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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter April 20, 2017

Konzepte zur energieautarken Kühlung von Lineardirektantrieben

Conepts of Self-sufficient Cooling Systems for Linear Direct Drives
Eckart Uhlmann and Sebastian Salein

Kurzfassung

Neben der Genauigkeit, Dynamik, Flexibilität und Produktivität ist bei der Entwicklung moderner Bearbeitungszentren zunehmend auch der erforderliche Energiebedarf während der Nutzungsphase von erheblicher Bedeutung. Die Erhöhung der Energieeffizienz von hochdynamischen Werkzeugmaschinen mit lineardirektangetriebenen Vorschubachsen ist dabei das Ziel der Forschungsarbeiten am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin. Der vorliegende Beitrag präsentiert ein Konzept zur Rückgewinnung der in Linearmotoren von Werkzeugmaschinen entstehenden thermischen Verluste. Mit dem Ziel elektrische Energie zum Betrieb des Motorkühlsystems zu generieren, werden thermoelektrische Generatoren (TEGs) im Wärmestrom platziert. Vorgestellt werden Konzepte für ein selbstgekühltes und damit energieautark arbeitendes Kühlsystem.

Abstract

In addition to accuracy, dynamic, flexibility and productivity there is a growing importance of energy consumption in the design process of machine tools. Due to this, the research objective of the Institute for Machine Tools and Factory Management (IWF) of the Technische Universität Berlin is to improve the energy efficiency of high dynamic machine tools with linear direct drives. The suggested approach employs a concept for the recuperation of the thermal loss in linear motors. Thermoelectric generators (TEGs) are placed in the heat flow to convert the heat into electricity which is supplied to the cooling system of the device. In this paper concepts of self-cooling and thereby self-sufficient systems are presented.


Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann, geb. 1958, hat an der TU Berlin Maschinenbau mit der Fachrichtung Produktionstechnik studiert. Von 1986 bis 1994 war er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin und promovierte 1993. Nach dieser Tätigkeit war er von 1994 bis 1997 in der Industrie tätig. Seit 1997 ist er Professor für das Fachgebiet Werkzeugmaschinen Fertigungstechnik am IWF der TU Berlin sowie Institutsleiter des Fraunhofer IPK, Berlin.

Sebastian Salein ist als Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der Konstruktion und Entwicklung von Werkzeugmaschinen am IWF tätig.


References

1. Neugebauer, R.; GötzeU.; Drossel, W.-G.: Energetischwirtschaftliche Bilanzierung und Bewertung technischer Systeme – Erkenntnisse aus dem Spitzentechnologiecluster eniPRODSearch in Google Scholar

2. Denkena, B.; Möhring, H.-C.; HackelöerF.; HülsemeyerL.; Dahlmann, D.; Augenstein, E.; Nelles, J.; Grigoleit, A.: Effiziente Fluidtechnik für Werkzeugmaschinen. wt Werkstattstechnik online101 (2011) 5, S. 347352Search in Google Scholar

3. Brecher, C.; Herfs, W.; Heyers, C.; Klein, W.; Triebs, J.; Beck, E.; Dorn, T.: Ressourceneffizienz von Werkzeugmaschinen im Fokus der Forschung. wt Werkstattstechnik online100 (2010) 7/8, S. 559564Search in Google Scholar

4. Abele, E.; Sielaff, T.; Beck, M.: Abschlussbericht zum Projekt MAXIEM – Maximierung der Energieeffizienz spanender Werkzeugmaschinen. Darmstadt 2013Search in Google Scholar

5. Abele, E.; Sielaff, T.; Beck, M.: Konfiguration energieeffizienter Werkzeugmaschinen. wt Werkstattstechnik online102 (2012) 7/8, S. 292298Search in Google Scholar

6. Abele, E.; RothenbücherS.; Kuhrke, B.: Energieeffizienz spanender Werkzeugmaschinen. Wissenschaftsmagazin der TU Darmstadt (2011) S. 6467Search in Google Scholar

7. Neugebauer, R.; WestkämperE.; Klocke, F.; Kuhn, A.; Schenk, M.; Michaelis, A.; Spath, D.; WeidnerE: Untersuchung zur Energieeffizienz in der Produktion. Chemnitz 2008Search in Google Scholar

8. Meyer, F.: Werkzeugmaschinen produzieren effizienter. BINE Informationsdienst (2014) S. 14Search in Google Scholar

9. Kianinejad, K.; Uhlmann, E.; Peukert, B.: Investigation into Energy Efficiency of Outdated Cutting Machine Tools and Identification of Improvement Potentials to Promote Sustainability. Procedia CIRP26 (2015) S. 53353810.1016/j.procir.2014.07.083Search in Google Scholar

10. Kaufeld, M.: Eine Möglichkeit des Maschinenvergleichs. WB Werkstatt + Betrieb (2011) 12, S. 6064Search in Google Scholar

11. Augenstein, E.; Nelles, J.; Wurm, A.: Energieeffiziente Kühlsysteme für Werkzeugmaschinen. wt Werkstattstechnik online102 (2012) 5, S. 306311Search in Google Scholar

12. RothenbücherS.; Kuhrke, B.: Energiebündel auf dem Prüfstand. WB (2010) 9, S. 130Search in Google Scholar

13. TüllmannU.: Direktantriebe im Einsatz an hochdynamischen Werkzeugmaschinen. In: GroßmannK. (Hrsg.):Tagungsband zum 14. Dresdner WZM-Fachseminar „Lineardirektantriebe in Werkzeugmaschinen“. Dresden, 2013Search in Google Scholar

14. Altintas, Y.; Verl, A.; Brecher, C.; Uriarte, L.; Pritschow, G.: Machine Tool Feed Drives. Annals of the CIRP60 (2011) 2, S. 77979610.1016/j.cirp.2011.05.010Search in Google Scholar

15. Projektierungshandbuch SIMOTICS – Linearmotoren SIMOTICS L-1FN3. Ausgabe 03/2015Search in Google Scholar

16. König, J. D.; Bartholome, K.; BöttnerH.; JänschD.; Klein Altstedde, M.; KöhneM.; Nurnus, J.; Roch, A.; Tarantik, K.: Thermoelektrik – Strom aus Abwärme. BINE Informationsdienst (2016) S. 124Search in Google Scholar

17. Bell, L. E.: Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems. SCIENCE (2008) 321, S. 14571461Search in Google Scholar

18. KühnR.; Koeppen, O.: Abschlussbericht TEG 2020; Entwicklung modularer leistungsstarker und flexibel einsetzbarer thermoelektrischer Generatoren zur thermischen Rekuperation in Verbrennungskraftmaschinen und Anlagen. TU Berlin (2015)Search in Google Scholar

19. Kiflemariam, R.; Lin, C.-X.: Numerical Simulation of Integrated Liquid Cooling and Thermoelectric Generation for Self-cooling of Electronic Devices. International Journal of Thermal Sciences94 (2015) S. 19320310.1016/j.ijthermalsci.2015.02.012Search in Google Scholar

20. MartínezA.; Astrain, D.; RodríguezA.: Experimental and Analytical Study on Thermoelectric Self Cooling of Devices. Energy36 (2011) 8, S. 5250526010.1016/j.energy.2011.06.029Search in Google Scholar

21. MartínezA.; Astrain, D.; Aranguren, A.: Thermoelectric Self-cooling for Power Electronics: Increasing the Cooling Power Energy112 (2016) 8, S. 17Search in Google Scholar

Online erschienen: 2017-04-20
Erschienen im Druck: 2016-08-18

© 2016, Carl Hanser Verlag, München