SPP 2231:  Effizientes Kühlen, Schmieren und Transportieren – Gekoppelte mechanische und fluid-dynamische Simulationsmethoden zur Realisierung effizienter Produktionsprozesse (FLUSIMPRO)

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422633203

In nahezu allen Produktionsprozessen kommen Fluide als Kühlschmierstoff (KSS) zum Einsatz. Sie zählen neben der verwendeten Maschinentechnik, den Prozessstellgrößen, den Werkzeugen sowie den zu bearbeitenden Werkstoffen zu den elementaren Prozesseinflussgrößen. Ein detailliertes Verständnis der Wirkmechanismen von KSS, insbesondere bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien, ist daher für einen zielgerichteten und effizienten KSS-Einsatz von essenzieller Bedeutung. Mit experimentellen Methoden können jedoch die relevanten Längen- und Zeitskalen nur unzureichend analysiert werden, sodass die Entwicklung neuer Methoden zur Prozesssimulation erforderlich ist, um die komplexen Vorgänge beim Einsatz von Fluiden in Produktionsprozessen detailliert abbilden und deren Potenzial in der industriellen Anwendung ausschöpfen zu können. Nur mit diesem Verständnis lässt sich der überaus energie- und ressourcenintensive Einsatz von KSS zielgerichtet steuern und effizient gestalten. Aus der geschilderten Problemstellung leitet sich als übergeordnete Zielsetzung des Programms ab, die erforderlichen Grundlagen durch interdisziplinäre Kooperation wissenschaftlich zu erarbeiten und gekoppelte mechanische und fluiddynamische Simulationsmethoden zu realisieren. Im Fokus stehen ausschließlich Produktionsprozesse, bei denen der KSS kühlende, schmierende und transportierende Funktionen, zum Beispiel von Spänen, Ladungsträgern, Abrasivmitteln oder Reaktionsprodukten übernimmt. In dem Forschungsverbund des SPP2231 kommt der Koordinierung der gemeinsamen Aktivitäten zur Erreichung der übergeordneten Zielsetzung des SPP eine große Bedeutung zu. Die erste Förderperiode zeigte das große Potenzial und den Mehrwert der Vernetzung innerhalb des gesamten SPP sowie der Arbeitskreise auf. Es haben mehrere Treffen stattgefunden und es konnten sowohl bilaterale als auch projektübergreifende Aktivitäten und Synergien realisiert werden. Neben den Projektvorträgen wurde im Rahmen des 1. Zwischenkolloquiums über die Fortschritte der Arbeitskreise berichtet und die geplanten Aktivitäten diskutiert, die weitere Treffen und Workshops der drei Arbeitskreise in der Laufzeit der ersten Periode beinhalten. Die SPP-Koordination erfordert ein hohes Maß an Kommunikation zur Abstimmung und Organisation der internen Abläufe, z. B. Kickoff-Treffen, Einrichten unterschiedlicher Mailverteiler, Einrichten und Betreuen einer Webseite zur Öffentlichkeitsarbeit, Planung und Koordination von Arbeitskreistreffen, Workshops, Terminabstimmungen, Einladungen, Zwischenkolloquium etc.. Daher soll, insbesondere die fachspezifische Koordinationsarbeit des Koordinators, durch eine wissenschaftliche Mitarbeiterin / wissenschaftlichen Mitarbeiter begleiten bzw. unterstützen zu lassen, damit die reibungslose Durchführung der Veranstaltungen im Sinne der Hauptziele des SPP-Verbunds (z. B. Kickoff, Arbeitskreise, Workshop, Zwischen- und Antragskolloquium etc.) gewährleistet werden kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Österreich

Projekte

• Effizienter Kühlschmierstoffeinsatz in engen Schnittspalten beim Sägen von Titan-Legierungen durch Simulation thermischer und mechanischer Fluid-Festkörper-Wechselwirkungen (Effi-Ti-Sim) (Antragsteller Kabelac, Stephan ;  Möhring, Hans Christian )
• Gekoppelte multiphysikalische Simulationsmethoden zur Beherrschung des PECM Prozesses mit Magnetic-Field-Assistance (MPECM) (Antragsteller Richter, Markus ;  Schubert, Andreas )
• Integrale gekoppelte Simulation zur Fluiddynamik des Kühlschmierstoffs und des Zerspanungsprozesses beim Vibrationsbohren - ViBohr (Antragsteller Fritsching, Udo ;  Karpuschewski, Bernhard )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Biermann, Dirk )
• Kopplung experimenteller und numerischer Methoden zur mehrskaligen Analyse der Wirkmechanismen von Kühlschmierstrategien in Zerspanprozessen (KExNuMe-KSS) (Antragsteller Denkena, Berend ;  Poll, Gerhard )
• Mehrskalenmodellierung der thermischen Werkstückbelastung beim Drehprozess unter Berücksichtigung der Kühlschmierstoffzufuhr (Antragsteller Bergs, Thomas ;  Kneer, Reinhold )
• Modellierung der Kühlwirkung beim Werkzeugschleifen unter Berücksichtigung prozessbedingter Unsicherheiten (Antragsteller Bergmann, Benjamin ;  Schmidt, Alfred )
• Multiphasen-Modellierungen von Kühlschmierstoff und dessen Aerosole in der Zerspanungssimulation mit der Finite-Pointset-Methode zur Untersuchung der Wirkungsmechanismen (MultiKSS) (Antragsteller Kuhnert, Jörg ;  Sommerfeld, Martin ;  Uhlmann, Eckart )
• Multiskalige numerische Modellierung und Optimierung der Wirkung des Kühlschmierstoffs beim Wälzschälen (Antragsteller Bauer, Hans-Jörg ;  Moseler, Michael ;  Schulze, Volker )
• Simulation der gepulsten elektrochemischen Metallbearbeitung (PECM) von dünnwandigen Bauteilen für den Triebwerksbau – SIMPECT (Antragsteller Klink, Andreas ;  Schröder, Wolfgang )
• Simulation und Optimierung der KSS-Strömung zur Reduzierung der thermischen Werkzeugbelastung bei der diskontinuierlichen Bohrbearbeitung von Inconel 718 (Antragsteller Biermann, Dirk ;  Turek, Stefan )
• Voll gekoppelte Fluid-Struktur-Kontakt-Simulationen zum Verständnis der Vorgänge in den Kontaktzonen beim Orthogonalschnitt unter KSS (Antragstellerinnen / Antragsteller Elgeti, Stefanie ;  Zabel, Andreas )
• Werkzeug- und Prozessentwicklung für effiziente Ejektortiefbohrprozesse mittels Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) (Antragsteller Biermann, Dirk ;  Eberhard, Peter )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann