Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-1006531
Voigt, Immanuel
Drossel, Welf-Guntram (Prof. Dr.-Ing.) ; Ihlenfeldt, Steffen (Prof. Dr.-Ing.) (Gutachter)
Charakterisierung und reduzierte Finite-Elemente-Beschreibung von passiven Systemen zur Kompensation thermischer Fehler in Werkzeugmaschinen
Kurzfassung in deutsch
Die Arbeit behandelt einen Ansatz zur Reduzierung thermisch bedingter Verlagerungen in Werkzeugmaschinen, der auf dem Einsatz passiver Komponenten basiert. Im Fokus stehen Wärmeübertrager und Wärmespeicher, die in Werkzeugmaschinen integriert werden, um auftretende Verlustwärmeströme zeitlich und örtlich zu beeinflussen. Mit dem Ziel, eine energieeffiziente Kompensation thermischer Fehler zu ermöglichen, erfolgt die Wärmeumverteilung ohne den Einsatz elektrischer Energie. Mit diesem Vorhaben wird ein Beitrag zur Entwicklung energieeffizienter Kompensationssysteme in Werkzeugmaschinen geleistet. Es werden numerische Hilfsmittel zur Verfügung gestellt, mit denen im Rahmen von thermischen Finite-Elemente-Modellen Möglichkeiten zur Kompensation thermisch bedingter Fehler effizient untersucht und Auslegungskriterien zur Konstruktion entsprechender Komponenten abgeleitet werden können. Es wird die Entwicklung einer Methodik verfolgt, die eine geometrieunabhängige Darstellung von Kompensationskomponenten unter Berücksichtigung der physikalischen Nichtlinearität ermöglicht. Mit Hilfe einer reduzierten Darstellung von thermischen Widerständen und Kapazitäten an Grenzflächen werden auszulegende Komponenten ohne Anpassungen der Referenzgeometrie in Finite-Elemente-Modellen abgebildet. Dadurch wird eine partielle Entkopplung von Auslegungs- und Konstruktionsprozess realisiert. Die Parameter der Komponentenmodelle werden auf der Grundlage experimenteller Versuche ermittelt. Anhand des Vergleichs der vollmodellierten Strukturmodelle mit ihrer reduzierten Form wird eine Bewertung der Modellierungsmethodik auf verschiedenen Komplexitätsstufen vorgenommen.
Kurzfassung in englisch
The present work deals with an approach to reduce thermally induced displacements in machine tools based on the use of passive components. The investigations focus on heat exchangers and heat storage units that are integrated into machine tools to manipulate arising heat loss flows on a spatial and temporal scale. To enable energy-efficient compensation of thermal errors, the redistribution of heat is carried out without any additional electrical energy input. This work contributes to the development of such energy-efficient compensation systems for machine tools. Numerical tools are provided that can be used within finite element models to efficiently investigate systems for the compensation of thermal errors and to extract design guidelines for corresponding components. A methodology is developed to enable the geometry-independent representation of compensation components, taking into account the physical nonlinearities. By employing a reduced modelling method of thermal resistances and capacitances at relevant faces, the components that are to be designed can be modelled without adjusting the reference geometry. This enables a partial separation of the concept and design process. The model parameters are determined by means of experiments. By comparing full-continuum models with the reduced forms, an evaluation of the modelling method across different levels of complexity for stationary and transient thermal analyses is carried out.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Adaptronik und Funktionsleichtbau in der Produktion | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Drossel, Welf-Guntram (Prof. Dr.-Ing.) | |
| DOI: | doi:10.60687/2025-0218 | |
| Quelle: | Berichte aus der Produktionsforschung | |
| SWD-Schlagwörter: | Werkzeugmaschine , Wärmeübertragung , Kompensation , Latentwärmespeicher , Wärmerohr , Simulation , Energieeffizienz | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Werkzeugmaschine , Wärmeübertragung , Kompensation , Latentwärmespeicher , Wärmerohr , Simulation , Energieeffizienz | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | machine tool , heat transfer , compensation , latent heat storage , heat pipe , simulation , energy efficiency | |
| DDC-Sachgruppe: | Ingenieurwissenschaften | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 11.12.2024 | |
| OA-Lizenz | CC BY-SA 4.0 |
