Materialeffekte und Funktionsmechanismen zur Wärmefluss-Steuerung

Eine besondere Herausforderung in der thermischen Stabilisierung von Werkzeugmaschinen stellen temporär wirksame Wärmequellen wie beispielsweise die Hauptspindel dar. Durch zeitlich und betragsmäßig variable Wärmeströme wird das Erreichen eines thermisch konstanten Beharrungszustandes erschwert. Der Aufwand zur Korrektur solcher thermischen Verlagerungen steigt überproportional mit der Inhomogenität des Temperaturfeldes. Somit bieten Lösungen zur aktiven Verstetigung des thermischen Feldes auf der Komponentenebene ein großes Potential zur Verbesserung des thermischen Gesamtverhaltens einer Werkzeugmaschine. Basierend auf der thermo-elastischen Wirkungskette der Werkzeugmaschine erfolgt ein Eingriff also bereits bei der Auswirkung auftretender Wärmeströme auf das Temperaturfeld. Um eine Beeinflussung auf das thermische Übertragungsverhalten zu erreichen, werden neuartige Werkstoffe untersucht. Durch ein Einbringen zusätzlicher Wärmekapazitäten kann die thermische Trägheit einzelner Komponenten gezielt beeinflusst werden. Dies bewirkt eine zeitliche Glättung von thermischen Schwankungen und somit kann ein thermischer Beharrungszustand auch unter Einfluss variabler Wärmeströme länger aufrechterhalten werden. Jedoch führt eine solcherart erhöhte thermische Trägheit auch zu einem geänderten transienten Verhalten außerhalb des Beharrungszustandes. Ein thermisches Gleichgewicht wird verzögert erreicht, was zu einer verlängerten Einlaufphase der Maschine führen würde. Um dieser Auswirkung entgegen zu wirken, wird die zusätzliche Wärmekapazität über einen verstellbaren Wärmeübertragungsweg mit der Komponente verbunden. So kann der Puffer in der Einlaufphase thermisch von der Komponente isoliert werden und erst bei Erreichen des Beharrungszustandes thermisch angekoppelt werden.