-
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Derartige Werkzeugmaschinen können beispielsweise zur spanabhebenden Fein- oder Feinstbearbeitung von Werkstücken verwendet werden. Weitere Einzelheiten derartiger Werkzeugmaschinen sind unter www.praezoplan erläutert.
-
Der Arbeitsraum derartiger Präzisions-Werkzeugmaschinen ist üblicherweise von einer Arbeitsraumabdeckung umgeben, so dass Kühl-/Schmiermittel, Aerosole und/oder Späne nicht in die Umgebung der Maschine austreten können.
-
Üblicherweise werden derartige Werkzeugmaschinen mit einer Absaugung versehen, über die Verunreinigungen aus dem Arbeitsraum abgesaugt werden können.
-
Die eingangs erläuterte Präzoplan-Werkzeugmaschine ist mit einer aerostatischen flächigen Führung ausgeführt. Bei derartigen Maschinen ist es besonders wichtig, die Luft im Arbeitsraum innerhalb vorbestimmter Grenzen „sauber“ zu halten. Weiterhin wichtig ist ein Absaugen von Ölnebel und Staub zur Eindämmung der Brandgefahr und die Einhaltung der maximalen Arbeitsplatz-Konzentration beim Öffnen der Türe.
-
Weiterhin sind Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen ein Arbeitsraumklima innerhalb von vorbestimmten Grenzen gehalten werden kann, um Bearbeitungsungenauigkeiten zu vermeiden, die durch Temperaturschwankungen entstehen.
-
Die
DE 10 2009 088 221 A1 zeigt eine derartige Werkzeugmaschine, bei der temperierte Luft aus einem klimatisierten Aufstellraum (z.B. einer Halle) über eine Luftzuführvorrichtung in den Arbeitsraum der Maschine gefördert wird. Bei besonders hohen Anforderungen an die Temperatureinhaltung wird ein gesondertes Klimagerät vorgeschlagen. Nachteilig an der Lösung mit dem externen Klimagerät ist bei einem nicht klimatisierten Aufstellraum der hohe Energiebedarf, da stets „neue“ Luft aus dem Aufstellraum angesaugt wird und temperiert werden muss.
-
In der
DE 601 10 716 T2 ist eine Werkzeugmaschine offenbart, bei der die Luft des Arbeitsraumes in einem Kreislauf durch einen Filter und dann zu einem Klimagerät geführt wird. Der Filter und das Klimagerät sind in die Werkzeugmaschine integriert.
-
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Werkzeugmaschine mit einem klimatisierten Arbeitsraum für Fein- oder Feinstbearbeitung eines Werkstücks zu schaffen, die weiterhin einen Luftfilter hat, der zur Wartung und Reinigung optimale Zugänglichkeit aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dient zur Bearbeitung von Werkstücken, die in einem gegenüber der Umgebung weitgehend geschlossenen Arbeitsraum angeordnet sind und dort mittels eines Werkzeugs bearbeitet werden. Die Werkzeugmaschine ist mit einer Absaugung ausgeführt, über die mit Kühl-/Schmiermitteln, Aerosolen oder sonstigen Partikeln beladene Luft abgesaugt werden kann. Erfindungsgemäß hat die Werkzeugmaschine eine dezentral angeordnete Filteranlage zum Filtern der Luft und zum Abführen der Verunreinigungen. Stromabwärts dieser Filteranlage ist eine Temperiereinheit angeordnet, über die die gefilterte Luft (Filtrat) auf eine gewünschte Arbeitstemperatur gebracht werden kann. Des Weiteren ist eine Rückführung vorgesehen, über die die temperierte Luft indirekt wieder dem Arbeitsraum zugeführt wird. Sie wird zuerst in den Maschinenraum geschickt, um die gesamte Maschinenstruktur auf gleiche Temperatur zu bringen.
-
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung einer Absaugung, einer Filteranlage und einer Temperiereinheit sowie einer Rückführung kann die Luft im Hinblick auf die Verunreinigungen bei optimierter Arbeitstemperatur innerhalb von vorbestimmten Grenzen gehalten werden, so dass eine optimale Arbeitsumgebung während der spanabhebenden Bearbeitung gewährleistet ist und Strukturkomponenten der Maschine auf dieselbe Temperatur temperiert werden. Dabei ist die Filteranlage durch ihre dezentrale Anordnung einfachstmöglich zugänglich.
-
Insbesondere werden durch die erfindungsgemäße Temperiereinheit Werkzeuge, Werkstücke und ein Maschineschlitten im Arbeitsraum temperiert. Ebenso wird die gesamte Maschinenstruktur hinter dem Arbeitsraum temperiert.
-
Zusätzlich können auch Werkzeuge und/oder Werkstücke in einem Speicher der Werkzeugmaschine temperiert werden, bevor sie zum Einsatz kommen.
-
Die Filteranlage kann einen elektrostatischen Filter und/oder einen mechanischen und/oder einen sonstigen geeigneten Luftfilter aufweisen.
-
In dem Fall, in dem ein mechanischer Filter vorgesehen ist, kann dieser mit einem Filtervlies ausgeführt sein. Selbstverständlich sind auch zur optimalen Filtration mehrere Filtereinheiten parallel oder in Reihe schaltbar, wobei diese jeweils nach unterschiedlichen Konzepten arbeiten können.
-
Zum Temperieren der gefilterten Luft wird vorzugsweise ein Wärmetauscher vorgesehen. Dieser ist bei einem konkreten Ausführungsbeispiel als Luft-/Wasser-Wärmetauscher oder als Luft/Öl-Wärmetauscher ausgeführt. Alternativ kann der Wärmetauscher auch als Luft/Kühlschmiermittel-Wärmetauscher ausgeführt sein, wodurch das für die Bearbeitung nötige Kühlschmiermittel genutzt werden kann. In der Regel wird der Wärmetauscher zum Kühlen der Luft dienen, wobei das Kühlwasser bzw. Kühlöl bzw. Kühlschmiermittel erwärmt wird.
-
In der Regel wird die Luft vor dem Zurückführen in den Arbeitsraum abgekühlt. Dementsprechend wird dann der Temperiereinheit ein Kühlaggregat zugeordnet. Dann dient dieses zum Wieder-Herunterkühlen des Kühlwassers bzw. Kühlöls bzw. Kühlschmiermittels. Gemäß dem Begriff „Temperierung“ ist auch ein Aufheizen der Luft möglich. Das Ziel ist eine definierte konstante Temperatur.
-
Zur Temperierung aller Komponenten (Spindel, Kühlschmiermittelbehälter, Werkstücke im Speicher, Drehachsen, Luft-Wasser-Wärmetauscher, Maschinenstruktur, Schlitten, Motoren und Arbeitsraum) können mehrere Kühlgeräte eingesetzt werden. Vorteilhaft ist die Verwendung eines einzelnen Gerätes mit mehreren (verzweigten) Kühlkreisläufen. Dadurch wird gewährleistet, dass alle Komponenten die identische Temperatur aufweisen, so dass das Gesamtsystem keine Temperaturunterschiede hat und sich dadurch keine thermischen Verlagerungen ergeben.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Werkzeugmaschine mit Luft-/Wasser-Wärmetauscher oder mit Luft/Öl-Wärmetauscher wird über das Kühlwasser bzw. über das Kühlöl zumindest eine weitere Komponente oder ein Bauteil der Werkzeugmaschine gekühlt. Dieses Bauteil kann eine Spindel oder ein Kühlschmiermittelbehälter oder eine Drehachse sein.
-
Üblicherweise wird die Absaugung mit einer derartigen Leistung ausgelegt, dass die Luft praktisch in dem Reinigungs-Temperierkreislauf gehalten werden kann. Für den Fall, dass sich der Strömungswiderstand erhöht (beispielsweise bei einem sich zusetzenden Filter) können zusätzliche Fördermittel, beispielsweise Pumpen, vorgesehen sein.
-
Wie erläutert ist die Filteranlagedezentral angeordnet. Vorzugsweise sind auch die Absaugung und die Temperiereinheit dezentral angeordnet. Damit sind diese mit der erfindungsgemäßen dezentralen Filteranlage kombinierbar, so dass diese Komponenten nachrüstbar ausgeführt sein können.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat die Aufbereitungsanlage – z.B. die Filteranlage – einen Ölabscheider und/oder einen Wasserabscheider für die tröpfchenförmigen Verunreinigungen der zu temperierenden Luft.
-
Nach der Rückführung kann die temperierte Luft durch einen durch eine Verkleidung begrenzten Maschinenraum der Werkzeugmaschine geführt werden. Dabei ist eine Abzweigung eines Teils der temperierten Luft oder eine Durchführung der gesamten temperierten Luft möglich. Im letzten Fall ist eine Durchführung durch den Maschinenraum möglich, nachdem sie den Arbeitsraum durchströmt hat oder – besonders bevorzugt – bevor sie den Arbeitsraum durchströmt hat.
-
Dazu dient vorzugsweise eine Überströmvorrichtung für die temperierte Luft von dem Maschinenraum in den Arbeitsraum. Die Überströmvorrichtung hat insbesondere geometrisch bestimmte Kanäle oder Öffnungen, z.B. Schlitze.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist über die temperierte Luft auch ein Kühlschmiermittelbehälter oder ein Maschinengestell temperierbar. Dieser bzw. dieses kann im Maschinenraum angeordnet sein.
-
Um eine Wärmerückgewinnung eines Teils der in der Luft aufgenommen Abwärme des Arbeitsraums und ggf. der weiteren Komponente oder des Bauteils zu ermöglichen, kann ein Luft/Luft Wärmetauscher vorgesehen werden.
-
Dabei wird es bevorzugt, wenn der Luft/Luft Wärmetauscher stromaufwärts vom Luft-/Wasser-Wärmetauscher bzw. vom Luft/Öl-Wärmetauscher bzw. vom Luft/Kühlschmiermittel-Wärmetauscher angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Luft/Luft Wärmetauscher zwischen der Filteranlage und dem Luft-/Wasser-Wärmetauscher bzw. dem Luft/Öl-Wärmetauscher bzw. dem Luft/Kühlschmiermittel-Wärmetauscher angeordnet. Es findet unter Wärmerückgewinnung ein Luftaustausch statt. Dadurch können nicht filtrierbare Stoffe an die Umgebung entsorgt werden, so dass sich im Kreislauf keine Konzentrationserhöhung ergibt.
-
Ein weiterer Vorteil kann sich für die Umgebungsluft ergeben durch die Abfuhr der gesamten Wärme der Werkzeugmaschine mittels des Kühlaggregates. Dadurch, dass auch die Wärme des Arbeitsraumes abgeführt wird, ergibt sich bei einem Standort des Kühlaggregats außerhalb der Maschinenhalle keine Erwärmung der Umgebung durch dieses System.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine dreidimensionale Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
-
2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine gemäß 1;
-
3 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine; und
-
4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.
-
Die in 1 und 2 dargestellte Werkzeugmaschine 1 ist nach dem Präzoplan-Konzept ausgebildet, bei dem ein Werkstückschlitten 2 aerostatisch flächig gelagert ist. Dieser ist in einem Arbeitsraum 4 angeordnet, der von einer Arbeitsraumabdeckung 6 umgeben ist, die in der Darstellung gemäß 1 der besseren Verständlichkeit halber geöffnet ist. Während der Bearbeitung des Werkstücks wird die Luft im Arbeitsraum 4 mit Kühl-/Schmiermittel, Aerosolen und Feststoffpartikeln (Spänen) beladen und zusätzlich auch erwärmt.
-
Um diese Verunreinigungen der Luft abzuführen, ist der Werkzeugmaschine 1 eine Aufbereitungsanlage 8 zugeordnet. Diese besteht im Prinzip aus einer dezentralen Arbeitsraum-Absaugung 10, die über eine Abführverrohrung 12 mit dem Arbeitsraum 4 verbunden ist. Diese Absaugung 10 ist so ausgelegt, dass die verunreinigte/beladene Luft aus dem Arbeitsraum 4 abgezogen werden kann.
-
In baulicher Einheit mit dieser Absaugung 10 ist ein Luftfilter, vorzugsweise ein elektrostatischer Luftfilter 14 vorgesehen, über den die Aerosole, Kühl-/Schmiermittel und Feststoffe aus der Luft abgezogen werden können. Diese gereinigte Luft wird dann über eine Verbindungsverrohrung 16 einem Luft-/Wasser-Wärmetauscher 18 zugeführt, in dem die gereinigte Luft auf eine vorbestimmte Arbeitsraumtemperatur gebracht wird. In der Regel handelt es sich um eine Abkühlung der sich während der Bearbeitung erwärmenden Luft. Dem entsprechend ist dem Wärmetauscher 18 ein zentrales Kühlaggregat 20 zugeordnet, das über eine Kühlverrohrung 22 mit dem Wärmetauscher 18 verbunden ist und das „Kühlmedium“ Wasser im Kreislauf kühlt, so dass dieses Kühlmedium in Wärmetausch mit der gereinigten Luft treten kann.
-
Die gereinigte und abgekühlte Luft wird dann über eine Einspeiseverrohrung 24 wieder dem Arbeitsraum 4 zugeführt, so dass dieser im Hinblick auf die Temperatur und die Belastung mit Kühl-/Schmiermitteldämpfen, Aerosolen und Feststoffpartikeln in Bereichen gehalten werden kann, die eine ordnungsgemäße Bearbeitung der Werkstücke ermöglichen. In den Darstellungen gemäß den 1 und 2 weiterhin sichtbar sind ein Bedienpult 26, eine Schwerkraftbandfilteranlage 28 mit Eintauchkühlaggregat und einem Späneförderer 30 mit einem Spänewagen.
-
3 zeigt einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 101 mit einer dezentralen Aufbereitungsanlage 108, die räumlich von einer Verkleidung 132 der Werkzeugmaschine 101 beabstandet ist.
-
Die Verkleidung 132 begrenzt einen Maschinenraum 134, in dem ein Kühlschmiermittelbehälter (in 3 nicht gezeigt) aufgenommen ist. Die Werkzeugmaschine 101 wird von der durch die Aufbereitungsanlage 108 aufbereiteten Zuluft derart durchströmt, dass diese zunächst durch den Maschinenraum 134 und danach über eine Überströmvorrichtung 136 in den Arbeitsraum 4 strömt. Die Überströmvorrichtung 136 hat dazu mehrere Öffnungen, die in einer Zwischenwand 137 gebildet sind, die den Maschinenraum 134 vom Arbeitsraum 4 trennt.
-
Die Überströmvorrichtung 136 kann Brüsten enthalten, die ein Überströmen der Luft ermöglichen aber das Ausdringen von Aerosolen, Partikeln und Flüssigkeiten aus dem Arbeitsraum 4 verhindern.
-
Vom Arbeitsraum 4 wird die gesamte Abluft über die Abführverrohrung 12 zurück zur Aufbereitungsanlage 108 gefördert. Diese besteht aus dem Luftfilter 14 und zusätzlich einem Ölabscheider 138 und einem Wasserabscheider 140. Die so gereinigte Luft wird über die Verbindungsverrohrung 16 zum Luft-/Wasser-Wärmetauscher 18 geführt. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ist in der Verbindungsverrohrung 16 ein Luft/Luft-Wärmetauscher 142 vorgesehen, über den die Abwärme der Werkzeugmaschine 101 teilweise rückgewonnen werden kann. Dazu wird (gemäß einem ersten Pfeil) Frischluft zum Wärmetauscher 142 zugeführt und die erwärmte Luft als Fortluft (gemäß einem weiteren Pfeil) abgeführt.
-
Die Verbindungsverrohrung 16 mündet in dem Luft/Wasser-Wärmetauscher 18, der über die Kühlverrohrung 22 mit Kühlwasser durchströmt wird, das seinerseits in den Kühlaggregat 20 wieder heruntergekühlt wird. Somit strömt aus dem Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 und damit aus der Aufbereitungsanlage 108 gereinigte und abgekühlte Zuluft heraus, die über die Einspeiseverrohrung 24 dem Maschinenraum 134 der Werkzeugmaschine 101 wieder zugeführt wird. Über (nicht näher gezeigte) Regelungstechnik wird eine Zieltemperatur der Zuluft eingehalten, so dass die Werkzeugmaschine 101 und ihre Komponenten nur minimaler Ausdehnung auf Grund von Erwärmung unterliegen, so dass im Arbeitsraum 1 Feinstbearbeitung von Werkstücken mit optimierter Präzision möglich ist.
-
Über einen Bypass 144, der durch eine Klappe zu öffnen ist, wird der Frischluftstrom direkt vor den Wärmetauscher 18 geleitet. Dabei durchströmt die Frischluft den Luft/Luft Wärmetauscher 142 nicht. Der Bypass 144 kann geöffnet werden, wenn die Umgebungstemperatur etwa (innerhalb weniger Kelvin, so dass sie vom Wasser-Luft-Wärmetauscher 18 noch wirkungsvoll temperiert werden kann) der Soll-Zulufttemperatur entspricht. Somit wirkt der Bypass 144 vorteilhaft zur Energieeffizienz, indem die Wärme der Werkzeugmaschinen direkt an die Umgebung abgegeben werden kann.
-
Der Bypass 144 kann auch in das System aus 1 geschaltet werden, damit wird dann vor dem Wärmetauscher 18 direkt Raumluft angesaugt.
-
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 201 in einer seitlichen schematischen Darstellung und eine Aufbereitungsanlage 208 in einer grob schematischen Darstellung. Die Werkzeugmaschine 201 hat ein Gestell 244, an dem eine Spindel 245 aufgenommen und hochpräzise geführt ist. Das Gestell 244 wird über eine Verbindung 246 von der aufbereiteten Zuluft der Aufbereitungsanlage 208 versorgt. Genauer gesagt strömt ein Teil der Zuluft durch das Gestell 244 in den Arbeitsraum 204 und ein anderer Teil in den Maschinenraum 234. Der für den Arbeitsraum 204 bestimmte Teil der Zuluft temperiert bzw. kühlt die Spindel 245, das (nicht gezeigte) Werkzeug und das (ebenfalls nicht gezeigte) Werkstück. Dabei strömt dieser Teil der Zuluft auch an einem Temperatursensor 248 vorbei, über den die korrekte Temperierung des Arbeitsraums 204 überwacht wird. Der andere Teil der aufbereiteten Zuluft kühlt im Maschinenraum 234 Bauteile einer Zustelleinrichtung 250 für das Werkstück und weiterhin einen Kühlschmiermittelbehälter 252. Damit ist auch das Kühlschmiermittel der Werkzeugmaschine 201 temperiert, wenn es mit dem Werkstück und dem Werkzeug in Berührung kommt, so dass die Temperierung bzw. Temperatur des Werkzeugs und des Werkstücks erhalten bleiben.
-
Abluftseitig werden die beiden Teile der Luftströmung wieder zusammengeführt und der Aufbereitungsanlage 208 zugeführt. Genauer gesagt strömt die Abluft zunächst an einem weiteren Temperatursensor 248 der Aufbereitungsanlage 208 vorbei, um die Temperiereinheit zu steuern. Diese hat den Luft/Wasser-Wärmetauscher 18 gemäß 3 und eine Heizung 256.
-
In der Aufbereitungsanlage 208 stromab des Luft/Wasser-Wärmetauschers 18 sind ein Diffusor 254 und die Heizung 256 angeordnet. Die Heizung 256 wird zum Beispiel betrieben, um bei einem Anlauf der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine 201 diese auf die spätere Betriebstemperatur vorzuwärmen.
-
Schließlich wird die vollständig aufbereitete Zuluft über die Absaugung 210 und über die Verbindung 246 der Werkzeugmaschine 201 wieder zugeführt.
-
Offenbart ist eine Werkzeugmaschine mit einer dezentralen Absaugung, Filteranlage und Temperiereinheit.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Werkzeugmaschine
- 2
- Werkstückschlitten
- 4
- Arbeitsraum
- 6
- Arbeitsraumabdeckung
- 8
- Aufbereitungsanlage
- 10
- Absaugung
- 12
- Abführverrohrung
- 14
- Luftfilter
- 16
- Verbindungsverrohrung
- 18
- Wärmetauscher
- 20
- Kühlaggregat
- 22
- Kühlverrohrung
- 24
- Einspeiseverrohrung
- 26
- Bedienpult
- 28
- Schwerkraftbandfilteranlage
- 30
- Späneförderer
- 101
- Werkzeugmaschine
- 108
- Aufbereitungsanlage
- 132
- Verkleidung
- 134
- Maschinenraum
- 136
- Überströmvorrichtung
- 137
- Zwischenwand
- 138
- Ölabscheider
- 140
- Wasserabscheider
- 142
- Luft/Luft Wärmetauscher
- 144
- Bypass
- 201
- Werkzeugmaschine
- 204
- Arbeitsraum
- 208
- Aufbereitungsanlage
- 210
- Absaugung
- 234
- Maschinenraum
- 244
- Gestell
- 245
- Spindel
- 246
- Verbindung
- 248
- Temperatursensor
- 250
- Zustelleinrichtung
- 252
- Kühlschmiermittelbehälter
- 254
- Diffusor
- 256
- Heizung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009088221 A1 [0007]
- DE 60110716 T2 [0008]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-