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Drehzahlvariable Pumpen

KSS-Pumpe unterstützt das Spänemanagement

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Drehzahlvariable Pumpe ersetzt drehzahlstarre

Zunächst war geplant, wie bisher eine geeignete drehzahlstarre Pumpe zu verwenden. Zur Durchführung der empirischen Versuche wurde jedoch eine drehzahlvariable Pumpe installiert, um herauszufinden, welcher Druck und welcher Volumenstrom in Kombination mit Anzahl und Menge an Düsen erforderlich ist, um die Maschine sauberzuspülen. Zudem kamen Durchfluss-Sensoren von Grundfos zum Einsatz, sodass der benötigte Volumenstrom jederzeit und an unterschiedlichen Orten erfasst werden konnte.

Schon nach kurzer Zeit wurde den Beteiligten klar, dass die große Varianz in Spanmaterial, Spanform und Spanmenge es unumgänglich macht, den Volumenstrom variabel an die jeweilige Fräsaufgabe anzupassen. Keiner kann im Vorfeld wissen, welches Material zu fräsen sein wird – ob Stahl, Gusswerkstoffe, Alu oder Kunststoff – und welche Form beziehungsweise Länge die Späne aufweisen werden. Damit war die Entscheidung gefallen, auch in der Serie eine drehzahlvariable Pumpe zu installieren.

Die Eintauchpumpen der Baureihe MTRE werden auf der Oberseite der KSS-Tanks montiert. Ausgerüstet mit einem MGE-Motor der IE5-Klasse arbeiten diese Pumpen besonders energieeffizient.
Die Eintauchpumpen der Baureihe MTRE werden auf der Oberseite der KSS-Tanks montiert. Ausgerüstet mit einem MGE-Motor der IE5-Klasse arbeiten diese Pumpen besonders energieeffizient.
(Bild: Grundfos)

Maschinensteuerung mit vier Spülprogrammen

Systematisch ermittelten die Kunzmann-Konstrukteure daraufhin die Zahl der erforderlichen Düsen sowie deren Anordnung. Die empirisch identifizierten Parameter für den notwendigen Druck und die erforderlichen Volumenströme in Abhängigkeit von Geometrie und Herkunft der Späne wurden dann in der Steuerung einer drehzahlregelbaren MTRE-Pumpe hinterlegt. Das Ergebnis: Der Betreiber kann auf der Maschinensteuerung zwischen vier Spülprogrammen wählen und diese über M-Funktionen in den Bearbeitungsprogrammen abrufen:

  • Eco = 60 % der möglichen Drehzahl im Dauerbetrieb,
  • Standard = 80 % Drehzahl im Dauerbetrieb,
  • Power = 100 % Drehzahl im Dauerbetrieb,
  • Dynamic = Intervallbetrieb.

Das Intervallprogramm arbeitet circa 10 s bei 80 % Drehzahl, dann 10 s bei 100 %, dann wieder 10 s bei 80 %. Ein solcher Betrieb ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beim Fräsen die Späne nicht gleichmäßig anfallen und sich punktuell Anhäufungen bilden. Der gleichmäßig über die Fläche verteilte 80 %-Volumenstrom wäre nicht in der Lage, solche Anhäufungen aufzulösen – der 100 %-Schwall bewältigt diese Aufgabe zuverlässig.

Kostenvorteile und verbesserte Prozesssicherheit

Mit dem Feature „Dynamisches Späne-Management“ kann der Betreiber der Maschinen nun also den Späneabtransport anwendungsspezifisch gestalten und beispielsweise bei kleineren Gussspänen weniger Fluid einsetzen. Diese Flexibilität in puncto Volumenstrom hat mehrere Vorteile: Zum einen ergeben sich durch einen kürzeren Pumpenbetrieb Kostenvorteile, zum anderen werden Arbeitsschutz und Prozesssicherheit verbessert. Arbeitet die Pumpe, bringt sie Wärme in den Kühlschmierstoff ein – ein kürzerer Pumpenbetrieb führt daher zu einer geringeren hygienischen Belastung des Kühlschmierstoffs. Nicht zuletzt sichert die kontinuierliche Entsorgung der Späne eine zuverlässige Werkstückbearbeitung. „Der Kunde kann guten Gewissens seine Werkzeugmaschine automatisch über einen längeren Zeitraum betreiben“, sagt Entwickler Schuffenhauer. Der Betreiber könne sicher sein, dass der Nebenprozess „Späneabfuhr“ nicht den Hauptprozess unterbreche.

In den Bearbeitungszentren des modularen BA-Konzepts sind die Eintauchpumpen der Baureihe MTRE zur dynamischen Wannenspülung nun Standard.
In den Bearbeitungszentren des modularen BA-Konzepts sind die Eintauchpumpen der Baureihe MTRE zur dynamischen Wannenspülung nun Standard.
(Bild: Grundfos)

Kunzmann hat mit den Kühlschmiermittel-Pumpen von Grundfos bereits langjährige Erfahrung. Sie kommen vor allem in den BA-Baureihen zur Wannenspülung und zur Reinigung zum Einsatz sowie zusätzlich bei allen anderen Maschinen zur äußeren Kühlschmiermittel-Zufuhr an das Fräswerkzeug. Bislang wurden dabei nahezu immer drehzahlstarre Eintauchpumpen der Baureihe MTH verwendet. Die nun bei den Bearbeitungszentren des modularen BA-Konzepts installierten MTRE-Pumpen sind wesentlich flexibler, smarter und vor allem auch energieeffizienter. Die MTRE-Pumpen sind mit dem erweiterten Funktionsmodul FM-300 ausgestattet. Das heißt, dass komplexe Prozessregelungen mit konstantem (Differenz-)Druck/Volumenstrom und konstanter Füllhöhe/Temperatur einschließlich Proportionaldruck verfügbar sind.

Schnittstelle für alle relevanten Feldbussysteme

Der Steckplatz für ein CIM-Datenbus-Kommunikationsmodul ermöglicht die Anbindung an alle relevanten Feldbussysteme. Integriert sind ein PT-100/1000-Sensor sowie der Liq-Tec-Trockenlaufschutz. Die mit dem IE5-Antrieb ausgerüsteten Pumpen bieten zudem verschiedene Kommunikationsschnittstellen. So ermöglichen die Kommunikationsmodule CIM (Einsteckmodul) eine Datenübertragung über Feldbusstandards, wie zum Beispiel LON, Profibus/Profinet, Modbus, SMS/GSM/GPRS und BAC-net, über die drahtlose Verbindung GSM/GPRS oder auch über das Grundfos Remote Management (GRM). Die App „Grundfos Go“ erlaubt dem Anwender eine Pumpensteuerung via Smartphone – mit Zugriff auf die Betriebsdaten der Pumpe und der Anlage. Hard- und Software können im Rahmen des Customizing an spezielle Anforderungen von OEM-Kunden angepasst werden.

„Mit der dynamischen Wannenspülung stehen dem Kunden verschiedene Leistungsstufen zum Abtransport der anfallenden Späne zur Verfügung“, berichtet Sebastian Engelhardt, Konstrukteur bei Kunzmann.
„Mit der dynamischen Wannenspülung stehen dem Kunden verschiedene Leistungsstufen zum Abtransport der anfallenden Späne zur Verfügung“, berichtet Sebastian Engelhardt, Konstrukteur bei Kunzmann.
(Bild: Kunzmann)

Ganzheitliche Betrachtung wird immer wichtiger

Das Fazit bei Kunzmann fällt insgesamt sehr positiv aus: Die Nebenprozesse von Werkzeugmaschinen, wie zum Beispiel das Spänemanagement, haben in den vergangenen Jahren stark an Bedeutung dazugewonnen. Die Betreiber legen Wert auf eine Betrachtung des Gesamtsystems, inklusive dem Energiemanagement, der Späneentsorgung und dem Werkzeugwechsel. Mit dem dynamischen Spänemanagement kann man in der Branche neue Akzente setzen.

* Frank Gaiser ist Vertriebsingenieur für die Werkzeugmaschinenindustrie sowie für industrielle Anwendungen bei der Grundfos GmbH in 40699 Erkrath, Tel. (02 11) 9 29 69-0, infoservice@grundfos.com, www.grundfos.com

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