Koordinationsfonds

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439923052

In nahezu allen Produktionsprozessen kommen Fluide als Kühlschmierstoff (KSS) zum Einsatz. Sie zählen neben der verwendeten Maschinentechnik, den Prozessstellgrößen, den Werkzeugen sowie den zu bearbeitenden Werkstoffen zu den elementaren Prozesseinflussgrößen. Ein detailliertes Verständnis über die Wirkmechanismen von KSS, insbesondere bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien, ist daher für einen zielgerichteten und effizienten KSS-Einsatz von essenzieller Bedeutung. Mit experimentellen Methoden können jedoch die relevanten Längen- und Zeitskalen nur unzureichend analysiert werden, sodass die Entwicklung neuer Methoden zur Prozesssimulation erforder-lich ist, um die komplexen Vorgänge beim Einsatz von Fluiden in Produktionsprozessen detailliert abbilden und deren Potenzial in der industriellen Anwendung ausschöpfen zu können. Nur mit diesem Verständnis lässt sich der überaus energie- und ressourcenintensive Einsatz von KSS zielgerichtet steuern und effizient gestalten. Aus der geschilderten Problemstellung leitet sich als übergeordnete Zielsetzung des Programms ab, die erforderlichen Grundlagen durch interdisziplinäre Kooperation wissenschaftlich zu erarbeiten und gekoppelte mechanische und fluiddynamische Simulationsmethoden zu realisieren. Im Fokus stehen ausschließlich Produktionsprozesse, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen, zum Beispiel von Spänen, Ladungsträgern, Abrasivmitteln oder Reaktionsprodukten übernimmt. In der dritten Phase sollen die entwickelten Simulationsmethoden zur Werkzeug- und Prozessoptimierung eingesetzt werden, um basierend auf einem größeren Verständnis der Zusammenhänge und der komplexen Wechselwirkungen beim KSS-Einsatz zu effizienteren Produktionsprozessen zu gelangen. Zudem sollen rechenzeitreduzierte KSS-Strömungssimulationen zu einer ergebnisorientierten Fertigungsoptimierung führen und die Implementierung und Validierung entsprechender Methoden der Fluid-Struktur-Kopplung es erlauben, das volle Potenzial eines effizienten KSS-Einsatzes auszuschöpfen. Es sollen ausschließlich Produktionsprozesse betrachtet werden, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen übernimmt. Darüber hinaus ist es im Rahmen des Schwerpunktprogramms nicht vorgesehen, KSS-Medien neu beziehungsweise existierende KSS-Medien weiterzuentwickeln. Hier ist auf das heute verfügbare breite Spektrum an KSS-Medien für den jeweiligen Produktionsprozess zurückzugreifen. Aufgrund der hohen Komplexität, des grundlegenden Forschungsbedarfs und der in diesem Zusammenhang stehenden wissenschaftlichen Fragestellungen ist zu erwarten, dass vor allem interdisziplinäre Koppelprojekte die Fragestellungen erfolgreich bearbeiten können. Daher ist eine kooperierende Vorgehensweise mit interdisziplinären Projekttandems zwischen der Produktionstechnik und den Disziplinen – Mathematik, Strömungsmechanik, Strukturmechanik, Thermodynamik – besonders zielführend.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2231: Effizientes Kühlen, Schmieren und Transportieren – Gekoppelte mechanische und fluid-dynamische Simulationsmethoden zur Realisierung effizienter Produktionsprozesse (FLUSIMPRO)