DE10144773A1

DE10144773A1 - Vorrichtung zur Minimalmengenkühlschmierung für Nassbearbeitungsmaschinen mit wechselnden Werkzeugen

Info

Publication number: DE10144773A1
Application number: DE10144773A
Authority: DE
Inventors: Klaus Gerschwiler; Franz-Josef Dovem; Sascha Kamps; Charlotte Saelzer
Original assignee: FREUNDESKREIS DES LABORATORIUM
Current assignee: FREUNDESKREIS DES LABORATORIUM
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-04-10

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Minimalmengenkühlschmierung für Maschinen mit wechselnden Werkzeugen vorgestellt, mit der Werkzeugmaschinen konventioneller Kühlschmierung nachgerüstet werden können. Die für die Bildung des Aerosols notwendigen Kolbenpumpen (4, 5, 6) und Proportionalventile (12, 15) werden von voneinander unabhängigen Steuer-Speicherelementen (1) gesteuert, die von der Werkzeugmaschine lediglich ein Signal (23) zur Werkzeugerkennung und ein Signal (24) "Minimalmengenkühlschmierung Ein/Aus" benötigen, um eine vollautomatische Zuordnung der individuellen Parameter der Minimalmengenkühlschmierung an die wechselnden Werkzeuge zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Minimalmengenkühlschmierung für Nassbearbeitungsmaschinen mit wechselnden Werkzeugen.
Zur Minimierung der Umweltbelastung und gleichzeitig zur Reduktion der Kosten der Kühlschmierung von Nassbearbeitungsmaschinen wurde die Minimalmengenkühlschmierung entwickelt, bei der ein Kühlschmiermittel, z. B. Öl, Wasser oder eine Emulsion ggf. mit Zusätzen, in Aerosolform eingesetzt wird. Diese Technik ist in modernen Nassbearbeitungsmaschinen bereits verwirklicht. Für Maschinen mit mehreren Werkzeugen ist es dabei bekannt, die Minimalmengenkühlschmierung an die unterschiedlichen Werkzeuge anzupassen. Die Steuerung der Minimalmengenkühlschmierung erfolgt dann unmittelbar von der Maschinensteuerung aus unter Einsatz von Datenverarbeitung, wobei sich in der Praxis eine Änderung der Parameter für diese Steuerung als recht umständlich erwiesen hat. Die Umrüstung älterer Werkzeugmaschinen, die noch mit konventioneller Kühlschmierung arbeiten, ist bislang aufwendig und kostenintensiv.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der Werkzeugmaschinen auf einfache Weise und kostengünstig für die Minimalmengenkühlschmierung nachgerüstet werden können, und die eine einfache Änderung der Parameter zur Steuerung der Minimalmengenkühlschmierung erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, umfassend eine Steuer-Speichereinheit, in der für jedes Werkzeug oder für bestimmte Werkzeuggruppen individuelle Parameter für die Minimalmengenkühlschmierung einstellbar und abspeicherbar sind und die mittels eines das aktuell einzusetzende Werkzeug identifizierenden Maschinensignals zur Steuerung der für dieses Werkzeug vorgesehenen Minimalmengenkühlschmierung aktivierbar ist, mindestens ein an einem zur Aerosolbildung vorgesehenen Kühlschmiermittel-Vorrat anschließbares Kühlschmiermittel- Zufuhrsystem, wobei jedes Kühlschmiermittel-Zufuhrsystem von der Steuer- Speichereinheit steuerbar ist, eine an einen Aerosolgas- oder Aerosolgasgemischvorrat anschließbare und von jeder Steuer-Speichereinheit steuerbare Aerosolgaszufuhreinrichtung, mindestens eine mit dem Ausgang jedes Kühlschmiermittel-Zufuhrsystems sowie der Aerosolgaszufuhreinrichtung verbundene Aerosoldüse, eine an einen Transportgas- oder Transportgasgemischvorrat anschließbare und von der Steuer- Speichereinheit steuerbare Transportgaszufuhreinrichtung zur Zuführung eines Transportgases oder Transportgasgemischs zum Aerosol und eine Austrittsöffnung für das Aerosol und das Transportgas.
Die Nachrüstung der Nassbearbeitungsmaschine erfolgt auf einfache Weise, indem das das Werkzeug identifizierende Maschinensignal und gegebenenfalls nötige weitere Signale von der Nassbearbeitungsmaschine abgegriffen und der Steuer-Speichereinheit zugeführt werden. Des Weiteren ist die Austrittsöffnung für das Aerosol und das Transportgas an eine Zufuhrleitung der Nassbearbeitungsmaschine anzuschließen, die Aerosol und Transportgas zur eigentlichen Bearbeitungsstelle führt.
Sind in der Steuer-Speichereinheit einmal die für die diversen Werkzeuge vorgesehenen Parameter zur Minimalkühlschmierung eingestellt, passt die Vorrichtung die Minimalmengekühlschmierung vollautomatisch an die unterschiedlichen Werkzeuge an. Hierfür aktiviert das das Werkzeug identifizierende Maschinensignal der Nassbearbeitungsmaschine die passende Steuerung. Als Werkzeug identifizierendes Maschinensignal kann das in der Maschinensteuerung zum Wechsel des Werkzeuges eingesetzte Signal verwendet werden, welches lediglich an geeigneter Stelle abgegriffenen zu werden braucht. Alternativ ist es auch möglich, andere Signale zu verwenden, die dem entsprechenden Werkzeug eindeutig zugeordnet sind, z. B. die das Werkzeug antreibenden oder steuernden elektrischen Ströme.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Speicherung der für die Werkzeuge individuellen Parameter sowie die Steuerung der Minimalmengenkühlschmierung außerhalb der Maschinensteuerung der nachzurüstenden Nassbearbeitungsmaschine angeordnet und somit - abgesehen von den abgegriffenen Maschinensignalen - von der Maschinensteuerung unabhängig.
Es kann vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass die Steuer-Speichereinheit mindestens zwei voneinander unabhängige Steuer-Speicherelemente aufweist, wobei jedes Steuer-Speicherelement für ein anderes Werkzeug oder eine andere Werkzeuggruppe vorgesehen und unmittelbar durch das das Werkzeug identifizierbare Maschinensignal aktivierbar ist.
Diese Lösung bietet sich insbesondere dann an, wenn die Speicherung allein mittels Hardware, also durch eine feste Verdrahtung, erfolgt.
Die einfachste Form der Speicherung bildet die Stellung eines Potentiometers oder eines Ein-/Ausschalters. Hierdurch ist eine preiswerte und wenig störanfällige Ausbildungsform gegeben. Jedes Kühlschmiermittel-Zufuhrsystem sowie die Aerosolgaszufuhreinrichtung und die Transportgaszufuhreinrichtung sind von jedem Steuer- Speicherelement steuerbar, wobei zu einem bestimmten Zeitpunkt allein eines der Steuer-Speicherelemente aktiv ist.
Wird die Steuer-Speichereinheit als Alternative unter Einsatz von Software realisiert, kann eine Aufteilung in voneinander unabhängige Steuer-Speicherelemente entfallen. Die Speicherung der individuellen Parameter sowie die Steuerung der Kühlschmiermittel-Zufuhrsysteme, der Aerosolgas- sowie der Transportgaszufuhreinrichtung erfolgt dann zentral mittels Datenverarbeitung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass für jedes Werkzeug eine separate, die eingestellten Parameter anzeigende Anzeigeeinheit vorgesehen ist. Somit sind die jeweiligen Parametereinstellungen leicht kontrollierbar.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass die Anzeigeeinheit gleichzeitig die Eingabeeinheit zur Einstellung der Parameter ist. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass Ein-/Ausschalter eine Leuchtquelle umfassen, die den Schaltungszustand anzeigen. Im Falle von Potentiometern kann deren Stellung an vorhandenen Skalen abgelesen werden. Eine Anzeigeeinheit die gleichzeitig Eingabeeinheit ist, ist insbesondere sinnvoll, wenn für jedes Werkzeug ein separates Steuer-Speicherelement vorgesehen ist. Im vorbeschriebenen Fall ist die Anzeige-/Eingabeeinheit gleichzeitig auch das Steuer-Speicherelement. Die Speicherung der Parameter ist einfach durch die Stellung der Ein-/Ausschalter bzw. der Potentiometer gegeben. Eine softwaregestütze Abspeicherung entfällt bei dieser Lösung.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie einen Eingang für ein Schalt-Maschinensignal aufweist, mit dem die Minimalmengenkühlschmierung unabhängig vom werkzeugidentifizierenden Maschinensignal ein- oder ausschaltbar ist. Bei Nassbearbeitungsmaschinen mit konventioneller Kühlschmierung ist ein solches Schalt-Maschinensignal, das dort dazu dient, die Zufuhr des Kühlschmiermittels je nach Bedarf, d. h. je nach Werkzeug, ein- oder auszuschalten, ohnehin vorhanden. Das Schalt-Maschinensignal kann an der Maschinensteuerung oder bei Nassbearbeitungsmaschinen mit konventioneller Kühlschmierung an der dort vorhandenen "alten" Kühlschmiermittelpumpe abgegriffen und für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden. Sind die Parameter für die einzelnen Werkzeuge einmal festgelegt, braucht somit die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst nicht mehr durch Personal gesondert bedient zu werden. Bedient wird lediglich die eigentliche Nassbearbeitungsmaschine und zwar in derselben Weise wie vor der Nachrüstung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass mindestens zwei Kühlschmiermittel-Zufuhrsysteme vorgesehen sind, die Pumpen, insbesondere Kolbenpumpen, sind, und für die lediglich die Schaltzustände "Ein" und "Aus" gegeben sind. Hierdurch ist die einfachste Art der Steuerung gegeben, nämlich durch Ein- und Ausschalten. Verwendet man n Kühlschmiermittel-Zufuhrsysteme mit unterschiedlichen Öldurchsätzen können auf einfache Weise, nämlich durch Einschalten verschiedener Pumpenkombinationen, 2ⁿ-1 verschiedene Kühlschmiermittelflüsse eingestellt werden.
Kolbenpumpen können preiswert sein und platzsparend ausgebildet werden. Das Hubvolumen der Kolbenpumpen wie auch ihre Taktfrequenz werden an den Kolbenpumpen manuell eingestellt. Alternativ ist es möglich, diese Parameter über die Steuer- Speichereinheit zu steuern.
Als Alternative zu Pumpen können als Kühlschmiermittel-Zufuhrsysteme auch Überdruck- oder Unterdrucksysteme eingesetzt werden. Bei Überdrucksystemen wird ein mit dem Kühlschmiermittel gefüllter Behälter mit Druckluft beaufschlagt und auf diese Weise das Kühlschmiermittel zur Aerosoldüse gefördert. Bei Unterdrucksystemen wird in einer im Kühlschmiermittelvorrat nachgeordneten Injektordüse bzw. Flüssigkeitsleitung mittels die Düse durchströmender Luft ein Unterdruck erzeugt, mit dem das Kühlschmiermittel aus dem Vorrat herausgesogen wird.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass die Aerosolgaszufuhreinrichtung und/oder die Zusatzgaszufuhreinrichtung Proportionalventile sind. Die Proportionalventile können z. B. an übliche Druckflaschen oder an ein Druckluftnetz angeschlossen werden.
Im Folgenden ist anhand einer Figur ein Ausbildungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt schematisch den Aufbau des Vorrichtungsbeispiels und seine Einbindung in eine Nassbearbeitungsmaschine.
Die Beispielvorrichtung umfasst N Steuer-Speicherelemente 1, von denen in der Figur lediglich zwei beispielhaft dargestellt sind. Die Steuer-Speicherelemente 1 sind über elektrische Steuerleitungen 2 mit einer Pumpen- und Ventileinheit 3 verbunden. Die Pumpen- und Ventileinheit 3 umfasst drei Kolbenpumpen 4, 5 und 6 für das Kühlschmiermittel. Die Kolbenpumpen 4, 5 und 6 sind an einem hier nicht dargestellten gemeinsamen Kühlschmiermittelvorrat angeschlossen. Für die Kolbenpumpen 4, 5 und 6 sind allein die Schaltzustände "Ein" und "Aus" vorgesehen. Im eingeschalteten Zustand weisen die Kolbenpumpen 4, 5 und 6 unterschiedliche Durchflussmengen auf. Auf diese Weise können 7 unterschiedliche Kühlschmiermittelflüsse realisiert werden: drei, bei denen jeweils genau eine der Kolbenpumpen 4-6 eingeschaltet ist, drei, bei denen jeweils zwei der Kolbenpumpen 4-6 eingeschaltet sind und einer, bei dem alle Kolbenpumpen 4-6 eingeschaltet sind. Die Pumpenausgänge 7, 8 und 9 werden in einem Sammelausgang 10 zusammengeführt, der das Kühlschmiermittel zu einer Aerosoldüse 11 leitet.
Für die Aerosolbildung wird Luft aus einem hier nicht dargestellten Vorrat, z. B. einem Druckluftnetz oder einer Druckflasche, über ein Aerosolluftproportionalventil 12 und eine Aerosolluftleitung 13 der Aerosoldüse 11 zugeführt. Dem fertigen Aerosol wird noch in der Aerosoldüse 11 Transportluft zugemischt, mit der das Aerosol zur Austrittsöffnung 14 geführt wird, die an eine hier nicht dargestellte Zufuhrleitung zur Weiterleitung des Aerosols zum eigentlichen Austritt am Werkzeug 25 angeschlossen ist. Die Transportluft wird über ein Transportluftproportionalventil 15 und eine Transportluftleitung 16 geleitet und kann aus demselben Vorrat stammen, wie die Aerosolluft.
Jede der Kolbenpumpen 4, 5 und 6 sowie die beiden Proportionalventile 12 und 15 sind von jedem Steuer-Speicherelement 1 steuerbar. Die Steuer-Speicherelemente 1 sind im vorliegenden Beispielsfall sehr einfach aufgebaut. Sie umfassen jeweils drei Schalter 17, 18 und 19 für die Schaltzustände "Ein" und "Aus" sowie zwei Potentiometer 20 und 21. Der Schalter 17 ist für die Kolbenpumpe 4, der Schalter 18 für die Kolbenpumpe 5 und der Schalter 19 jeweils für die Kolbenpumpe 6 zuständig, während das Potentiometer 20 das Aerosolluftproportionalventil 12 und das Potentiometer 21 das Transportluftproportionalventil 15 steuert. Die Parameter der Minimalmengensteuerung sind so auf denkbar einfache Weise einstellbar und abspeicherbar, nämlich durch einfaches Drücken der Schalter 17-19 und die Einstellung der Potentiometer 20 und 21. Die Schalter 17-19 können hier nicht dargestellte Leuchtelemente aufweisen, die den Schaltzustand anzeigen. Wenn zusätzlich die Stellungen der Potentiometer 20, 21 erkennbar sind, kann die Parametereinstellung jedes Steuer-Speicherelements 1 mit einem Blick erfasst werden. Damit eines der Steuer-Speicherelemente 1 aktiv wird, muss lediglich durch äußere Signale vorgegeben werden, welches der Steuer- Speicherelemente 1 benötigt wird und ob eine Kühlschmierung erfolgen soll. Hierzu benötigt die Beispielvorrichtung zwei Signale von der hier nur schematisch dargestellten Steuerung der Nassbearbeitungsmaschine 22, nämlich ein durch den Pfeil 23 symbolisiertes Signal zur Identifizierung des Werkzeugs 25 sowie ein durch den Pfeil 24 symbolisiertes Signal "Minimalmengenkühlschmierung Ein/Aus". Das Signal 23 zur Identifikation des Werkzeugs 25 kann von dem Signal abgegriffen werden, das den Werkzeugwechsel steuert. In diesem Fall kann noch eine Signalverarbeitung für die Steuer- Speicherelemente 1 erforderlich sein. Das Signal 24 "Minimalmengenkühlschmierung Ein/Aus" wird über einen Steuerungsbefehl M8 "Kühlschmiermittel Ein/Aus" aus der Maschinensteuerung entnommen.
Jedes Steuer-Speicherelement 1 steuert die Aerosol- und Transportluftmenge für genau eines der N Werkzeuge, die in der Figur durch den Kasten 25 symbolisiert sind. Bezugszeichenliste 1 Steuer-Speicherelement
2 Steuerleitung
3 Pumpen- und Ventileinheit
4 Kolbenpumpe
5 Kolbenpumpe
6 Kolbenpumpe
7 Pumpenausgang
8 Pumpenausgang
9 Pumpenausgang
10 Sammelausgang
11 Aerosoldüse
12 Aerosolluftproportionalventil
13 Aerosolluftleitung
14 Austritt
15 Transportluftproportionalventil
16 Transportluftleitung
17 Schalter
18 Schalter
19 Schalter
20 Potentiometer
21 Potentiometer
22 Werkzeugmaschine
23 Signal zur Werkzeugidentifizierung
24 Signal "Minimalmengenkühlschmierung Ein/Aus"
25 Werkzeuge

Claims

1. Vorrichtung zur Minimalmengenkühlschmierung für Nassbearbeitungsmaschinen mit wechselnden Werkzeugen, umfassend

a) eine Steuer-Speichereinheit, in der für jedes Werkzeug (25) oder für bestimmte Werkzeuggruppen individuelle Parameter für die Minimalmengenkühlschmierung einstellbar und abspeicherbar sind und die mittels eines das aktuell einzusetzende Werkzeug (25) identifizierenden Maschinensignals zur Steuerung der für dieses Werkzeug (25) vorgesehenen Minimalmengenkühlschmierung aktivierbar ist,

b) mindestens ein an einem zur Aerosolbildung vorgesehenen Kühlschmiermittel- Vorrat anschließbares Kühlschmiermittel-Zufuhrsystem (4, 5, 6), wobei jedes Kühlschmiermittel-Zufuhrsystem (4, 5, 6) von der Steuer-Speichereinheit steuerbar ist,

c) eine an einen Aerosolgas- oder Aerosolgasgemischvorrat anschließbare und von jeder Steuer-Speichereinheit steuerbare Aerosolgaszufuhreinrichtung (12),

d) mindestens eine mit dem Ausgang jedes Kühlschmiermittel-Zufuhrsystems (4, 5, 6) sowie der Aerosolgaszufuhreinrichtung (12) verbundene Aerosoldüse (11),

e) eine an einen Transportgas- oder Transportgasgemischvorrat anschließbare und von der Steuer-Speichereinheit steuerbare Transportgaszufuhreinrichtung (15) zur Zuführung eines Transportgases oder Transportgasgemischs zum Aerosol und

f) eine Austrittsöffnung (14) für das Aerosol und das Transportgas.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- Speichereinheit mindestens zwei voneinander unabhängige Steuer-Speicherelemente (1) aufweist, wobei jedes Steuer-Speicherelement (1) für ein anderes Werkzeug (25) oder eine andere Werkzeuggruppe vorgesehen und unmittelbar durch das das Werkzeug (25) identifizierbare Maschinensignal aktivierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Werkzeug (25) eine separate, die eingestellten Parameter anzeigende Anzeigeeinheit vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit gleichzeitig die Eingabeeinheit zur Einstellung der Parameter ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Eingang (24) für ein Schalt-Maschinensignal, mit dem die Minimalmengenkühlschmierung unabhängig vom werkzeugidentifizierenden Maschinensignal ein- oder ausschaltbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kühlschmiermittel-Zufuhrsysteme (4, 5, 6) vorgesehen sind, die Pumpen, insbesondere Kolbenpumpen, sind und für die lediglich die Schaltzustände "Ein" und "Aus" gegeben sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolgaszufuhreinrichtung (12) und/oder die Zusatzgaszufuhreinrichtung (15) Proportionalventile sind.