Modellierung des Thermo-Elastischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen mittels Hochdimensionaler Kennfelder

Die Themenstellung des o. g. Sonderforschungsbereiches (SFB) lautet "Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen". Durch steigende Energiepreise und die Forderung nach umweltverträglicher und nachhaltiger Produktion rückt zunehmend die Suche nach effizienteren und sparsameren Produktionsprozessen in den Fokus der Forschung. Ein Ziel ist es daher, die gleiche Produktionsmenge mit geringerem Energie- und Rohstoffeinsatz zu erzeugen. Neben der Forschung nach neuen Produktionsverfahren wird auch versucht, bei bestehenden Verfahren Einsparpotentiale ausfindig zu machen. Eine sehr naheliegende Idee ist es, in Nicht-Produktions-Zyklen den Energie- und Rohstoffverbrauch zu minimieren oder gar vollständig abzustellen. Für Werkzeugmaschinen heißt das z. B., dass Maschinen, die temporär nicht benötigt werden, einfach abgeschaltet werden. Während dies für einige Maschinen ohne Weiteres möglich ist, sind bei anderen die Aus- und Anlaufzeiten zu lang. Zusätzlich kann bei Präzisionsmaschinen ein ganz anderes Problem auftreten. Durch die Abkühlung beim Abschalten und die erneute Erwärmung der Maschine beim Wiedereinschalten kommt es zur Ausdehnung bestimmter Maschinenbestandteile, die sich je nach Aufbau der Maschine mehr oder weniger stark auf die Lage der Werkzeugspitze (TCP) auswirkt. Mit anderen Worten bewirkt die Temperaturänderung eine leichte Verschiebung des Werkzeugs, welche die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert. Ähnliche Probleme treten auch bei Maschinen mit langer Anlaufzeit auf, die nach dem Einschalten erst beim Erreichen der Betriebstemperatur eingesetzt werden können. Um diese Effekte zu kompensieren, wird in der Praxis häufig mit Heizaggregaten bzw. Kühlmitteln gearbeitet oder die Maschine einfach durchgängig laufen gelassen. Unser Ziel im SFB ist es daher, die Verlagerungen des TCP aufgrund thermischer Einflüsse vorauszusagen, um sie dann online durch die Steuerung kompensieren zu können. Um derartige Vorhersagen treffen zu können, werden zum einen Messungen an Werkzeugmaschinen durchgeführt und zum anderen auch Datenbasen durch FEM-Simulationsrechnungen generiert.