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BIBEBUVAMaster of Science in EngineeringThermische Optimierung einer WerkzeugmaschineProduktionstechnik / Betreuer: Dr. Beat NeuenschwanderExperte: Prof. Dr. Reinhold KrauseProjektpartner: CH-Firma/Das Beherrschen des thermischen Verhaltens von mechanischen Konstruktionen ist eine wesentliche Voraussetzungfür die erfolgreiche Entwicklung einer Werkzeugmaschine. Moderne Simulationsprogrammeermöglichen eine Voraussage über dieses thermische Verhalten. Die Anwendung von gekoppelten Simulationenerlaubt zusätzlich einen Einblick in thermische Verformungen und mechanische Spannungen, welcheaufgrund der Temperaturverteilung in den Bauteilen entstehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden gekoppelteSimulationen zur thermischen Optimierung einer Werkzeugmaschine durchgeführt.Luca Roncaratiluca.roncarati@gmx.chProblemstellungDie untersuchte Werkzeugmaschinebesteht aus mehreren Werkzeugen,welche auf Leisten montiertsind. Die Werkzeuge müssenauf eine Temperatur von 50 °Caufgeheizt werden, was eine Erwärmungder Konstruktion zurFolge hat. Unter Einfluss von Wärmeleitung,Konvektion und Strahlungentsteht eine ungleichförmigeTemperaturverteilung, welche zuunerwünschten Verformungenführt. Bereits kleine Temperaturunterschiedeerzeugen unzulässigerelative Positionsfehler derWerkzeuge und beeinträchtigendie Präzision der Maschine (sieheZeichnung).ZieleDas wichtigste Ziel ist das Beseitigender relativen Positionsfehler,so dass die gewünschte Genauigkeiterreicht werden kann. Zusätzlichsoll die Bereitstellungszeit derMaschine verkürzt werden, indemdie Verformungen bereits währendder Aufheizphase kontrolliert werdenkönnen.UmsetzungAnhand von Simulationen einesTestmodells und Vergleichsmessungenwurde in der ersten Phaseder Arbeit die Simulationsmethodeentwickelt. Dadurch konnten diewichtigsten Simulationsparameterbestimmt werden. Anschliessendwurde die bestehende Konstruktionder Maschine thermisch und strukturmechanischuntersucht. Die Ergebnisseliefern den aktuellen Zustandder Maschine und dienen alsGrundlage für die spätere Beurteilungvon Massnahmen.Im zweiten Teil der Arbeit wurdenMassnahmen zur Beseitigung desPositionsfehlers und zur Verkürzungder Bereitstellungszeit erarbeitet.Die Anwendung von verschiedenenAnsätzen wie die Verringerung desthermischen Widerstands zwischenden Bauteilen und die Temperierungeinzelner Bereichen haben zueiner gut geeigneten Lösung geführt,nämlich die gezielte Temperaturregelungder Konstruktion mitHilfe von Heizungen.ErgebnisseDurch die Massnahme sind eineVerbesserung der Wärmeleitfähigkeitund des Wärmeaustauschssowie eine Temperierung der Leistenmöglich, wodurch die thermischenVerformungen der Maschineerfolgreich reduziert werdenkönnen. Dabei wird die gewünschtePräzision erreicht und um einVielfaches erhöht sowie die Bereitstellungszeitder Maschine umFaktor fünf reduziert.Entstehung des BearbeitungsfehlersThermische Verformungen der Konstruktion aus der Simulation32 ti.bfh.ch