DE10000331C2

DE10000331C2 - Kühleinrichtung

Info

Publication number: DE10000331C2
Application number: DE10000331A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kraeuter
Original assignee: Rittal Werk Rudolf Loh GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2020-01-08
Also published as: EP1114971A2; US6446449B2; JP3600160B2; EP1114971B1; DE50009784D1; JP2001241803A; US20020002832A1; ATE291207T1; DE10000331A1; EP1114971A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Werkzeugmaschine oder dergleichen mit einem Kreis laufsystem, in dem ein Kühlmedium zirkuliert, wobei das Kühlmedium einer Temperiereinrichtung der Werkzeugmaschine zugeführt ist, wobei das Kreislauf system einen Puffertank aufweist, durch den das Kühlmedium geleitet ist, und wobei dem Kreislaufsystem eine Dosiereinheit zugeordnet ist, die über einen Regler steuerbar ist.

Solche Kühleinrichtungen werden beispielsweise verwendet, um das Maschinen bett von Präzisionsdreh- oder Fräsmaschinen zu kühlen. Das Maschinenbett wird mittels der Temperiereinrichtung auf einer Temperatur gehalten, die der Umgebungstemperatur entspricht. Dabei darf die Abweichung zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur in der Temperiereinrichtung nur sehr gering sein, vorzugsweise darf die Abweichung 2/10-3/10°C betragen.

Eine derartige Kühleinrichtung ist aus der DE 19 32 895 A bekannt. Diese Kühleinrichtung besitzt einen Sammelbehälter, in dem ein Schmiermittel bevorratet ist. Das Schmiermittel wird mittels einer Pumpe einem Verteiler zugeführt und hier in zwei Teilströme aufgeteilt. Einer der beiden Teilströme wird durch ein Kühlaggregat geleitet. Nach Durchlaufen des Kühlaggregates werden die beiden Teilströme wieder mittels einer Dosiereinheit vereinigt. Dabei werden die Teilströme so gemischt, dass ein vorgegebener Temperaturwert im gemischten Flüssigkeitsstrom eingehalten wird. Im Anschluss an die Dosier einheit gelangt das Schmiermittel in einen Zwischenbehälter und wird von dort aus einer Werkzeugmaschine zugefördert.

In der US 3,729,064 ist eine Kühleinrichtung beschrieben, bei der in einem Kreislaufsystem ein Kühlmedium zirkuliert. Die Temperatur des Kühlmediums ist dabei so gewählt, dass in der Temperiereinrichtung möglichst die Umgebungs temperatur erreicht wird. Wenn nun die Temperatur im Kreislaufsystem einen zu hohen Wert erreicht, so erkennt dies ein Regler. Der Regler steuert dann eine Dosiereinheit über die Kühlmedium in den Vorlauf, also vor der Werkzeugmaschine in das Kreislaufsystem eindosiert wird. Das externe Kühlmedium hat dabei eine niedrigere Temperatur als das im Kreislaufsystem geführte Kühlmedium. Bei dieser Art der Kühlung wird eine kurzzeitige, massive Temperaturunterscheidung im Vorlauf bewirkt, was einen Temperatursturz in der Temperiereinrichtung bewirkt. Dies ist aber unerwünscht, da insbesondere bei Präzisionsdreh- oder Fräsmaschinen Temperatursprünge zu Fertigungs ungenauigkeiten führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erwähnten Art zu schaffen, mit der zuverlässig ein dauerhaft konstantes Temperaturniveau in der Temperiereinrichtung gehalten werden kann.

Diese Ausgabe wird dadurch gelöst, dass mittels einer Dosiereinheit externes Kühlmedium dem im Kreislaufsystem zirkulierenden Kühlmedium zudosierbar ist, dass die Dosiereinheit das externe Kühlmedium in der von der Temperier einrichtung kommenden Rücklauf und vor dem Puffertank in das Kreislauf system eindosiert, dass die Kühleinrichtung einen Kältekreislauf aufweist, an dessen Verdampfer ein Kühlkreislauf angekoppelt ist, in dem das externe Kühlmedium geleitet ist, und dass mittels der Dosiereinheit eine Verbindung zwischen dem Kühlkreislauf und dem Kreislaufsystem herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird also neben dem Kreislaufsystem noch ein Kühlkreislauf bereit gestellt, in dem das externe Kühlmedium geführt ist. Dieses wird auf effektive Weise in der Kühleinrichtung klimatisiert.

Zur Schaffung eines autarken, in sich geschlossenen Systemes sieht eine mögliche Erfindungsausgestaltung vor, dass dem Puffertank ein Teiltank zugeordnet ist, wobei der Puffertank mit dem Teiltank über einen Überlauf verbunden ist, und dass durch den Teiltank ein Kühlkreislauf geführt ist, der über die Dosiereinheit in Verbindung mit dem Kreislaufsystem steht. Bei Verwendung eines Kältekreislaufes zur Kühlung des externen Kühlmediums kann es vorgesehen sein, dass die Temperatur des externen Kühlmediums im Kühlkreislauf mittels eines Temperaturfühlers überwacht ist, und dass der Temperaturfühler Teil einer Regelschaltung ist, die den Kompressor des Kältekreislaufes bei einer Temperaturunterschreitung unter einen Soll-Wert aktiviert und bei Überschreitung eines Vorgabewertes abschaltet. Mit dieser Regelschaltung wird ein energiesparender Betrieb des Kältekreislaufes bewirkt.

Bevorzugterweise weist das Kreislaufsystem einen Wärmetauscher auf, mittels dem ein Verbraucher kühlbar ist. Als Verbraucher kann beispielsweise eine Maschinensteuerung eingesetzt sein, die letztendlich zur Steuerung der zu kühlenden Werkzeugmaschine dient. Auf diese Weise wird mittels einer einzigen Kühl einrichtung eine Komplettkühlung der gesamten Werkzeugmaschine zur Verfügung gestellt.

Eine bevorzugte Erfindungsausgestaltung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass an den Regler ein der Temperiereinrichtung zugeordneter Umgebungs-Temperaturfühler und ein im Kühlmedium des Puffertankes angeordneter Puffertank-Temperaturfühler angeschlossen ist, dass der Regler eine Regelschaltung aufweist, die die Differenztemperatur zwischen dem Umgebungs- und dem Puffertemperaturfühler bildet und in Abhängigkeit des erhaltenen Differenzwertes die Dosiereinheit steuert. Der Umgebungs-Temperaturfühler kann dabei so angeordnet sein, dass er in der unmittelbaren Nähe der Temperierungsein-richtung angeordnet ist und dort die Umgebungslufttemperatur misst.

Bevorzugterweise ist die Dosiereinheit als Magnetventil ausgebildet, das ausgehend vom Regler getaktet öffen- bzw. schließbar ist.

Zur Verringerung des Teileaufwandes ist es vorgesehen, dass der Puffertank und der Teiltank von einem gemeinsamen Tank gebildet werden und über eine Schottwand voneinander abgeteilt sind, wobei die Schottwand den Überlauf bildet.

Bei der vorliegenden Anordnung sollte der Regler zur Verringerung des Teile aufwandes dazu verwendet werden die Temperatur des externen Kühlmediums auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur des im Kreislaufsystem befindlichen Kühlmediums einzuregeln.

Aus Gründen der Betriebssicherheit wird bei einer möglichen Erfindungsausgestaltung die Strömung im Kühlkreislauf mittels eines Strömungswächters überwacht.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Schemaplan einer Kühleinrichtung.

Die Kühleinrichtung weist im Wesentlichen drei Kreisläufe auf. Zum einen ist dies ein Kältekreislauf 10, zum anderen ein Kühlkreislauf 20 und weiterhin ein Kreislaufsystem 40.

Der Kältekreislauf 10 weist die üblichen Komponenten, unter anderem einen Kompressor 11, einen Verflüssiger 12, einen Sammler 13, einen Verdampfer 14 und einen Lüfter 15 auf. Die Funktionsweise eines solchen Kältekreislaufes ist allgemein bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Der Kältekreislauf steht über den Verdampfer 14 in Verbindung mit dem Kühl kreislauf 20. Über den Verdampfer 14 wird somit die in dem Kältekreislauf 10 erzeugte Kühlenergie auf das im Kühlkreislauf 20 zirkulierende Kühlmedium übertragen. Im Folgenden wird dieses Kühlmedium externes Kühlmedium genannt. Ausgehend vom Verdampfer 14 fließt das externe Kühlmedium an einem Strömungswächter 21 vorbei, der permanent den Fluß des Kühlkreis laufes 20 überwacht. Im Anschluß an den Strömungswächter 21 gelangt das externe Kühlmedium in einen Teiltank 22.1 eines Speichers 22. Der Speicher 22 ist als Kunststofftank ausgebildet. Im Anschluß an den Teiltank 22.1 wird das externe Kühlmedium über eine Pumpe 28 in einen Vorlauf eingepumpt und einem Verbraucher 29 zugeführt. Im vorliegenden Fall ist der Verbraucher 29 eine Präzisionsfräsmaschine. Hier wird die von dem Kühlkreislauf bereitgestellte Kälteleistung in der Steuerschaltung der Werkzeugmaschine benötigt. Nach dem Verbraucher 29 fließt das externe Kühlmedium wieder über den Rücklauf dem Verdampfer 14 zu, womit der Kühlkreislauf 20 geschlossen wäre. Der Speicher 22 weist neben dem Teiltank 22.1 auch noch einen Puffertank 22.2 auf. Zur Ausbildung des Teiltankes 22.1 und des Puffertankes 22.2 ist der Speicher 22 mittels einer Schottwand 22.4 in zwei Teilkammern unterteilt. Die Schottwand 22.4 ist dabei so dimensioniert, dass sie einen Überlauf 22.3 zwischen dem Teiltank 22.1 und dem Puffertank 22.2 bildet. Zur Befüllung des Speichers ist eine Füllarmatur 22.8 verwendet. Wenn der Speicher 22 entleert werden soll, so wird ein Ablaßventil 22.5 verwendet.

Das oben erwähnte Kreislaufsystem 40 durchsetzt den Puffertank 22.2. Ausgehend vom Puffertank 22.2 wird das im Puffertank 22.2 bevorratete Kühlmedium über eine Pumpe 25 in einen Vorlauf eingefördert. Über diesen Vorlauf fließt das Kühlmedium einer Temperiereinrichtung der vorstehend erwähnten Werkzeugmaschine zu. Die Temperiereinrichtung kann dabei dem Maschinenbett der Werkzeugmaschine zugeordnet sein. Sie dient dazu das Maschinenbett auf exakt dem Umgebungstemperaturniveau zu halten. Im Anschluß an die Temperiereinrichtung 26 fließt das Kühlmedium wieder über den Rücklauf dem Puffertank 22.2 zu. Damit ist das Kreislaufsystem 40 geschlossen.

Zwischen dem Kühlkreislauf 20 und dem Kreislaufsystem 40 ist eine Dosierein heit 27 in Form eines Magnetventiles eingebaut. Diese Dosiereinheit 27 verbin det den Vorlauf des Kühlkreislaufes 20 mit dem Rücklauf des Kreislaufsyste mes.

Die Kühleinrichtung weist auch einen Regler 23 auf, der verschiedene Funktionen hat. Zu einen dient er dazu eine Differenzwert-Temperaturregelung durchzuführen. Diese Differenzwert-Temperaturregelung würde unter zur Hilfenahme eines Puffertank-Temperaturfühlers 22.7 und eines Umgebungs-Tempe raturfühlers 24 durchgeführt. Der Puffertank-Temperaturfühler 22.7 ist dabei im Kühlmedium des Puffertankes 22.2 angeordnet. Der Umgebungs-Tempera turfühler 24 ist in der Werkzeugmaschine zugeordnet. Der Regler 23 bildet die Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Temperaturfühlern 22.7 und 24. Für den Fall, dass die gebildete Differenz der beiden Temperaturwerte einen Soll-Wert überschreitet, wird über eine Steuerleitung 30 die Dosiereinheit 27 angesteuert. Der dabei ausgesandte Steuerimpuls veranlaßt die Dosiereinheit 27 dazu eine räumliche Verbindung zwischen dem Kühlkreislauf 20 und dem Kreislaufsystem 40 herzustellen. Dabei gelangt dann externes Kühlmedium des Kühlkreislaufes 20 in den Rücklauf des Kreislaufsystemes 40. Das eindosierte externe Kühlmedium wird zusammen mit dem Kühlmedium des Kreislaufsyste mes 40 in den Puffertank 22.2 gefördert. Dort können die beiden Kühlmedien sich vermischen und einen Temperaturausgleich untereinander herstellen. Dadurch, dass ein Temperaturausgleich im Puffertank 22.2 stattfindet, kann eine kontinuierliche Abkühlung der Temperiereinrichtung 26 erreicht werden. Wenn die Differenztemperaturmessung ergibt, dass sich die gemessene Differenztemperatur wieder unterhalb des Soll-Wertes befindet, wird die Dosier einheit 27 wieder zum Schließen veranlaßt.

Damit der Kältekreislauf 10 nicht auf einem Dauer-Betriebszustand gehalten werden muss, ist der Regler 23 über eine, in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerleitung mit dem Kompressor 11 verbunden. Unter zur Hilfenahme eines im externen Kühlmedium des Teiltankes 22.1 angeordneten Temperaturfühlers 22.6 wird eine Festwertregelung durchgeführt. Dabei wird die Temperatur des externen Kühlmediums gemessen und mit einem Soll-Wert verglichen. Bei Überschreiten dieses Soll-Wertes wird der Kompressor 11 von dem Regler 23 angeschalten. Der Kältekreislauf 10 erzeugt dann so lange Kälteleistung, bis die am Temperaturfühler 22.6 anstehende Temperatur wieder einen Vorgabewert unterschreitet.

Claims

1. Kühleinrichtung für eine Werkzeugmaschine oder dergleichen mit einem Kreis laufsystem, in dem ein Kühlmedium zirkuliert, wobei das Kühlmedium einer Temperiereinrichtung der Werkzeugmaschine zugeführt ist, wobei das Kreislauf system einen Puffertank aufweist, durch den das Kühlmedium geleitet ist, und wobei dem Kreislaufsystem eine Dosiereinheit zugeordnet ist, die über einen Regler steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass mittels der Dosiereinheit (27) externes Kühlmedium dem im Kreis laufsystem (40) zirkulierenden Kühlmedium zudosierbar ist
dass die Dosiereinheit (27) das externe Kühlmedium in den von der Temperier einrichtung (26) kommenden Rücklauf und vor dem Puffertank (22.2) in das Kreislaufsystem (40) eindosiert,
dass die Kühleinrichtung einen Kältekreislauf (10) aufweist, an dessen Ver dampfer (14) ein Kühlkreislauf (20) angekoppelt ist, in dem das externe Kühl medium geleitet ist, und
dass mittels der Dosiereinheit (27) eine Verbindung zwischen dem Kühlkreislauf (20) und dem Kreislaufsystem (40) herstellbar ist.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass dem Puffertank (22.2) ein Teiltank (22.1) zugeordnet ist, wobei der Puffertank (22.2) mit dem Teiltank (22.1) über einen Überlauf (22.3) ver bunden ist, und
dass durch den Teiltank (22.1) der Kühlkreislauf (20) geführt ist, der über die Dosiereinheit (27) in Verbindung mit dem Kreislaufsystem (40) steht.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperatur des externen Kühlmediums im Kühlkreislauf (20) mittels eines Temperaturfühlers (22.6) überwacht ist, und
dass der Temperaturfühler (22.6) Teil einer Regelschaltung ist, die den Kompressor (11) des Kältekreislaufes (10) bei einer Temperaturunter schreitung unter einen Soll-Wert aktiviert und bei Überschreitung eines Vorgabewertes abschaltet.

4. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (20) einen Wärmetauscher aufweist mittels dem ein Verbraucher (29) kühlbar ist.

5. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass an den Regler (23) ein der Temperiereinrichtung (26) zugeordneter Temperaturfühler (24) und ein im Kühlmedium des Puffertankes (22.2) angeordneter Puffertank-Temperaturfühler (22.7) angeschlossen ist,
dass der Regler (23) eine Regelschaltung aufweist, die die Differenztem peratur zwischen dem Umgebungs- und dem Puffertank-Temperaturfühler (22.7 und 24) bildet und in Abhängigkeit des erhaltenen Differenzwertes die Dosiereinheit (27) steuert (Steuerleitung 30).

6. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (27) ein Magnetventil ist.

7. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Puffertank (22.2) und der Teiltank von einem gemeinsamen Tank gebildet werden und über eine Schottwand (22.4) voneinander ab geteilt sind, wobei die Schottwand (22.4) den Überlauf (22.3) bildet.

8. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (23) die Temperatur (Temperaturfühler 22.6) des externen Kühlmediums auf eine niedrigere Temperatur einregelt als die Tem peratur des im Kreislaufsystem (40) befindlichen Kühlmediums.

9. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung im Kühlkreislauf (20) mittels eines Strömungswäch ters (21) überwacht ist.