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  • Publication
    Cooling Capacity of Oil-in-Water Emulsion under wet Machining Conditions
    ( 2023)
    Nabbout, Kaissar
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    Sommerfeld, Martin
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    Barth, Enrico
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    Bock-Marbach, Benjamin
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    Many industrial machining operations are carried out under wet machining conditions. Modelling and simulating fluid-structure-interactions and conjugate heat transfer are still a challenge nowadays. In this paper, temperature dependent heat transfer coefficients (HTC) h(T) are experimentally estimated for wet machining-like conditions in a jet cooling experiment. The transient temperature is thereby used to solve an Inverse Heat Transfer Problem for HTC function estimation. Determined HTC are applied as input in related jet cooling simulation using the Finite-Pointset-Method (FPM) to validate the modeling approach. Additionally, wet cutting simulations numerically highlight the influence of determined HTC h(T) on turning.
  • Publication
    Skalierbare Herstellung von ATMPs
    Die Entwicklung von Arzneimitteln für neuartige Therapien (ATMPs; Advanced Therapy Medicinal Products) schreitet schnell voran. Erste Produkte haben bereits die Marktzulassung erhalten und sind kommerziell erhältlich. Ihre Produktion ist jedoch von komplexen manuellen Abläufen, hochspezialisierten Geräten und den damit verbundenen hohen Produktionskosten geprägt. Aufgrund der Neuartigkeit und der hohen Komplexität bei der Produktion kann das volle klinische Potential von ATMPs in Zukunft unter den bestehenden Produktionsbedingungen nicht ausgeschöpft werden. Darüber hinaus nehmen die am Markt zugelassenen Produkte und die klinischen Anwendungsgebiete von ATMPs stetig zu, was langfristig nicht nur zu einem Engpass in der Produktion, sondern auch zu einer hohen finanziellen Belastung des Gesundheitssystems führen wird. Um die Herstellkosten von ATMPs zu senken und sie vielen Patientinnen und Patienten zur Verfügung stellen zu können, sind neue Konzepte entlang der gesamten Wertschöpfungskette erforderlich. Dafür muss die Produktion insbesondere stärker automatisiert und digitalisiert werden. Unterschiedliche Konzepte sind hier vielversprechend für eine vollautomatisierte Produktion, im Sinne einer vollintegrierten Automatisierung oder eines modularen Aufbaus der Produktionsumgebung. Die Implementierung dieser Konzepte setzt neue Entwicklungen voraus, von der Entnahme der Zellen bei der Spenderin oder beim Spender über die Produktionstechnologien an sich bis hin zur finalen Formulierung und Abfüllung des Produkts. Neben Änderungen im Bereich der Hardware werden auch neue Softwarelösungen notwendig, beispielsweise zur Planung und Auswahl geeigneter Produktionsszenarien. Auch für die eigentliche Produktion von ATMPs und die damit verbundenen Daten müssen zukünftig neue Technologien, wie bspw. integrierte Prozesskontrollen, die Prozessbegleitung mittels Digitalem Zwilling oder die Analyse sowie Prozesssteuerung mittels Künstlicher Intelligenz (KI) berücksichtigt werden, um das volle Automatisierungspotential ausschöpfen zu können.
  • Publication
    Heat Transfer Study for Oil-in-Water Emulsion Jets Impinging onto hot Metal Surface
    ( 2022)
    Nabbout, Kaissar
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    Pasternak, Lars
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    Sommerfeld, M.
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    Bock-Marbach, Benjamin
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    Barth, Enrico
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    The purpose of this work is to analyse numerically as well as experimentally liquid jets impinging at different angles (30°, 60° and 90°) and different velocities (4.7 m/s, 7.0 m/s and 9.7 m/s) onto a hot circular plate made of Inconel 718. Liquids used in the experiments are water and oil-in-water emulsion with 8% concentration of the mineral oil Adrana AY 401 from Houghton Deutschland GmbH. An infrared camera is used to measure the black-coated rear face of the plate during the jet cooling process. The temperature field obtained is then used as input to estimate the heat transfer coefficient. The heat transfer coefficient is estimated by solving an Inverse Heat Transfer Problem (IHTP). In addition, the transient growth of the wetting area is also shown for both liquids. The heat transfer coefficient obtained from the experiments are utilised as input in numerical simulations with the Finite-Pointset-Method (FPM). Comparison between experiments and simulations is done to validate the recently implemented evaporation modelling in the MESHFREE software.
  • Publication
    Data for a simulation of metal cutting with cutting fluid using the Finite-Pointset-Method
    ( 2021) ;
    Barth, Enrico
    ;
    Seifarth, Tobias
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    Höchel, Maximilian
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    Eisenträger, Almut
    The measurement and simulation data, their preparation and the simulation setup published in this co-submission are related to the article ""Simulation of metal cutting with cutting fluid using the Finite-Pointset-Method"". Wet and dry turning experiments were conducted at the Institute for Machine Tools and Factory Management(IWF), Berlin, Germany. Required adaptions of the used software MESHFREE were performed at Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern, Germany. Both institutes collaboratively developed and validated the orthogonal cutting simulation model using the Finite-Pointset-Method (FPM). In this paper all measurement and simulation data and their preparation methods are presented in detail. This includes the preparation methods of process forces, analysis of chip morphology images as well as measured contact lengths on tool rake faces. Moreover, the experimental and simulation data are provided at the Mendeley Data repository. Hence the reader can use the data for own validations and analysis. Furthermore, the used simulation model files are completely published at the Mendeley Data repository. It allows the reader to retrace all settings. In addition, this enables to repeat the simulations and to simulate other process parameter combinations according to own interests.
  • Publication
    Fully coupled wet cylindrical turning simulation using the Finite-Pointset-Method
    ( 2021) ;
    Barth, Enrico
    ;
    Quellhorst, Alexander
    ;
    Seifarth, Tobias
    ;
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    Nabbout, Kaissar
    ;
    Sommerfeld, Martin
    In industrial machining operations, many turning processes are carried out under wet conditions. In contrast, most simulation tools are only suitable for dry cutting processes due to challenges of modeling fluid-structure-interactions (FSI). In this paper, a wet, fully coupled cutting simulation using the Finite-Pointset-Method (FPM) is presented and validated for industrially relevant cylindrical turning. To facilitate the required reduction of the calculation effort, different routines like adaptive numerical discretization are applied. The results indicate different cutting fluid effects like evaporation areas around the chip.
  • Publication
    Entwicklung der netzfreien Finite-Pointset-Methode für die Zerspansimulation
    ( 2011)
    Uhlmann, E.
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    Gerstenberger, R.
    ;
    Schäfer, M.
    ;
    Kuhnert, J.
    Aktuelle Programme für die Finite-Elemente-Simulation von Zerspanprozessen verwenden Neuvernetzungsprozeduren, um die Trennung von Span und Grundwerkstoff abzubilden und die in den Scherzonen auftretenden großen Elementverzerrungen zu korrigieren. Diese Prozeduren schränken jedoch die Abbildungsgenauigkeit auf Grund von Interpolationsverlusten ein. Eine netzfreie Simulationsmethode ohne Neuvernetzungsprozeduren kann daher für die Zerspansimulation vorteilhaft sein. Im Rahmen der Weiterentwicklung der netzfreien Finite-Pointset-Methode (FPM) für die Zerspansimulation wurden ein Materialmodell für metallische Werkstoffe implementiert, Spanbildungssimulationen mit unterschiedlichen Werkstoffen durchgeführt und erste Schritte zur Darstellung des Kühlschmierstoffs in der Zerspansimulation unternommen.