Demand Based Cooling

In kommerziellen Werkzeugmaschinen wird das Kühlmedium - Öl oder Wasser - zentral durch ein Kühlaggregat temperiert und anschließend in einem Zwischentank gespeichert. Von dort wird das Kühlmedium über ein Fördersystem an die einzelnen Komponenten, wie die elektrischen Stellantriebe der einzelnen Achsen und den Spindelantrieb, geleitet. Die Zuteilung erfolgt rein heuristisch durch unterschiedliche Schlauchleitungsquerschnitte: kleine Querschnitte für geringen, große Querschnitte für höheren Kühlbedarf. Die Kühlung erfolgt somit konstant und nicht bedarfsgerecht. Für eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit werden die Antriebe daher anhand der höchsten zu erwartenden thermischen Verluste ausgelegt.

Zielsetzung

• Ein genaues Modell des elektrischen Antriebs und der Kühleinheit, mit dem sich das Energieeinsparpotenzial des Systems bewerten lässt.
• Ein geeignetes bedarfsorientiertes Kühlungssteuerungssystem für die Kühlung von elektrischen Antrieben, das den Energieverbrauch senkt und gleichzeitig die Bearbeitungsgenauigkeit aufrechterhält.
• Kenntnisse über die Potenziale und Grenzen eines bedarfsorientierten Kühlsystems.
• Optimiertes Kühlaggregat (Hardware und Software).

Vorteile 

• Kenntnis des tatsächlichen Kühlbedarfs einzelner elektrischer Antriebe
• Ableitung thermischer Modelle der Antriebe und des Kühlsystems
• Erfolgreiche Entwicklung einer bedarfsorientierten Regelungsstrategie zur Steigerung der Energieeffizienz des Kühlsystems

Vorgehen

Auf Grundlage des entwickelten thermischen Modells werden im weiteren Verlauf des Projektes Regelalgorithmen zur gezielten Regelung des Durchflusses in den Kühlkreisläufen entwickelt. Ein Industrie-PC übernimmt dabei die prozessparallele Datenauswertung sowie die entsprechende Regelung der Ventile und Förderpumpe. Für die bedarfsorientierte Kühlung wird das Kühlmedium gezielt den Antrieben zugeteilt, welche tatsächlich Abwärme produzieren. Antriebe, wie der Schwenktisch, werden bei einer 3-Achsbearbeitung keine Temperaturänderung erfahren. Somit muss das Fördervolumen entsprechend angepasst und der Kühlstrang zu den jeweiligen Antrieben geöffnet und geschlossen werden. Ziel ist ein universell parametrierbarer Regler, der für eine Werkzeugmaschine erstellt und anschließend auf alle Maschinen dieser Baureihe übertragen werden kann.

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