DE10132857A1 - Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels und Verfahren zum Bestimmen der Schmiermittelmenge - Google Patents

Abstract

Eine Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels durch wenigstens einen Schmierkanal eines Werkzeuges hindurch zu einer Bearbeitungsstelle für ein Werkstück mit wenigstens einem den Schmiermittelstrom für eine Minimalmengenschmierung steuernden Steuerteil sowie ein Verfahren zum Bestimmen der Schmiermittelmenge für die Schmierung eines rotierenden Werkzeugs mit wenigstens einem integrierten Schmierkanal an einer Bearbeitungsstelle für ein Werkstück sind bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind Mittel zum Speichern eines Kennfeldes aus verschiedenen Werkzeugparametern vorgesehen, wobei die Werkzeugparameter wenigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanals im Bereich der Bearbeitungsstelle umfassen, und es sind Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes mit Hilfe der durch die Mittel zum Speichern vorgegebenen Daten des Kennfeldes vorgesehen, die mit dem Steuerteil verbunden sind. DOLLAR A Einsatz für Werkzeugmaschinen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels, insbesondere durch wenigstens einen Schmierkanal eines Werkzeugs hindurch, zu einer Bearbeitungsstelle für ein Werkstück mit wenigstens einem den Schmiermittelstrom für eine Minimalmengenschmierung steuernden Steuerteil sowie ein Verfahren zum Bestimmen der Schmiermittelmenge für die Schmierung des Werkzeugs.
• Aus der DE 197 25 345 A1 ist eine Schmiervorrichtung für eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der Schmiermittel direkt zu der Bearbeitungsstelle des Werkzeugs an einem entsprechenden Werkstück gebracht wird. Zur Zufuhr des Schmiermittels, das neben Schmier- auch Kühlfunktionen aufweisen kann, an die Bearbeitungsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück ist in dem rotierbaren Werkzeug wenigstens ein Schmierkanal vorgesehen, der im Bereich der Bearbeitungsflächen des Werkzeugs mit Austrittsöffnungen versehen ist. In seiner in einem Werkzeughalter eingespannten Funktionsposition ist der Schmierkanal an eine Schmiermittelleitung angeschlossen, die zumindest teilweise innerhalb der Werkzeugmaschine verläuft. Um eine weitgehende Trockenbearbeitung des Werkstücks mittels des Werkzeugs zu erzielen, erfolgt die Schmiermittelzufuhr durch die Schmiervorrichtung mittels des Systems der sogenannten Minimalmengenschmierung. Bei dieser Minimalmengenschmierung werden der zu schmierenden und gegebenenfalls zu kühlenden Bearbeitungsstelle pro Stunde vorzugsweise zwischen 10 und 100 ml Schmiermittel zugeführt, wobei die entsprechende Menge vom jeweils eingesetzten Werkzeug und vom jeweils vorzunehmenden Bearbeitungsvorgang abhängt. Um eine schnelle Zufuhr des Schmiermittels zur Bearbeitungsstelle erzielen zu können, wird das Schmiermittel in einer dem Schmierkanal innerhalb des Werkzeugs vorgelagerten Mischkammer mit einem unter Druck stehenden Gas, vorzugsweise Luft, vermischt und mittels dieser Druckluft in winzige Tröpfchen zerteilt oder als Schlieren an der Kanalwandungsfläche entlang gefördert und zur Bearbeitungsstelle geblasen. Das unter Druck stehende Gas dient somit als Fördermittel für das Schmiermittel. Bis zur Mischkammer werden das Schmiermittel und das Fördermittel über getrennte Leitungen zugeführt. Eine derartige getrennte Zufuhr wird nachfolgend als Zweikanalsystem bezeichnet. Die Schmiermittelzufuhr wird durch eine Steuereinrichtung gesteuert. Zur Dosierung des Schmiermittels ist ein als hochdynamisches 2/2-Wegeventil gestaltetes Schnellventil vorgesehen, dessen Öffnungs- und Taktzeit das entsprechende Dosiervolumen bestimmt. Die Steuerung des Schnellventils erfolgt über die Steuereinrichtung, die auch die Dosierung der Luft, d. h. des Fördermittels, vornimmt. Die Steuervorrichtung ist Teil der Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine. Die Einstellwerte, die der Steuervorrichtung und der entsprechenden Maschinensteuerung zugrunde liegen, werden für jedes Werkzeug entweder durch Versuche ermittelt oder aufgrund der Erfahrung der Bedienpersonen definiert. Hierdurch können Fehleinstellungen entstehen. Optimale Werte werden nur in seltenen Fällen realisiert. Bei zu hohen Einstellwerten sind Verschmutzungen des Umfeldes und ein schlechter Wirkungsgrad der Schmierung die Folge. Auch Beschädigungen oder Ausfälle des Werkzeugs und geringe Schnittleistungen der Werkzeugmaschine können auftreten.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gegenüber dem Stand der Technik flexiblere und exaktere Schmiermittelmengenzufuhr ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird für die Steuereinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass Mittel zum Speichern eines Kennfeldes aus verschiedenen Werkzeugparametern vorgesehen sind, wobei die Werkzeugparameter wenigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales im Bereich der Bearbeitungsstelle und/oder die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang umfassen, und dass Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes mit Hilfe der durch die Mittel zum Speichern vorgegebenen Daten des Kennfeldes vorgesehen sind, die mit dem Steuerteil verbunden sind. Durch die Erfindung ist der Schmiermittelstrom in physikalischen Größen erfassbar, wodurch sich gegenüber dem Stand der Technik eine bessere und reproduzierbare Dosierung ergibt. Beim Stand der Technik waren lediglich indirekte Größen wie eine Drosselstellung oder ähnliches erfassbar. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine individuelle Berechnung der benötigten Schmiermittelmenge für das jeweils eingesetzte Werkzeug, wobei insbesondere die Zugrundelegung der unmittelbar an der zu schmierenden Bearbeitungsstelle befindlichen Austrittsflächen des Schmierkanales und/oder die Abspeicherung der Schnittgeschwindigkeit eine relativ genaue Berechnung und demzufolge eine exakte Dosierung der benötigten Schmiermittelmenge gewährleistet. Ein manueller Eingriff für die Einstellung der Schmiermittelmenge wird erfindungsgemäß vermieden. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für das zuvor beschriebene Zweikanalsystem. Die erfindungsgemäße Lösung ist in gleicher Weise aber auch für Einkanalsysteme einsetzbar, bei denen das Schmiermittel in Form eines Schmierstoff-/Luftgemisches als Aerosol in einer einzigen Schmiermittelleitung zugeführt wird. Andere geeignete Werkzeugparameter, die eine relativ genaue Berechnung der benötigten Schmiermittelmenge durch die Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes gewährleisten, sind insbesondere die Bearbeitungsart, insbesondere Bohren, Reiben oder Honen, das Material des Werkstücks und die hierfür benötigte Drehzahl des Werkzeugs oder auch der Werkzeugdurchmesser. Geeignete Werkzeugparameter sind auch der Vorschub des Werkzeugs pro Umdrehung, die Anzahl der Werkzeugschneiden oder ähnliche Daten. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es auch möglich, den jeweils benötigten Schmiermittelstrom im Klartext, d. h. durch direkte physikalische Größen, definiert abzurufen. So ist es insbesondere möglich, den Schmiermittelstrom in ml/h abzurufen. Somit wird eine exakte und reproduzierbare Minimalmengenschmierung erreicht. Die Berechnung erfolgt anhand von experimentell ermittelten oder physikalischen Formeln für den Schmiermittelstrom im Bereich der Austrittsflächen, wobei alle bekannten physikalischen Daten für die Schmiermittelzufuhr wie Druck, Viskosität und ähnliches mit herangezogen werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist auch für ein externes Dosiersystem einsetzbar, bei dem das Schmiermittel mittels eines Schnellventils oder eines anderen, geeigneten Dosiermittels von außen auf das Werkzeug gespritzt wird. Maßgebliche Werkzeugparameter hierfür sind Werkzeugdurchmesser im Bearbeitungsbereich sowie Werkzeugdrehzahl bei einem entsprechenden Bearbeitungsvorgang, woraus sich die für die Mengenbestimmung des Schmiermittels wesentliche Schnittgeschwindigkeit ergibt.
• In Ausgestaltung der Erfindung, wobei das Werkzeug für die Positionierung an der Bearbeitungsstelle aus einem mehrere Werkzeuge umfassenden Werkzeugmagazin entnehmbar ist, und wobei jedem Werkzeugaufnahmeplatz innerhalb des Werkzeugmagazins Mittel zum Erfassen der Entnahme des Werkzeugs und Mittel zum Erfassen der Positionierung des Werkzeugs für einen Bearbeitungsvorgang zugeordnet sind, sind für jedes Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin die Mittel zum Speichern eines Kennfeldes, die wenigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales im Bereich der Bearbeitungsstelle und/oder die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs umfassen, sowie die Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes individualisiert, und die Mittel zum Speichern sind gemeinsam mit den Mitteln zum Erfassen der Werkzeugentnahme und den Mitteln zum Erfassen der Werkzeugpositionierung derart mit den Mitteln zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes gekoppelt, dass die Mittel zum Bestimmen des Schmiermittelstromes die entsprechend benötigte Menge anhand der Werkzeugparameter des jeweils in der Bearbeitungsposition befindlichen Werkzeuges vornehmen. Durch die Individualisierung ist es auch bei einer eine Vielzahl von in einem Werkzeugmagazin abgelegten Werkzeugen aufweisenden Werkzeugmaschine möglich, je nach gewähltem Werkzeug eine exakte Schmiermitteldosierung an der Bearbeitungsstelle zu ermöglichen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wobei stromaufwärts der Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales eine Mischkammer vorgesehen ist, in die neben einer Schmiermittelleitung eine Fördermittelleitung zur Vermischung von Schmiermittel mit Fördermittel mündet, und wobei eine Steuereinheit für die Zufuhr des Fördermittels zu der Mischkammer vorgesehen ist, weist die Steuereinheit Mittel zum Bestimmen des zur Mischkammer geförderten Fördermittelstromes anhand der Daten des Kennfeldes, insbesondere anhand der Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales, auf. Diese Ausgestaltung ist für das sogenannte Zweikanalsystem vorgesehen, bei dem Fördermittel und Schmiermittel in getrennten Leitungen einer Mischkammer zugeführt und in dieser vermischt werden. Durch die beschriebene Ausgestaltung ist auch eine relativ exakte Berechnung des benötigten Fördermittelstromes möglich. Zur Erhöhung der Berechnungsgenauigkeit des benötigten Fördermittelstromes können auch die zuvor bereits beschriebenen weiteren Werkzeugparameter ergänzend herangezogen werden. Für die benötigte Fördermitteldosierung ist es somit möglich, durch die beschriebene Berechnung Einstellwerte im Klartext, vorzugsweise in Nm³/h, vorzusehen. Auch hier werden ergänzend wahlweise bekannte physikalische Daten der Fördermittelzufuhr mit herangezogen. Insbesondere für die Dosierung eines gasförmigen Fördermittelstromes ist es zweckmäßig, die Summe der Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanals im Werkzeug zu erfassen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Fördermittelleitung wenigstens ein Sensormittel zur Erfassung des Fördermittelstromes zugeordnet, die Steuereinheit der Fördermittelleitung weist wenigstens ein Steuerglied zur Einstellung des Fördermittelstromes auf, und es ist eine Regeleinheit vorgesehen, die die durch das Sensormittel erfassten Daten mit in einem Datenspeicher abgelegten Sollwerten für den benötigten Fördermittelstrom vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs das Steuerglied für eine Reduzierung, Konstanthaltung oder Erhöhung des Fördermittelstromes ansteuert. Hierdurch wird eine Fördermittelmengenregelung im geschlossenen Wirkungskreis erzielt. Vorzugsweise wird als Fördermittel Druckluft eingesetzt. Dabei kann mittels des Sensormittels entweder direkt der Luftstrom erfasst werden, beispielsweise über eine Messturbine oder eine anders gestaltete Luftstromerfassung. Auch indirekt kann eine Luftstromerfassung durch einen Differenzdrucksensor mit zugeordneter Messblende erfolgen, wobei der geregelte Differenzdruck dem gewünschten Luftstrom entspricht. Zur Luftstromerfassung wird der Luftstrom insbesondere mit wenigstens einem 2/2-Wege- oder Druckminder-Proportionalventil gedrosselt. Anstelle eines Proportionalventils können auch mehrere definierte Drosseln eingesetzt werden, die mit Hilfe von Wegeventilen je nach Bedarf zugeschaltet werden. Einem Proportionalventil kann auch wenigstens eine zuschaltbare Drossel in Parallelschaltung beigefügt werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Sensormittel stromaufwärts und/oder stromabwärts des Steuergliedes in der Fördermittelleitung angeordnet. Beim Vorsehen mehrerer Sensormittel, insbesondere Messblenden, wird vorzugsweise eine Zuschaltung mit Hilfe von Wegeventilen je nach Bedarf vorgesehen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Steuereinheit der Fördermittelleitung und der Steuerteil der Schmiermittelleitung druckabhängig derart miteinander gekoppelt, dass im Bereich eines Steuergliedes für die Dosierung der Schmiermittelmenge eine konstante Druckdifferenz zwischen dem eingeleiteten Schmiermittelstrom und dem eingeleiteten Fördermittelstrom gegeben ist. Aufgrund der konstanten Druckdifferenz im Bereich des Steuergliedes ermöglicht die Berechnung sowohl des benötigten Schmiermittelstromes als auch des benötigten Fördermittelstromes relativ exakte Dosierungen im Bereich der Mischkammer und demzufolge auch definierte Weiterleitungen von Schmiermittel und Fördermittel bis zur Bearbeitungsstelle. Dadurch, dass abhängig vom Fördermitteldruck die Druckdifferenz an dem Steuerglied, insbesondere einem Schnellventil, konstant gehalten wird, ist die Öffnungs- und Zykluszeit des Steuergliedes maßgeblich bestimmender Faktor für den durch das Steuerglied dosierten Schmiermittelstrom.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Steuereinheit der Fördermittelleitung und der Steuerteil der Schmiermittelleitung kontinuierlich oder getaktet arbeitende Steuerglieder auf. Derartige Steuerglieder sind insbesondere volumetrische Dosierelemente, Wege- oder Proportionalventile, Drosseln, aber auch pneumatische Taktgeber, Nockenwellen oder ähnliches.
• Für das eingangs genannte Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass als Werkzeugdaten wenigstens die Summe der Austrittsflächen eines in dem Werkzeug integrierten Schmierkanales im Bereich der Bearbeitungsstelle für ein Werkstück und/der die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs erfasst wird, und dass unter Zuhilfenahme der Werkzeugdaten die benötigte Schmiermittelmenge für jeden Bearbeitungsvorgang berechnet wird. Durch die Erfassung der Austrittsflächen des Schmierkanales und/oder der Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs sind insbesondere auch Schmiermittel- und Fördermittelgeschwindigkeit im Austrittsbereich, d. h. unmittelbar an der Bearbeitungsstelle, berechenbar. Somit ist eine äußerst exakte und reproduzierbare Minimalmengenschmierung erzielbar. Maßgeblich für die Schmiermittelzufuhr ist insbesondere die Schnittgeschwindigkeit, für die Fördermittelzufuhr sind insbesondere die Austrittsflächen des Schmierkanales an der Bearbeitungsfläche maßgeblich. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für die integrierte Schmiermittel-/Fördermittelzufuhr, als auch für die externe Zufuhr mittels einer außerhalb des Werkzeugs angeordneten Dosiereinrichtung, die Schmiermittel auf die Bearbeitungsstelle des Werkzeugs "schießt".
• In Ausgestaltung des Verfahrens werden weitere, die benötigte Schmiermittelmenge beeinflussende Werkzeugdaten erfasst und der Berechnung der Schmiermittelmenge zugrunde gelegt. Diese weiteren, die benötigte Schmiermittelmenge beeinflussenden Werkzeugdaten sind oben bereits aufgeführt worden. Die Exaktheit der Berechnung der benötigten Schmiermittelmenge wird durch die Erfassung zusätzlicher Werkzeugdaten verbessert.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die erfassten Werkzeugdaten der Berechnung einer mit dem Schmiermittel zu vermischenden Fördermittelmenge zugrundegelegt. Hierdurch ist auch eine relativ exakte Berechnung der benötigten Fördermittelmenge möglich. Das Verfahren eignet sich somit insbesondere für den Einsatz bei dem oben beschriebenen Zweikanalsystem.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
• Fig. 1 zeigt schematisch in einem Blockschaltbild eine Werkzeugmaschine, die mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels zu einem Werkzeug versehen ist,
• Fig. 2 in vergrößerter Schnittdarstellung die Halterung eines Werkzeugs in einem Werkzeughalter der Werkzeugmaschine nach Fig. 1,
• Fig. 3 schematisch in einem Blockschaltbild eine Schmiermittel- und Fördermittelzufuhr für die Werkzeugmaschine nach Fig. 1 und
• Fig. 4 in einem weiteren Blockschaltbild schematisch eine Ausführung ähnlich Fig. 3.
• Eine Werkzeugmaschine 1 nach den Fig. 1 bis 4 stellt ein Bearbeitungszentrum dar, das vollautomatisch mittels einer Maschinensteuerung 13 eine Werkstückbearbeitung, einen Wechsel von Werkzeugen 2 sowie auch einen Werkstückwechsel durchführt. Vom grundsätzlichen Aufbau her entspricht die Werkzeugmaschine 1 nach den Fig. 1 bis 4 einer Werkzeugmaschine, wie sie aus der DE 197 25 345 A1 bekannt ist. Die Werkzeugmaschine 1 weist ein Werkzeugmagazin W auf, in dem mehrere unterschiedliche Werkzeuge 2, vorliegend Bearbeitungswerkzeuge unterschiedlicher Gestalt, in ihrer nicht benötigten Ruheposition gehalten sind. Hierzu ist in dem Werkzeugmagazin W in grundsätzlich bekannter Weise jedem Werkzeug 2 ein Aufnahmeplatz zugeordnet. Durch Übergabemittel ist jeweils ein Werkzeug 2 aus dem Werkzeugmagazin W entnehmbar, in einen Werkzeughalter 19 (Fig. 2) der Werkzeugmaschine 1 einspannbar oder in entsprechend umgekehrter Weise aus dem Werkzeughalter ausspannbar und an dem entsprechenden Aufnahmeplatz in dem Werkzeugmagazin W ablegbar. Die Steuerung des Bearbeitungsvorganges des eingespannten Werkzeuges 2 wie auch die Verlagerung jedes Werkzeugs 2 zwischen Werkzeughalter und Werkzeugmagazin W erfolgt durch die Maschinensteuerung 13.
• Um eine Schmierung und gegebenenfalls zusätzliche Kühlung in dem Bearbeitungsbereich zwischen Werkzeug 2 und Werkstück zu erzielen, ist der Werkzeugmaschine 1 bzw. dem eingespannten Werkzeug 2 eine Schmiereinrichtung zugeordnet, die vom grundsätzlichen Aufbau ebenfalls aus der DE 197 25 345 A1 oder auch aus der DE 199 35 960 A1 bekannt ist. Der Inhalt beider Offenlegungsschriften wird zur ergänzenden Offenbarung an dieser Stelle hier eingeführt. Die Schmiervorrichtung ist als Zweikanalsystem ausgebildet, indem in getrennten Leitungen zum einen Schmiermittel (Schmiermittelleitung 3) und zum anderen Fördermittel (Fördermittelleitung 4) in entsprechende Kanäle innerhalb der Werkzeugmaschine 1 zugeführt wird.
• In jedem Werkzeug 2 ist ein Schmierkanal 6 integriert, der sich im Bereich von Bearbeitungsflächen des Werkzeugs, d. h. im Kontaktbereich mit dem Werkzeug, in mehrere Kanalaustritte 7 verzweigt, die am Außenumfang des Werkzeugs 2 vorgesehen sind.
• Stromaufwärts des Schmierkanales 6 ist eine schematisch dargestellte Mischkammer 5 vorgesehen, an die der Schmierkanal 6 anschließt und in die die Schmiermittelleitung 3 bzw. die Fördermittelleitung 4 münden. Als Fördermittel ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel Druckluft vorgesehen. Die unter Druck stehende Luft dient dazu, die Fördergeschwindigkeit für das aufgrund seiner Viskosität relativ träge Schmiermittel in den Schmierkanal 6 und zu den Austritten im Bearbeitungsbereich zu erhöhen.
• Die Schmiervorrichtung wird mittels einer Steuereinrichtung 15 als Minimalmengenschmierung betrieben, die in ihrer grundsätzlichen Funktions- und Arbeitsweise aus der DE 197 25 345 A1 oder der DE 199 35 960 A1 bereits bekannt ist. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein Klemmenkasten bezeichnet. Die Steuereinrichtung 15 weist einerseits ein Steuerglied in Form eines Schnellventils 8 für die Schmiermitteldosierung und andererseits ein Steuerglied in Form eines Proportionalventils 12 auf. Das Proportionalventil 12 ist als 2/2-Wege-Proportionalventil gestaltet. Dem Proportionalventil 12 vorgeschaltet ist ein Durchflussmesser 11.
• Der Schmiermittelleitung 3 ist ein Schmiermitteltank 23 zugeordnet, von dem aus das Schmiermittel über eine Pumpe 9, die durch einen Motor M betrieben ist, in die Schmiermittelleitung 3 gefördert wird. Zur Druckreduzierung in der Schmiermittelleitung ist ein Druckventil 10 vorgesehen, das mittels einer mit der Fördermittelleitung 4 in Verbindung stehenden Steuerleitung S druckluftgeregelt ist. Auch das Druckventil 10 stellt ein Steuerglied im Sinne der Erfindung dar.
• Unmittelbar vor dem Eintritt in die Werkzeugmaschine 1 ist der Schmiermittelleitung 3 ein Schnellventil 8 zugeordnet, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Ein solches Schnellventil 8 ist aus der DE 197 25 345 A1 grundsätzlich bereits bekannt, so dass an dieser Stelle für eine nähere Erläuterung auf diesen Stand der Technik verwiesen wird.
• Um eine effiziente Minimalmengenschmierung zu erzielen und für jedes Werkzeug und für jeden Bearbeitungsvorgang zumindest weitgehend die jeweils minimal mögliche Schmiermittel- bzw. Fördermittelmenge zur Verfügung zu stellen, sind der Steuereinrichtung 15 für die Schmiermittel- und Fördermittelzufuhr Mittel 14 zum Speichern von Werkzeugdaten zugeordnet. Diese Mittel 14 stellen somit vorzugsweise einen Datenspeicher für Werkzeugparameter dar. Sowohl die Maschinensteuerung 13 als auch die Schmiermittel- und Fördermittelsteuerung 15 haben Zugriff auf den Datenspeicher 14. In dem Datenspeicher 14 ist zumindest die Summe der Austrittsflächen der Kanalaustritte 7 des Schmierkanales 6 und/oder die für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang vorgegebene Schnittgeschwindigkeit jedes Werkzeuges 2 für jedes Werkzeug 2 individuell abgelegt. Die Schnittgeschwindigkeit ist die Umfangsgeschwindigkeit der Schneidflächen des Werkzeugs im Bereich der Bearbeitungsstelle, die sich durch Werkzeugdurchmesser und Werkzeugdrehzahl bestimmt. Die Austrittsflächen bestimmen sich durch die Querschnittsflächen der Kanalverzweigungen jedes Schmierkanales 6 im Austrittsbereich, d. h. an der Bearbeitungsstelle des jeweiligen Werkzeuges 2. Durch die Größe der Austrittsflächen ist die Größe der freien Strömungsquerschnitte für die Schmiermittel-/Fördermittelströmungen definiert.
• Zudem sind in dem Datenspeicher 14 noch weitere Werkzeugdaten wie Werkzeugdurchmesser, Werkzeugdrehzahl beim Bearbeitungsvorgang, Art des Bearbeitungsvorganges, Vorschub des Werkzeugs während der Bearbeitung, Werkzeugart und ähnliches abgespeichert.
• Mit der Erfassung der Summe der Austrittsflächen des Schmierkanales 6 und/oder der Schnittgeschwindigkeit an jedem Werkzeug 2 sowie gegebenenfalls mit weiteren Werkzeugparametern können nun die physikalischen Größen des Schmiermittel- und des Fördermittelstromes exakt oder zumindest angenähert exakt berechnet werden. Hierzu sind in der Schmiermittel-/Fördermittelsteuereinrichtung 15 Mittel zum Bestimmen der jeweils benötigten Schmiermittel- oder Fördermittelmenge vorgesehen, die vorzugsweise als Mikroprozessor in der Steuereinrichtung 15 integriert sind. Der Datenspeicher 14 wie auch die Mittel zum Bestimmen der benötigten Schmiermittel- oder Fördermittelmenge greifen zudem zurück auf Informationen, die durch Sensormittel im Bereich des Werkzeugmagazins W einerseits und durch Sensormittel im Bereich des Werkzeughalters andererseits gebildet werden. Die Sensormittel im Bereich des Werkzeugmagazins W dienen zum Erfassen der Entnahme des Werkzeugs 2 aus dem Werkzeugmagazin W. Die dem Werkzeughalter zugeordneten Sensormittel dienen zum Erfassen der Positionierung des Werkzeugs 2 für einen entsprechenden Bearbeitungsvorgang. Im Datenspeicher 14 und in der Steuereinrichtung 15 werden diese Informationen mit den Werkzeugdaten des jeweils an der Werkzeugmaschine eingesetzten Werkzeugs verknüpft, so dass sichergestellt ist, dass jedes Werkzeug, das für einen Bearbeitungsvorgang eingespannt ist, mit seinen eigenen Werkzeugdaten erfasst ist.
• Die Dosierung der Fördermittelzufuhr erfolgt - wie dies grundsätzlich bereits in der DE 197 25 345 A1 oder der DE 199 35 960 A1 beschrieben worden war - durch ein Proportionalventil 12, das über einen stromaufwärts vorgeschalteten Luftstromsensor 11 steuerbar ist. Die Schmiermittelzufuhr innerhalb der Schmiermittelleitung 3 wird über das Schnellventil 8 gesteuert, indem das Schnellventil 8 in relativ kurzen Zyklen getaktet wird. Die Taktung erfolgt anhand der durch die Mittel zum Bestimmen berechneten, minimal benötigten Schmiermittelmenge. Das Schmiermittel wird digital in definierten Portionen in die Schmiermittelleitung 3 innerhalb der Werkzeugmaschine 1 und damit in die Mischkammer 5 eingegeben. Die Zumessung der Portionen erfolgt durch die Öffnungszeit des als 2/2- Wegeventiles gestalteten Schnellventils 8. Die Druckdifferenz an dem Schnellventil 8 wird über das Druckregelventil 10, das mittels der Steuerleitung S druckluftgeregelt ist, konstant gehalten. Alternativ kann ohne eine Verbindung zur Fördermittelleitung eine Regelung des Schmiermittelstromes vorgenommen werden, indem der Schmiermittelleitung ein geeigneter Sensor zugeordnet ist, der eine Dosierung im geschlossenen Regelkreis ermöglicht.
• Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind anstelle des 2/2-Wegeventiles Dosierkolben oder -pumpen vorgesehen, die pneumatisch, hydraulisch oder motorisch mit definiertem Hub bewegt werden. Als Antrieb können Wegeventile, pneumatische Taktgeber, Nocken-Wellen oder ähnliches vorgesehen sein. Bei Einsatz eines Dosierkolbens oder einer Dosierpumpe erfolgt eine kontinuierliche, konstante Bewegung des entsprechenden Kolben- oder Pumpenelementes, die dem gewünschten Schmiermittelstrom entspricht.
• Durch unterschiedliche Öffnungszeiten oder verschiedene Druckdifferenzen bzw. unterschiedlich große Hübe oder Kolbendurchmesser (bei Dosierelementen) können die abgegebenen Schmiermittelportionen unterschiedlich groß sein. Für kleine Schmiermittelströme werden kleine Portionen und für größere Schmiermittelströme größere Portionen verwendet, um die Zykluszeiten in einem Zeitfenster zu halten, das vorzugsweise geringer als eine Sekunde sein sollte. Dadurch ist gewährleistet, dass trotz der getakteten Zufuhr des Schmiermittels zur Mischkammer ein kontinuierlicher Schmiermitteltröpfchenstrom zur Bearbeitungsstelle erfolgt.
• Durch die luftgeregelte Steuerung des Druckventils 10 ist auch zwischen Schmiermittel und Fördermittel im Bereich des Schnellventils 8 eine konstante Druckdifferenz gegeben, die eine sichere Berechnung der benötigten Schmiermittel- und Fördermittelwerte ermöglicht.
• Wie anhand der Fig. 2 erkennbar ist, wird der Schmiermittelstrom über eine Düse 18 der Mischkammer 5 zugeführt, die auf Höhe des Werkzeughalters in einem Adapter für das Werkzeug 2 vorgesehen ist. Stromabwärts der Mischkammer 5 verjüngt sich der Querschnitt des Schmierkanales 6, wodurch sich eine Düsenfunktion in diesem Bereich ergibt. Der innerhalb der Werkzeugmaschine 1 verlaufende Schmiermittelkanal 3 wird außen koaxial von dem Fördermittelkanal 4 umgeben, der ebenfalls in die Mischkammer 5 mündet. Eine Steuereinheit 24, die das Schnellventil 8 wie auch den Motor M steuert, ist Bestandteil der Steuereinrichtung 15.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Proportionalventil 12 in einem geschlossenen Wirkungskreis betrieben. Dazu ist stromaufwärts des Proportionalventils 12 eine Messblende 20 vorgesehen, der ein Differenzdrucksensor 21 zugeordnet ist. Mittels eines Reglers 22, der der Steuereinrichtung 15 zugeordnet ist, erfolgt durch entsprechenden Soll-/Istwertvergleich eine Regelung derart, dass an der Messblende 20 ein definierter und konstanter Differenzdruck erzielt wird, der dem gewünschten Luftstrom entspricht. Auch bei dieser Ausführung wird das Druckventil 10 des Schmiermittelkreislaufes über die Steuerleitung S druckluftgeregelt. Durch die zusätzliche Regelung des Luftstromes sind sowohl für den Luftstrom, d. h. den Fördermittelstrom, als auch für den Schmiermittelstrom konstante Größen vorhanden, die definierte und konstante Druckdifferenzen am Schnellventil 8 gewährleisten.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird die Regelung des Luftstromes Qn mittels eines Luftstromsensors 11, des Reglers 22 und eines Druckminder-Proportionalventils 12 erzielt. Die Schmiermittelzufuhr erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Dosierpumpe 25, die über ein 3/2- Wegeventil 26 pneumatisch angetrieben ist. Hierzu wird die von der Fördermittelleitung 4 abgezweigte Steuerleitung S vorgesehen.

Claims (11)

1. Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels, insbesondere durch wenigstens einen Schmierkanal eines Werkzeuges hindurch, zu einer Bearbeitungsstelle für ein Werkstück mit wenigstens einem den Schmiermittelstrom für eine Minimalmengenschmierung steuernden Steuerteil, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (14) zum Speichern eines Kennfeldes aus verschiedenen Werkzeugparametern vorgesehen sind, wobei die Werkzeugparameter wenigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales (6) im Bereich der Bearbeitungsstelle und/oder die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang umfassen, und dass Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes mit Hilfe der durch die Mittel (14) zum Speichern vorgegebenen Daten des Kennfeldes vorgesehen sind, die mit dem Steuerteil (8, 12, 25) verbunden sind.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug für die Positionierung an der Bearbeitungsstelle aus einem mehrere Werkzeuge umfassenden Werkzeugmagazin entnehmbar ist, und wobei jedem Werkzeug- Aufnahmeplatz innerhalb des Werkzeugmagazins Mittel zum Erfassen der Entnahme des Werkzeugs und Mittel zum Erfassen der Positionierung des Werkzeugs für einen Bearbeitungsvorgang zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Werkzeug (2) aus dem Werkzeugmagazin (W) die Mittel (14) zum Speichern eines Kennfeldes, die wenigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales (6) im Bereich der Bearbeitungsstelle und/oder die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs umfassen, sowie die Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes individualisiert sind, und dass die Mittel (14) zum Speichern gemeinsam mit den Mitteln zum Erfassen der Werkzeugentnahme und den Mitteln zum Erfassen der Werkzeugpositionierung derart mit den Mitteln zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstromes gekoppelt sind, dass die Mittel zum Bestimmen des Schmiermittelstromes die entsprechend benötigte Menge anhand der Werkzeugparameter des jeweils in der Bearbeitungsposition befindlichen Werkzeuges (2) vornehmen.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei stromaufwärts der Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales (6) eine Mischkammer (5) vorgesehen ist, in die neben einer Schmiermittelleitung (3) eine Fördermittelleitung (4) zur Vermischung von Schmiermittel mit Fördermittel mündet, und wobei eine Steuereinheit (12, 15, 22) für die Zufuhr des Fördermittels zu der Mischkammer (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12, 15, 22) Mittel zum Bestimmen des zur Mischkammer geförderten Fördermittelstromes anhand der Daten des Kennfeldes, insbesondere anhand der Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales, aufweist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördermittelleitung (4) wenigstens ein Sensormittel zur Erfassung des Fördermittelstromes zugeordnet ist, dass die Steuereinheit der Fördermittelleitung wenigstens ein Steuerglied (12) zur Einstellung des Fördermittelstromes aufweist, und dass eine Regeleinheit (22) vorgesehen ist, die die durch das Sensormittel (11, 21) erfassten Daten mit in einem Datenspeicher abgelegten Sollwerten für den benötigten Fördermittelstrom vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs das Steuerglied für eine Reduzierung, Konstanthaltung oder Erhöhung des Fördermittelstromes ansteuert.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensormittel stromaufwärts und/oder stromabwärts des Steuergliedes (12) in der Fördermittelleitung (4) angeordnet ist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit der Fördermittelleitung (4) und der Steuerteil der Schmiermittelleitung (3) druckabhängig derart miteinander gekoppelt sind, dass im Bereich eines Steuergliedes (8) für die Dosierung der Schmiermittelmenge eine konstante Druckdifferenz zwischen dem eingeleiteten Schmiermittelstrom und dem eingeleiteten Fördermittelstrom gegeben ist.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit der Fördermittelleitung (4) und der Steuerteil der Schmiermittelleitung (3) kontinuierlich oder getaktet arbeitende Steuerglieder aufweisen.

8. Verfahren zum Bestimmen der Schmiermittelmenge für die Schmierung eines rotierenden Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeugdaten wenigstens die Summe der Austrittsflächen eines in dem Werkzeug integrierten Schmierkanales (6) im Bereich der Bearbeitungsstelle für ein Werkstück und/oder die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs erfasst wird, und dass unter Zuhilfenahme der erfassten Werkzeugdaten die benötigte Schmiermittelmenge für jeden Bearbeitungsvorgang des jeweiligen Werkzeugs (2) berechnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass weitere, die benötigte Schmiermittelmenge beeinflussende Werkzeugdaten erfasst und der Berechnung der Schmiermittelmenge zugrundegelegt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Werkzeugdaten der Berechnung einer mit dem Schmiermittel zu vermischenden Fördermittelmenge zugrundegelegt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dosierung der Schmiermittelmenge die Druckdifferenz zu einer Fördermittelleitung konstant gehalten wird.