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TU Berlin

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Abschlussarbeiten aus dem Gebiet Werkzeugmaschinen: Ab August 2019

Peltierelement
Lupe

Forschungsprojekt: Modellbasierte Entwicklung eines thermoelektrischen Temperiersystems mit Peltierelementen für Motorspindeln der Hochpräzisionsbearbeitung

Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrik­betrieb (IWF) der TU Berlin wird der Einsatz von Peltier­elementen zur Optimierung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen (WZM) untersucht. Durch die Fähigkeit zur hoch­präzisen Temperierung bieten Peltier­elemente das Potenzial thermisch bedingte Bauteil­verformungen zu reduzieren. Aufgrund der Lage in unmittelbarer Nähe zur Wirkstelle besitzen Motorspindeln einen maßgeblichen Einfluss auf die thermo­elastischen Verlagerungen am Tool Center Point (TCP) und damit auf die erreich­bare Arbeitsgenauigkeit von WZM. Verantwortlich hierfür sind die die elektrischen Verlust­leistungen der Antriebe sowie mechanische Verlustleistungen durch Reibung in den Spindellagern, die als signifikante Wärmequellen einen Wärmestrom in die angrenzenden Komponenten induzieren. Zur Reduktion thermo­elastischer Verlagerungen am TCP wird ein geregeltes Temperiersystem mit Peltier­elementen für Motorspindeln entwickelt.

Thema [1]: Simulation des thermoelastischen Verhaltens einer Motorspindel für Werkzeugmaschinen der Hochpräzisionsbearbeitung

Für Studierende aus den Bereichen:

Physikalische Ingenieurswissenschaft, Maschinenbau, Energie- und Verfahrenstechnik.

Das Ziel der Abschlussarbeit ist die Berechnung der thermisch bedingten, axialen Dehnungen einer Referenzmotorspindel sowie die Modellvalidierung anhand experimenteller Daten.

Im Rahmen der Abschlussarbeit sind folgende Punkte zu bearbeiten:

  • Systematische Untersuchung zum Stand der Technik hinsichtlich Motorspindeln,
  • Analyse bestehender Modelle zum Abbilden des thermoelastischen Verhaltens,
  • Ableiten eines Modells zur Berechnung von thermisch bedingten, axialen Dehnungen
    der ausgewählten Referenz Motorspindeln Typ Z62-H360, Hersteller Alfred Jäger GmbH,
  • Nutzung des Softwarepakets ANSYS Workbench,
  • Modellvalidierung anhand experimenteller Daten,
  • Vollständige Dokumentation der Ergebnisse.

Thema [2]: Realisierung sowie experimentelle Analyse eines geregelten, thermoelektrischen Temperiersystems mit Peltierelementen

Für Studierende aus den Bereichen:

Maschinenbau, Energie- und Verfahrenstechnik, Physikalische Ingenieurswissenschaft.

Das Ziel der Abschlussarbeit ist die Inbetriebnahme eines geregelten Temperiersystems mit Peltierelementen sowie die experimentelle Analyse der thermoelektrischen Eigenschaften.

Im Rahmen der Abschlussarbeit sind folgende Punkte zu bearbeiten:

  • Systematische Untersuchung zum Stand der Technik hinsichtlich Peltierelementen und geregelter Temperiersysteme,
  • Analyse eines bestehenden Temperiersystems mit Peltierelementen ohne Regelung,
  • Auswahl geeigneter Hardware sowie modellbasierte Auslegung des Reglers,
  • Inbetriebnahme des geregelten Temperiersystems mit Peltierelementen,
  • Experimentelle Analyse der thermoelektrischen Eigenschaften,
  • Vollständige Dokumentation der Ergebnisse.

    Thema [3]: Modellordnungsreduktion anhand der Krylov-Unterraum-Methoden zur Simulation eines geregelten Temperiersystems mit Peltierelementen

    Für Studierende aus den Bereichen:

    Physikalische Ingenieurswissenschaft, Maschinenbau, Energie- und Verfahrenstechnik.

    Das Ziel der Abschlussarbeit ist die Abbildung des thermoelektrischen Verhaltens eines geregelten Temperiersystems mit Peltierelementen in einer Systemsimulation.

    Im Rahmen der Abschlussarbeit sind folgende Punkte zu bearbeiten:

    • Systematische Untersuchung zum Stand der Technik zur Modellordnungsreduktion,
    • Anwendung der Krylov-Unterraum-Methode zur Approximation des Übertragungsverhaltens eines bestehenden Originalmodells,
    • Nutzung des Softwarepakets Model Reduction inside ANSYS sowie Einbindung des reduzierten Modells in MATLAB/Simulink,
    • Modellvalidierung anhand experimenteller Daten,
    • vollständige Dokumentation der Ergebnisse.

      Thema [4]: Modellierung thermoelektrischer Module durch Abbildung der physikalischen Wirkprinzipien

      Für Studierende aus den Bereichen:

      Physik, Elektrotechnik, Physikalische Ingenieurswissenschaft.

      Das Ziel der Abschlussarbeit ist die Abbildung der physikalischen Wirkprinzipien der Thermoelektrik zur Vorhersage der Leistungsfähigkeit thermoelektrischer Module.

      Im Rahmen der Abschlussarbeit sind folgende Punkte zu bearbeiten:

      • Systematische Untersuchung zum Stand der Technik hinsichtlich der Modellierung thermoelektrischer Systeme,
      • Darstellen der physikalischen Grundlagen der Thermoelektrik,
      • Nutzung der Softwarepakete ANSYS Workbench und MATLAB/Simulink zur Modellierung des thermoelektrischen Verhaltens,
      • Modellvalidierung anhand experimenteller Daten,
      • vollständige Dokumentation der Ergebnisse.

      Bitte wenden Sie sich bei Interesse an:

      Sebastian Salein, M.Ed
      Wissenschaftlicher Mitarbeiter
      Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
      Technische Universität Berlin
      Pascalstraße 8-9
      Raum PTZ 219
      Tel.: +49 30 314-21235

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