DE10132857C2 - Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels und Verfahren zum Bestimmen der Schmiermittelmenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels, insbesondere durch wenigstens einen Schmierkanal ei­ nes Werkzeugs hindurch, zu einer Bearbeitungsstelle für ein Werkstück mit wenigstens einem den Schmiermittelstrom für eine Minimalmengen­ schmierung steuernden Steuerteil sowie ein Verfahren zum Bestimmen der Schmiermittelmenge für die Schmierung des Werkzeugs.

Aus der DE 199 17 219 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Minimalmengenschmierung von Werkzeugen bekannt, bei der ein Schmiermittel-Gas-Gemisch über einen internen Betriebsmittelzuführka­ nal dem Werkzeug zugeführt wird. Das Schmiermittel, vorliegend Öl, wird über zwei Dosierpumpen zugeführt. Die Dosierpumpen weisen Kol­ ben auf, die über zwei von einer Druckluft-Versorgungsleitung abzwei­ gende Leitungen, die mit Ventilen versehen sind, beaufschlagt werden. Die Ventile können durch ein Signal der Maschinensteuerung angesteu­ ert werden, das in Abhängigkeit von Werkzeugabmessungen und Zerspanungsleistung die Taktzeit steuert und somit auch die Födermen­ ge des Schmiermittels reguliert.

Aus der DE 197 25 345 A1 ist eine Schmiervorrichtung für eine Werk­ zeugmaschine bekannt, bei der Schmiermittel direkt zu der Bearbei­ tungsstelle des Werkzeugs an einem entsprechenden Werkstück ge­ bracht 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 Tro­ ckenbearbeitung des Werkstücks mittels des Werkzeugs zu erzielen, erfolgt die Schmiermittelzufuhr durch die Schmiervorrichtung mittels des Systems der sogenannten Minimalmengenschmierung. Bei dieser Mini­ malmengenschmierung werden der zu schmierenden und gegebenen­ falls zu kühlenden Bearbeitungsstelle pro Stunde vorzugsweise zwi­ schen 10 und 100 ml Schmiermittel zugeführt, wobei die entsprechende Menge vom jeweils eingesetzten Werkzeug und vom jeweils vorzuneh­ menden Bearbeitungsvorgang abhängt. Um eine schnelle Zufuhr des Schmiermittels zur Bearbeitungsstelle erzielen zu können, wird das Schmiermittel in einer dem Schmierkanal innerhalb des Werkzeugs vor­ gelagerten Mischkammer mit einem unter Druck stehenden Gas, vor­ zugsweise Luft, vermischt und mittels dieser Druckluft in winzige Tröpf­ chen zerteilt oder als Schlieren an der Kanalwandungsfläche entlang gefördert und zur Bearbeitungsstelle geblasen. Das unter Druck stehen­ de Gas dient somit als Fördermittel für das Schmiermittel. Bis zur Misch­ kammer 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 vor­ gesehen, dessen Öffnungs- und Taktzeit das entsprechende Dosiervo­ lumen bestimmt. Die Steuerung des Schnellventils erfolgt über die Steu­ ereinrichtung, 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 Fehleinstel­ lungen entstehen. Optimale Werte werden nur in seltenen Fällen reali­ siert. Bei zu hohen Einstellwerten sind Verschmutzungen des Umfeldes und ein schlechter Wirkungsgrad der Schmierung die Folge. Auch Be­ schädigungen oder Ausfälle des Werkzeugs und geringe Schnittleistun­ gen 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 ermög­ licht.

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 Werk­ zeugparameter wenigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales im Bereich der Bearbeitungsstelle und die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang umfassen, und dass Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle zu fördernden Schmiermittelstromes mit Hilfe der durch die Mittel zum Speichern vorgegebenen Daten des Kennfeldes vorgesehen sind, die mit Steuerteilen verbunden sind. Durch die Er­ findung ist der Schmiermittelstrom in physikalischen Größen erfassbar, wodurch sich gegenüber dem Stand der Technik eine bessere und re­ produzierbare 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 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 vermie­ den. 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 Aero­ sol in einer einzigen Schmiermittelleitung zugeführt wird. Andere geeig­ nete Werkzeugparameter, die eine relativ genaue Berechnung der benö­ tigten Schmiermittelmenge durch die Mittel zum Bestimmen des zur Be­ arbeitungsstelle 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 Werk­ zeugparameter sind auch der Vorschub des Werkzeugs pro Umdrehung, die Anzahl der Werkzeugschneiden oder ähnliche Daten. Durch die er­ findungsgemäße 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 Schmiermit­ telstrom in ml/h abzurufen. Somit wird eine exakte und reproduzierbare Minimalmengenschmierung erreicht. Die Berechnung erfolgt anhand von experimentell ermittelten oder physikalischen Formeln für den Schmier­ mittelstrom im Bereich der Austrittsflächen, wobei alle bekannten physi­ kalischen 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 Schmiermit­ tel mittels eines Schnellventils oder eines anderen, geeigneten Dosier­ mittels von außen auf das Werkzeug gespritzt wird. Maßgebliche Werk­ zeugparameter hierfür sind Werkzeugdurchmesser im Bearbeitungsbe­ reich sowie Werkzeugdrehzahl bei einem entsprechenden Bearbei­ tungsvorgang, woraus sich die für die Mengenbestimmung des Schmiermittels wesentliche Schnittgeschwindigkeit ergibt.

In Ausgestaltung der Erfindung, wobei das Werkzeug für die Positionie­ rung an der Bearbeitungsstelle aus einem mehrere Werkzeuge umfas­ senden Werkzeugmagazin entnehmbar ist, und wobei jedem Werkzeug­ aufnahmeplatz innerhalb des Werkzeugmagazins Mittel zum Erfassen der Entnahme des Werkzeugs und Mittel zum Erfassen der Positionie­ rung 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 Austritts­ flächen des wenigstens einen Schmierkanales im Bereich der Bearbei­ tungsstelle und 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 befindli­ chen Werkzeuges vornehmen. Durch die Individualisierung ist es auch bei einer eine Vielzahl von in einem Werkzeugmagazin abgelegten Werkzeugen aufweisenden Werkzeugmaschine möglich, je nach ge­ wähltem Werkzeug eine exakte Schmiermitteldosierung an der Bearbei­ tungsstelle zu ermöglichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wobei stromaufwärts der Aus­ trittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales eine Mischkammer vorgesehen ist, in die neben einer Schmiermittelleitung eine Fördermit­ telleitung 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 an­ hand der Daten des Kennfeldes auf. Diese Ausgestaltung ist für das so­ genannte 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 Fördermittel­ stromes möglich. Zur Erhöhung der Berechnungsgenauigkeit des benö­ tigten Fördermittelstromes können auch die zuvor bereits beschriebenen weiteren Werkzeugparameter ergänzend herangezogen werden. Für die benötigte Fördermitteldosierung ist es somit möglich, durch die be­ schriebene Berechnung Einstellwerte im Klartext, vorzugsweise in Nm³/h, vorzusehen. Auch hier werden ergänzend wahlweise bekannte physikalische Daten der Fördermittelzufuhr mit herangezogen. Insbe­ sondere 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 we­ nigstens ein Sensormittel zur Erfassung des Fördermittelstromes zuge­ ordnet, die Steuereinheit der Fördermittelleitung weist wenigstens ein Steuerglied zur Einstellung des Fördermittelstromes auf, und es ist eine Regeleinheit vorgesehen, die die durch Sensormittel erfassten Daten mit in einem Datenspeicher abgelegten Sollwerten für den benötigten För­ dermittelstrom vergleicht und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs das Steuerglied für eine Reduzierung, Konstanthaltung oder Erhöhung des Fördermittelstromes ansteuert. Hierdurch wird eine Fördermittel­ mengenregelung im geschlossenen Wirkungskreis erzielt. Vorzugsweise wird als Fördermittel Druckluft eingesetzt. Dabei kann mittels des Sen­ sormittels entweder direkt der Luftstrom erfasst werden, beispielsweise über eine Messturbine oder eine anders gestaltete Luftstromerfassung. Auch indirekt kann eine Luftstromerfassung durch einen Differenzdruck­ sensor mit zugeordneter Messblende erfolgen, wobei der geregelte Dif­ ferenzdruck dem gewünschten Luftstrom entspricht. Zur Luftstromerfas­ sung wird der Luftstrom insbesondere mit wenigstens einem 2/2-Wege- oder Druckminder-Proportionalventil gedrosselt. Anstelle eines Proporti­ onalventils können auch mehrere definierte Drosseln eingesetzt werden, die mit Hilfe von Wegeventilen je nach Bedarf zugeschaltet werden. Ei­ nem Proportionalventil kann auch wenigstens eine zuschaltbare Drossel in Parallelschaltung beigefügt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Sen­ sormittel 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 För­ dermittelleitung und der Steuerteil der Schmiermittelleitung druckabhän­ gig derart miteinander gekoppelt, dass im Bereich eines Steuergliedes für die Dosierung der Schmiermittelmenge eine konstante Druckdiffe­ renz zwischen dem eingeleiteten Schmiermittelstrom und dem eingelei­ teten Fördermittelstrom gegeben ist. Aufgrund der konstanten Druckdif­ ferenz im Bereich des Steuergliedes ermöglicht die Berechnung sowohl des benötigten Schmiermittelstromes als auch des benötigten Fördermit­ telstromes relativ exakte Dosierungen im Bereich der Mischkammer und demzufolge auch definierte Weiterleitungen von Schmiermittel und För­ dermittel bis zur Bearbeitungsstelle. Dadurch, dass abhängig vom Fördermitteldruck die Druckdifferenz an dem Steuerglied, insbesondere ei­ nem Schnellventil, konstant gehalten wird, ist die Öffnungs- und Zyklus­ zeit 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 kontinu­ ierlich oder getaktet arbeitende Steuerglieder auf. Derartige Steuerglie­ der sind insbesondere volumetrische Dosierelemente, Wege- oder Pro­ portionalventile, Drosseln, aber auch pneumatische Taktgeber, Nocken­ wellen 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 Be­ arbeitungsstelle für ein Werkstück und die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs erfasst wird, und dass unter Zuhilfenahme der Werkzeugda­ ten die benötigte Schmiermittelmenge für jeden Bearbeitungsvorgang berechnet wird. Durch die Erfassung der Austrittsflächen des Schmier­ kanales und der Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs sind insbeson­ dere auch Schmiermittel- und Fördermittelgeschwindigkeit im Austritts­ bereich, 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 maß­ geblich. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für die in­ tegrierte Schmiermittel-/Fördermittelzufuhr, als auch für die externe Zu­ fuhr mittels einer außerhalb des Werkzeugs angeordneten Dosierein­ richtung, die Schmiermittel auf die Bearbeitungsstelle des Werkzeugs "schießt".

In Ausgestaltung des Verfahrens werden weitere, die benötigte Schmier­ mittelmenge 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 be­ nötigten Schmiermittelmenge wird durch die Erfassung zusätzlicher Werkzeugdaten verbessert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die erfassten Werk­ zeugdaten der Berechnung einer mit dem Schmiermittel zu vermischen­ den Fördermittelmenge zugrundegelegt. Hierdurch ist auch eine relativ exakte Berechnung der benötigten Fördermittelmenge möglich. Das Ver­ fahren eignet sich somit insbesondere für den Einsatz bei dem oben be­ schriebenen Zweikanalsystem.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den An­ sprüchen. Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem Blockschaltbild eine Werkzeugmaschi­ ne, die mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steu­ ereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels zu einem Werk­ zeug 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 För­ dermittelzufuhr 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 Bearbeitungs­ zentrum dar, das vollautomatisch mittels einer Maschinensteuerung 13 ei­ ne Werkstückbearbeitung, einen Wechsel von Werkzeugen 2 sowie auch einen Werkstückwechsel durchführt. Vom grundsätzlichen Aufbau her ent­ spricht die Werkzeugmaschine 1 nach den Fig. 1 bis 4 einer Werkzeugma­ schine, wie sie aus der DE 197 25 345 A1 bekannt ist. Die Werkzeugma­ schine 1 weist ein Werkzeugmagazin W auf, in dem mehrere unterschiedli­ che Werkzeuge 2, vorliegend Bearbeitungswerkzeuge unterschiedlicher Gestalt, in ihrer nicht benötigten Ruheposition gehalten sind. Hierzu ist in dem Werkzeugmagazin W in grundsätzlich bekannter Weise jedem Werk­ zeug 2 ein Aufnahmeplatz zugeordnet. Durch Übergabemittel ist jeweils ein Werkzeug 2 aus dem Werkzeugmagazin W entnehmbar, in einen Werk­ zeughalter 19 (Fig. 2) der Werkzeugmaschine 1 einspannbar oder in ent­ sprechend 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 Maschinen­ steuerung 13.

Um eine Schmierung und gegebenenfalls zusätzliche Kühlung in dem Be­ arbeitungsbereich zwischen Werkzeug 2 und Werkstück zu erzielen, ist der Werkzeugmaschine 1 bzw. dem eingespannten Werkzeug 2 eine Schmier­ einrichtung zugeordnet, die vom grundsätzlichen Aufbau ebenfalls aus der DE 197 25 345 A1 bekannt ist. Der Inhalt beider Offenlegungsschriften wird zur ergänzenden Offenbarung an dieser Stelle hier eingeführt. Die Schmiervorrichtung ist als Zweikanalsys­ tem 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 vorgese­ hen. 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 Mini­ malmengenschmierung betrieben, die in ihrer grundsätzlichen Funktions- und Arbeitsweise aus der DE 197 25 345 A1 bereits bekannt ist. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein Klemmenkasten be­ zeichnet. 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 Druckredu­ zierung in der Schmiermittelleitung ist ein Druckventil 10 vorgesehen, das mittels einer mit der Fördermittelleitung 4 in Verbindung stehenden Steuer­ leitung S druckluftgeregelt ist. Auch das Druckventil 10 stellt ein Steuer­ glied im Sinne der Erfindung dar.

Unmittelbar vor dem Eintritt in die Werkzeugmaschine 1 ist der Schmiermit­ telleitung 3 ein Schnellventil 8 zugeordnet, das als 2/2-Wegeventil ausge­ bildet ist. Ein solches Schnellventil 8 ist aus der DE 197 25 345 A1 grund­ sätzlich bereits bekannt, so dass an dieser Stelle für eine nähere Erläute­ rung 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 Ver­ fügung zu stellen, sind der Steuereinrichtung 15 für die Schmiermittel- und Fördermittelzufuhr Mittel 14 zum Speichern von Werkzeugdaten zugeord­ net. 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 Aus­ trittsflächen der Kanalaustritte 7 des Schmierkanales 6 und die für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang vorgegebene Schnittgeschwindigkeit jedes Werkzeuges 2 für jedes Werkzeug 2 individuell abgelegt. Die Schnitt­ geschwindigkeit ist die Umfangsgeschwindigkeit der Schneidflächen des Werkzeugs im Bereich der Bearbeitungsstelle, die sich durch Werkzeug­ durchmesser 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 Bear­ beitung, Werkzeugart und ähnliches abgespeichert.

Mit der Erfassung der Summe der Austrittsflächen des Schmierkanales 6 und der Schnittgeschwindigkeit an jedem Werkzeug 2 sowie gegebe­ nenfalls mit weiteren Werkzeugparametern können nun die physikalischen Größen des Schmiermittel- und des Fördermittelstromes exakt oder zu­ mindest angenähert exakt berechnet werden. Hierzu sind in der Schmier­ mittel-/Fördermittelsteuereinrichtung 15 Mittel zum Bestimmen der jeweils benötigten Schmiermittel- oder Fördermittelmenge vorgesehen, die vor­ zugsweise 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 Informa­ tionen, die durch Sensormittel im Bereich des Werkzeugmagazins W ei­ nerseits und durch Sensormittel im Bereich des Werkzeughalters anderer­ seits gebildet werden. Die Sensormittel im Bereich des Werkzeugmagazins W dienen zum Erfassen der Entnahme des Werkzeugs 2 aus dem Werk­ zeugmagazin W. Die dem Werkzeughalter zugeordneten Sensormittel die­ nen zum Erfassen der Positionierung des Werkzeugs 2 für einen entspre­ chenden Bearbeitungsvorgang. Im Datenspeicher 14 und in der Steuerein­ richtung 15 werden diese Informationen mit den Werkzeugdaten des je­ weils an der Werkzeugmaschine eingesetzten Werkzeugs verknüpft, so dass sichergestellt ist, dass jedes Werkzeug, das für einen Bearbeitungs­ vorgang eingespannt ist, mit seinen eigenen Werkzeugdaten erfasst ist.

Die Dosierung der Fördermittelzufuhr erfolgt - wie dies grundsätzlich be­ reits in der DE 197 25 345 A1 beschrieben worden war - durch ein Proportionalventil 12, das über einen stromauf­ wärts vorgeschalteten Luftstromsensor 11 steuerbar ist. Die Schmiermittel­ zufuhr 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 berechne­ ten, minimal benötigten Schmiermittelmenge. Das Schmiermittel wird digi­ tal 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 Steuerlei­ tung S druckluftgeregelt ist, konstant gehalten. Alternativ kann ohne eine Verbindung zur Fördermittelleitung eine Regelung des Schmiermittelstro­ mes 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 an­ stelle des 2/2-Wegeventiles Dosierkolben oder -pumpen vorgesehen, die pneumatisch, hydraulisch oder motorisch mit definiertem Hub bewegt wer­ den. Als Antrieb können Wegeventile, pneumatische Taktgeber, Nockenwellen oder ähnliches vorgesehen sein. Bei Einsatz eines Dosierkolbens oder einer Dosierpumpe erfolgt eine kontinuierliche, konstante Bewegung des entsprechenden Kolben- oder Pumpenelementes, die dem gewünsch­ ten Schmiermittelstrom entspricht.

Durch unterschiedliche Öffnungszeiten oder verschiedene Druckdifferen­ zen bzw. unterschiedlich große Hübe oder Kolbendurchmesser (bei Do­ sierelementen) können die abgegebenen Schmiermittelportionen unter­ schiedlich groß sein. Für kleine Schmiermittelströme werden kleine Porti­ onen und für größere Schmiermittelströme größere Portionen verwendet, um die Zykluszeiten in einem Zeitfenster zu halten, das vorzugsweise ge­ ringer als eine Sekunde sein sollte. Dadurch ist gewährleistet, dass trotz der getakteten Zufuhr des Schmiermittels zur Mischkammer ein kontinuier­ licher Schmiermitteltröpfchenstrom zur Bearbeitungsstelle erfolgt.

Durch die luftgeregelte Steuerung des Druckventils 10 ist auch zwischen Schmiermittel und Fördermittel im Bereich des Schnellventils 8 eine kon­ stante Druckdifferenz gegeben, die eine sichere Berechnung der benötig­ ten 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, wo­ durch 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 Mo­ tor M steuert, ist Bestandteil der Steuereinrichtung 15.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Proportionalventil 12 in ei­ nem geschlossenen Wirkungskreis betrieben. Dazu ist stromaufwärts des Proportionalventils 12 eine Messblende 20 vorgesehen, der ein Differenz­ drucksensor 21 zugeordnet ist. Mittels eines Reglers 22, der der Steuerein­ richtung 15 zugeordnet ist, erfolgt durch entsprechenden Soll- /Istwertvergleich eine Regelung derart, dass an der Messblende 20 ein de­ finierter 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 Luft­ strom, d. h. den Fördermittelstrom, als auch für den Schmiermittelstrom konstante Größen vorhanden, die definierte und konstante Druckdifferen­ zen am Schnellventil 8 gewährleisten.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird die Regelung des Luftstromes Qn mittels eines Luftstromsensors 11, des Reglers 22 und eines Druck­ minder-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 För­ dermittelleitung 4 abgezweigte Steuerleitung S vorgesehen.

Claims (11)

1. Steuereinrichtung für die Zufuhr eines Schmiermittels, insbeson­ dere 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 Werk­ zeugparametern vorgesehen sind, wobei die Werkzeugparameter we­ nigstens die Summe aller Austrittsflächen des wenigstens einen Schmierkanales (6) im Bereich der Bearbeitungsstelle und die Schnitt­ geschwindigkeit des Werkzeugs für den jeweiligen Bearbeitungsvorgang umfassen, und dass Mittel (15) zum Bestimmen des zur Bearbeitungs­ stelle zu fördernden Schmiermittelstromes mit Hilfe der durch die Mittel (14) zum Speichern vorgegebenen Daten des Kennfeldes vorgesehen sind, die mit Steuerteilen (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 zugeord­ net 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 die Schnitt­ geschwindigkeit des Werkzeugs umfassen, sowie die Mittel zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittelstro­ mes individualisiert sind, und dass die Mittel (14) zum Speichern ge­ meinsam mit den Mitteln zum Erfassen der Werkzeugentnahme und den Mitteln zum Erfassen der Werkzeugpositionierung derart mit den Mitteln zum Bestimmen des zur Bearbeitungsstelle geförderten Schmiermittel­ stromes gekoppelt sind, dass die Mittel zum Bestimmen des Schmiermit­ telstromes die entsprechend benötigte Menge anhand der Werkzeugpa­ rameter des jeweils in der Bearbeitungsposition befindlichen Werkzeu­ ges (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 Schmiermittellei­ tung (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 an­ hand der Daten des Kennfeldes aufweist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördermittelleitung (4) wenigstens ein Sensormittel zur Erfas­ sung des Fördermittelstromes zugeordnet ist, dass die Steuereinheit der Fördermittelleitung wenigstens ein Steuerglied (12) zur Einstellung des Fördermittelstromes aufweist, und dass eine Regeleinheit (22) vorgese­ hen ist, die die durch Sensormittel (11, 21) erfassten Daten mit in einem Datenspeicher abgelegten Sollwerten für den benötigten Fördermit­ telstrom 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 Steuer­ glieder 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 Bearbei­ tungsstelle für ein Werkstück und die Schnittgeschwindigkeit des Werk­ zeugs erfasst wird, und dass unter Zuhilfenahme der erfassten Werk­ zeugdaten die benötigte Schmiermittelmenge für jeden Bearbeitungs­ vorgang des jeweiligen Werkzeugs (2) berechnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass weite­ re, 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 Schmier­ mittel zu vermischenden Fördermittelmenge zugrundegelegt werden.

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