DE68924005T2

DE68924005T2 - Temperatursteuergerät für Flüssigkeitskühlungssysteme.

Info

Publication number: DE68924005T2
Application number: DE68924005T
Authority: DE
Inventors: Osamu C O Yodogawa-Pl Fukunaga; Shozo C O Yodogawa-Plant Tsuda
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-20
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2009-06-21
Also published as: US5040379A; DE68924005D1; EP0347821B1; EP0347821A3; EP0347821A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturregler eines Flüssigkeit-Kühlsystems zum Halten der Temperatur des Kühlmittels in einer Maschine, wie bspw. einer Werkzeugmaschine, bei einem vorbestimmten Wert unter Benutzung eines Kältemittelkreislaufes und insbesondere auf eine Verbesserung bei der Genauigkeit der Steuerung der Temperatur des Kühlmittels unter Berücksichtigung der Änderung einer Betriebsbedingung oder eines Parameters, der für die Menge der in einer Maschine erzeugten Wärme relevant ist.
Als ein Temperaturregler eines Flüssigkeit-Kühlsystems zum Steuern der Temperatur eines Kühlmittels in einer Maschine, wie bspw. einer Werkzeugmaschine, bei einem vorbestimmten Wert ist herkömmlich ein System gut bekannt, bei welchem das Kühlmittel unter Benutzung eines Kältemittelkreislaufes gekühlt wird, um die Temperatur des Kühlmittels konstant zu halten.
Wie beschrieben in der Japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung No. 48-27351 wird bspw. um eine Maschine, wie bspw. eine Werkzeugmaschine, herum ein Temparaturgradient im Verlauf des Betriebs konstant gehalten, und die Wärmebeanspruchung jedes Teils der Maschine wird soweit wie möglich eingeschränkt durch eine Messung der Temperatur des Kühlungsöls in der Maschine und der Temperatur der Maschine sowie eine Feedback-Steuerung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlungsöls und der Maschinentemperatur, um einen zuvor eingestellten Wert zu halten.
Wie beschrieben in der Japanischen Patentveröffentichung No. 46-16216 ist es weiterhin bekannt, daß dieselbe Wirkung wie vorerwähnt auch durch ein Halten der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlungsöls und der Raumtemperatur auf einem vorbestimmten eingestellten Wert erhalten werden kann.
Um die Temperaturdifferenz bei einem eingestellten Wert zu halten, wird in beiden Fällen ein Kompressor in einem Kältemittelkreislauf für eine Steuerung ein- und ausgeschaltet in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der Temperaturdifferenz und dem eingestellten Ziel- oder Sollwert. Wie insbesondere in Fig. 12 gezeigt ist, wird der Kompressor beim Erreichen des eingestellten Wertes der Temperaturdifferenz von der hohen Temperaturseite her angehalten (a1, a2, ...). Wenn sich die Temperaturdifferenz von dem eingestellten Wert um einen bestimmten Betrag erhöht, beginnt andererseits der Kompressor mit seinem Betrieb (b1, b2, ...). Die Tempertur des Kühlungsöls ändert sich daher beträchtlich in Übereinstimmung mit dem Wechsel des Ein- und Ausschaltens des Kompressors, wie es in dieser Figur mit einer ausgezogenen Linie gezeigt ist, und die Änderung der Maschinentemperatur wird in Übereinstimmung mit dem vorerwähnten Wechsel verzögert, sodaß das Verschleppen der Steuerung erzeugt werden könnte.
Wie in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift No. 60- 131135 beschrieben ist, die einen Temperaturregler mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 beschreibt, wird berücksichtigt, daß die Änderung der Temperatur des Kühlmittels geglättet wird und eine Genauigkeit der Temperatursteuerung einer Maschine verbessert werden kann durch eine Einstellung der Betriebskapazität eines Kompressors in einem Kältemittelkreislauf mit einem Inverter mit veränderlicher Frequenz.
Wenn sich die Betriebsbedingung der Maschine ändert, bspw. wenn sich die Umlauffrequenz einer Hauptwelle einer Werkzeugmaschine erhöht, während die Temperatur des Kühlmittels eine Feedback-Steuerung erfährt, beansprucht es jedoch beträchtliche Zeit, bis die Maschinentemperatur, also die Temperatur des Kühlmittels, sich durch den vorerwähnten Wechsel ändert. Als ein Ergebnis könnte daher ein Verschleppen als Folge der Ansprechverzögerung der Steuerung erzeugt werden, was in der Möglichkeit resultiert, daß keine stabile Steuerung ausgeführt werden kann.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Genauigkeit der Temperatursteuerung und ein sofortiges Ansprechen auf die Änderung der Temperatur des Kühlmittels, die zukünftig auftreten kann, um ein Verschleppen zu verhindern durch die Erfassung eines Betriebszustandes der Maschine, und wenn sich dieser bestimmte Betriebszustand der Maschine ändert, der die Temperatur des Kühl mittels beeinflussen könnte, dann soll zuvor eine Betriebsfrequenz des Kompressors in Übereinstimmung mit einer solchen Änderung eingestellt werden.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, weist ein Temperaturregler eines Flüssigkeit-Kühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung einen Flüssigkeit-Zirkulationskreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 auf sowie einen Kältemittelkreislauf.
Als eine Einrichtung zum Erfassen des Betriebszustandes der Maschine ist ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Betriebsteils in der Maschine vorhanden sowie ein Sensor zum Erfassen der mechanischen Beanspruchung des Betriebsteils, ein Sensor zur Erfassung der Last (bspw. eines Stroms) eines Stellgliedes (bspw. eines Motors) der Maschine und ein Sensor zur Erfasung der Umdrehungsfrequenz einer Hauptwelle in dem Fall, wo die Maschine eine Werkzeugmaschine u.dgl. ist.
Bei einem Temperaturregler gemäß der vorliegenden Erfindung wird die in der Maschine erzeugte Temperatur somit erfaßt als eine Vorkehrungsmaßnahme zur Erzielung einer vorwärts gekoppelten Steuerung für die Frequenz des Inverters durch ein Abschätzen der Änderung der Temperatur in der Maschine, wenn der Wechsel ihres Betriebszustandes größer ist als ein vorbestimmter Änderungswert. Wenn sich so der Antriebszustand der Maschine, wie bspw. die Umdrehungsfrequenz einer Hauptwelle, plötzlich erhöht, dann wird die Öltemperatur durch diese neue vorwärts gekoppelte Steuerung viel eher gesteuert als durch die herkömmlichere Feedback-Steuerung des Temperaturreglers im Stand der Technik, wodurch die Frequenz des Inverters dann um den notwendigen Betrag erhöht wird, um einen geschätzten Wert zu erhalten, bei welchem die Öltemperatur stabil bleiben wird. In diesem
Fall wird eine Beziehung zwischen der Umdrehungsfrequenz der Maschinenwelle und einem sich passend erhöhenden Betrag der Frequenz des Inverters durch einen Versuch vorberechnet. Die Frequenz des Inverters wird daher zu einem Wechsel auf einen Wert gezwungen, der nahe des letzten stabilen Wertes liegt, und danach wird die vorwärts gekoppelte Steuerung zu der Feedback-Steuerung geschaltet, um den Verschleppungs - oder Huntingzustand zu verhindern. Es ist somit zu verstehen, daß mit einer solchen normalen Feedback-Steuerung die Frequenz des Inverters in Übereinstimmung mit dem Anstieg der Öltemperatur erhöht wird, während die Öltemperatur erniedrigt wird, um jede passende Temperatur zu erreichen, bei welcher die Frequenz des Inverters höher sein wird als der passende Wert. In diesem Fall bewirkt die zeitliche Verzögerung der Feedback-Steuerung einen sog. Überschuß, der bei einer Wiederholung einen solchen Verschleppungs - oder Huntingzustand erzeugt, der somit verhindert wird mit der Eingliederung der vorwärts gekoppelten Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf Merkmale des erfindungsgemäßen Temperaturreglers, die in vorteilhafteren speziellen Verbesserungen derselben resultieren, wie es aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich ist.
Die vorliegende Erfindung wird unmittelbar erkennbar aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, bei welchen
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches eine Gesamtheit des Systems zeigt; Fig. 2 eine Vorderansicht eines Schaltpanels ist; Fig. 3 eine Ansicht ist zur Darstellung der Temperaturzonen einer Vielstufen-Stufensteuerung; Fig. 4 ein Kapazitätsdiagramm ist, welches die Beziehung zwischen einer Inverterfrequenz und einer Öleinlaßtemperatur sowie einer Raumtemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung zeigt; Fig. 5 ein Flußdiagramm ist zur Darstellung der Steuerinhalte, wenn das System startet; Fig. 6a, 6b und 6c Flußdiagramme sind zur Darstellung der Steuerinhalte eines Betriebs des FF Modus; Fig. 7a, 7b und 7c Flußdiagramme sind zur Darstellung der Steuerinhalte eines Betriebs des FB Modus; Fig. 8 ein Flußdiagramm ist zur Darstellung der Steuerinhalte eines IF Modus; Fig. 9a und 9b Flußdiagramme sind zur Darstellung der Steuerinhalte des FF Modus, wenn eine Steuerung zur Annäherung der Temperatur des Kühlmittels an einen eingestellten Wert voerliegt; Fig. 10 eine Ansicht einer Kennlinie ist, welche die Änderung der Temperatur des Kühlungsöls zeigt, wenn eine aus der Maschine zurückgebrachte Flüssigkeit konstant gehalten wird; Fig. 11 eine Ansicht einer Kennlinie ist, welche die Änderung der Temperatur des Kühlungsöls zeigt, wenn eine an eine Maschine gelieferte Flüssigkeit konstant gehalten wird; und Fig. 12 eine Ansicht einer Kennlinie ist, welche die Änderung der Temperatur des Kühlungsöls zeigt, wenn die Temperatur des Kühlmittels durch einen ein- und ausgeschalteten Betrieb des Kompressors gesteuert wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Werkzeugmaschine, wie bspw. eine Maschine zur Ausführung einer vorbestimmten Maschinenarbeit, und die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Ölzustandsbereiter als ein Flüssigkeit-Kühlsystem zum Kühlen von Öl in der Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine 1 umfaßt eine Hauptwelle 1a zur Befestigung eines Schneidwerkzeuges, wie bspw. eines Bohrers mit einer Schneidkante an einer Spitze, ein Ölrohr 1b zum Zirkulieren des Kühlungsöls, welches die in der Hauptwelle 1a durch die Maschinenarbeit u.dgl. erzeugte Wärme Q absorbiert, um die Temperatur konstant zu halten, und ein Reservoir 1c zur Aufnahme des Kühlungsöls. Der vorerwähnte Ölzustandsbereiter 2 ist weiterhin mit der Werkzeugmaschine 1 durch ein Ölrohr 1b verbunden, sodaß das Öl fließen kann, und weist einen eingebauten Ölzirkulationskreislauf 3 als ein Flüssigkeit- Zirkulationskreislauf zum Zirkulieren des Kühlungsöls auf. Eine durch einen Motor M für eine Umdrehung fest angetriebene Lieferpumpe 4 für eine forcierte Zirkulation des Kühlungsöls ist in dem Ölzirkulationskreislauf 3 vorgesehen, in welchem das von dem Reservoir 1c der Werkzeugmaschine 1 zurückgebrachte Öl über eine Einlaßöffnung 5 hereinfließt und wieder über eine Auslaßöffnung 6 zu dem Ölrohr 1b der Werkzeugmaschine 1 herausfließt.
Andererseits ist eine Kältemitteleinheit 7 in den Ölzustandsbereiter 2 eingebaut, und die Kältemitteleinheit 7 mit einem Kompressor 8 und einem Lüfter 9a umfaßt einen Kondensator 9 für ein Kondensieren eines Kältemittels, ein Kapillarrohr 10 als ein Reduzierventil für eine Druckerniedrigung des Kältemittels, einen Verdampfer 11 zum Verdampfen des Kältemittels für eine Kühlung des Kühlungsöls in dem Ölzirkulationskreislauf 3 durch den Wärmeaustausch mit dem Kältemittel sowie einen Sammler 12 zum isolieren von Gas und Flüssigkeit in dem Kältemittel, welches zu dem Kompressor 8 zurückkehrt. Diese Geräteteile 8 bis 12 sind durch ein Kältemittelrohr 13 verbunden, sodaß das Kältemittel fließen kann, wobei ein Kältemittelkreislauf 14 gebildet ist, der den sog. Wärmepumpenbetrieb ausführt, in welchem die Kälte aus dem Wärmeaustausch mit Luft in dem Kondensator 9 erhalten wird und an das Kühlungsöl des Ölzirkulationskreislaufes 3 in dem Verdampfer 11 übergeben wird. In dem Ölzirkulationskreislauf 3 wird speziell das Kühlungsöl, dessen Temperatur angestiegen ist, weil es die Wärme Q an der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1 absorbiert hat, in dem Verdampfer 11 gekühlt und dann wieder an die Werkzeugmaschine 1 geliefert, sodaß die Temperatur an der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1 konstant gehalten werden kann, um eine Dimensionsänderung als Folge eines Temperaturwechsels zu steuern und so eine vorbestimmte Bearbeitungsgenauigkeit zu erhalten.
Wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist, bezeichnet die Bezugsziffer 15 einen Inverter, der eine Betriebsfrequenz fn des Kompressors 8 unter insgesamt 11 Stufen von n=0 (Stop) , n=1 (30Hz) , n=2 (40Hz) , n=3 (50Hz) , n=4 (60Hz) ..., und n=10 (120Hz) veränderlich einstellt und antreibt. Tabelle I
Stufe n Frequenz fn (Hz)
Die Bezugsziffer 16 ist ein Regler zum Steuern des Betriebs des gesamten Systems. Der Regler 16 umfaßt einen Hauptkreis 16a zum Steuern des Ölzustandsbereiters und einen Interfacekreis 16b, der ein vorbestimmtes Außensignal in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der Maschine 1 eingibt und es an den Hauptkreis 16a ausgibt. Die beiden Kreise 16a und 16b sind durch eine Signalleitung miteinander verbunden. Die Bezugsziffer Th1 bezeichnet einen Öleinlaß-Thermistor, der an der Einlaßseite des Ölzirkulationskreislaufes 3 in dem Ölzustandsbereiter 2 angeordnet ist, also an einem Öleinlaßanschluß der Pumpe 4 als eine Flussigkeit-Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Kühlungsmittels, das von der Werkzeugmaschine 1 zu dem Ölzustandsbereiter 2 zurückkehrt. Die Bezugsziffer Th2 bezeichnet einen Raumtemperatur-Thermistor, der an einem Panel des Reglers 16 in dem Ölzustandsbereiter 2 montiert ist als eine Einrichtung zum Erfassen der Raumtemperatur TA eines sich gleichzeitig verändernden Objekts, bei welchem die Temperatur des Kühlungsöls gleichzeitig geändert werden soll, und die Bezugsziffer Th3 bezeichnet einen Thermistor der Hauptwelle, der an der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1 als eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung montiert ist zur Erfassung der Temperatur H der Hauptwelle, die den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (Maschine) entspricht.
Der Regler 16 ist mit dem Öleinlaß-Thermistor Th1, dem Raumtemperatur-Thermistor Th2 und dem Inverter 15 direkt verbunden sowie mit dem Hauptwelle-Thermistor Th3 über eine Steuereinheit 1d der Werkzeugmaschine 1, wie später beschrieben, sodaß ein Signal eingegeben und ausgegeben werden kann und der Betrieb des Ölzustandsbereiters durch den Regler 16 gesteuert werden kann.
Die Steuereinheit 1d zum Steuern des Betriebs der Werkzeugmaschine 1 kann andererseits ein Signal an den Regler 16 liefern und von dort empfangen, und es kann ein Außensignal, wie bspw. ein Ein- und Ausschaltsignal der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1, an den Regler 16 eingegeben werden. Der an der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1 angeordnete Hauptwelle-Thermistor Th3 ist mit der Steuereinheit 1d verbunden, sodaß ein Signal eingegeben werden kann.
Als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung sind Modusschalter SW1 bis SW3 zum Befehl von drei Betriebszuständen an einem Schaltpanel 17 des Reglers 16 montiert, wie gezeigt in Fig. 2. Die Modus- oder Zustandsschalter SW1 bis SW3 entsprechen einem FB Modus, der nur eine Feedback-Steuerung der Frequenz eines Inverters 15 in Übereinstimmung mit dem Signal der beiden Thermistoren Th1 und Th2 ausführt, einem FF Modus, der die Feedback-Steuerung der Frequenz in Übereinstimmung mit dem Signal der beiden Thermistoren Th1 und Th2 ausführt, während zu der Steuerung umgeschaltet wird, welche die Frequenz in Übereinstimmung mit der Hauptwelle- Temperatur H ändert, wenn die Änderung der Hauptwelle- Temperatur H, welche den durch den Hauptwelle-Thermistor Th3 erfaßten Betriebszustand der Werkzeugmaschine (Maschine) 1 darstellt, ein vorbestimmter Wert ist oder mehr, und einem IF Modus, der die Frequenz in Übereinstimmung mit dem Signal nur des Hauptwelle-Thermistors Th3 ändert. Die Modus- oder Zustandsschalter SW1 bis SW3 haben speziell die Funktion als eine Auswahleinrichtung des Steuermodus zum Auswählen des Steuermodus der Frequenz des Inverters 15 unter dem Steuermodus (FB Modus) der nur die Rückkopplung- Steuerung ausführt, und dem Steuermodus (FF Modus) der die Feedback-Steuerung ausführt, während auf die Steuerung umgeschaltet wird, welche die Ausgangsfrequenz des Inverters 15 von dem Frequenzwert in der Feedback-Steuerung ändert, wenn die Änderung des Betriebszustandes der Maschine 1, der von dem Hauptwelle-Thermistor Th3 erfaßt wird, einen vorbestimmten Wert oder mehr annimmt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, welche auf die Temperaturdifferenz ΔT (= T&sub0; - TA) zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und einer Raumtemperatur TA bezogen ist, die von dem Öleinlaßtemperatur-Thermistor Th1 und dem Raumtemperatur-Thermistor erfaßt werden, sind Vielstufen-Temperaturzonen in Intervallen von 0.5ºC um einen vorbestimmten eingestellten Wert Ts seines Steuerung-Ziel- oder Sollwertes in einer Speichereinheit (nicht gezeigt) herum eingestellt, die in dem Regler 16 eingebaut ist. Der Änderungsbereich ist in insgesamt 10 mehrstufige Stufen unterteilt, die angeordnet sind in der Reihenfolge einer Temperaturzone (3-U) innerhalb des Bereichs ΔT> Ts + 1.5ºC, einer Temperaturzone (2-U) innerhalb des Bereichs Ts + 1.5ºC ≥ ΔT> Ts + 1.0ºC, einer Temperaturzon (1-U) innerhalb des Bereichs von Ts + 1.0ºC ≥ ΔT> Ts + 0.5ºC, einer Temperaturzone (0-U) innerhalb des Bereichs Ts + 0.5ºC ≥ ΔT> Ts, einer Temperaturzone (0-L) innerhalb des Bereichs von 0ºC ≥ ΔT> Ts - 0.5ºC, einer Temperaturzone (1-L) innerhalb des Bereichs von Ts - 0.5ºC ≥ ΔT> Ts - 1.0ºC usw., bis zu einer Temperaturzone (5-L) innerhalb des Bereichs von ΔT≤Ts - 2.0ºC. Der Frequenzwert f des Interverters 15 ist speziell feedbackgesteuert in Abhängigkeit davon, in welcher Temperaturzone die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und der Raumtemperatur TA existiert, die von dem Öleinlaß-Thermistor Th1 und dem Raumtemperatur-Thermistor Th2 erfaßt werden.
Bei einem individuellen Eingabe-Anschlußgerät (nicht gezeigt) mit der Zuordnungsfunktion eines acht Bit I/O Signals in dem Interfacekreis 16b wird ein sechs Bit Signal, das an den Adressen (2) bis (7) von diesem angeordnet ist, für eine Steuerung benutzt, wie sie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt ist. Das an den ersten zwei Adressen (2) und (3) angeordnete zwei Bit Signal entspricht einem Signal für ein Umschalten der Modusschalter SW1 bis SW3, bei welchen der FB Modus, der FF Modus und der IF Modus an den Adressen (00), (01) und (10) ausgewählt wird. Das an den Adressen (4) bis (7) angeordnete vier Bit Signal ist ein Außenbefehlssignal (E.S.), das durch die Arten der vorstehend ausgewählten Steuerungszustände klassifiziert ist und einem Änderungswert dH/dt der Hauptwelle-Temperatur H entspricht, die durch den Hauptwelle-Thermistor Th3 erfaßt wird.
Die Angabe "-" bedeutet weiterhin, daß hier unabhängig von dem Wert "0" oder "1" eine Funktion stattfindet.
In dem FB Modus existiert ein Steuerbefehlssignal (- - - -), was bedeutet, daß die Feedback-Steuerung in Übereinstimmung mit dem Öleinlaß-Thermistor Th1 und dem Raumtemperatur- Thermistor Th2 ausgeführt wird unabhängig von dem Signal von dem Interfacekreis 16b, also unabhängig von dem Signal des Hauptwelle-Thermistors Th3.
In dem FF Modus wird die aktuelle Frequenz fn des Inverters 15 durch die Feedback-Steuerung gesteuert und kann wie sie ist beibehalten werden, d.h. die Feedback-Steuerung wird nur ausgeführt, wenn der Wert des Außenbefehlssignals (0 0 0 0) (kein Außensignal) ist, was dem Fall entspricht, daß nahezu kein Wert der Hauptwelle-Temperaturänderung dH/dt existiert.
Wenn der Wert des Außenbefehlssignals (- 1 - 1) ist, was dem Fall entspricht, wo die Hauptwellenänderung -dH/dt ein vorbestimmter Wert ist oder mehr (wenn übermäßig gekühlt), dann wird der Kompressor 1 angehalten. Wenn andererseits der Wert des Außenbefehlssignals (0 0 0 1) bis (1 1 0 0) ist, dann wird die Inverterfrequenz fn, die von der Feedback-Steuerung gesteuert wird, vergrößert oder verkleinert um vorbestimmte Stufen. Wenn der Wert (0 0 0 1) ist, entsprechend dem Fall, wo dH/dt = - ΔH&sub0; (bspw. etwa ΔH&sub0; = 0.2ºC/sek), dann wird die Frequenz speziell um zwei Stufen erniedrigt, und wenn der Wert (0 0 1 0) ist, entsprechend dem Fall, wo dH/dt = - 2ΔH&sub0;, dann wird die Frequenz um drei Stufen erniedrigt. Wenn der Wert (0 0 1 1) ist, entsprechend dem Fall, wo dH/dt = - 3ΔH&sub0;, dann die Frequenz um vier Stufen erniedrigt, und wenn der Wert (0 1 0 0 ) ist, entsprechend dem Fall, wo dH/dt = ΔH&sub0; ist, dann wird er um zwei Stufen erhöht. Wenn der Wert (1 0 0 0) ist, entsprechend dem Fall, wo dH/dt = 2ΔH&sub0;, dann wird er um drei Stufen vergrößert, und wenn der Wert (1 1 0 0 ) ist, entsprechend dem Fall, wo dH/dt = 3ΔH&sub0;, dann wird er um vier Stufen vergrößert.
Auf der anderen Seite wird in dem IF Modus, wenn der Wert des Außenbefehlssignals (1 1 1 1) ist, entsprechend dem Fall, wo die Hauptwelle-Temperatur H niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, der Kompressor 1 angehalten, und wenn der Wert (0 0 0 0 ) ist, entsprechend dem Fall, wo nahezu keine Änderung dH/dt der Hauptwelle-Temperatur H vorliegt, dann wird der aktuelle Frequenzwert fn so wie er ist beibehalten. Wenn der Wert (0 0 0 1) bis (1 0 1 0) ist, entsprechend dem Fall, wo die Hauptwelle-Temperatur H sich in den Temperaturzonen befindet, die in Intervallen von 0.5ºC in der Nähe einer vorbestimmten Standardtemperatur in 10 Zonen unterteilt sind, dann entspricht der Wert fn der Inverterfrequenz einem Wert in einer Stufe von n = 1 bis 11, wie in der vorstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 2 Modus Außenbefehl Befehlsinhalt Betrieb durch FB Modus Frequenz ist durch FB Modus gesteuert Kompressor wird angehalten Stufen abwärts aktuelle Frequenz wird beibehalten
Es wird nur eine Beschreibung der Steuerungsinhalte in Übereinstimmung mit den Flußdiagrammen in Fig. 5 bis Fig. 7c gegeben. In Fig. 5 wird, wenn der Betrieb des Ölzustandsbereiters startet, eine Leistungslampe (P.L.) in der Stufe R&sub2; nach einer Stufe R&sub1; eingeschaltet, und wenn ein Hauptschalter (nicht gezeigt) für den Betrieb in einer Stufe R&sub3; eingeschaltet wird, dann wird eine Betriebslampe (O.L.) in einer Stufe R&sub4; eingeschaltet. Es wird dann in einer Stufe R&sub5; bestimmt, ob eine Schutzeinheit (P.U.) (nicht gezeigt) normal ist oder nicht, und wenn sie normal ist, dann wird in einer Stufe R&sub6; ein Überwachungsdisplay (M.D.) eingeschaltet und wird in einer Stufe R&sub7; eine Pumpe 4 für die Zirkulation des Öls eingeschaltet, während in einer Stufe R&sub8; dann ein Anschlußzustand der Modusschalter SW1 bis SW3 bestimmt wird. Wenn der Modusschalter SW1 eingeschaltet ist, dann startet der Betrieb des FB Modus, und wenn der Modusschalter SW2 eingeschaltet ist, dann startet der Betrieb des FF Modus, und wenn der Modusschalter SW3 eingeschaltet ist, dann startet der Betrieb des IF Modus. Wenn in der Stufe R&sub5; bestimmt wird, daß die Schutzeinheit sich nicht in ihrem normalen Zustand befindet, dann wird in der Stufe R&sub9; ein abnormaler Ausgang (A.O.D.) dargestellt und es wird der Betrieb des Systems in den Stufen R&sub1;&sub0; und R&sub1;&sub1; angehalten und wieder neu eingestellt. Danach wird die Abbildung (A.O.D.) des abnormalen Ausgangs ausgeschaltet, und der Fluß kehrt dann wieder zu der Stufe R&sub2; zurück.
Da der Betrieb des FB Modus in dem Betrieb des FF Modus enthalten ist, wird er später beschrieben. Zuerst wird eine Beschreibung des Betriebs des FF Modus gegeben unter Bezugnahme auf die Fig. 6a, 6b und 6c.
Wenn der Ölzustandsbereiter mit seinem Betrieb startet, dann werden die Öleinlaßtemperatur T&sub0; und die Raumtemperatur TA, die von dem Öleinlaß-Thermistor Th1 und dem Raumtemperatur-Thermistor Th2 erfaßt werden, in einer Stufe S&sub1; eingegeben, und von diesen Werten wird berechnet, in welchem Bereich von A bis F in einer Kapazitätskarte des Kompressors 8, wie gezeigt in Fig. 4, die benötigte Kapazität existiert. Es wird dann bestimmt, ob sie jedem Bereich von A bis F in der Kapazitätskarte entspricht oder nicht, und zwar in der Reihenfolge der Stufen S&sub2; bis S&sub6;, und es wird schließlich die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15 auf 100Hz, 80Hz, ..., 30Hz eingestellt in Übereinstimmung mit dem Bereich A bis F gemäß dem Ergebnis.
Es wird dann die Temperaturdifferenz ΔT (= T&sub0; - TA) zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und der Raumtemperatur TA in einer Stufe S&sub1;&sub3; berechnet. Es wird bestimmt, in welcher Zone unter den Temperaturzonen (3-U) bis (5-L) der berechnete Wert existiert, und zwar in den Stufen S&sub1;&sub4; bis S&sub2;&sub2;, und es wird die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15 erhöht oder erniedrigt um +30Hz, +20Hz, ..., -40Hz und -50HZ von dem aktuellen Frequenzwert entsprechend den Temperaturzonen (3-U) bis (5-L) in den Stufen S&sub2;&sub3; bis S&sub3;&sub2;. Der Wert der Ausgangsfrequenz f wird so wie er ist beibehalten in den Temperaturzonen (0-U) und (0-L).
Wenn die Vielfachstufen-Stufensteuerung wie vorstehend beschrieben beendet ist, wird bestimmt, ob sich der Steuerungszustand in einem stabilen Bereich befindet oder nicht. Insbesondere wird bestimmt, ob die Temperaturdifferenz ΔT - 19 - zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und der Raumtemperatur TA sich in einer Temperaturzone (0-U) oder (0-L) des stabilen Bereichs befindet oder nicht, was in der Stufe S&sub3;&sub3; stattfindet. Wenn sie sich nicht in dem stabilen Bereich befindet, dann wird die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15 in der Stufe S&sub3;&sub4; neu eingestellt bei der aktuellen Frequenz, aber wenn sie sich nicht in dem stabilen Bereich befindet, dann wird in einer Stufe S&sub3;&sub5; die Wiederholungszahl n gezählt, mit welcher diese Stufe ausgeführt wurde, und es wird in der Stufe S&sub3;&sub6; bestimmt, ob die Wiederholungszahl n weniger als 3 ist oder nicht. Wenn die Wiederholungszahl n 3 oder weniger ist, dann wird in einer Stufe S&sub3;&sub7; bestimmt, daß die Wiederholung nicht genügend oft geschehen ist, um den Betriebszustand bereits zu ändern, und es wird die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15 so wie sie ist beibehalten. Wenn andererseits die Wiederholungszahl n mehr als 3 beträgt, dann wird in einer Stufe S&sub3;&sub8; bestimmt, ob die Änderung der Temperaturdifferenz ΔT sich auf der Vergrößerungsseite der Frequenzänderung befindet oder nicht. Wenn sie sich auf der Vergrößerungsseite befindet, dann wird in einer Stufe S&sub3;&sub9; eingestellt, daß f = f + 10Hz, und wenn sie sich auf der Verkleinerungsseite befindet, dann wird in einer Stufe S&sub4;&sub0; eingestellt, daß f = f - 10Hz. Selbst wenn die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und der Raumtemperatur TA eine Änderung erfährt mit der Änderung des Betriebszustandes und sie sich nicht in den Temperaturzonen (0-U) und (0-L) des stabilen Bereich befindet, so wird die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15, also die Betriebsfrequenz des Kompressors 8, nicht unmittelbar geändert, und die Temperaturdifferenz ΔT wird nicht in die Nähe der Temperaturzonen (0-U) und (0-L) gebracht durch eine Änderung der Frequenz f, bis sie sich nicht dreimal aufeinanderfolgend in dem stabilen Bereich befindet.
Wie vorstehend beschrieben, wird dann, wenn die Steuerung des stabilen Bereichs beendet ist, in einer Stufe S&sub4;&sub1; bestimmt, daß das Außensignal (E.S.), also die Information von dem Hauptwelle-Thermistor Th3, auf der Seite der Werkzeugmaschine 1 eingegeben wird oder nicht. Wenn es nicht eingegeben wird, dann wird eine nächste Steuerung ausgeführt. Wenn das Außensignal eingegeben wird, dann wird andererseits in einer Stufe S&sub4;&sub2; der Informationsinhalt des Eingangssignals verarbeitet, und es wird dann in einer Stufe S&sub4;&sub3; die Frequenz f des Inverters 15 eingestellt in Übereinstimmung mit dem eingestellten Wert in der Tabelle 2. Da die Steuerung in der Mehrstufen-Stufensteuerung verzögert wird, wenn sich die Temperatur H der Hauptwelle 1a über der Zeit erhöht auf mehr als eine vorbestimmte Änderungsrate ΔHo, dann wird bestimmt, daß es zuvor erforderlich ist, die Kühlungskapazität der Kältemitteleinheit 7 zu erhöhen, und die Ausgangsfrequenz f des Inverters wird von dem Steuerungswert der vorstehend angegebenen Mehrstufensteuerung erhöht. Wenn sich andererseits die Hauptwelle-Temperatur H über der Zeit erniedrigt über eine vorbestimmte Änderungsrate -ΔHo hinaus, dann wird die Inverterfrequenz f um einen vorbestimmten Wert erniedrigt, sodaß die Kühlungskapazität sofort reduziert wird.
Wenn die Steuerung in Übereinstimmung mit dem Außensignal beendet ist, wird in den Stufen S&sub4;&sub4; und S&sub4;&sub5; bestimmt, ob f ≤ 120 Hz oder nicht und ob f < 30Hz oder nicht. Wenn beide mit JA angegeben werden, wird in der Stufe S&sub4;&sub6; bestimmt, daß die Temperaturdifferenz ΔT den Temperaturbereich erreicht, in welchem der Betrieb des Kompressors 8 angehalten werden soll, und es wird auch die Wiederholungszahl m der Bestimmung gezählt. Es wird dann in der Stufe S&sub4;&sub7; bestimmt, ob die Anzahl m kleiner als 3 ist oder nicht. Wenn die Anzahl m 3 oder weniger ist, dann wird in den Stufen S&sub4;&sub4; und S&sub4;&sub5; die Frequenz f des Inverters 15 zwangsweise auf 30Hz beibehalten, um ein Anhalten des Kompressors 8 zu vermeiden, wenn jedoch bestimmt wird, daß sie den Bereich erreicht, in welchem der Betrieb anzuhalten ist, und zwar mehr als dreimal und nach einigen Wiederholungen der Steuerung, dann wird der Kompressor 8 angehalten. Wenn andererseits in der Stufe S&sub4;&sub4; bestimmt wird, daß f> 120Hz, also die Frequenz f höher ist als 120Hz, dann wird vorausgesetzt, daß die Frequenz f zu hoch ist und die Frequenz f dann auf 120Hz bei der Stufe S&sub4;&sub9; eingestellt. Wenn in der Stufe S&sub4;&sub9; bestimmt wird, daß die Frequenz f nicht kleiner als 30 ist, dann wird in der Stufe die Frequenz f so wie sie ist beibehalten.
Die Ausgangsfrequenz f des Inverterts 15, die durch die vorstehende Steuerung eingestellt wird, wird abschließend an den Kompressor 8 in der Stufe S&sub5;&sub1; ausgegeben und es wird eine Sammelzeit von 60 Sekunden in der Stufe S&sub5;&sub3; gezählt, worauf dann die Steuerung des Betriebs des FF Modus beendet wird. Die Rückkehr der Steuerung startet in der Stufe S&sub1;&sub3;.
Die Steuerung des Betriebs des FB Modus in den Stufen S&sub1;' bis S&sub5;&sub3;' wie gezeigt in Fig. 7a bis 7c entspricht weiterhin nahezu den Steuerungsinhalten des Betriebs des FF Modus in Fig. 6a bis 6c. Insbesondere wird die Inverterfrequenz f durch einen Teil mit Ausnahme der Stufen S&sub4;&sub1; bis S&sub4;&sub3; in Fig. 6b gesteuert, d.h. die Stufen S&sub1;' bis S&sub4;&sub0;' und die Stufen S&sub4;&sub4;' bis S&sub5;&sub3;' haben dieselben Inhalte wie diejenigen der Stufen S&sub1; bis S&sub4;&sub0; und die Stufen S&sub4;&sub4; bis S&sub5;&sub3;.
Es wird nunmehr eine Beschreibung für die IF Steuerung in Übereinstimmung mit dem Flußdiagramm der Fig. 8 gegeben. Bei einer Stufe P&sub1; wird bestimmt, ob ein Außenbefehlssignal vorhanden ist, und wenn das Außenbefehlssignal ausgegeben wird, dann wird in einer Stufe P&sub2; die Ausgabefrequenz f des Inverters in Übereinstimmung mit der vorstehenden Tabelle 2 eingestellt. Es wird dann in einer Stufe P&sub3; bestimmt, ob der Befehl für ein Anhalten des Kompressors 8 ausgegeben wird oder nicht, und wenn der Anhaltebefehl nicht ausgegeben wird, dann kehrt der Fluß zurück zu der Stufe R&sub2; in Fig. 5 nach dem Ablauf von 30 Sekunden in einer Stufe P&sub5;. Wenn andererseits bestimmt wird, daß das Außenbefehlssignal in der Stufe P&sub4; nicht ausgegeben wird, und daß der Befehl zum Anhalten des Kompressors 8 in der Stufe P&sub3; ausgegeben wird, dann wird der Betrieb des Kompressors 8 in einer Stufe P&sub4; angehalten und es vergehen dann 30 Sekunden in der Stufe P&sub5;.
Als nächstes wird eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 9a und 9b gegeben. ei dieser Ausführungsform wird eine Beschreibung des IF Modus gegeben, welcher die Feedback-Steuerung derart ausführt, daß die Temperatur T&sub0; der Flüssigkeit sich einem eingestellten Wert TS' annähern kann unabhängig von der Raumtemperatur, während die Betriebsfrequenz f des Kompressors sich von dem Steuerwert ändert durch die Feedback- Steuerung wenn die Betriebsbedingung der Maschine geändert wird. Wenn der Ölzustandsbereiter mit seinem Betrieb beginnt, wird in einer Stufe Q&sub1; bestimmt, ob der Betrieb zum erstenmal vorliegt oder nicht. Wenn er zum erstenmal vorliegt, dann wird die Steuerung nach einer Stufe Q&sub2; durchgeführt, und wenn er nicht das erstemal vorliegt, dann wird die Steuerung nach einer Stufe Q&sub2;&sub9; durchgeführt.
In der Stufe Q&sub2; vergehen zunächst 5 Sekunden, worauf eine Startfrequenz des Kompressors 8 in einer Stufe Q&sub3; eingestellt wird, und wenn die Öleinlaßtemperatur T&sub0; den Wert ergibt, der von der eingestellten Temperatur Ts' um 0.3ºC oder mehr in einer Stufe Q&sub4; reduziert ist, dann wird der Kompressor in einer Stufe Q&sub5; gestartet. In einer Stufe Q&sub6; vergehen dann 2 Minuten, worauf die Frequenz f des Inverters 15 auf einen vorbestimmten Anfangswert fn in einer Stufe Q&sub7; eingestellt wird, es vergehen dann in einer Stufe Q&sub8; 60 Sekunden und in einer Stufe Q&sub9; wird dann die Öleinlaßtemperatur T&sub0; mit der eingestellten Temperatur Ts' verglichen.
Wenn die Öleinlaßtemperatur T&sub0; in der Stufe Q&sub9; gleich der eingestellten Temperatur Ts' oder mehr ist, dann wird in einer Stufe Q&sub1;&sub0; bestimmt, ob der Differentialwert dT&sub0;/dt der Öleinlaßtemperatur über der Zeit weniger als Null ist oder nicht, d.h. ob die Öleinlaßtemperatur T&sub0; abfällt oder nicht. Wenn sie nicht abfällt, dann wird in einer Stufe Q&sub1;&sub1; davon ausgegangen, daß die Kühlungskapazität erhöht werden muß und die Betriebsfrequenz f wird um eine Stufe erhöht als fn = fn + 1. Wenn die Öleinlaßtemperatur T&sub0; abfällt, dann wird andererseits in einer Stufe Q&sub1;&sub2; bestimmt, in welcher Temperaturzone von (3-U) bis (5-L) der Wert existiert, und es wird mit dem Zahlen begonnen, wieviele Male diese Bestimmung durchgeführt wird. Die Frequenz fn des Inverters 15 wird in einer Stufe Q&sub1;&sub4; so beibehalten wie sie ist, bis in einer Stufe Q&sub1;&sub3; bestimmt wird, daß sie dreimal außerhalb einer Bezugszone (R.Z.) ist. Wenn die vorbeschriebene Steuerung wiederholt ist, dann wird die Betriebsf requenz fn in einer Stufe Q&sub1;&sub1; um 1 Stufe vergrößert, sobald bestimmt ist, daß sie dreimal außerhalb der Bezugszone ist.
Wenn in der Stufe Q&sub9; bestimmt wird, daß die Öleinlaßtemperatur T&sub0; kleiner ist als die eingestellte Stufe Ts', dann wird andererseits eine Steuerung entsprechend den vorstehenden Stufen Q&sub1;&sub0; bis Q&sub1;&sub4; in den Stufen Q&sub1;&sub5; bis Q&sub1;&sub9; ausgeführt. Wenn der Differentialwert dT&sub0;/dt der Öleinlaßtemperatur T&sub0; negativ ist oder wenn der Differentialwert 0 oder mehr ist und die Bestimmung dreimal gemacht wird, daß er sich außerhalb der Bezugszone befindet, dann wird die Frequenz fn des Inverters 15 um 1 Stufe erniedrigt. Die Frequenz f wird in keinem anderen Fall geändert als nur dann.
Wenn die Frequenz fn des Inverters 15 nicht mehr eingestellt wird wie vorbeschrieben, dann wird in einer Stufe Q&sub2;&sub0; bestimmt, ob die Frequenz fn niedriger ist als ein unterer Grenzwert 30hz der Frequenz fn des Inverters 15 oder nicht. Wenn sie niedriger ist, dann wird der Betrieb der Vermeidung eines Anhaltens (S.A.) des Kompressors 8, welcher derselbe ist wie bei den Stufen S&sub4;&sub7; und S&sub4;&sub8; bei der ersten Ausführungsform, in einer Stufe Q&sub2;&sub1; ausgeführt, und es vergehen dann in einer Stufe Q&sub2;&sub2; 60 Sekunden. Wenn sie nicht niedriger ist, dann vergehen in der Stufe Q&sub2;&sub2; andererseits 60 Sekunden direkt nach der Stufe Q&sub2;&sub0;. Es wird dann in einer Stufe Q&sub2;&sub3; bestimmt, ob die Öleinlaßtemperatur T&sub0; gleich der eingestellten Temperatur Ts' ist oder nicht. Die Steuerung in den Stufen Q&sub9; bis Q&sub2;&sub2; wird wiederholt, bis T&sub0; = Ts', und wenn T&sub0; = Ts', dann wird in einer Stufe Q&sub2;&sub1; bestimmt, ob der Differentialwert dT&sub0;/dt der Öleinlaßtemperatur T&sub0; niedriger als 0 ist oder nicht. Wenn dT&sub0;/dt ≥ 0, dann wird in einer Stufe Q&sub2;&sub5; eingestellt, daß fn = fn + 1, sodaß die Kühlungskapazität erhöht wird, weil die Temperatur ansteigt. Wenn andererseits dT&sub0;/dt< 0, dann wird fn = fn - 1 in einer Stufe Q&sub2;&sub6; eingestellt, sodaß die Kühlungskapazität reduziert wird, weil die Temperatur abfällt.
Es wird dann in den Stufen Q&sub2;&sub7; und Q&sub2;&sub8; der Betrieb ausgeführt, welcher derselbe ist wie die Stufen Q&sub2;&sub0; und Q&sub2;&sub1;, und danach vergehen in einer Stufe Q&sub2;&sub9; 30 Sekunden, worauf in einer Stufe Q&sub3;&sub0; bestimmt wird, ob ein Außenbefehlssignal eingegeben ist oder nicht. Wenn das Außenbefehlssignal eingegeben ist, dann wird die Steuerung durch das Außenbefehlssignal nach einer Stufe Q&sub3;&sub8; ausgeführt, wie es später beschrieben wird, und wenn das Außenbefehlssignal nicht eingegeben wird, dann wird die Feedback-Steuerung nach einer Stufe Q&sub3;&sub1; ausgeführt.
Es wird in einer Stufe Q&sub3;&sub1; aus dem Signal des Öleinlaß- Thermistors Th1 speziell bestimmt, in welcher Temperaturzone von (5-L) bis (3-U) die aktuelle Öleinlaßtemperatur T&sub0; existiert, und es wird in einer Stufe Q&sub3;&sub2; bestimmt, ob die bestimmte Temperaturzone die Temperaturzonen (0-U) und (0-L) beibehält oder nicht. Wenn die Zonen (0-U) und (0-L) beibehalten werden, dann ist die Steuerung beeendet. Wenn andererseits die Zonen (0-U) und (0-L) nicht beibehalten werden und Ts'> T&sub0;, dann wird die Frequenz fn durch n Stufen verringert in Übereinstimmung mit der Temperaturzone, wenn aber Ts' ≤ T&sub0;, dann wird sie erhöht durch n Stufen in den Stufen Q&sub3;&sub3; bis Q&sub3;&sub5;. Es wird dann die Steuerung der Vermeidung eines Anhaltens des Kompressors 8 in den Stufen Q&sub3;&sub6; und Q&sub3;&sub4; aus geführt, welche dieselbe ist wie diejenige in den Stufen Q&sub2;&sub0; und Q&sub2;&sub1;, worauf dann die Steuerung abgeschlossen wird.
Wenn andererseits bestimmt wird, daß das Außenbefehlssignal in der Stufe Q&sub3;&sub0; eingegeben ist, dann wird in einer Stufe Q&sub3;&sub1; die Frequenz f eingestellt in Übereinstimmung mit dem Wert des Außenbefehlssignals. Es wird dann in einer Stufe Q&sub3;&sub9; bestimmt, ob der Anhaltebefehl des Kompressors 8 ausgegeben ist oder nicht. Wenn er nicht ausgegeben ist, dann wird die Steuerung beendet, wenn er jedoch ausgegeben ist, dann wird in der Stufe Q&sub3;&sub7; die Steuerung der Vermeidung eines Anhaltens ausgeführt und wird schließlich die Steuerung beendet.
Die Ausgangsfrequenz des Inverters 15 wird in Übereinstimmung mit einer Flüssigkeitstemperatur gesteuert (oder der Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeitstemperatur und einer gleichzeitig sich ändernden Temperatur) durch den Empfang des Ausgangs des Thermistors Th1 (oder der Thermistoren Th1 und Th2) in den Stufen S&sub1;&sub4; bis S&sub3;&sub2; und S&sub1;&sub4;' bis S&sub3;&sub2;' in Fig. 6a und 7a. Die Betriebsfrequenz des Inverters 15 wird darüberhinaus geändert durch den Empfang des Ausgangs des Hauptwelle-Thermistors Th3 in der Stufe S&sub4;&sub3; in Fig. 6b oder der Stufe P&sub2; in Fig. 8.
Obwohl der Hauptwelle-Thermistor Th3, der die Temperatur der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1 erfaßt, bei der vorstehenden Ausführungsform bereitgestellt ist als eine Einrichtung zur Erfassung des Betriebszustandes der Maschine 1, können auch ein Beanspruchungsmeßgerät oder ein Amperemeter eines Sensors für die Erfassung einer Verschiebung V der Hauptwelle 1a oder eines Stromwertes I als eine Last des Hauptwellenmotors (nicht gezeigt) des Stellgliedes angeordnet sein, sodaß von der Beziehung zwischen der Änderungsrate dV/dt der Verschiebung V oder der Änderungsrate dI/dt des Stroms I und einem vorbestimmten Wert ΔVo (bpsw. etwa ΔVo = 0.5 % / sek) oder ΔIo (bspw. etwa ΔIo = 100mA) und bei einem Ersatz von ΔHo in der Tabelle 2 durch ΔVo oder ΔIo dann die Frequenz f des Inverters 15 geändert werden kann in Abhängigkeit davon, in welcher Zone der in 10 Stufen unterteilten Zonen der Bereich der Verschiebung V oder der Stromwert I in der Nähe eines vorbestimmten Standardwertes existiert.
Wenn die Maschine 1 eine Werkzeugmaschine 1 ist, dann kann die Frequenz f des Inverters 15 in Übereinstimmung mit einer Umdrehungsfrequenz A gesteuert werden von der Beziehung zwischen der Änderungsrate dA/dt und einem vorbestimmten Wert ΔAo (bspw. etwa ΔAo = 1 U/min) unter Verwendung eines Drehzahlzählers zur Erfassung der Umdrehungsfrequenz A der Hauptwelle als einer Einrichtung zur Erfassung des Betriebszustandes.
Als Ergebnis wird bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ein Signal, welches den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (Maschine) 1 betrifft, durch die Erfassungseinrichtung für den Betriebszustand eingegeben und wird die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15 fein verändert für eine Einstellung durch eine Änderung der Frequenz in Übereinstimmung mit dem Wert, sodaß die Steuerung stabil wird und unmittelbar entsprechend der Betriebsänderung durchgeführt werden kann ohne die Erzeugung eines Verschleppens als Folge einer beträchtlichen Temperaturänderung.
Während die Feedback-Steuerung derart ausgeführt wird, daß sich eine Flussigkeitstemperatur einem eingestellten Wert annähern kann, wenn die Inverterfrequenz geändert wird von dem Steuerwert durch die Feedback-Steuerung nur dann, wenn sich der Betriebszustand der Maschine ändert, wird die Ausgangsfrequenz f des Inverters 15 feedback gesteuert mit vielen Stufen, sodaß die Öleinlaßtemperatur To des Kühlungsöls der Werkzeugmaschine, die durch den Öleinlaß-Thermistor Th1 erfaßt wird, sich dem eingestellten Wert Ts' annähern kann und die Betriebsfrequenz des Kompressors 8 in Übereinstimmung mit diesem Wert eingestellt wird. Als ein Ergebnis wird die Menge des Wärmeaustausches zwischen dem Kältemittel und der Flüssigkeit eines Verdampfers 11 so eingestellt, daß die Flüssigkeitstemperatur konstant gehalten wird.
Während die Temperatur des Kühlungsöls durch eine solche Feedback-Steuerung konstant gehalten wird, wenn der Betriebszustand der Umdrehungsfrequenz A der Hauptwelle der Werkzeugmaschine 1, die Temperatur H der Hauptwelle 1a, die Verschiebung V der Hauptwelle 1a od.dgl. geändert werden und ihre Änderungsgröße den eingestellten Wert überschreitet, ist es nicht möglich, ihr unmittelbar mit der Einstellung der Frequenz des Inverters 15 nur durch die Feedback-Steuerung zu folgen, sodaß eine Verzögerung der Steuerung oder ein instabiler Steuerungszustand erzeugt werden könnte. Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform wird jedoch dann, wenn solche Dinge passieren, die Inverterfrequenz durch die Feedback-Steuerungseinrichtung geändert für eine Einstellung in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand durch eine Änderung des Betriebszustandes, die durch die Erfassungseinrichtung des Betriebszustandes erfaßt wurde. Als ein Ergebnis wird eine Verzögerung der Steuerung als Folge der Feedback- Steuerung nicht verursacht, und es ist möglich, der Änderung des Betriebszustandes unmittelbar zu folgen, sodaß eine Genauigkeit der Steuerung verbessert werden kann, während wirksam eine Verschleppung oder ein Hunting vermieden wird.
Wenn die Raumtemperatur TA, auf welche die Flüssigkeitstemperatur T&sub0; gleichzeitig geändert wird, durch den Raumtemperatur- Thermistor Th2 erfaßt wird und dieselbe Steuerung wie vorstehend an der Temperaturdifferenz ΔT (T&sub0; - TA) zwischen der Temperatur T&sub0; des Kühlungsöls und der Raumtemperatur TA ausgeführt wird anstelle der Temperatur T&sub0; des Kühlungsöls, dann wird die Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeitstemperatur und der Raumtemperatur selbst bei einer Änderung der Raumtemperatur TA innerhalb eines geeigneten Bereichs beibehalten in Übereinstimmung mit der Änderung. Es kann daher die Genauigkeit der Temperatursteuerung verbessert werden, wobei der Temperaturänderung eines sich ebenfalls ändernden Objekts, wie bspw. der Raumtemperatur, gefolgt wird, also der Änderung der Atmosphäre. In diesem Fall braucht das sich gleichzeitig ändernde Objekt nicht auf die Raumtemperatur begrenzt zu sein und es kann bspw. die Temperatur der Werkzeugmaschine 1 u.dgl. als das Objekt verwendet werden.
Wenn die Feedback-Steuerung in Übereinstimmung mit dem normalen Öleinlaß-Thermistor Th1, der Steuerung der Frequenzänderung und der Steuerungsschaltung der Feedback-Steuerung und die Steuerung der Frequenzänderung alternativ ausgewählt werden durch die Modusschalter SW1 bis SW3, dann ist es möglich, den Betrieb des Ölzustandsbereiters (Kühlsystem) 2 mit einem bevorzugten Steuerungsmodus in Übereinstimmung mit der Maschinenart, der Arbeitsart in der Werkzeugmaschine 1 od.dgl. zu steuern.
Dies trifft auch für den Fall zu, wo die Feedback-Steuerung durch die Feedback-Steuerungseinrichtung in Übereinstimmung mit der Temperaturdifferenz (T&sub0; - TA) zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und der Raumtemperatur TA, der Steuerung durch eine Frequenzänderungseinrichtung und der Steuerungsschaltung der Feedback-Steuerung und die Steuerung der Frequenzänderung alternativ ausgewählt werden durch die Modusschalter SW1 bis SW3.
Wenn der Hauptwelle-Thermistor Th3 bei der vorstehenden Ausführungsform verwendet wird als eine Einrichtung zur Erfassung des Betriebszustandes der Maschine 1, dann kann die folgende Wirkung erhalten werden. Wenn die Temperatur der Maschine 1 aus irgendeinem Grund höher wird, dann besteht gewöhnlich eine bestimmte Zeitverzögerung, bis die Temperatur des Kühlmittels durch den Temperaturanstieg geändert wird, da jedoch die Änderung der Temperatur der Maschine 1 sofort durch den Temperatur-Thermistor Th3 erfaßt wird und die Kältemittelkapazität des Kältemittelkreises 14 zuvor geändert wurde, ist es jedoch in diesem Fall möglich, der Änderung des Betriebszustandes der Maschine 1 unmittelbar zu entsprechen.
Wenn ein Sensor, der die mechanische Beanspruchung eines Betriebsteils an der Maschine 1 erfaßt, als eine Einrichtung zum Erfassen des Betriebszustandes verwendet wird, dann wird die durch die Änderung der angelegten Kraft und durch die Temperatur des Betriebsteils der Maschine 1 erzeugte Beanspruchung sofort erfaßt.
Wenn ein Sensor, der eine an das Stellglied der Maschine 1 angelegte Last erfaßt, verwendet wird als eine Einrichtung zum Erfassen des Betriebszustandes, dann ist es möglich, im Vorhinein die Erzeugung einer Änderung der Temperatur, der Beanspruchung od.dgl. in einem Betriebsteil durch eine Erhöhung der Last der Maschine 1 zu kennen.
Wenn ein Sensor, der die Umdrehungsfrequenz der Hauptwelle in dem Fall erfaßt, wo die Maschine eine Werkzeugmaschine ist, ist es ähnlich möglich, im Vorhinein die Änderung der Temperatur oder der Beanspruchung durch die Änderung der Umdrehungsfrequenz der Hauptwelle zu kennen.
Obwohl die Modusschalter SW1 bis SW3 als eine Einrichtung zum Auswählen eines Steuerungsmodus von Hand bei der vorstehenden Ausführungsform geschaltet werden, können Auswähl- signale der Modusschalter SW1 bis SW3 programmiert sein und die Steuerung kann ausgewählt werden durch ein solches Signal, wenn das Änderungsmuster des Steuerungsmodus schon entschieden worden ist von einem Betriebsschema der Werkzeugmaschine 1 u.dgl.
Wenn als ein Ausgang-Außenbefehlssignal in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der Maschine 1 die Änderung des Betriebszustandes, wie bspw. der Umdrehungsfrequenz der Werkzeugmaschine, aus einem Betriebsmuster bereits bekannt ist, dann kann auch ein 4-Bit Signal in Übereinstimmung mit der Tabelle 2 direkt an den Interfacekreis 16b eingegeben werden, wenn dafür eine Zeitfolge der Signalausgabe bei dem Interfacekreis 16b programmiert worden ist.
Wenn der Thermistor Th1 als Einrichtung zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur an dem Eingang des Ölzustandsbereiters 2 für Kühlungsöl ähnlich wie bei der vorstehenden Ausführungsform bereitgestellt ist, so besteht dabei die besondere Wirkung, daß der Einfluß der Steuerungstemperatur auf die Schwankung der Wärme als Folge der Arbeit u.dgl. der Werkzeugmaschine 1 eingeschränkt werden kann. Wenn die Wärme auf der Seite der Werkzeugmaschine geändert wird, dann wird eine mittlere Temperatur Θ eines zurückgebrachten Öls und eines angelieferten Öls erniedrigt als Folge einer Erhöhung der Wärme Q, sodaß die Änderungsgröße der Komponententemperatur Θ durch diese verringerte Menge verschoben wird. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird bspw. die Komponententemperatur Θ auf eine höhere Temperatur Θ erhöht durch das konstante Verhältnis entsprechend der Wärmekapazität in Übereinstimmung mit der mittleren Temperatur der Temperatur des zurückgebrachten Öls und der Temperatur des angelieferten Öls. Wenn die Wärme Q der Werkzeugmaschine 1 von Q&sub1; auf Q&sub2; (Q&sub1;< Q&sub2;) erhöht wird, wird folglich die Temperatur Θ von Θ&sub1; auf Θ&sub2; erhöht. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird daher die Änderung von Θ&sub1; zu Θ&sub2; der Komponententemperatur Θ klein gehalten durch eine Änderung der mittleren Temperatur Θ&sub0;, sodaß Θom1> Θοm2, d.h. daß sie somit erniedrigt werden kann.
Wie gezeigt in Fig. 11 ist es daher möglich, die Genauigkeit einer Temperatursteuerung zu verbessern-ohne daß die Temperaturdifferenz vergrößert wird als Folge einer Erhöhung der Wärme Q der Werkzeugmaschine 1.
Der gleiche Fall tritt ein, wenn die Betriebsfrequenz des Kompressors 8 so gesteuert wird, daß die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Öleinlaßtemperatur T&sub0; und der Raumtemperatur TA sich einem eingestellten Wert Ts annähert.
Da die Steuerung des stabilen Bereichs in den Stufen S&sub3;&sub3; bis S&sub4;&sub0; der Fig. 6b durchgeführt wurd und die Änderung des Temperaturzustandes sorgfältig bestimmt wird durch ein dreimaliges Sammeln, bis die Änderung der Betriebsfrequenz des Kompressors 8 bei der vorstehenden Ausführungsform durchgeführt wird, wird die Temperatur daran gehindert, sich für eine kurze Zeit häufig zu ändern, und es kann eine stabile Steuerung durchgeführt werden.
Die Betriebsfrequenz f des Kompressors 8 wird forciert gesteuert in Übereinstimmung mit der Eingabe eines Außensignals unabhängig von dem Signal der Thermistoren Th1 und Th2 in den Stufen S&sub4;&sub0; bis S&sub4;&sub3;, sodaß die Steuerung durchgeführt werden kann entsprechend der Änderung eines wichtigen äußeren Zustandes, wie bspw. einer Änderung der Temperatur der Hauptwelle 1a der Werkzeugmaschine 1.
Wie bei den Stufen S&sub4;&sub4; bis oder bei den Stufen Q&sub2;&sub1;, Q&sub2;&sub8; und Q&sub3;&sub7; gezeigt ist, ist außerdem ein vorbestimmter Grenzwert bei der Betriebsfrequenz vorgesehen und es wird kein Betrieb oberhalb diesem Grenzwert ausgeführt. Selbst wenn die Befehlbetriebsfrequenz niedriger ist als der niedrigste steuerbare Wert, wird dann der Betrieb nicht angehalten bis die dreimalige Bestimmung ausgeführt ist. Als ein Ergebnis davon kann das Anhalten des Betriebs soweit wie möglich vermieden werden, da sich der Betriebszustand für diesen Zeitraum nicht erholen würde. Es kann daher ein Ausfall des Kompressors als Folge eines zu häufigen Ein- und Ausschaltbetriebes verhindert werden. Die Zuverlässigkeit des Kompressors wird daher verbessert. Obwohl es bei dieser Ausführungsform vermieden wird, ist zusätzlich leicht verständlich, daß dieselbe Wirkung erhalten werden kann wie dann, wo der Kompressor angehalten wird, wenn das Anhaltebefehlssignal des Kompressors über eine vorbestimmte Zeit ausgegeben wird.
Es braucht auch nicht besonders gesagt zu werden, daß die zu kühlende Maschine 1 bei der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt ist auf die Werkzeugmaschine bei der vorstehenden Ausführungsform, vielmehr kann sie auch auf andere Arten industrieller Maschinen angewendet werden.
Obwohl Öl als ein Kühlmittel bei der vorstehenden Ausführungsform verwendet wird, kann dieselbe Wirkung auch mit anderen Arten einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, erhalten werden. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf Verarbeitungsmaschinen, wie bspw. eine Drehbank, eine Schleifmaschine, eine Presse oder eine Einspritzmaschine für Kunststoff angewendet werden, sie kann vielmehr auch auf ein Kühlsystem zum Kühlen eines Kühlmittels oder eines Schmiermittels in einer Maschine angewendet werden, die ein Heizteil aufweist, wie bspw. eine generelle industrielle Maschine, die bei einem Herstellungsprozeß verwendet wird.

Claims

1. Temperaturregler (16) eines Flüssigkeit-Kühlsystems mit einem Flüssigkeit-Zirkulationskreislauf (3) und einem Kältemittelkreislauf (14), wobei der Flüssigkeit-Zirkulationskreislauf (3) ein Kühlmittel in einer Maschine (1) mit einem Betriebsteil (1a) zur Erzeugung von Wärme zirkuliert und der Kältemittelkreislauf (14) einen Kompressor (8), einen Kondensator (9) und ein Reduzierventil (10) für ein Verdichten, Kondensieren und Entlasten des Kältemittels aufweist, sowie einen Verdampfer (11) für ein Kühlen des Kühlmittels in dem Flüssigkeit- Zirkulationskreislauf (3) durch einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel, welches fortlaufend mittels eines Kältemittelrohres (13) angeschlossen wird, wobei der Temperaturregler (16) eine Inverter-Einrichtung (15) für ein veränderliches Einstellen der Betriebsfrequenz des Kompressors (18) relativ zu verschiedenen Temperaturvariablen aufweist, eine Einrichtung (Th1) für eine Erfassung der Temperatur (T&sub0;) des Kühlmittels und eine Einrichtung (Th2; S14 - S32) für eine Feedback-Steuerung der Frequenz der Inverter-Einrichtung (15), sodaß sich die Temperatur (T&sub0;) des Kühlmittels einem vorbestimmten Einstellwert (TS) nähert,

gekennzeichnet durch

eine Betriebsbedingung-Erfassungseinrichtung (Th3) für ein Erfassen der Temperatur (H), die für die in der Maschine (I) erzeugte Wärmemenge (Q) relevant ist; und

eine mit dieser Betriebsbedingung-Erfassungseinrichtung (Th3) verbundene Einrichtung (S42, S43) für ein Verändern der Frequenz der Inverter-Einrichtung (15) von dem Frequenzwert, der durch die Feedback-Steuereinrichtung (Th2; S14 - S32) bestimmt wird, um eine Größe entsprechend einem Wechsel der Maschinentemperatur (H), wenn diese größer wird als ein vorbestimmter Änderungswert (ΔT).

2. Temperaturregler nach Anspruch 1, bei welchem die Frequenz-Feedback-Steuereinrichtung (Th2; S14 - S32) eine Einrichtung (Th2) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur (TA) aufweist, auf welche die Temperatur (T&sub0;) des Kühlmittels geändert werden soll, um dadurch die Frequenz der Inverter-Einrichtung (15) derart durch ein Feedback zu steuern, daß ein Temperaturunterschied (ΔT) zwischen der Temperatur (T&sub0;) des Kühlmittels und der umgebenden Temperatur (TA) sich dem vorbestimmten Einstellwert (TS) nähert.

3. Temperaturregler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem die Frequenz-Änderungseinrichtung (S42, S43) eine Auswahleinrichtung (SW1, SW2, SW3) für ein Auswählen von Frequenz-Steuerungsmöglichkeiten (FB, FF, IF) der Inverter-Einrichtung (15) in Übereinstimmung mit Befehl -signalen aufweist, die nur von der Betriebsbedingung- Erfassungseinrichtung (Th3) oder gemeinsam von der Feedback-Steuereinrichtung (Th2; S14 - S32) und der Kuhlmittel-Temperaturerfassungseinrichtung (Th1) erhalten sind.

4. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Kühlmittel-Temperaturerfassungseinrichtung (Th1) mit einer Einrichtung (Q11, Q14, Q16, Q19, Q25, Q26, Q34, Q35) für die Lieferung eines Anhalt-Befehlssignals für ein Anhalten des Betriebs des Kompressors (8) verbunden ist, wenn die Temperatur(T&sub0;) des Kühlmittels innerhalb eines zuvor eingestellten Bereichs liegt, wobei der Kompressor (8) angehalten wird, wenn das Anhalt-Befehlssignal für eine vorbestimmte Zeitdauer geliefert wird.

5. Temperaturregler nach Anspruch 4, bei welchem die Liefereinrichtung (Q11, Q14, Q16, Q19, Q25, Q26, Q34, Q35) weiterhin verbunden ist mit der Feedback-Steuereinrichtung (Th2; S14 - S32) für ein Anhalten des Betriebs des Kompressors (8), wenn ein Temperaturunterschied (ΔT) zwischen der Temperatur (T&sub0;) des Kühlmittels und der umgebenden Temperatur (TA) innerhalb des zuvor eingestellten Bereichs liegt.

6. Temperaturregler nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei welchem der Kompressor (8) angehalten wird, wenn das Anhalt-Befehlssignal aufeinanderfolgend mit einer vorbestimmten Anzahl geliefert wird.

7. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Maschine (1) wenigstens eine Schleifmaschine, eine Drehbank, eine Presse oder eine Einspritzmaschine aufweist.

8. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Betriebsbedingung-Erfassungseinrichtung (Th3) weiterhin einen Sensor zum Erfassen der Umdrehungsfrequenz einer Hauptwelle der Maschine (1) aufweist.

9. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Betriebsbedingung-Erfassungseinrichtung (Th3) weiterhin einen Sensor zum Erfassen einer mechanischen Beanspruchung eines Betriebsteils der Maschine (1) und/oder einen Sensor zum Erfassen einer Leistungsbelastung der Maschine (1) aufweist.

10. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die Kühlmitteltemperatur-Erfassungseinrichtung (Th1) die Temperatur (T&sub0;) des Kühlmittels erfaßt, wenn es von der Maschine (1) zurückgebracht wird.

11. Temperaturregler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Betriebsbedingung-Erfassungseinrichtung (Th3) die umgebende Raumtemperatur (TA) oder die Temperatur eines Betriebsteils der Maschine (1) erfaßt.