Fraunhofer-Gesellschaft

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Fluidische Kühlung von Motorspindeln und Werkzeugen

 
: Semmler, Ulrich; Schmidt, Gerhard; Weber, Jürgen; Weber, Juliane

:
presentation urn:nbn:de:0011-n-2377639 (3.6 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 51daec607858241e9192aa8af3e6565b
Created on: 16.4.2013


Dresdner Freundeskreis der Werkzeugmaschinen- und Steuerungstechnik e.V.:
16. Dresdner WZM-Fachseminar "Tradition und Gegenwart bei der Analyse des thermischen Verhaltens spanender Werkzeugmaschinen" 2013 : Gewidmet dem 100. Geburtstag von Prof. Horst Berthold; 21. und 22. März 2013, Dresden
Dresden, 2013
19 Folien
Dresdner Werkzeugmaschinen-Fachseminar (WZM) <16, 2013, Dresden>
German
Conference Paper, Electronic Publication
Fraunhofer IWU ()
Strömung; Energieeffizienz; Kühlschmiermittel; Motorspindel; Simulation; CFD

Abstract
Neben Antriebsaufgaben für Vorschubbewegungen und neben Werkzeug- bzw. Werkstückspannung erfüllen fluidtechnische Systeme in Werkzeugmaschinen vor allem die Funktion der Temperierung. Sie ermöglichen die Kühlung oder Vorwärmung sowohl einzelner Komponenten als auch gesamter Baugruppen, beispielsweise von Gestellbauteilen und -strukturen, Antriebsmotoren, Arbeits¬spindeln und Werkzeugen. Folglich bilden Fluidsysteme ein wichtiges Stellelement zur Steuerung und Beherrschung des thermo-elastischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen. Unter dem Fokus der Genauigkeit in Verbindung mit einer energieeffizienten Fertigung sind fluidtechnische Systeme als integraler Bestandteil von Beginn an in die Untersuchungen zur Gestaltung von Werkzeugmaschinen einzubeziehen.
Die zunehmende Komplexität und Leistungsfähigkeit fluidtechnischer Systeme hat einen erhöhten Hilfsenergiebedarf zur Folge und ist deshalb sowohl aus betriebswirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht kritisch zu hinterfragen. Angesichts komplexer Systemstrukturen und fehlender Grundsatzuntersuchungen sowie Auslegungskriterien ergibt sich ein Optimierungsproblem, welches heute nicht zufriedenstellend gelöst werden kann. Aus diesem Grund werden innerhalb des SFB Transregio 96 zur „Thermo-energetischen Gestaltung von Werkzeugmaschinen“ Modellierungsgrundlagen und Berechnungsmethoden für eine wissen-schaftlich begründete Auslegung speziell mit dem Schwerpunkt eines optimalen thermischen Verhaltens bei minimalem Hilfsenergieeinsatz entwickelt. Das Teilprojekt „Thermofluidtechnik“ untersucht hierbei fluidische Systeme, deren Systemgrenze durch die umgebende Bauteilwandung bzw. die Austrittsebene des Fluids in die Umgebung definiert ist.
Die ständig steigenden Anforderungen an die Zerspanung in Richtung höherer Zeitspanvolumina sowie neuer und häufig schwer zerspanbarer Werkstoffe ziehen hohe Temperaturen in der Zerspanungszone nach sich. Diese thermischen Belastungen erhöhen den Verschleiß der Werkzeuge und wirken durch die daraus resultierenden thermischen Verlagerungen negativ auf die Bearbeitungsgenauigkeit. Um den Verschleiß gering und die Genauigkeit und das Zeitspanvolumen hoch zu halten, ist eine fluidische Kühlung oft nicht zu vermeiden. Die traditionelle Kühlung erfolgt durch wässrige Kühlschmierstoffe (Emulsionen) und hat neben Verschleiß- und Temperaturreduktion außerdem die Aufgabe des Spänetransports aus der Bearbeitungszone. Traditionelle Kühlschmierstoffe (KSS) belasten die Umwelt, erfordern zusätzlichen Energieaufwand für die Aggregate und ziehen meist eine wiederum Ressourcen verbrauchende Reinigung der Bauteile nach sich. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen ist deshalb eine Reduktion des Verbrauchs durch gezielte Einbringung der KSS unmittelbar in die Bearbeitungszone, besser aber noch eine Substitution durch umweltverträgliche KSS anzustreben.
Die Effektivierung der Wirkung der KSS ist in erster Linie durch ihre Zuführung über Werkzeug-Innenkanäle möglich. Dadurch werden neben der Bearbeitungszone auch Werkzeug und Spannfutter gekühlt. Über die KSS-Durchführung erfolgt eine zusätzliche Innenkühlung der Spindel, deren thermischer Zustand mit Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit gemeinsam mit den oben genannten fluidischen Systemen der Spindel in Transregio 96 betrachtet wird.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-237763.html