Detailseite
Projekt
Simulationsbasierte Werkzeugoptimierung als Basis für die Herstellung und den effizienten Einsatz strömungsoptimierter Ejektorbohrköpfe
Fachliche Zuordnung
Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572500519
Steigende Herausforderungen in Bezug auf Energiekosten und die Forderung nach nachhaltigen und effizienten Bearbeitungsprozessen rücken den Fokus bei der Optimierung von Zerspan-prozessen auf den energieintensiven Bereich der Kühlschmierstoffversorgung. Insbesondere beim Ejektortiefbohren bietet die KSS-Versorgung aufgrund der hohen Drücke bzw. der großen Volumenströmen zur Kühlung und Schmierung der Schneiden sowie zur Gewährleistung eines sicheren Spantransports aus großen Bohrtiefen ein hohes Optimierungspotential bei der Realisierung ressourceneffizienter Prozesse. Im aktuellen industriellen Einsatz ist das Verfahren jedoch häufig mit hohen Volumenströmen zur Gewährleistung des Ejektoreffekts und des sicheren Spantransports verbunden. In Grundlagenuntersuchungen im Projekt „Werkzeug- und Prozessentwicklung für effiziente Ejektortiefbohrprozesse mittels Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)“ im Rahmen des SPP 2231 FluSimPro ist es am ISF und am ITM gelungen entsprechendes Prozesswissen und ein tiefgreifendes Verständnis der Wirkzusammenhänge und Strömungsverhältnisse bei der KSS-Versorgung des Ejektorbohrprozesses zu gewinnen. Dabei ließen sich mit experimentellen und messtechnischen Analysen der KSS-Strömung und Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Strömungssimulationen bereits erste Werkzeugoptimierungen entwickeln, umsetzen und validieren. Das Ziel dieses Transfervorhabens ist es daher die Erkenntnisse aus den Grundlagen-untersuchungen auf die Werkzeugherstellung und den effizienten Einsatz optimierter Ejektorbohrköpfe mit unterschiedlichen Bohrkopfgrundkörpern und Werkzeugdurchmessern für die Bearbeitung verschiedener Werkstoffe im industriellen Umfeld zu übertragen. Ausgehend von einer gezielten simulationsbasierten Analyse mit Fokus auf den Einfluss kleiner Werkzeug-durchmesser und nur einem Spanmaul im Bohrkopf erfolgt eine Werkzeugoptimierung in Hinblick auf die KSS-Strömung und den Spantransport. Um die Herstellkosten als Faktor für die Akzeptanz der optimierten Werkzeuge zu berücksichtigen, werden sowohl angepasste Bohrkopfgestalten, die sich durch eine konventionelle und vergleichsweise kostengünstige spanende Fertigung herstellen lassen, als auch Gestalten auf Basis der erweiterten Möglichkeiten der additiven Fertigung evaluiert. In einer Energieverbrauchs- und Kostenanalyse werden abschließend die jeweils realisierbaren Vorteile in Bezug auf die Reduktion von Druck und Volumenstrom im Bohrprozess evaluiert und so der Ejektorbohrprozess mit optimierten Ejektorbohrköpfen als effizienter und nachhaltiger Tiefbohrprozess für verschiedenen Durchmesser und Werkstoffe qualifiziert. Durch die Kooperation mit den Firmen botek Präzisionsbohrtechnik GmbH, Gontermann-Peipers GmbH und Harburg-Freudenberger Maschinenbau GmbH ist von der Entwicklung über die Auslegung, Konstruktion und Fertigung bis zur Einsatzvalidierung von optimierten Ejektorbohrköpfen die Unterstützung und der Einfluss der Expertise industrieller Partner sichergestellt.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen (Transferprojekt)
