Grundlegende Untersuchung zur modalen Regelung von Temperaturfeldern in der Anwendung an Werkzeugmaschinenstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468584574

Thermisch bedingte Verlagerungen bilden einen wesentlichen Anteil an den Bearbeitungsfehlern von Werkzeugmaschinen. Aufgrund der Umgebungstemperatur sowie energetischen Verlusten im Bearbeitungsprozess, der Antriebe und der Aggregate, kommt es zur Erwärmung der Maschine und folglich zur Dehnung des Materials. Besonders eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in strukturellen Baugruppen – wie dem Maschinengestell – führt zu großen Verlagerungen. Als Beispiel sei ein Maschinenständer genannt, bei dem es aufgrund einer einseitigen Erwärmung zu einer Biegung der Struktur kommt.Einen wesentlichen Gegenstand dieses Forschungsvorhabens bildet die Gestaltung und Analyse einer Methodik zur gezielten Manipulation von Temperaturfeldern in mechanischen Baugruppen. Hierzu wird der thermische Zustand der Maschine während des Betriebs erfasst und mittels thermischer Aktoren (Heiz- oder Kühlelemente) beeinflusst. Dieses System entspricht einer komplexen Mehrgrößenregelung bei dem eine starke Kopplung zwischen vielen Mess- und Stellgrößen besteht. Hinzu kommt, dass es sich hierbei um ein räumlich verteiltes Wärmeleitproblem handelt, und diskrete Parameter sowie Zustände nicht direkt bestimmt werden können. Um diese Herausforderungen zu beherrschen, wird in diesem Forschungsvorhaben die Methode der thermischen Modalanalyse behandelt, die eine entkoppelte Zustandsbeschreibung des Systems ermöglicht. Ziel des Vorhabens ist die Analyse der Anwendbarkeit einer modalen Temperaturfeldregelung zur Reduktion thermisch bedingter Verlagerungsfehler.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen