Forschungsprojekt

Bestimmung thermischer Werkstoffeigenschaften

Zielbranchen

Maschinenbau

Problemstellung

Um bereits in der Konstruktionsphase das Verhalten von Werkzeugmaschinen beschreiben zu können, werden oftmals frühzeitig umfangreiche Simulationen durchgeführt. Dafür müssen verschiedene Eingangsparameter bekannt sein. Die Güte dieser Kennwerte wirkt sich in der Regel unmittelbar auf die Ergebnisqualität aus. Als Grundlage zur Bestimmung des thermischen Verhaltens sind üblicherweise Eigenschaften wie Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit aber auch der lineare Ausdehnungskoeffizient zu bestimmen. Da diese Werte insbesondere bei Verbundwerkstoffen, wie Polymer- und Mineralbeton, stark variieren können, ist die Vermessung der jeweiligen Werkstoffsorten häufig unumgänglich. Dafür sind jedoch geeignete Messverfahren notwendig, welche die Untersuchung repräsentativer Probengeometrien mit der erforderlichen Genauigkeit erlauben.

Lösung

Polymer- und Mineralbetone haben sich in den vergangenen Jahrzehnten immer mehr als Werkstoff von Gestellbaugruppen etabliert. Hier bestimmen sie das thermische Verhalten von Werkzeugmaschinen maßgeblich.
Da diese Verbundwerkstoffen auf Grundlage ihrer stark variierbaren Zuschlagsstoffe oftmals sowohl heterogene als auch inhomogene Eigenschaften aufweisen, erweist sich die Bestimmung ihrer Materialeigenschaften zumeist als anspruchsvoll. Für die Untersuchung der thermischen Werkstoffparameter wurden am Fraunhofer IWU geeignete Messverfahren ausgewählt, angepasst oder speziell für die individuellen Ansprüche entwickelt. Damit wird es möglich die Grundlage für eine möglichst realitätsnahe Simulation zu schaffen. Mit der Untersuchung diverser Werkstoffmuster namhafter Hersteller wird aktuell eine Datenbasis geschaffen, welche das Wissen zu diesen und anderen Materialien und deren systematische Untersuchung weiter untersetzt.

Die gewonnenen Ergebnisse fließen mit Entwicklung und Integration intelligenter und energieeffizienter Kühlsysteme zusammen, wodurch die thermische Stabilität von Werkzeugmaschinen bei gleichzeitig reduziertem Energiebedarf zukünftig weiter gesteigert werden kann.