Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Messen statt kühlen: Energieeffizienz und Präzision durch maschinenintegrierte Sensorik

12.09.2014

Maschinen, mit denen große Bauteile hergestellt werden, verlieren durch Temperaturschwankungen deutlich an Präzision: Schon durch wenige Grad Abweichung können sich Maschine und Bauteil so stark verformen, dass das Ergebnis unbrauchbar wird. Bisher dienten meist aufwändige und kostspielige Klimaanlagen dazu, die schwer kontrollierbare Wärmeausdehnung in den Griff zu bekommen.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT geht jetzt gemeinsam mit den Projektpartnern SHW Werkzeugmaschinen GmbH und SHW Bearbeitungstechnik GmbH einen anderen Weg:


Werkzeugmaschine SHW Uniforce

Bildquelle: SHW Werkzeugmaschinen GmbH

Mit einer neuen Messtechnik ermitteln sie Veränderungen an Maschine und Bauteil und können bereits im laufenden Fertigungsprozess Fehler kompensieren. Das spart einen beträchtlichen Teil der Betriebskosten für die Klimatisierung, da die Maschine unabhängig von der Umgebungstemperatur hochgenau arbeitet.

Rund 75 Prozent aller Fertigungsfehler bei Bauteilen sind auf Temperaturschwankungen zurückzuführen – vor allem bei großen Bauteilen und entsprechend großen Maschinen, da die Wärmeausdehnung sich über sehr lange Strecken besonders bemerkbar macht. Ein gängiger Lösungsansatz ist es hier, Maschine und Umgebung auf einem konstanten Temperaturniveau zu halten. Denn durch eine gleichbleibende Temperatur lässt sich die Verformung der Maschine bereits im Vorfeld vermeiden.

Allerdings funktioniert diese Methode nur zufriedenstellend, wenn sowohl die Klimatisierung als auch die Maschine rund um die Uhr eingeschaltet bleiben. Sonst kann es sehr lange dauern, bis der stabile Zustand wieder erreicht ist. Zudem ist die Temperierung der Maschinen mit einem sehr hohen Energieeinsatz verbunden.

Ziel von Fraunhofer IPT und SHW im Forschungsprojekt »EPSIS – Energieeffizienz und Präzision durch strukturintegrierte Sensorik« ist es deshalb, die Genauigkeit der Werkzeugmaschinen auch ohne aufwändige Temperierungstechnik zu stabilisieren.

Preiswerte Sensoren ersetzen teure Klimatechnik

Dazu wird die Verformung der Maschine durch eine Vielzahl integrierter Sensoren ständig überwacht. Ein mathematisches Modell, in dem die Daten weiterverarbeitet werden, bildet die Grundlage für eine näherungsweise Vorhersage der Fehler, die am Bauteil entstehen würden. Sind diese Fehler erst einmal bekannt, kann die Maschine die Bearbeitung entsprechend anpassen und so die Fehler kompensieren.

Indem die Maschinenverformung kontinuierlich überwacht und vorausberechnet wird, kann die Maschine selbst völlig ohne Klimatisierung hochgenau arbeiten. Die Betreiber von Werkzeugmaschinen können mit dem Einsatz des Sensorsystems also einen beträchtlichen Teil ihrer Betriebskosten sparen.

Kostengünstig und genau – erste Ergebnisse sind vielversprechend

Beim Entwicklungspartner SHW Werkzeugmaschinen GmbH wurde dafür ein Messsystem installiert, mit dem sich die Ausdehnung eines 20 Meter langen Maschinenbetts direkt erfassen lässt. Das System zeigt an, wie das Maschinenbett bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet. Die Genauigkeit der Messungen ist vergleichbar mit der eines Laserinterferometers – wie es aussieht, jedoch zu einem Bruchteil der Kosten.

Erste Testreihen unter den üblichen Bedingungen der Fertigung großer Bauteile zeigten bereits, dass äußere Einflüsse wie Schwingungen oder Ölnebel keinen negativen Einfluss auf das Messergebnis nehmen. Das neue Messsystem wäre damit robust genug für den industriellen Einsatz. In einem nächsten Schritt wollen die Aachener Forscher detailliert ermitteln, wie anhand der erhobenen Daten die Positionierfehler der Maschinenachse korrigiert werden können.

Ziel ist es, automatisch die Fertigungsfehler auszugleichen, die durch die Verformung der Maschinenkomponenten entstehen. Außerdem sollen weitere Sensorsysteme installiert werden, um ein noch umfassenderes Bild der gesamten Maschine zu gewinnen.

Das KMU-innovativ-Verbundprojekt »Energieeffizienz und Präzision durch strukturintegrierte Sensorik« wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 02PK2352 gefördert.

Kontakt

Dipl.-Ing. Michel Klatte M.Sc.
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Steinbachstr. 17
52074 Aachen
Telefon +49 241 8904-321
michel.klatte@ipt.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.ipt.fraunhofer.de/de/presse/Pressemitteilungen/20140912epsis.html

Susanne Krause | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Energieproduzierende Fenster stehen kurz bevor
23.02.2017 | University of Minnesota / Università degli Studi di Milano-Bicocca

nachricht Hauchdünn wie ein Atom: Ein revolutionärer Halbleiter für die Elektronik
23.02.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie