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Schleifmaschine mit Kühlmittelumlauf
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Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine, insbesondere eine Führungsbahnenschleifmaschine,
mit einem Schleifkopf, wenigstens einer dem Schleifkopf zugeordneten Kühlschmiermittel-Austrittsdüse
und einem Kühlschmiermittelumlauf, welcher einen Kühlschmiermitteltank, eine Kühlschmiermittelzuleitung
vom Tank zur Austrittsdüse, e-ine Rückführleitung zum Zurückführen des aus der Austrittsdüse
ausgetretenen Kühlschmiermittels zum Tank und eine Pumpeinrichtung zum Aufrechterhalten
eines Kühlschmiermittelumlaufs vom Tank zur Austrittsdüse und zurück umfaßt.
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Es ist für eine präzise Bearbeitung, insbesondere großer Werkstücke,
in Schleifmaschinen erforderlich, die Werkstücke während des ganzen Bearbeitungsvorganges
auf möglichst konstanter Temperatur zu halten. Schon kleine Temperaturdifferenzen
von einem Grad oder von wenigen Grad Celsius können zu merklichen Unterschieden
der Fertigmaße eines Werkstücks führen, die nicht tolerierbar sind, wenn eine hohe
Maßgenauigkeit gefordert wird. Aus diesem Grunde werden die Werkstücke während des
Schleifvorgangs gewöhnlich mit einem umlaufenden flüssigen Kühlmittel gekühlt, um
die beim Schleifprozeß entstehende Wärme vom Werkstück abzuführen. Um eine Erwärmung
des umlaufenden Kühlmittels über eine tolerierbare Temperaturgrenze hinaus zu vermeiden,
ist es bekannt, einen großen Kühlschmiermittelvorrat zu bilden, der als Wärmepuffer
dient und Wärme an die Umgebung abgibt, so daß sich aufgrund des Volumens des Kühlschmiermittelvorrats
und des Wärmeaustausches mit der Umgebung ein Temperaturgleichgewicht einstellt,
welches schon ein relativ genaues Fertigen erlaubt.
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Normalerweise wird beim Schleifvorgang Wärme erzeugt, die vom Kühlschmiermittel
aufgenommen und von diesem an die Umgebung abgegeben wird, wobei im ganzen eine
Tendenz zur Erwärmung des Kühlschmiermittels besteht.
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Beim Schleifen von Führungsbahnen für Werkzeugmaschinen, bei denen
es sich um langgestreckte Werkstücke handelt, deren Bearbeitung höchste Präzision
erfordert, wurde nun festgestellt, daß sich das Kühlschmiermittel im Vorratstank
nicht erwärmt, sondern mit der Zeit abkühlt. Das wird darauf zurückgeführt, daß
beim Schleifen derartiger Führungsbahnen bei jedem Schleifdurchgang nur ein geringer
Materialabtrag bei niedriger Schleifgeschwindigkeit erfolgt. Aus diesem Grunde sind
die Wärmeverluste des Kühlschmiermittels durch Verdampfung und Entspannung in den
Austrittsdüsen größer als die Wärmeaufnahme am bearbeiteten Werkstück. Der erwartete
Temperaturausgleich durch Wärmetausch mit der Umgebung ist nicht befriedigend.
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Es wurde daher versucht, durch Beheizung des Tanks das Kühlschmiermittel
auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Dabei hat sich aber gezeigt, daß hiermit
eine ausreichend genaue Einhaltung der gewünschten Temperatur nicht möglich ist.
Daraus folgen Maßungenauigkeiten der bearbeiteten Werkstücke.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifmaschine der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der das aus den Austrittsdüsen austretende
Kühlschmiermittel eine möglichst gleichbleibende Temperatur aufweist und die so
bei möglichst geringem konstruktivem und maschinellem Aufwand eine hochgenaue Fertigung
ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß im Zuge der
Kühlschmiermittelzuleitung eine Temperierein-
richtung zur Regelung
der Temperatur-des strömenden Kühlschmiermittels auf einen vorgegebenen Wert vorgesehen
ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Regelun#g der Temperatur des in der
Zuleitung fließenden Kühlschmiermittels wird eine feinfühlige Temperaturregelung
ermöglicht, die durch Tankbeheizung nicht zu erreichen ist.
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In Fortführung der Erfindung ist die Temperiereinrichtung zur Abgabe
von Wärme an das in der Zuleitung strömende Kühlschmiermittel und/oder zum Aufnehmen
von Wärme aus dem Kühlschmiermittel ausgebildet, es sind Meßmittel zur Erfassung
der Temperatur des in der Zuleitung strömenden Kühlachmiermittels vorgesehen,und
es ist mit der Temperiereinrichtung und dem Meßmittel eine Steueranordnung zum Steuern
der Temperiereinrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Temperatur
des Kühlschmiermittels und einer Solltemperatur im Sinne der Einhaltung einer vorgegebenen
Temperatur des Kühlschmiermittels beim Austritt aus der Austrittsdüse verbunden.
Als Temperiereinrichtung kann in der Zuleitung des Kühlschmiermittels vom Tank zur
Austrittsdüse ein gesteuert beheizbares Strömungsrohr integriert sein. Hiermit ist
insbesondereFWärmeverlusten beim Schleifen von Führungsbahnen und ähnlichen Werkstücken
möglich. Als Temperiereinrichtung kann in die Zuleitung des Kühlschmiermittels vom
Tank zur Austrittsdüse gemäß der Erfindung auch ein gesteuert kühlbares Strömungsrohr
integriert sein. Hiermit wird dem Kühlschmiermittel beim Schleifprozeß aufgenommene
Wärme wieder entzogen, wobei eine gute Konstanz der Temperatur des Kühlschmiermittels
gewährleistet ist. Üm auch eine direkte Temperierung des im Tank enthaltenen Kühlschmiermittels
zu ermöglichen, ist gemäß der Erfindung weiter vorgesehen, daß an die Zuleitung
zwischen der Temperiereinrichtung und der Austrittsdüse über ein umschaltbares Abzweigmitder
Ausgleich von
tel eine by-pass-Leitung angeschlossen ist, die unmittelbar
zum Tank zurückführt. Solange kein Kühlachmiermittelumlauf zum Werkstück erforderlich
ist, weil z. B. gerade kein Schleifprozeß stattfindet, kann die Temperiereinrichtung
über die by-pass-Leitung zur Temperierung des im Tank enthaltenen Kühlschmiermittels
genutzt werden.
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Eine besonders universell einsetzbare Schleifmaschine nach der Erfindung
weist die Merkmale auf, daß die Zuleitung eine gesteuert beheizbare und eine gesteuert
kühlbare Strömungseinrichtung in Parallelschaltung aufweist, daß mit der Steueranordnung
verbundene Schaltmittel zum Umschalten des Kühlschmiermittelstroms zur Austrittsdüse
entweder über die beheizbare oder die kühlbare Strömungseinrichtung vorgesehen sind
und daß die Steueranordnung die Umschaltung der Schaltmittel in Abhängigkeit von
der Temperatur des Kühlschmiermittels steuernd ausgebildet ist. Wenn die Wärmebilanz
des umlaufenden Kühlschmiermittels negativ ist, wenn das Kühlschmiermittel sich
also zunehmend abkühlt, wird die gesteuert beheizbare Strömungseinrichtung in den
Kühlmittelumlauf eingeschaltet.
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Umgekehrt wird die gesteuert beheizbare Strömungseinrichtung in den
Kühlschmiermittelumlauf eingeschaltet, wenn die Wärmebilanz des umlaufenden Kühlschmiermittels
positiv ist, das Kühlschmiermittel also aus dem Schleifprozeß mehr Wärme aufnimmt,
als es an die Umgebung abgibt.
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Als Schaltmittel können gesteuert betätigbare Dreiwegventile vorgesehen
sein. Natürlich können die Dreiwegventile auch von Hand umschaltbar sein, wenn vorauszusehen
ist, wie die Wärmebilanz des Kühlschmiermittels beim Schleifprozeß aussieht.
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Um die Temperatur des Kühlschmiermittels möglichst genau der Temperatur
der Umgebung anzugleichen, schlägt die
Erfindung weiter vor, daß
zur Gewinnung eines Temperatursollwerts für die Steuerung der Temperiereinrichtung
Meßmittel zur Erfassung der Temperatur eines die Umgebungstemperatur des zu bearbeitenden
Werkstückes annehmenden Temperaturnormals mit trägern Temperaturänderungsverhalten
vorgesehen sind. Als Temperaturnormal kann ein Körper großer Masse aus einem gut
wärmeleitenden Material vorgesehen sein, der im Bereich der Schleifmaschine möglichst
in der Nähe des Werkstücks liegt. Ein Temperaturmeßmittel ist in diesen Körper eingesetzt,
so daß als Temperatursollwert die Innentemperatur des Körpers erfaßt wird.
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Auf diese Weise kann ein stabiler Temperatursollwert erzeugt werden,
der von kurzzeitigen Temperaturänderungen, die beispielsweise aufgrund von zeitweiligen
Luftströmungen in der Umgebung der Schleifmaschine verursacht werden können, unbeeinflußt
ist. So sind Temperaturdifferenzen zwischen dem Kühlschmiermittel und dem Werkstück,
das ja die Umgebungstemperatur angenommen hat, weitgehend ausgeschlossen.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit einer schnell anspre chenden
Regelung der Temperatur des umlaufenden Kühlschmiermittels. Durch die Messung der
Temperatur eines in Werkstücknähe liegenden Temperaturnormals kann die Temperatur
des Kühlschmiermittels exakt auf der Werkstücktemperatur gehalten werden. Gleichzeitig
ergibt sich durch die Verwendung des erfindungsgemaß vorgeschlagenen Temperaturnormals
eine stabile Sollwert festlegung. Neben der Möglichkeit, die Temperatur des Kühlschmiermittels
der Umgebungstemperatur anzupassen, kann auch ein Temperatursollwert willkürlich
gewählt werden. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Temperierung des umlaufenden
Kühlschmiermittels umfaßt sowohl die Kühlung des Kühlschmiermittels als auch dessen
Beheizung. Daher ist die Erfindung universell für hochpräzise
Schleifmaschinen
und andere Werkzeugmaschinen einsetzbar. Durch die Verringerung der temperaturbedingten
Maßabweichungen der Werkstücke von vorgegebenen Abmessungen ergibt sich gemäß der
Erfindung eine Qua)litätsverbesserung der Erzeugnisse.
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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine Schleifmaschine nach der Erfindung mit einer
schematischen Darstellung des Kühlschmiermittelumlaufs und Figur 2 ein erweitertes
Kühlschmiermittelumlaufschema für eine Schleifmaschine.
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In Figur 1 ist eine Flach- oder Profilschleifmaschine mit Kühlmittelumlauf
und Steueranordnung für den Kühlmittelumlauf schematisch dargestellt. Die Schleifmaschine
ist generell mit 1 bezeichnet. Sie besteht aus einem Maschinenbett 2 und einer Säule
3. Auf dem Maschinenbett trägt die Schleifmaschine einen in X-Richtung verschiebbaren
Support 4, auf dem wiederum ein in Z-Richtung verschiebbarer Tisch 6 gelagert ist.
Der Tisch trägt in einer nicht gesondert gezeigten Halterung ein Werkstück 7.
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An der Maschinensäule 3 ist ein eine Schleifspindel mit einer Schleifscheibe
8 tragender Schleifkopf 9 in Y-Richtung vertikal verschiebbar angebracht. Die Schleifscheibe
8 ist mit einem Schutzgehäuse 11 umgeben, das an seiner offenen Unterseite beidseits
der Schleifscheibe 8 auf die jeweilige Bearbeitungsstelle ausgerichtete Austrittsdüsen
12 trägt, durch welche ein Kühlschmiermittelstrom zur Bearbeitungsstelle hin austritt.
Die Austrittsdüsen 12 sind durch innen am Schutzgehäuse 11 angebrachte Leitungen
13 mit einem Anschlußschlauch 14 verbunden.
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Für das Kühlschmiermittel ist ein Vorratstank 16 vorgesehen, der neben
der Schleifmaschine 1 angeordnet ist. An den Vorratstank 16 ist eine Zuführleitung
angeschlossen, die aus Leitungsabschnitten 17a, 17b und 17c besteht.
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Der erste Leitungsabschnitt 17a enthält eine Pumpe 18, mit der eine
Kühlschmiermittelströmung in der Zuführleitung aufrechterhalten wird. Der erste
Leitungsabschnitt 17a mündet gemäß der Erfindung in eine Temperiereinrichtung 19,
die im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 1 als Heizeinrichtung 21 ausgebildet
ist. Sie besteht aus einem Strömungsrohr 22 und einem das Strömungsrohr umgebenden
Heizmantel 23. Die Darstellung der Heizeinrichtung zeigt keine konstruktiven Einzelheiten,
sondern nur den schematischen Aufbau. An die Temperiereinrichtung 19
schließt
sich der zweite Leitungsabschnitt 17b der Zuführleitung an. In diesem Leitungsabschnitt
ist eine Temperaturmeßeinrichtung 24 enthalten, mit welcher die Temperatur des zu
den Austrittsdüsen 12 strömenden Kühlschmiermittels gemessen wird. An den zweiten
Leitungsabschnitt 17b der Zuführleitung ist der Zulaufanschluß eines Dreiwegeventils
26 angeschlossen. Ein Ausgang des Dreiwegeventils 26 ist über den dritten Leitungsabschnitt
17c der Zuführleitung mit dem Anschlußschlauch 14 verbunden. Der zweite Ausgang
des Dreiwegeventils 26 steht über eine by-pass-Leitung 27 mit dem Vorratstank 16
in Verbindung. Zur Betätigung des Dreiwegeventils 26 ist ein elektromagnetisches
Betätigungsorgan 28 vorgesehen, das entweder von einer Steueranordnung 29 oder von
Hand betätigt werden kann.
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An die Steueranordnung 29 sind ein einstellbarer Sollwertgeber 31
für die Einstellung einer gewünschten Temperatur für das Kühlschmiermittel, die
Temperaturmeßeinrichtung 24 im zweiten Leitungsabschnitt 17b der Zuführleitung und
eine Temperaturmeßeinrichtung 32 angeschlossen. Die Temperaturmeßeinrichtung 32
befindet sich im Innern eines Temperaturnormals 33 in Gestalt eines Materialblocks
relativ großer Masse, der in der Nähe des zu bearbeitenden Werkstücks 7 im Bereich
der Schleifmaschine 1 angeordnet ist.
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Die Steueranordnung 29 steuert in Abhängigkeit von den gemessenen
und vorgegebenen Temperaturwerten einen Thyristorleistungssteller 34, über den die
Temperiereinrichtung 19 von einer Spannungsquelle 36 mit Energie versorgt wird.
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Unter dem Support 4 der Schleifmaschine 1 ist im Maschinenbett 2 eine
Auffangwanne 37 angeordnet, die über eine
Rückführleitung 38 mit
dem Vorratstank 16 verbunden ist.
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Der Funktionsablauf der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Bei
arbeitender Schleifmaschine wird von der Pumpe 18 Kühlschmiermittel aus dem Tank
16 durch die Leitungsabschnitte 17a, 17b und 17c der Zuführleitung gepumpt. Dieses
Kühlschmiermittel durchströmt die Temperiereinrichtung 19. Im zweiten Leitungsabschnitt
17b wird die Temperatur des Kühlschmiermittels gemessen und ein dem Temperaturwert
entsprechendes Meßsignal an die Steueranordnung 29 abgegeben. Die Steueranordnung
29 vergleicht den gemessenen Temperaturwert wahlweise mit dem im Sollwertgeber 31
eingestellten Temperatursollwert oder mit dem vom Temperaturnormal 33 mittels der
Temperaturmeßeinrichtung 32 abgegriffenen Temperaturmeßwert, der sehr genau und
stabil der Umgebungstemperatur der Schleifmaschine und damit der Temperatur des
zu bearbeitenden Werkstücks 7 entspricht.
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In Abhängigkeit von Abweichungen des mit der Temperaturmeßeinrichtung
24 ermittelten Temperaturmeßwertes des Kühlachmiermittele von dem vorgegebenen Sollwert
erzeugt die Steueranordnung 29 ein Steuersignal, das den Thyristorleistungssteller
34 steuert. Dieser beeinflußt die Temperatur des Heizmantels 23 so, daß das durch
die Temperiereinrichtung 19 fließende Kühlschmiermittel die gewünschte Solltemperatur
annimmt. Mit der Temperiereinrichtung nach der Erfindung ist eine praktisch trägheitsfreie
Temperaturregelung des zu den Austrittsdüsen 12 fließenden Kühlschmiermittels möglich.
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Soll vor Beginn der Bearbeitungsvorgänge auf der Schleifmaschine 1
die Temperatur des im Tank 16 befindlichen Kühlschmiermittels rasch auf die Umgebungstemperatur
gebracht werden, so wird mittels des Betätigungsgliedes 28 das Dreiwegeventil 26
so umgeschaltet, daß ein Kühl-
mittelumlauf durch die Leitungsabschnitte
17a und 17b sowie durch die by-pass-Leitung 27 entsteht. Während die Schleifmaschine
1 für die folgenden Bearbeitungsvorgänge vorbereitet wird, kann so das Kühlschmiermittel
im Tank 16 auf eine gewünschte Temperatur eingestellt werden.
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Figur 2 zeigt einen Kühlschmiermittelumlauf und seine Steuerung mit
einer erweiterten Temperaturregelung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen
versehen wie in Figur 1. Sie bedürfen im Zusammenhang mit Figur 2 keiner besonderen
Beschreibung.
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Die in Figur 2 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der im Zusammenhang
mit Figur 1 beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß der Leitungsabschnitt 17b
der Zuführleitung in zwei parallel verlaufende Leitungsabschnitte 39a und 39b verzweigt
ist. Hierzu sind in die Zuführleitung zwei Dreiwegeventile 41 und 41' geschaltet,
die über Betätigungsglieder 42 und 42' gleichzeitig betätigbar sind. Im ersten Leitungszweig
39a ist eine Heizeinrichtung 21 angeordnet, die wie die im Zusammenhang mit Figur
1 beschriebene aufgebaut sein kann. Im zweiten Leitungszweig 39b ist eine Kühleinrichtung
43 enthalten, die aus einer Strömungsrohranordnung 44 und einem Kühlaggregat 46
besteht.
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Mittels der Pumpe 18 wird Kühlschmiermittel aus dem Tank 16 durch
die Leitungsabschnitte 17a, 39a und 17c gefördert, das nach Austritt aus den in
Figur 2 nicht dargestellten Austrittsdüsen 12 zur Bearbeitungsstelle gelangt und
durch die Rückführleitung 38 zum Tank zurückfließt. Mit der Temperaturmeßeinrichtung
24 wird die Temperatur des strömenden Kühlschmiermittels vor dem Austritt aus den
Austrittsdüsen 12 gemessen. In der Steueranordnung 29 wird
diese
Temperatur mit einem Sollwert verglichen, der entweder in der Sollwertvorgabe 31
eingestellt ist oder der vom Temperaturnormal 33 abgegriffen wird. In Abhäwigkeit
von Differenzen des gemessenen Temperaturwertes von dem Sollwert wird der Thyristor-Leistungssteller
34 von der Steueranordnung 29 angesteuert, so daß die Heizeinrichtung die für die
Regelung erforderliche Wärme an das durch den Leitungszweig 39a strömende Kühlschmiermittel
abgibt.
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Stellt die Temperaturmeßeinrichtung 24 fest, daß die Temperatur des
strömenden Kühlschmiermittels zu hoch ist, so bewirkt die Steueranordnung 29 über
die Betätigungsglieder 42 und 42', bei denen es sich um elektromagnetische Relais
handeln kann, ein Umschalten der Dreiwegeventile 41 und 41'. Dadurch wird der Kühlmittelstrom
durch den ersten Leitungszweig 39a abgesperrt und in den zweiten Leitungszweig 39b
umgelenkt. Jetzt fließt der Kühlschmiermittelstrom durch die Kühleinrichtung 43,
die dem Kühlschmiermittel Wärme entzieht. Die Kühleinrichtung 43 ist ebenfalls von
der Steueranordnung 29 in Abhängigkeit von Temperaturabweichungen vom Sollwert gesteuert.
Die beschriebene Anordnung ermöglicht somit wahlweise das Aufheizen zu kühlen Kühlschmiermittels
als auch das Abkühlen zu warmen Kühlschmiermittels. Die Umlaufanordnung gemäß der
Erfindung ist also für viele Schleifmaschinen universal einsetzbar, wobei wegen
der nahezu trägheitslosen Temperaturregelung eine zuverlässige Konstanthaltung der
Kühlschmiermitteltemperatur gewährleistet ist. Der Vergleich der Kühlschmiermitteltemperatur
mit der Temperatur eines in Werkstücknähe angeordneten Temperaturnormals 33 erlaubt
die exakte Einstellung der Kühlschmiermitteltemperatur auf die Werkstücktemperatur.
Auf diese Weise werden Temperaturdifferenzen zwischen dem Kühlschmiermittel und
dem Werkstück vermieden, was zu einer besseren Gewährleistung der angestrebten Fertigmaße
des Werkstücks führt. Die Schleifmaschine nach der Erfindung erlaubt
also
ein wesentlich präziseres Bearbeiten von Werkstücken auch großer Abmessungen, bei
denen auch geringe Temperaturabweichungen bereits nachteilig ins Gewicht fallen.
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