Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Untersuchung klimatischer Einflüsse in der Klimazelle - Werkzeugmaschinen im Check-Up

01.02.2018

Klimatische Bedingungen haben einen großen Einfluss darauf, wie präzise Werkzeugmaschinen arbeiten. Umgebungseinflüsse wie Temperaturänderungen, Zugluft oder Luftfeuchtigkeit können deren Präzision stark beeinträchtigen. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU lässt Maschinen in verschiedene Klimazonen der Erde reisen, ohne sie tatsächlich nach Südostasien, Kanada oder Brasilien zu verfrachten: In einer neu eröffneten Klimazelle kann man testen, wie klimatische Effekte auf die Funktionsweise von Drehmaschine und Co. einwirken.

Werkzeugmaschinen sind thermisch empfindlich: Ihre Produktionsgenauigkeit kann bereits gestört werden, wenn Hallentore im Winter nur kurz offen stehen. Die meisten Unternehmen fertigen weltweit, oftmals in nicht klimatisierten Umgebungen. Die Folge sind ungenau arbeitende Maschinen, die Ausschuss produzieren.


Dank der abnehmbaren Deckenkonstruktion lassen sich kompletten Werkzeugmaschinen per Kran in die Klimazellen heben.

© Fraunhofer IWU

Auch laufende Antriebe und andere Wärmequellen wie etwa heiße Werkzeuge können sich negativ auswirken. Welchen Einfluss klimatische Effekte und Umgebungswechselwirkungen auf Werkzeugmaschinen und deren Komponenten haben, untersuchen Forscher des Fraunhofer IWU in Chemnitz in einer weltweit einzigartigen Klimazelle, die kürzlich eröffnet wurde.

»Durch Sonneneinstrahlung und Zugluft treten thermische Wechselwirkungen in Form von Strukturdehnungen auf, die wir in der Klimazelle abbilden können. Ziel ist es, die Fertigungsgenauigkeit der Maschinen zu stabilisieren und zu erhöhen, indem wir die thermisch bedingten Fehler während der Bearbeitung direkt in der Maschinensteuerung korrigieren«, erläutert Dr. Janine Glänzel, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IWU.

Von thermischen Einflüssen besonders betroffen sind beispielsweise Maschinen mit einem langen Bett oder auch vertikal gebaute Systeme, die sich während der Produktion ungleichmäßig erwärmen und zur Seite biegen.

Die Wissenschaftlerin und ihr Team simulieren verschiedenste Temperaturszenarien: In dem neu eröffneten Prüflabor lassen sich Temperaturen von 10 bis 40 Grad Celsius mit einem Toleranzbereich von plus/minus 0,1 Kelvin und eine Luftfeuchte von 10 bis 90 Prozent mit einer Toleranz von drei Prozent einstellen.

»Wir haben die bereits bestehende Thermozelle zur Klimazelle umgerüstet. Durch neue Lüftungskomponenten, Dampfbefeuchter und Absorptionstrockner können wir jetzt neben der Temperatur zusätzlich die Luftfeuchte regeln«, sagt Glänzel. Die Forscherin und ihre Kollegen sind beispielsweise in der Lage, den Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf das Quellverhalten moderner Materialien wie Mineralbeton zu untersuchen.

Abnehmbare Deckenkonstruktion

Dank einer Aufstellfläche von 40 Quadratmetern, einer lichten Höhe von 4,5 Metern und einer abnehmbaren Deckenkonstruktion lassen sich nicht nur einzelne Komponenten, sondern komplette Werkzeugmaschinen mit dem Hallenkran heben und in der Klimazelle platzieren. Die temperierbare Bodenplatte ist auf ein Gewicht von maximal 20 Tonnen ausgelegt.

Thermische Schwachstellenanalyse

Bevor der Messaufbau startet, ermitteln die Forscher mit Hilfe einer simulationsgestützten Analyse die optimale Platzierung der Temperatur- und Verlagerungssensoren. Erstere verkleben die Wissenschaftler direkt an der Maschine, die Verlagerungssensoren werden an einem um die Werkzeugmaschine aufgebauten Messgestänge montiert und durch kleine Stangen mit an neuralgischen Stellen angebrachten Messklötzern verbunden – also dort, wo die Forscher die einflussreichsten thermischen Verlagerungen messen können. Mit den Temperatursensoren können sie den Einfluss innerer als auch äußerer Wärmelasten auf die Maschinenstruktur erfassen.

Während des Experiments werden Temperaturschwankungen automatisiert abgebildet. Auch das Verhalten der Werkzeugmaschinen unter Langzeitbelastungen lässt sich erfassen. »Unsere ausgeklügelte Technik, mit der gekühlt und erwärmt wird, funktioniert im Prinzip wie die Klimaanlage im Auto«, so Glänzel. Hersteller, aber auch Anwender, haben so die Möglichkeit, ihre Fräs- und Zerspanungsmaschinen bereits im Vorfeld entsprechend zu konfigurieren und an künftige klimatische Gegebenheiten anzupassen.

Treten tatsächlich Verlagerungen auf, wenden die Forscher selbstentwickelte Korrekturalgorithmen an, um die Produktionsgenauigkeit zu beeinflussen. Die Messwerte fließen in die Korrekturmethode ein. »Wir berechnen die Korrekturwerte direkt über einen Referenzpunkt am Werkzeug, den sogenannten Tool Center Point, sodass thermisch bedingte Verformungen während der Fertigung von der Steuerung korrigiert werden können«, führt die technikaffine Mathematikerin aus. Darüber hinaus bestimmen die Forscher die Abwärmemenge der Werkzeugmaschinen, um sie wieder dem Kühlprozess zuzuführen und so Energie zu sparen.

Die Klimazelle ist Forschungsgegenstand des Sonderforschungsbereichs Transregio 96 »Thermo-energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen«, dessen Ziel es ist, die Parameter Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität aufeinander abzustimmen und eine optimale Lösung zu etablieren. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG fördert das Forschungsvorhaben.

Weitere Informationen:

https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2018/Februar/werkzeugmas...

Martin Lamß | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Mehr Funktionalitäten: Mikrostrukturierung großer Flächen mit UV-Lasersystem
05.07.2018 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Neue Fräskinematik – individuell und hochpräzise fertigen
02.07.2018 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

Mobilfunkstrahlung kann die Gedächtnisleistung bei Jugendlichen beeinträchtigen

19.07.2018 | Studien Analysen

Mit dem Nano-U-Boot gezielt gegen Kopfschmerzen und Tumore

19.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics