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12.02.2018 | Werkzeugmaschine | Nachricht | Onlineartikel

Werkzeugmaschinen im Check-Up

Autor:
Nadine Klein

Klimatische Bedingungen haben einen großen Einfluss darauf, wie präzise Werkzeugmaschinen arbeiten. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU testet in einer neu eröffneten Klimazelle, wie klimatische Effekte auf die Funktionsweise von Drehmaschine und Co. einwirken.

Werkzeugmaschinen sind thermisch empfindlich. Umgebungseinflüsse wie Temperaturänderungen, Zugluft oder Luftfeuchtigkeit können deren Präzision stark beeinträchtigen Die meisten Unternehmen fertigen weltweit, oftmals in nicht klimatisierten Umgebungen. Die Folge sind ungenau arbeitende Maschinen, die Ausschuss produzieren. Auch laufende Antriebe und andere Wärmequellen wie etwa heiße Werkzeuge können sich negativ auswirken. Welchen Einfluss klimatische Effekte und Umgebungswechselwirkungen auf Werkzeugmaschinen und deren Komponenten haben, untersuchen Forscher des Fraunhofer IWU in Chemnitz in einer kürzlich eröffneten Klimazelle. "Durch Sonneneinstrahlung und Zugluft treten thermische Wechselwirkungen in Form von Strukturdehnungen auf, die wir in der Klimazelle abbilden können. Ziel ist es, die Fertigungsgenauigkeit der Maschinen zu stabilisieren und zu erhöhen, indem wir die thermisch bedingten Fehler während der Bearbeitung direkt in der Maschinensteuerung korrigieren", erläutert Dr. Janine Glänzel, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IWU.

Von thermischen Einflüssen besonders betroffen seien beispielsweise Maschinen mit einem langen Bett oder auch vertikal gebaute Systeme, die sich während der Produktion ungleichmäßig erwärmen und zur Seite biegen. In dem neuen Prüflabor lassen sich Temperaturen von 10 bis 40 Grad Celsius mit einem Toleranzbereich von plus/minus 0,1 Kelvin und eine Luftfeuchte von 10 bis 90 Prozent mit einer Toleranz von drei Prozent einstellen. Dank einer Aufstellfläche von 40 Quadratmetern, einer lichten Höhe von 4,5 Metern und einer abnehmbaren Deckenkonstruktion lassen sich nicht nur einzelne Komponenten, sondern komplette Werkzeugmaschinen mit dem Hallenkran heben und in der Klimazelle platzieren. Die temperierbare Bodenplatte ist auf ein Gewicht von maximal 20 Tonnen ausgelegt.

Thermische Schwachstellenanalyse

Mittels Temperatursensoren wird der Einfluss innerer als auch äußerer Wärmelasten auf die Maschinenstruktur erfasst und Temperaturschwankungen werden automatisiert abgebildet. Auch das Verhalten der Werkzeugmaschinen unter Langzeitbelastungen lässt sich erfassen. Hersteller und Anwender haben so die Möglichkeit, ihre Fräs- und Zerspanungsmaschinen bereits im Vorfeld entsprechend zu konfigurieren und an künftige klimatische Gegebenheiten anzupassen. Treten tatsächlich Verlagerungen auf, wenden die Forscher selbstentwickelte Korrekturalgorithmen an, um die Produktionsgenauigkeit zu beeinflussen. Die Messwerte fließen in die Korrekturmethode ein. Darüber hinaus bestimmen die Forscher die Abwärmemenge der Werkzeugmaschinen, um sie wieder dem Kühlprozess zuzuführen und so Energie zu sparen.

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