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48,80 €ISBN 978-3-8440-7230-3Paperback184 Seiten128 Abbildungen273 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
Februar 2020
Linart Shabi
Thermo-energetisch optimierte Fluid-Systeme für Werkzeugmaschinen
Im Bereich der Fertigungstechnik stellen Werkzeugmaschinen (WZM) einen wesentlichen Teil der Maschinenausrüstung eines Unternehmens dar. Neben der Produktivität steigen auch die Anforderungen an die Genauigkeit der Bauteile und an die Energieeffizienz der Fertigungsprozesse.
In WZM kommt eine Vielzahl fluidtechnischer Systeme zum Einsatz. Diese erfüllen neben Antriebsaufgaben für Vorschubbewegungen und Werkstückspannung vor allem die Funktion der Kühlung. Zum einen sind diese Systeme dafür verantwortlich, entstehende Wärme aus der WZM abzuführen und somit ein konstantes Temperaturniveau zu gewährleisten. Zum anderen sind diese Systeme wesentliche Verbraucher elektrischer Energie und damit selbst bedeutende Wärmequellen an der Maschine. Um die hervorgerufene thermo-elastische Verformung zu reduzieren und die Fertigungsgenauigkeit zu erhöhen, ist eine Minimierung des Wärmeeintrags erforderlich.
Ziel dieser Arbeit ist es, zum einen das thermische Verhalten der zu kühlenden WZM-komponenten und den Energiebedarf der Fluidsysteme zu untersuchen und zum anderen neuartige Kühlsystemstrukturen und -betriebsstrategien hinsichtlich der Verbesserung des thermischen Verhaltens der zu kühlenden Maschinenkomponenten für einen möglichst energieeffizienten Betrieb des Kühlsystems zu entwickeln. Darüber hinaus lässt sich zum einen durch Entwicklung und Untersuchung neuer Kühlstrukturvarianten und Regelungsstrategien eine relative einfache Übertragbarkeit der Ergebnisse für die WZM-hersteller erreichen, zum anderen aber auch eine Methodik mithilfe der entwickelten und validierten Simulationsmodelle zur konstruktiven Auslegung der fluidtechnischen Systeme darstellen.
In WZM kommt eine Vielzahl fluidtechnischer Systeme zum Einsatz. Diese erfüllen neben Antriebsaufgaben für Vorschubbewegungen und Werkstückspannung vor allem die Funktion der Kühlung. Zum einen sind diese Systeme dafür verantwortlich, entstehende Wärme aus der WZM abzuführen und somit ein konstantes Temperaturniveau zu gewährleisten. Zum anderen sind diese Systeme wesentliche Verbraucher elektrischer Energie und damit selbst bedeutende Wärmequellen an der Maschine. Um die hervorgerufene thermo-elastische Verformung zu reduzieren und die Fertigungsgenauigkeit zu erhöhen, ist eine Minimierung des Wärmeeintrags erforderlich.
Ziel dieser Arbeit ist es, zum einen das thermische Verhalten der zu kühlenden WZM-komponenten und den Energiebedarf der Fluidsysteme zu untersuchen und zum anderen neuartige Kühlsystemstrukturen und -betriebsstrategien hinsichtlich der Verbesserung des thermischen Verhaltens der zu kühlenden Maschinenkomponenten für einen möglichst energieeffizienten Betrieb des Kühlsystems zu entwickeln. Darüber hinaus lässt sich zum einen durch Entwicklung und Untersuchung neuer Kühlstrukturvarianten und Regelungsstrategien eine relative einfache Übertragbarkeit der Ergebnisse für die WZM-hersteller erreichen, zum anderen aber auch eine Methodik mithilfe der entwickelten und validierten Simulationsmodelle zur konstruktiven Auslegung der fluidtechnischen Systeme darstellen.
Schlagwörter: Thermische Stabilität von WZM; Energieeffizienz von WZM; Werkzeugmaschinen; Fluidsysteme; Thermo-elastische Verformung; Thermo-Hydraulik; Netzwerkmodellierung
Fluidmechatronische Systeme
Herausgegeben von Dresdner Verein zur Förderung der Fluidtechnik e.V., Dresden
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