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Experimentelle Untersuchung von Hochleistungskühlmitteln

Fabian Wahli

Titel

Experimentelle Untersuchung von Hochleistungskühlmitteln

Autor/in

Datierung

11.06.2021

Beschreibung

Die Firma Georg Fischer Machining Solutions AG hat sich der Aufgabe verschrieben, das Kühlen von
Hochpräzisions-Spindel in Werkzeugmaschinen effizienter zu machen. Dazu wurde in Zusammenarbeit mit der
Hochschule Luzern ein Hochleistungskühlmittel auf Basis von Wasser und einem Phasenwechselmaterial
entwickelt. Durch den Phasenwechsel kann im Vergleich zu herkömmlichen Kühlmitteln mehr Wärmeenergie
aufgenommen beziehungsweise abtransportiert werden.
Ziel dieser Arbeit ist es in einem ersten Schritt, die bereits vorhandenen Mess-Strecke mittels Wasser-Messungen
zu validieren. In einem zweiten Schritt soll anhand der Phasenwechseldispersion das thermische Verhalten und
die Eigenschaften solcher Hochleistungskühlmittel untersucht werden, um den optimalen Betriebspunkt zu
ermitteln. Die durchgeführten Messungen werden mit bekannten Korrelationen aus der Literatur verglichen.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei optimaler Eintrittstemperatur bis zu dreimal mehr Wärme aufgenommen werden
kann als mit Wasser und sich die Phasenwechseldispersion dabei um weniger als 1 K erwärmt, im Vergleich zu
Wasser, dass sich um fast 3 K erwärmt. Die Nusselt-Zahlen der bereits bestehenden Korrelation ergeben
Abweichungen von weniger als 15 %, was auch den Abweichungen von Wasser entspricht.

The company Georg Fischer Machining Solutions AG has been dedicated to the task of improving the efficiency
of the cooling of high-precision spindles in machining tools. To this end, a high-performance coolant, based on
water and a phase change material was developed in collaboration with the Lucerne University of Applied Sciences
and Arts. As a result of the phase change, more thermal energy can be absorbed or transported away compared to
conventional coolants.
Firstly, the aim of this work is to validate the existing experimental setup by water measurements. Furthermore,
the thermal behaviour and thermophysical properties of such high-performance coolants are to be investigated to
determine the optimum operating conditions. The measurements carried out are subsequently compared with
known correlations from the literature.
The results show that at an optimal inlet temperature, up to three times more heat can be absorbed than with water
and that the phase change dispersion heats up by less than 1 K in the process compared to water, which heats up
to nearly 3 K. The Nusselt numbers of the already existing correlation results in deviations of less than 15 %, which
also corresponds to the deviations of water.

Urheberrechtshinweis