Weiterer Meilenstein auf dem Weg zur intelligenten Kühlmitteldrucksteuerung
Forschungsprojekt mit OPEN MIND
25.11.2025 — 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 Prozent.
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
Die Modellierung des Kühlschmiermittelbedarfs basierte auf der Überlegung, dass mit steigendem Zeitspanvolumen typischerweise auch die Menge an Wärme und Spänen zunimmt, die aus der Kontaktzone abgeführt werden muss. Diese vereinfachende Annahme erlaubte eine robuste und werkzeugspezifisch skalierbare Berechnung des KSS-Bedarfs auf Basis allgemein verfügbarer CAM-Daten. Die Referenzdaten für das maximale Zeitspanvolumen pro Werkzeug wurden von Kennametal bereitgestellt. Druck, Volumenstrom und elektrische Leistungsaufnahme der KSS-Pumpe wurden aufgezeichnet und Kennlinien für die je nach Werkzeug unterschiedlichen hydraulischen Situationen erstellt.
Programmierung
Um die Anpassung des Volumenstroms entlang der Werkzeugbahn in der CAM-Software umzusetzen, wurde die Python-API (Programmierschnittstelle) von hyperMILL genutzt. In der Abtragssimulation des CAM-Systems werden für jede Bearbeitungszeile die Schnittparameter analysiert und daraus in Kombination mit den werkzeugspezifischen Metadaten das Zeitspanvolumen errechnet. Aus diesem wird in einem Modul des IFW der Volumenstrom abgeleitet, wobei eine Glättung vor der Erweiterung der NC-Daten um den Befehlssatz zur Volumenstromsteuerung dafür sorgt, dass abrupte Wechsel vermieden werden.
Verifikation
Zur Validierung wurde ein Demonstrator aus dem Werkstoff 11SMn30+C mit typischen industriellen Operationen wie Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und Räumen auf einer DMG MORI DMU 40 eVo linear bearbeitet. Dabei wurde nicht mit einer zeilenweisen Steuerung, sondern mit einem gemittelten Volumenstrom pro Bearbeitungsschritt gearbeitet, was sich bewährte. Der Energieverbrauch der Pumpe wurde über den Frequenzumrichter erfasst. Der Vergleich mit einer konventionellen Bearbeitung zeigte eine Einsparung von rund 82 Prozent bei gleicher Qualität der Bearbeitungsergebnisse. Die CAM-basierte Lösung erweist sich als sehr flexibel. So bietet sie die Möglichkeit, den adaptiven Modus auch gezielt zu deaktivieren, wenn beispielsweise beim Bohren die mechanische Wirkung des KSS für den effektiven Späneabtransport benötigt wird. Die Methode soll nun weiterentwickelt und erforscht sowie für andere Werkzeugtypen, Bearbeitungsverfahren und Werkstoffe verfügbar gemacht werden.
Adaptive Steuerung des Kühlmitteldrucks
Quelle: IFW
Die Ergebnisse dieser Studie wurden von Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Dr.-Ing. habil. Marc-André Dittrich, Dr.-Ing. Klaas Maximilian Heide, Dr.-Ing. Alexander Krödel-Worbes, Andreas Lieber, Dipl.-Ing. (FH) sowie Talash Malek, M. Sc. und Martin Winkler, Dipl.-Ing. (FH) unter dem Titel „KSS-Bedarfsplanung direkt aus dem CAM-System“ in Ausgabe 09/2025 der Zeitschrift VDI-Z veröffentlicht.