NULL<\/p>\n
Kurzfassung des Vortrags<\/strong><\/p>\n Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist zu einem Trend geworden und wird zunehmend in der Metallbearbeitung eingesetzt. Um dies zu erreichen, muss die Anzahl der Umdrehungen an der Hauptspindel in Werkzeugmaschinen drastisch erh\u00f6ht werden. Es gibt jedoch Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem thermischen und dynamischen Verhalten, das die Genauigkeit am meisten beeintr\u00e4chtigt. Bei der Beobachtung der gesamten Motorspindel sind die genannten Verhaltensweisen meist auf Rollenlager zur\u00fcckzuf\u00fchren. Die erzeugte W\u00e4rme ist ein wesentlicher Faktor f\u00fcr die Effizienz und Genauigkeit. Die Hauptw\u00e4rmeeffekte sind verursacht durch die Lager, Elektromotor, K\u00fchlmittelfluss und Umgebungstemperatur. Bei der Beobachtung der Gesamtfehler einer Werkzeugmaschine ist bekannt, dass thermische Ursachen mehr als 70% der Fehler ausmachen.<\/p>\n In Werkzeugmaschinen werden die Lager normalerweise mit synthetischem \u00d6l geschmiert, das \u00e4u\u00dferst umweltsch\u00e4dlich ist. Wenn jedoch die \u00d6lmenge nicht ausreicht, ist die Schmierung nicht ausreichend, was zu einem unerw\u00fcnschten Temperaturanstieg und damit zu den auftretenden Verlusten f\u00fchrt. Wenn andererseits die \u00d6lmenge zunimmt, kann die erzeugte W\u00e4rme abnehmen und die Lagerlebensdauer bis zu einer bestimmten Grenze zunehmen. Eine \u00fcberm\u00e4\u00dfige Zunahme wirkt sich jedoch negativ auf die Umwelt aus und die Energieeffizienz nimmt ab. Das Schmiersystem mit minimaler \u00d6lmenge (MQL<\/strong> – M<\/strong>inimum Q<\/strong>uantity L<\/strong>ubrication) erwies sich unter dem Gesichtspunkt der Verluste und der erzeugten W\u00e4rme als optimal. In diesem System verteilt Druckluft einen Tropfen \u00d6l, der einen \u00d6lnebel erzeugt, der dann von einem Rohrsystem zu den Lagern geleitet wird, wobei das \u00d6l im Lager zur\u00fcckgehalten wird und die Luft weiter str\u00f6mt und in die Atmosph\u00e4re gelangt. \u00d6lnebelschmierung wird immer dann verwendet, wenn eine Schmierung mit einer minimalen \u00d6lmenge und einem konstanten Durchfluss erforderlich ist. Obwohl MQL teilweise umweltbewusst verwendet wird, hat es immer noch sch\u00e4dliche \u00d6lanteile, da 1 [l]<\/em> \u00d6l 1.000.000 [l]<\/em> insbesondere das Wasser verunreinigt wird.<\/p>\n Es w\u00e4re jedoch von gro\u00dfer Bedeutung, einen virtuellen Zwilling zu entwickeln, mit dem der Betrieb bereits vorhandener Spindeln \u00fcberwacht und optimiert werden kann. Ein weiterer Vorteil digitaler Zwillinge besteht darin fr\u00fchzeitig in der Entwicklung neuer Motorspindeln einzugreifen und somit das genaue Verhalten des physikalischen Modells vorhersagen zu k\u00f6nnen. Dies w\u00fcrde zu einer signifikanten Verringerung der negativen Auswirkungen auf die Entwicklungskosten senken, die derzeit bei 65% liegen.<\/p>\n Forschungsplan<\/strong><\/p>\n Der Forschungsplan ist in zwei Teile gegliedert, wobei sich der erste auf die Definition des FEM-Modells und der zweite auf die Definition des virtuellen Zwillings bezieht (Abbildung 1). Beiden Einheiten sind die Definition des CAD-Modells von Motorspindeln gemeinsam.<\/p>\n \u00a0<\/p>\n \u00a0<\/p>\n Abbildung 1.: Projektplanung<\/p>\n \u00a0<\/p>\n Der einzige Unterschied besteht darin, dass bei der FEM-Analyse des thermischen Verhaltens von Hochgeschwindigkeitsmotorspindeln ein zweidimensionales Modell verwendet wurde, w\u00e4hrend bei der Definition eines virtuellen Zwillings ein 3D-Modell zur Anwendung kam. W\u00e4hrend der FEM-Analyse wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das auf der analytischen Berechnung von Randbedingungen basiert, die sich auf die im Stator erzeugte W\u00e4rme in Lagern, die W\u00e4rme\u00fcbertragung durch W\u00e4rmeleitung zwischen Teilen, die W\u00e4rme\u00fcbertragung durch Konvektion zwischen Teilen und Fl\u00fcssigkeiten beziehen. Ziel dieser Analyse ist es, den Einfluss der Str\u00f6mung von Stator-K\u00fchl\u00f6l und \u00d6lnebel f\u00fcr die Lagerschmierung und -k\u00fchlung auf das W\u00e4rmeverhalten einer Hochgeschwindigkeits motorspindel zu beobachten. Besonderer Ber\u00fccksichtigung wird\u00a0 Lagern gewidmet. .<\/p>\n Definieren eines mathematischen FEM-Modells<\/strong><\/p>\n Die Geometrie wird im Pr\u00e4prozessormodul basierend auf dem physikalischen Modell der Motorspindel definiert, damit das Modellparameter gestellt werden. Die Analyseart ist die thermische Beobahctung \u00fcber die Zeit. Ansys Workbench verf\u00fcgt \u00fcber eine umfangreiche Materialdatenbank, sodass f\u00fcr jedes Teil ein charakteristisches Material definiert ist. In Bezug auf die Wahl des finiten Element System wurde basierend auf fr\u00fcheren Erfahrungen die Ebene PLANE 188 \u00fcbernommen und ein Netzwerk mit rechteckigen finiten Element Formen mit einer linearen Formfunktion entwickelt. Das Netzmodell besteht aus 7580 finiten Elementen und 24968 Knoten.<\/p>\n Virtueller Zwilling<\/strong><\/p>\n In \u00dcbereinstimmung mit den aktuellen Trends der vierten industriellen Revolution, der sogenannten Industrie 4.0, stellt die Definition eines virtuellen Zwillings ein bedeutendes Ganzes dar. Aus diesem Grund entstand die Idee, einen virtuellen Zwilling einer Hochgeschwindigkeitsmotorspindel basierend auf einem 3D-Modell zu entwickeln. Nach dem Definieren der Baugruppe m\u00fcssen die Randbedingungen der Bewegung in Bezug auf statische, kinematisches und dynamisches Verhalten definiert werden. Zu diesem Zweck wurde die PLM-Software Siemens NX<\/em>, n\u00e4mlich das Mechatronic Concept Design-Modul \u2013 MCD<\/em>, verwendet. Bisher wurde diesbez\u00fcglich das MCD-Modell von Ultrapr\u00e4zisionslagern mit Schr\u00e4gkontakt definiert. Der Vorteil dieses Modells ist die F\u00e4higkeit, die Geometrie, das Material, die statische und dynamische Reibung sowie die Rollreibung so zu definieren, dass sie die wichtigsten Einflussfaktoren f\u00fcr die Funktion des Kugellagers sind. Ein weiterer Vorteil ist die M\u00f6glichkeit, virtuelle Sensoren im Modell zu definieren, die verschiedene Parameter \u00fcberwachen k\u00f6nnen.<\/p>\n Fazit<\/strong><\/p>\n Die Idee dieses Forschungsvorhabens ist die Ergebnisse der obigen FEM-Analyse des thermischen Verhaltens des Lagers \/ der Hochgeschwindigkeitsspindel zu vergleichen und sie mit den Ergebnissen zu vergleichen, die man durch die Definition eines virtuellen Zwillings erh\u00e4lt und verifiziert. Der Einsatz eines virtuellen Zwillings als Industrie 4.0-Segment f\u00fcr ein mechatronisches System w\u00e4re ein sehr bedeutenderer Fortschritt. Aktuelle Ergebnisse zeigen, wie sich der K\u00fchlmittelfluss auf das W\u00e4rmeverhalten auswirkt.<\/p>\n In Bezug auf die aktuelle Situation mit der Entwicklung des virtuellen Zwillings wurde das MCD-Lagermodell erstellt, das mit einem Messpr\u00fcfstand ausgestattet werden sollte. Auf diese Art k\u00f6nnte man die erzeugte W\u00e4rme messen. Das beschriebe Lagermodell sollte in der Motorspindel implementiert werden, um die gew\u00fcnschten Parameter wie W\u00e4rmeerzeugung in Bezug auf Verluste, Energieeffizienz usw. \u00fcberwachen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n Milos Knezev<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" NULL Kurzfassung des Vortrags Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist zu einem Trend geworden und wird zunehmend in der Metallbearbeitung eingesetzt. Um dies zu erreichen, muss die Anzahl der Umdrehungen an der Hauptspindel in Werkzeugmaschinen drastisch erh\u00f6ht werden. 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