Modern production systems have to allow high performance cutting processes in a flexible production system environment at a high level of accuracy. The final workpiece accuracy is mainly influenced by the thermo-elastic behavior of the machine tool and can be improved by additional measures, compensation strategies and an optimized machine design. These measures are often implemented as stand-alone solutions. According to the Industry 4.0 all information should be connected in a single model of the actual machine state to increase machining accuracy. It is therefore necessary to integrate upcoming smart fluid power systems into the machine network.

Due to good energy-efficiency of electrohydraulic compact drives a cooling aggregate often is not installed. The operating temperature is governed by the complex interaction between dissipative heat input and passive heat output. This paper targets the simulation of the thermo-energetic behaviour of an electrohydraulic compact drive by means of a lumped parameter model in order to predict the operating temperature. The developed thermo-hydraulic model is validated against measurements utilising thermocouples and a thermographic camera to capture temperatures. The results show, that the presented methodology enables a satisfying accurate prediction of the thermo-energetic behaviour of electrohydraulic compact drives. A further analysis of simulation results is given, highlighting the power losses and heat rejection capabilities of different components. Finally, measures for the improvement of the heat rejection capabilities are studied.

O trabalho na arquitetura sempre se baseou em processos e raciocínios lógicos, seguindo um fluxo de informações para solucionar questões referentes ao habitat humano. A partir da década de 1960 iniciou-se o desenvolvimento de métodos de incorporação da computação no trabalho do arquiteto, buscando tornar o processo de projeto mais eficiente. Entretanto, a influência do uso de ferramentas computacionais nas fases iniciais de projeto ainda é pouco explorada. A grande maioria dos arquitetos continua utilizando métodos tradicionais para a geração da forma, utilizando o computador simplesmente como suporte, sem aproveitar seu grande potencial para a realização de tarefas repetitivas na geração de alternativas. Os novos sistemas de modelagem paramétrica têm revolucionado essa fase do trabalho, mas ainda obrigam o arquiteto a se adaptar aos métodos e metáforas escolhidos por seus programadores, reduzindo sua liberdade de criação. Somado a esse fator, o surgimento de certificações ambientais e etiquetas de eficiência energética tem envolvido esforços para o desenvolvimento de métodos quantitativos para análise de projetos de edificações. Desse modo, projetar um edifício sustentável é sinônimo de quantificar seu impacto. A simulação computacional permite avaliar a quantidade desses impactos nas edificações, tornando possível analisar esses danos ainda em fase de projeto. Em atenção à necessidade do uso de simuladores nas etapas iniciais de projeto e à integração destes aos programas de modelagem paramétrica, desenvolvedores vêm realizando esforços para suprir essa lacuna. O progresso nesse campo de estudo tem sido realizado em integrar os motores de simulação termoenergética computacional existentes aos programas BIM (Building Information Modeling). Portanto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um fluxo de trabalho para geração de um modelo paramétrico a partir de design algorítmico em estudos de viabilidade de edificações para análise termoenergética. O trabalho utiliza o Dynamo do Revit como ferramenta de design algorítmico para gerar a volumetria 3D automatizada para edifícios de escritórios e compara esse modelo à interoperabilidade BIM-CAD-BEM e BIM-BEM. O primeiro processo testa arquivos STL e DWG do sistema CAD exportados ao SketchUp e convertidos no Euclid para simulação computacional, sendo verificados posteriormente no EnergyPlus. O segundo processo exporta o modelo BIM gerado por massa conceitual e por elementos construtivos gerados no Dynamo e Revit diretamente para o Insight 360 e depois os exporta para o EnergyPlus. É realizada então uma análise comparativa aos modelos gerados em CAD e BIM. Os resultados validam para uma interoperabildiade mais confiável na proposta entre os modelos BIM e BEM, pois os arquivos CAD não suportam configurações de energia. A proposta de automatização de design algorítmico para geração de volumes 3D para o BIM e simulação se mostra viável, mas ainda é limitada pela integração entre os softwares. / The work in architecture has always been based on processes and logical thinking, following a flow of information to solve questions concerning human habitat. From the 1960s onwards, the development of methods of incorporating computing into the architect\'s work began, making the design process more efficient. However, the influence of the use of computational tools in the early design stages is still little explored. The vast majority of architects continue to use traditional methods for form generation, using the computer only as support, without taking advantage of their great potential for performing repetitive tasks in the generation of alternatives. The new parametric modeling systems have revolutionized this stage of the work, but still compel the architect to adapt to the methods and metaphors chosen by their programmers, reducing their freedom of design. Added to this factor, the emergence of environmental certifications and energy efficiency labels has involved efforts to develop quantitative methods for analysis of building projects. In this way, designing a sustainable building is synonymous of quantifying its impact. The computational simulation allows to evaluate the amount of these impacts in the buildings, making it possible to analyze these damages still in the design stage. Due to the need to use simulators in the early design stages and to the integration of these to parametric modeling programs, developers have been making efforts to fill this gap. The progress in this field of study has been realized in integrating the existent computational thermos-energetic simulation engines to the BIM (Building Information Modeling) programs. Therefore, the objective of this work is to develop a workflow for generating a parametric model from algorithmic design in feasibility studies for thermoenergetic analysis of buildings. The work uses Revit Dynamo as an algorithmic design tool to generate automated 3D volumetry for office buildings and compares this model between BIM-CAD-BEM and BIM-BEM interoperability. The first process tests CAD system with STL and DWG files exported to SketchUp and converted to Euclid for energy computer simulation and later verified in EnergyPlus. The second process exports the BIM model generated by conceptual mass and building elements generated in Dynamo and Revit directly to Insight 360 and then exports them to EnergyPlus. A comparative analysis is then made to the models generated in CAD and BIM. The results validate for a more accurate interoperability in the proposal between the BIM and BEM models, because CAD files do not support energy settings. The proposed algorithm design automation for 3D volume generation for BIM and simulation is feasible, but it is still limited by the integration between the programs.

Due to good energy-efficiency of electrohydraulic compact drives a cooling aggregate often is not installed. The operating temperature is governed by the complex interaction between dissipative heat input and passive heat output. This paper targets the simulation of the thermo-energetic behaviour of an electrohydraulic compact drive by means of a lumped parameter model in order to predict the operating temperature. The developed thermo-hydraulic model is validated against measurements utilising thermocouples and a thermographic camera to capture temperatures. The results show, that the presented methodology enables a satisfying accurate prediction of the thermo-energetic behaviour of electrohydraulic compact drives. A further analysis of simulation results is given, highlighting the power losses and heat rejection capabilities of different components. Finally, measures for the improvement of the heat rejection capabilities are studied.

[Aus dem Text:] Spanende Bearbeitung nimmt nach wie vor eine zentrale Stellung ein. Dies gilt nicht nur für die Gegenwart. Die betreffenden Unternehmen prognostizieren mehrheitlich sogar für die spanenden und trennenden Verfahren einen Bedeutungszuwachs. Dieser geht einher mit der eindeutigen Tendenz zu weiter wachsenden Genauigkeitsforderungen an die Fertigungsprozesse der Metall-, Kunststoff- und Elektroindustrie. Die gegenwärtigen und künftigen ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und gesellschaftlichen Zielstellungen, wie - die Ressourcenschonung – und hier insbesondere die Verbesserung der Energieeffizienz in der Produktionstechnik, - die Befriedigung individualisierter Bedürfnisse – mit dem daraus für die Fertigung folgenden Bedarf an weiterer Flexibilisierung sowie - die immerwährende Forderung nach weiterer Steigerung der Produktivität, führen im Zusammenhang mit der spanenden Genauigkeitsfertigung zu einem sich verschärfenden Zielkonflikt im Dreiecksverhältnis von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Bearbeitung.

Die Forschungsarbeiten der 19 Teilprojektes des SFB/TR 96 verfolgen den Ansatz, spanende Werkzeugmaschinen zu Fertigungsqualität und Wirtschaftlichkeit unter den Bedingungen einer energieeffizienten Produktion durch konstruktive und steuerungstechnische Lösungen zu befähigen. Damit besteht das Ziel des SFB/TR 96 in der Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Fertigung.

Modern production systems have to allow high performance cutting processes in a flexible production system environment at a high level of accuracy. The final workpiece accuracy is mainly influenced by the thermo-elastic behavior of the machine tool and can be improved by additional measures, compensation strategies and an optimized machine design. These measures are often implemented as stand-alone solutions. According to the Industry 4.0 all information should be connected in a single model of the actual machine state to increase machining accuracy. It is therefore necessary to integrate upcoming smart fluid power systems into the machine network.

Die Forschungsarbeiten der 19 Teilprojektes des SFB/TR 96 verfolgen den Ansatz, spanende Werkzeugmaschinen zu Fertigungsqualität und Wirtschaftlichkeit unter den Bedingungen einer energieeffizienten Produktion durch konstruktive und steuerungstechnische Lösungen zu befähigen. Damit besteht das Ziel des SFB/TR 96 in der Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Fertigung.:Motivation und Überblick Christian Brecher (RWTH Aachen, Sprecher des SFB/TR 96) Erstellung und Abgleich eines strukturbasierten thermischen Modells der kugelgewindegetriebenen Vorschubachse eines Hexapoden Alexander Galant, Steffen Schroeder, Bernd Kauschinger (IWM TU Dresden) Michael Beitelschmidt (IFKM TU Dresden) Wärme im Zerspanungsprozess und ihre Wirkung im Werkzeug Matthias Putz, Gerhard Schmidt, Ulrich Semmler (IWU Chemnitz) Michael Bräunig (IWP TU Chemnitz) Fritz Klocke, Drazen Veselovac, Matthias Brockmann, Thorsten Augspurger, Patrick Mattfeld, Matthias Rasim, Christian Wrobel (Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren RWTH Aachen) Parameteridentifikation in thermo-elastischen Systemen Roland Herzog, Ilka Riedel (Professur für Numerische Mathematik (partielle Differentialgleichungen) TU Chemnitz) Bernd Kauschinger, Steffen Schroeder (IWM TU Dresden) Prognose von Verlustleistungen und Kontaktwärmeübergängen an Maschinenkomponenten Christian Brecher, Marcel Fey, Kolja Bakarinow, Stephan Neus (Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen RWTH Aachen) Reinhold Kneer, Yona Frekers (WSA RWTH Aachen) Berechnung von thermo-elastischen Deformationen in Werkzeugmaschinen – Vergleich numerischer Verfahren – Michael Beitelschmidt, Marian Partzsch (IFKM TU Dresden) Peter Benner, Norman Lang (MiIT TU Chemnitz) Andreas Naumann, Axel Voigt, Jörg Wensch (IWR TU Dresden) Analyse der Wärmeentstehung im Antrieb und Temperierung von Strukturen und Antrieben am Beispiel von Werkzeugmaschinen Stefan Winkler, Ralf Werner (EWA TU Chemnitz) Andre Bucht, Welf-Guntram Drossel (Fraunhofer IWU) Jürgen Weber, Juliane Weber (IFD TU Dresden) Immanuel Voigt (IWP TU Chemnitz) Experimenteller Vergleich kennfeld- und strukturmodellbasierter Korrektur Steffen Ihlenfeldt, Christian Naumann (Fraunhofer IWU) Xaver Thiem, Mirko Riedel, Bernd Kauschinger (IWM TU Dresden) Zeitabhängige Beschreibung volumetrischer thermo-elastischer Verlagerungen von Werkzeugmaschinen Christian Brecher, Marcel Fey, Matthias Wennemer (Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen RWTH Aachen) Messtechnisch basierte Ansätze zur Korrektur thermischer Verlagerungen Mirko Riedel, Jens Müller (IWM TU Dresden) Michel Klatte, Christian Wenzel (Fraunhofer IPT) Bewertung thermisch bedingter Verlagerungen mit Prüfwerkstücken Hajo Wiemer, Hubert Höfer (IWM TU Dresden)

Lösungen für die thermo-energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen zur Verminderung von thermisch bedingten Maßabweichungen in der spanenden Bearbeitung.:FE-basierte, thermo-elastische online-Simulation einer gesamten WZM. Strategien, Konzepte und Workflow M. Beitelschmidt (IFKM TU Dresden), A. Galant, B. Kauschinger (IWM TU Dresden) Simulation gekoppelter Baugruppen: Parallele Zeitintegrationsverfahren und Modellordnungsreduktion N. Lang, P. Benner (MIIT TU Chemnitz), A. Naumann, J. Wensch (IWR TU Dresden) Modellgestützte Potentialanalyse eines dezentralen Fluidsystems L. Shabi, J. Weber, J. Weber (IFD TU Dresden) Thermische Werkzeugmodellierung M. Putz, C. Oppermann (Fraunhofer IWU), M. Bräunig (IWP, TU Chemnitz) Vollkompensierte Werkzeugmaschinen - Vision und Wirklichkeit K. Wegener (IWF, ETH Zürich), J. Mayr, S. Weikert (Inspire AG, Zürich) Analyse von Wärmetransportvorgängen an Maschinenkontakten unter Berücksichtigung fluider Zwischenmedien Y. Frekers, K. Niemietz, R. Kneer (WSA, RWTH Aachen) Kennfeldbasierte Berücksichtigung der Umgebungsrandbedingungen für die Simulation des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen J. Glänzel, S. Ihlenfeldt, C. Naumann (Fraunhofer IWU) Analysen zur Wärmestromaufteilung im Zerspanprozess mit definierter und undefinierter Schneide F. Klocke, T. Augspurger, C. Wrobel, B. Döbbeler, P. (WZL, RWTH Aachen) Softwareunterstützung zur effizienten Parameterbestimmung für modulare Modelle B. Hensel, K. Kabitzsch (TIS, TU Dresden) Unsicherheiten bei der Beschreibung der reibungsbedingten Verlustleistungen von Lagern an Werkzeugmaschinen S. Schroeder, B. Kauschinger (IWM, TU Dresden) Optimale Sensorplatzierung zur Online-Zustands- und Parameter-Identifikation R. Herzog, I. Riedel (nm, TU Chemnitz) Experimentelle Analyse modellbasierter Korrekturverfahren für thermo-elastische Verformungen im Online-Einsatz an einer Demonstratormaschine C. Naumann, S. Ihlenfeldt (Fraunhofer IWU), R. Spierling, M. Wennemer, M. Fey, C. Brecher (WZL, RWTH Aachen), X. Thiem, M. Riedel, B. Kauschinger (IWM, TU Dresden) Funktionsprinzip der messtechnisch basierten Korrektur thermischer Verlagerungen am Versuchsträger MAX M. Riedel, J. Müller (IWM, TU Dresden), F. Tzanetos (Fraunhofer IPT) Thermische Modellierung von Lineardirektantrieben und aktive Steuerung der Wärmeströme unter Einsatz von Latentwärmespeichern I. Voigt, W.-G. Drossel (IWP, TU Chemnitz; S. Winkler, R. Werner (EWA TU Chemnitz), A. Bucht (Fraunhofer IWU) Methoden und Möglichkeiten von virtuellen Demonstratoren zur Gestaltung und Korrektur des thermoelastischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen H. Wiemer, H. Höfer, S. Ihlenfeldt, J. Müller, X. Thiem, S. Schroeder, A. Galant, B. Kauschinger (IWM, TU Dresden)

Die Dresdner Werkzeugmaschinen-Fachseminare sind ein Forum zu ausgewählten Spezialthemen der Entwicklung und Nutzung von Werkzeugmaschinen. Das 16. WZM-Fachseminar berichtetet inhaltlich detailliert von aktuellen Arbeiten im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches "Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen" (SFB/TR 96) an den Standorten Dresden, Aachen und Chemnitz. Die Fachbeiträge berichten über experimentelle und modellgestützte Analyse von Wärmequellen und -übertragung in spanenden Werkzeugmaschinen sowie zu Lösungsansätzen zur Korrektur und Kompensation der thermo-elastischen Verlagerungen.