis der Verlustprognosen, unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens (FEM/FVM), der notwendige Volumenstrom für das Temperiersystem bestimmt werden. Dies kann das thermodynamische Systemverhalten weiter verbessern.  Mit dem vorgestellten Vorgehen kann ein Beitrag zur energieeffizienten Regulierung des Temperaturverhaltens von Werkzeugmaschinen geleistet werden.

Energieeffiziente Gestaltungsmaßnahmen moderner Werkzeugmaschinen zur zeitlichen und örtlichen Reduzierung des thermischen Fehlers

  • Immanuel Voigt (SFB/TR 96)
  • Daniel Reibert (IPT Aachen): Myzel als neuartiger Dämmstruktur in Werkzeugmaschinen
  • n.n. Droop&Rein (angefragt): Gestaltung von Großwerkzeugmaschinen

Anmeldung

Für die Teilnahme am 8. und 9.6.2022 erheben wir eine Gesamt-Teilnehmergebühr in Höhe von 120 EUR inkl. Mwst.