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Forschung

Forschung am Institut für Werkzeugmaschinen

Die Schwerpunkte der sowohl grundlagen- als auch anwendungsorientierten Forschung am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) liegen auf den Gebieten der Konstruktion, Simulation und Optimierung von Werkzeugmaschinen, Baugruppen, Elektrowerkzeugen und Werkzeugen sowie deren experimentelle Untersuchung, der Entwicklung zur Werkzeug- und Prozessoptimierung von zerspanenden Bearbeitungsverfahren von metallischen Werkstoffen, Holz- und Holzwerkstoffen, Kunstoffen, Verbund- bzw. Leichtbauwerkstoffen, der Automatisierungstechnik sowie der Umwelttechnik zur Reduzierung auftretender Emissionen und der Erarbeitung von Energieeinsparpotenzialen in Fertigungsverfahren.

Im Rahmen der Maschinenkonstruktion und -untersuchung werden simulative und experimentelle Arbeiten zur Definition mechanischer Schnittstellen sowie zum statischen, dynamischen und thermischen Verhalten von Werkzeugmaschinen und ihrer Baugruppen durchgeführt. Die Berechnung und Auslegung von neuen Maschinenkonzepten, -baugruppen und -antrieben sowie von Werkzeugen mit der Finite Elemente Methode (FEM) bzw. Mehrköpersimulation (MKS) erfolgt dabei im Zusammenhang mit Ergebnissen der experimentellen Modal- und Betriebsschwingungsanalyse. Neben den Schwingungsuntersuchungen mit der Modalanalyse zur Optimierung von Maschinenstrukturen laufen Arbeiten zur Optimierung von Fertigungsprozessen und Maschinenstrukturen mit Ultraschallüberlagerung. Schwerpunkte im Bereich der Maschinenkonstruktion bilden Untersuchungen zu Maschinen mit parallelen Kinematiken sowie rekonfigurierbaren bzw. instandhaltungsgerechten Werkzeugmaschinen mit dem Ziel, die Maschinen in ihrem Funktionsumfang und in ihrer Kapazität kurzfristig, bedarfsorientiert und dem Stand der Technik entsprechend verändern zu können. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit der Energieverbrauchsbeeinflussung auf Maschinen, Prozess- und Verfahrensebene zur nachhaltigen Nutzung von Energieeinsparpotenzialen.

Die Arbeiten zu den spanenden Fertigungsverfahren und insbesondere auf den Gebieten Tieflochbohren, Kurzlochbohren und Feinstbearbeitungsverfahren Honen und Läppen haben die Optimierung der Fertigungsverfahren hinsichtlich Produktivität (HSC, HPC), Bearbeitungsgenauigkeit, Werkzeugstandzeit, Reduzierung der Gratbildung und Prozesssicherheit zum Ziel. Neben der Betrachtung der Zerspanung metallischer Werkstoffe, Keramiken und Kunststoffe werden aktuell verstärkt auch Aktivitäten bei der Bearbeitung von Verbund- und Matrixwerkstoffen durchgeführt.

Im Rahmen des Sonderforschungs- (SFB 349) bzw. Transferbereichs (TFB 27) "Strahlführungs- und Strahlformungseinrichtungen" wurden Fragestellungen für einen standardisierten Blechleichtbau für hochdynamisch bewegte Maschinen und der Entwicklung eines modularen, konfigurierbaren Laserbearbeitungssystems aufgegriffen und bearbeitet. Die Teilprojekte des IfWs "Wandlungsfähige zielvariable Bearbeitungssysteme" im Sonderforschungs- und Transferbereich "Wandlungsfähige Unternehmungsstrukturen" (SFB 467, TBF 59) verfolgtem die Ziele, Werkzeugmaschinen in ihrem Funktionsumfang und in ihrer Kapazität kurzfristig und bedarfsorientiert verändern zu können. Die durch das IfW im Rahmen des Sonderforschungsbereichs "Ultraschallbeeinflusstes Umformen" (SBF 543) zu bearbeitenden Teilprojekte hatten zum Inhalt, geeignete Maschinenkonzepte für ultraschallbeeinflusste Umformma-schinen unter besonderer Berücksichtigung des akustischen Maschinenverhaltens zu entwickeln, sowie den Energiefluss in der Übertragungskette Aktor-Umformzone zu optimieren. Die in den genannten SFBs und TFBs erarbeiteten Ergebnisse werden in aktuellen Forschungsaktivitäten zu den Themen systemeffizienter Leichtbau, hochdynamische Maschinenkomponenten, rekonfigurierbare und wandelbare Werkzeugmaschinen, hybride Bearbeitungsprozesse, Reduzierung materieller und immaterieller Emission sowie Energieverbrauchsreduzierung bei spanenden Bearbeitungsprozessen weitergeführt und entsprechend den aktuellen Fragestellungen weiterentwickelt.

Arbeiten auf den Gebieten Arbeitsschutz und Umwelttechnik befassen sich mit der Lärmminderung sowie der Reduzierung von Staub- und Späneemissionen bei Elektrowerkzeugen und Holzbearbeitungsmaschinen, der Entwicklung von fertigungsprozessoptimierten Späneabsaugkonzepten und textilbasierten Splitterschutzvorhängen mit hohem ballistischen Rückhaltevermögen sowie mit Möglichkeiten zur Reduzierung des Kühlschmierstoffeinsatzes in der spanenden Metallbearbeitung. Neben den Lärmminderungsmaßnahmen an Holzbearbeitungsmaschinen befasst sich die Gruppe Maschinenuntersuchung auch mit der Geräuschentstehung und -minderung an Hydraulikkomponenten.

Weitere Forschungsschwerpunkte der Holzbearbeitung sind neben der Entwicklung neuer Maschinenkonzepte Untersuchungen von Hochgeschwindigkeitsspindeln für optimierte Schaftwerkzeuge, neue Bearbeitungsverfahren und Schneidstoffe sowie Untersuchungen zur Herstellung definiert gerollter Späne aus Abfallholz für Anwendungen als Wärmedämmmaterial oder Verpackungswerkstoff.

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