Forschungsprojekt zur energieeffizienten Metallbearbeitung
Intelligente KSS-Steuerung: CAM-basierte Lösung erzielt bis zu 82 % Energieeinsparung
Die in hyperMILL programmierte adaptive Zufuhr von Kühlschmierstoff (KSS) erreichte Energieeinsparungen von rund 82 %.
(Bild: IFW)
Meilenstein auf dem Weg zur intelligenten Kühlmitteldrucksteuerung: Ein Forschungsprojekt des IFW Hannover, Open Mind, Kennametal und DMG Mori erzielt Energieeinsparungen in der Praxis von rund 82 % durch die direkte Ableitung des KSS-Volumenstroms aus dem CAM-System hyperMILL.
Ein Nachfolgeprojekt des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover (IFW) mit der Open Mind Technologies AG bringt die Idee der Energieeinsparung durch bedarfsgerechte KSS-Zufuhr ein weiteres Stück voran. Gemeinsam mit Kennametal Inc. und DMG Mori wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem der KSS-Volumenstrom auf Basis des Zeitspanvolumens direkt aus der CAM-Planung abgeleitet und in den NC-Code integriert wird.
Die in hyperMILL programmierte adaptive Zufuhr von Kühlschmierstoff (KSS) erreichte Energieeinsparungen von rund 82 %. In der Studie wurde eine Methode zur zykluszeitbasierten, werkzeugspezifischen KSS-Bedarfsplanung direkt im CAM-System mit Ausgabe eines angepassten NC-Codes für Fräs- und Bohrprozesse entwickelt. Diese konnte in der praktischen Ausführung auf die bestehende Technologie der adaptiven KSS-Zufuhr von DMG Mori aufbauen.
Das Projekt umfasste die KSS-Bedarfsmodellierung, die Integration in die CAM-Software hyperMILL und die Validierung auf der Werkzeugmaschine DMU 40 eVo linear von DMG Mori.
Modellierung des KSS-Bedarfs
Grundlage des Projekts war die Annahme, dass mit steigendem Zeitspanvolumen mehr Wärme und Späne abgeführt werden müssen. Diese vereinfachende, aber robuste Logik ermöglicht eine werkzeugspezifisch skalierbare Berechnung des benötigten KSS-Volumenstroms anhand gängiger CAM-Daten. Kennametal stellte dafür Referenzdaten zum maximalen Zeitspanvolumen je Werkzeug bereit. Parallel dazu wurden Druck, Volumenstrom und Leistungsaufnahme der Pumpe aufgezeichnet, um werkzeugspezifische Kennlinien zu ermitteln.
Integration in hyperMILL
Die Umsetzung erfolgte über die Python-API von hyperMILL. Das CAM-System analysiert in der Abtragssimulation jede Bearbeitungszeile, berechnet das Zeitspanvolumen und leitet daraus den notwendigen Volumenstrom ab. Ein Glättungsalgorithmus sorgt dafür, dass keine abrupten Schaltvorgänge entstehen. Anschließend wird der NC-Code um die notwendigen Befehlssätze für die adaptive Volumenstromsteuerung erweitert.
Praxisvalidierung auf DMG MORI DMU 40 eVo linear
Zur Verifikation wurde ein Demonstrator aus 11SMn30+C gefertigt – inklusive typischer industrieller Operationen wie Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und Räumen. Dabei zeigte sich, dass ein gemittelter Volumenstrom pro Bearbeitungsschritt gegenüber einer zeilenweisen Regelung praxistauglicher ist.
Der Energieverbrauch der Pumpe wurde über den Frequenzumrichter erfasst. Der Vergleich zur konventionellen Bearbeitung bestätigte eine Einsparung von rund 82 %– ohne Einbußen in Qualität oder Prozesssicherheit.
Flexible Lösung mit Zukunftspotenzial
Die CAM-basierte Methode erlaubt zudem die gezielte Deaktivierung des adaptiven Modus, etwa wenn beim Bohren die mechanische Spülwirkung des Kühlschmierstoffs entscheidend ist. In den kommenden Projektphasen soll die Technologie weiter verfeinert und auf weitere Werkzeugtypen, Bearbeitungsverfahren und Werkstoffe ausgeweitet werden.
