Das thermische Verhalten von Werkzeugmaschinen wird durch die Modellierung thermischer Randbedingungen und deren Einfluss auf die Temperaturverteilung in den Bauteilen beschrieben. Ein zentraler Aspekt sind Kontaktwärmeübergänge, bei denen die reale Kontaktfläche durch Oberflächenrauigkeiten stark reduziert ist, was zu einem thermischen Widerstand und einem Temperatursprung führt. Dieser wird durch Anpressdruck, fluide Zwischenmedien und Krümmung der Kontaktflächen beeinflusst. Numerische und experimentelle Untersuchungen zeigen, dass analytische Ansätze, wie die von Mikic (1974), den Kontaktwärmeübergang häufig überschätzen, insbesondere bei höheren Lasten. Experimente verdeutlichen den Einfluss von Oberflächenrauigkeit und Zwischenmedien, wobei numerische Modelle realere Ergebnisse liefern, wenn sie präzise Oberflächenstrukturen einbeziehen. Der makroskopische und mikroskopische Widerstand tragen gleichermaßen zum Gesamtwärmewiderstand bei. Die Erkenntnisse bieten wertvolle Ansätze zur Optimierung des Wärmetransports in Werkzeugmaschinen, insbesondere durch den gezielten Einsatz von Anpressdruck und Zwischenmedien.

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Thermische Modellierung von Verbindungsstellen

  • Thorsten Helmig,
  • Faruk Al-Sibai,
  • Reinhold Kneer

摘要

Das thermische Verhalten von Werkzeugmaschinen wird durch die Modellierung thermischer Randbedingungen und deren Einfluss auf die Temperaturverteilung in den Bauteilen beschrieben. Ein zentraler Aspekt sind Kontaktwärmeübergänge, bei denen die reale Kontaktfläche durch Oberflächenrauigkeiten stark reduziert ist, was zu einem thermischen Widerstand und einem Temperatursprung führt. Dieser wird durch Anpressdruck, fluide Zwischenmedien und Krümmung der Kontaktflächen beeinflusst. Numerische und experimentelle Untersuchungen zeigen, dass analytische Ansätze, wie die von Mikic (1974), den Kontaktwärmeübergang häufig überschätzen, insbesondere bei höheren Lasten. Experimente verdeutlichen den Einfluss von Oberflächenrauigkeit und Zwischenmedien, wobei numerische Modelle realere Ergebnisse liefern, wenn sie präzise Oberflächenstrukturen einbeziehen. Der makroskopische und mikroskopische Widerstand tragen gleichermaßen zum Gesamtwärmewiderstand bei. Die Erkenntnisse bieten wertvolle Ansätze zur Optimierung des Wärmetransports in Werkzeugmaschinen, insbesondere durch den gezielten Einsatz von Anpressdruck und Zwischenmedien.