Ziele für Phase 3

In Phase 3 (Demonstrationsphase) wird die Gesamtmaschine in den Fokus genommen. Auf Basis der Untersuchungen an einfachen Teil- und Gesamtmodellen werden Korrektur- und Kompensationslösungen für die Gesamtmaschine unter den Bedingungen des realen Betriebs erweitert. Hieraus ergeben sich neue wissenschaftliche Herausforderungen durch eine Vielzahl zu berücksichtigender Unsicherheiten und Parameterschwankungen. Die Modelle müssen hierfür erweitert und neue Lösungen für die Beherrschung von variablen Betriebsbedingungen wie eine Online-Identifikation entwickelt werden.

Der Forschungsgegenstand wird auf reale Betriebsszenarien erweitert und die Forschungsarbeit auf Basis der Demonstratormaschinen im SFB/TR 96 fortgesetzt. Ausgehend von den Ergebnissen in Phase 2 und den formulierten Zielen für die Demonstrationsphase sind in Phase 3 folgende inhaltlichen und methodischen Her-ausforderungen zu bewältigen:

  • detailliertere Beschreibung der instationären Temperaturverteilung durch Berücksichtigung von Prozessdaten, Materialeigenschaften und einer größeren Anzahl von Baugruppen, angepasst an die Anforderungen der Entwurfsphase (verallgemeinerte Lastdaten) und die Betriebsphase (Echtzeitdaten)
  • Berücksichtigung von exemplarischen oder in der Betriebsdauer schwankenden Parametern als Verursacher verbleibender Abweichungen zwischen Simulation und Messung durch Modellweiterentwicklung, z.B. Lösungen für das Nachführen von Modellen und online-Modellüberwachung
  • Bewältigung wachsender Komplexität (z. B. Positionsabhängigkeit von thermischen Effekten, …) und Berücksichtigung weiterer Einflussgrößen (z. B. KSS, Späne) bei der Modellierung
  • Analyse der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen maschineninternen Einflüssen (Prozess sowie Fluid-, Antriebs- und Bewegungssysteme) sowie der Wechselwirkung mit thermischen Umgebungseinflüssen auf die Maschine
  • Methoden zur Nutzung von Steuerungsinformationen (NC-Programm) zur positiven Beeinflussung des Temperaturfeldes durch Kompensationslösungen

Für die Übertragung auf reale Bedingungen werden Einsatzszenarien definiert, die typische Anwendungs- und Betriebsbedingungen abbilden und die die Analyse und Bewertung der Wirkung konkreter Korrektur- und Kompensationsmaßnahmen am TCP in der Entwurfsphase und im realen Betrieb erlauben.

Die Aspekte unterschiedlicher Einsatzbedingungen finden auch Eingang in die Methoden zur ganzheitlichen Bewertung der Lösungsvarianten. Die Beschreibung und Beurteilung der Lösungsvarianten umfassen zunehmend die Erprobung in den Gesamtmaschinen (Demonstratormaschinen), nachdem in vorangegangenen Phasen Experimente und Integrationsobjekte für deren Entwicklung im Mittelpunkt standen.

Zur Berücksichtigung beschreibbarer Parameterschwankungen erweitert der SFB/TR 96 in Phase 3 seine Forschungsarbeiten. Lebensdauerbetrachtungen, insbesondere Analyse von Werkzeugverschleiß, der Einfluss von KSS und von Spänen im Arbeitsraum sowie ein sich änderndes Temperaturfeld sind Gegenstand von Untersuchungen. Grundlagen dazu wurden durch zusätzliche Forschungsarbeiten auf Basis der pauschalen Mittel geschaffen. Unter dem Gesichtspunkt realer Szenarien und ihres stochastischen Einflusses spielt die Behandlung der KSS in mehreren TP eine Rolle, sodass zum Ende von Phase 3 durch die konzertierte Arbeit an dieser Frage noch ein entscheidender Erkenntnisgewinn erwartet wird.

Des Weiteren werden auch die in Phase 1 und 2 entwickelten Modelle hinsichtlich der Berücksichtigung nicht-linearer Zusammenhänge und transienter Aspekte weiterentwickelt. Analog wird die eingesetzte Messtechnik für die Erfassung von Temperaturen und Verformungen hinsichtlich einer größeren Stabilität gegenüber von Umwelteinflüssen ertüchtigt.