Fräsprozesse effizienter und nachhaltiger gestalten

Das in „CoolSpindle“ erarbeitete Kühlkonzept wird in „SmartSpindle“ um Heizelemente und Temperatursensoren (siehe rechts im Inneren des Kühlkörpers) ergänzt, damit ein regelbares System entsteht. Dieses soll von einer KI-Anwendung gesteuert werden. (Bild: Heike Fischer/TH Köln)

Mit Hilfe von Hochfrequenzfrässpindeln werden in der industriellen Fertigung unterschiedliche Werkstoffe wie Aluminium oder Kunststoff bearbeitet. Beim Fräsprozess dehnt sich die Spindel aufgrund der thermischen Belastung allerdings aus, was die Bearbeitung ungenau macht. Damit der Prozess präzise bleibt, muss die Temperatur im System konstant bleiben. Im Projekt „SmartSpindle“ entwickeln das Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln sowie die mechatron GmbH daher ein intelligentes und selbstlernendes Steuerungssystem. Dieses soll die Spindel vorausschauend kühlen oder beheizen, so dass sich temperaturbedingte Ausdehnungen auf ein Minimum reduzieren.

„Hochfrequenzfrässpindeln werden in vielen Bereichen eingesetzt. Mit ihnen werden zum Beispiel die Randkonturen von optischen Kunststoffen für Brillen, Zahnersatzmodelle oder Aluminiumgehäuse für Smartphones und Tastaturen geformt. All diese Anwendungsfälle verlangen ein hohes Maß an Präzision, das bei Ausdehnung der Frässpindel durch thermische Belastung nicht mehr gegeben ist“, sagt Prof. Dr. Jörg Luderich vom Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln. „Da bisherige Lösungen für dieses Problem entweder nicht effektiv genug oder zu teuer und klimaschädlich sind, entwickeln wir ein neuartiges, optimiertes System zur Temperaturstabilisierung.“

Das Vorhaben knüpft dabei an die Ergebnisse des ebenfalls von Prof. Dr. Luderich geleiteten und in Kooperation mit der mechatron GmbH durchgeführten Forschungsprojektes „CoolSpindle“ an. „Bei dem dabei entwickelten Kühlkonzept wird die erzeugte Wärme von Wärmerohren aus der Spindel herausgeleitet, um über einen integrierten Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeführt zu werden. Im Vergleich zu den derzeit überwiegend genutzten flüssigkeitsgekühlten Systemen kann dadurch rund 30 Prozent Energie eingespart werden, da keine kosten- und energieintensiven Bestandteile wie Kühlaggregate mehr benötigt werden. Zudem kann auf klimaschädliche Kältemittel verzichtet werden“, so Luderich.

Schnelle und präzise Reaktion bei thermischer Belastung

In „SmartSpindle“ soll die im Vorgängerprojekt entstandene Technologie weiterentwickelt werden, wie Lucas Jonath, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik erklärt: „Das in ,CoolSpindle‘ verwendete System ermöglicht es, den Wärmefluss umzukehren und somit nicht nur zu kühlen, sondern auch zu heizen. So kann die Frässpindel auch bei kurzen Unterbrechungen des Fertigungsprozesses betriebsbereit gehalten werden. Wir werden das bestehende Konzept in einem ersten Schritt mit Heizelementen und Temperatursensoren erweitern, so dass ein regelbares System entsteht, das vorausschauend und situationsgerecht kühlt oder heizt.“

In einem weiteren Schritt soll eine KI-Anwendung entwickelt werden. „Diese wird so konzipiert, dass sie sehr schnell auf Änderungen reagiert, aber auch optimale Heiz- und Kühlzyklen für sich wiederholende oder ähnliche Bearbeitungsaufgaben selbständig erlernen und stetig optimieren kann. Dadurch sollen die thermischen Dehnungen während der kritischen Phasen der Bearbeitung stets konstant bleiben“, so Jonath. Dies ermögliche höhere Genauigkeiten im Fertigungsprozess sowie eine erhöhte Lebensdauer der Maschinenmodule.

Das Forschungsprojekt „SmartSpindle – Entwicklung eines intelligenten, selbstlernenden Steuerungssystems für Hochfrequenz-Frässpindeln“ wird an der TH Köln unter der Leitung von Prof. Dr. Jörg Luderich durchgeführt. Projektpartner ist die mechatron GmbH. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) über zwei Jahre gefördert.

Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. Sie bietet Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-, Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-, Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind rund 27.000 Studierende in etwa 100 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und Wegbereiterin.

Kontakt für die Medien

TH Köln
Referat Kommunikation und Marketing
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Marcel Hönighausen
0221-8275-5205
pressestelle@th-koeln.de

Bildmaterial zur honorarfreien Verwendung bei Copyright-Angabe stellen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Bitte wenden Sie sich dazu an pressestelle@th-koeln.de.

https://www.th-koeln.de/hochschule/fraesprozesse-effizienter-und-nachhaltiger-gestalten_91088.php

Media Contact

Sybille Fuhrmann Referat für Kommunikation und Marketing, Team Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Technische Hochschule Köln

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau

Der Maschinenbau ist einer der führenden Industriezweige Deutschlands. Im Maschinenbau haben sich inzwischen eigenständige Studiengänge wie Produktion und Logistik, Verfahrenstechnik, Fahrzeugtechnik, Fertigungstechnik, Luft- und Raumfahrttechnik und andere etabliert.

Der innovations-report bietet Ihnen interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Automatisierungstechnik, Bewegungstechnik, Antriebstechnik, Energietechnik, Fördertechnik, Kunststofftechnik, Leichtbau, Lagertechnik, Messtechnik, Werkzeugmaschinen, Regelungs- und Steuertechnik.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Flexible Elektronik ohne Sintern

Leitfähige Metall-Polymer-Tinten für den Inkjet-Druck. Auf der diesjährigen Hannover Messe präsentiert das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien Hybridtinten für den Inkjetdruck. Sie bestehen aus Metallnanopartikeln, die mit leitfähigen Polymeren…

Grüner Wasserstoff nach dem Vorbild der Natur

Transregio-Sonderforschungsbereich verlängert … Das Sonnenlicht als Quelle für die klimafreundliche Energieversorgung nutzen: Lange vor großen Initiativen wie dem europäischen „Green Deal“ oder der „nationalen Wasserstoffstrategie“ hat der Transregio-Sonderforschungsbereich (SFB) CataLight…

Molekulare heterogene Katalyse in definierten dirigierenden Geometrien

Katalyse-Sonderforschungsbereich geht in die zweite Runde. Der Sonderforschungsbereich „Molekulare heterogene Katalyse in definierten dirigierenden Geometrien“ (SFB 1333) an der Universität Stuttgart erhält eine zweite Förderperiode und damit Fördermittel in Höhe…

Partner & Förderer