In herkömmlichen Werkzeugmaschinen wird das Kühlmedium - Öl oder Wasser - zentral durch das Kühlaggregat temperiert und anschließend in einem Zwischentank gespeichert. Von dort wird es über ein Fördersystem an die einzelnen Komponenten verteilt. Die Zuteilung erfolgt rein heuristisch durch unterschiedliche Schlauchleitungsquerschnitte: kleine Querschnitte für geringen, große für höheren Kühlbedarf. Die tatsächlich entstehende Abwärme der einzelnen Motoren bleibt dabei unberücksichtigt, sodass das Kühlaggregat durchgehend mit gleicher Leistung arbeitet. Dies führt zu einem unnötig hohen Stromverbrauch, da bis zu 80 % der während eines Bearbeitungsprozesses aufgenommenen elektrischen Leistung auf das Kühlaggregat entfallen, während nur 20 % für die elektrischen Antriebe genutzt werden.
Eine effizientere Lösung wäre eine bedarfsgerechte Kühlmittelzuteilung, die sich am tatsächlichen Arbeitsprozess orientiert. Dadurch können nicht nur der Energie-, Zeit- und Kostenaufwand gesenkt werden, sondern auch die Maschinen schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden. Im Projekt „Demand Based Cooling“ wird daher ein allgemeines Vorgehen zur Erstellung eines thermischen Modells entwickelt. Zusammen mit einem intelligenten Regler soll das Kühlsystem dann dynamisch gesteuert werden, so dass die Kühlung nur bei tatsächlichem Bedarf aktiviert wird.
Zum Start des Projekts wird der Ist-Zustand eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums aus dem IFW-Maschinenpark analysiert. Dabei wird mit einem speziell konzipierten Verfahren die tatsächliche elektrische und mechanische Leistung der einzelnen Motoren während des Zerspanprozesses präzise erfasst. Durch die Messung von Rücklauftemperaturen und Volumenströme wird sichergestellt, dass die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Antrieben korrekt berücksichtigt werden. Auf Basis des daraus entwickelten thermischen Modells werden Regelalgorithmen zur gezielten Steuerung des Durchflusses in den Kühlkreisläufen erarbeitet.
Ein Industrie-PC (IPC) wird die Daten prozessparallel auswerten und die Ventile sowie Förderpumpen entsprechend regeln. Neben dem temperierten Kühlmedium soll auch der Rücklauf zur Maschine zur Temperierung genutzt werden, um die Zeit zum Erreichen des thermisch stabilen Zustandes weiter zu reduzieren.
Kontakt:
Wir freuen uns darauf, mit Ihnen innovative Lösungen für die Fertigungsindustrie zu entwickeln. Für weitere Informationen steht Ihnen Dominic Fröhlich, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 511 762 4839 oder per E-Mail unter d.froehlich@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
