DE102004003227B4

DE102004003227B4 - Verfahren zum Temperieren des Arbeitsraums einer Bearbeitungsmaschine und Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102004003227B4
Application number: DE102004003227A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Handte; Michael Hagmann; Johannes Pikisch
Original assignee: Handte Umwelttechnik GmbH; Ex Cell O GmbH
Current assignee: MAG IAS GmbH Eislingen; Camfil APC GmbH
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: DE102004003227A1

Abstract

Verfahren zum Temperieren des Arbeitsraums einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, bei dem Abluft vom Arbeitsraum abgeführt wird und gereinigt wird und mindestens ein Teil der gereinigten Abluft als Rückluft in den Arbeitsraum zurückgeführt wird, wobei die Temperatur der Rückluft gesteuert und/oder geregelt und wobei Rückluft in den Arbeitsraum bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb der Abführung von Abluft eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Rückluft so in den Arbeitsraum eingekoppelt wird, daß sich an Arbeitsraumwänden eine nach unten gerichtete Strömung ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren des Arbeitsraums einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, bei dem Abluft vom Arbeitsraum abgeführt wird und gereinigt wird und mindestens ein Teil der gereinigten Abluft als Rückluft in den Arbeitsraum zurückgeführt wird, wobei die Temperatur der Rückluft gesteuert und/oder geregelt wird und Rückluft in den Arbeitsraum bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb der Abführung von Abluft eingeführt wird.
Wenn sich in dem Arbeitsraum einer Bearbeitungsmaschine während des Bearbeitungsprozesses die Temperatur zu stark ändert, dann kann dies Auswirkungen auf den Bearbeitungsprozeß haben, da aufgrund der Wärmedehnung sich die Abmessungen eines Werkstücks ändern können. Es können dann Probleme bei der Maßhaltigkeit entstehen.
Aus der DE 196 51 662 C2 ist eine Vorrichtung zum Absaugen von Bearbeitungsrückständen aus einem Bearbeitungsbereich einer Bearbeitungsmaschine bekannt, welche wenigstens eine Absaugöffnung aufweist, die über eine Saugleitung mit einem Saugaggregat verbunden ist, wobei die abgesaugte Luft vom Saugaggregat über eine Rückführleitung wenigstens einer in dem Bearbeitungsbereich angeordneten Blasdüse zuführbar ist, und wobei lediglich ein Teil der rückgeführten Luft abgekühlt und dieser Teil mit erhöhtem Druck der Blasdüse zugeführt wird.
Aus der EP 1 195 225 A1 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, welche eine erste Abdeckung aufweist, um einen Maschinenraum zu definieren, welchem eine Klimaanlage zugeordnet ist. Der Maschinenraum ist um einen Arbeitsraum herum angeordnet. Über eine Lufteinblasvorrichtung mit einer Mehrzahl von Luftauslässen, welche in der ersten Abdeckung angeordnet sind, läßt sich Luft zu jeweiligen Bereichen der Werkzeugmaschine richten. Über eine Klimaanlage läßt sich die Temperatur und/oder die Strömungsrate der der Einblasvorrichtung bereitgestellten Luft auf der Basis der Lufttemperatur in dem Maschinenraum regeln. Diese Lufttemperatur wird auf eine gewünschte Temperatur geregelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Temperieren des Arbeitsraums einer Bearbeitungsmaschine und insbesondere einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, mittels welchem sich ein einfacher Aufbau der Bearbeitungsmaschine realisieren läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Rückluft so in den Arbeitsraum eingekoppelt wird, daß sich an Arbeitsraumwänden eine nach unten gerichtete Strömung ausbildet.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken in dem Arbeitsraum fallen Bearbeitungsprodukte an, wobei bei der Trockenbearbeitung oder bei der Bearbeitung unter Minimalmengenschmierung, bei der sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft einsetzen läßt, die Bearbeitungsprodukte vor allem Feststoffe wie Späne und Stäube sind. Die Abluft, bei der es sich um das Gas handelt, welches in dem Arbeitsraum ansteht und bei dem es sich beispielsweise um Luft handeln kann, wird mit den darin enthaltenen Bearbeitungsprodukten abgeführt und gereinigt. Da Abluft abgeführt wird, muß auch Zuluft zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird als Zuluft gereinigte Abluft als Rückluft eingesetzt, wobei mittels dieser Rückluft (die ein Teil der gereinigten Abluft sein kann oder die gesamte gereinigte Abluft) eine Temperierung des Arbeitsraums durchgeführt wird, indem entsprechend die Temperatur der Rückluft, welche in den Arbeitsraum eingekoppelt wird, gesteuert und/oder geregelt wird.
Es läßt sich dann eine weitgehend konstante Temperatur im Arbeitsraum erreichen, die im wesentlichen unabhängig von Tageszeiten und Jahreszeiten ist.
Erfindungsgemäß wird eine Abluftabführung zur Verhinderung von Emissionen von der Bearbeitungsmaschine mit einer Temperierung verknüpft. Es ergibt sich dadurch ein einfacher Aufbau der entsprechenden Bearbeitungsmaschine, wobei sich gleichzeitig eine hohe Maßhaltigkeit für die bearbeiteten Werkstücke erreichen läßt.
Erfindungsgemäß wird eine Abluftzirkulation, zumindest in partieller Ausführung, bereitgestellt, um gemeinsam mit einer Bearbeitungsproduktabfuhr eine Temperierung des Arbeitsraums zu erreichen.
Wenn Rückluft in den Arbeitsraum bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb der Abführung von Abluft eingeführt wird, dann lassen sich dadurch Bearbeitungsprodukte abführen, wobei die Aufwirbelung durch die Strömungsführung minimiert wird.
Wenn Rückluft so in den Arbeitsraum eingekoppelt wird, daß sich an Arbeitsraumwänden eine nach unten gerichtete Strömung ausbilden kann, dann kann sich an den Arbeitsraumwänden, welche mit der entsprechenden Strömung beaufschlagt sind, eine Art von Gaspolster ausbilden, welches Verschmutzungen und die Ablagerung von Bearbeitungsprodukten verhindert. Dadurch wiederum entsteht beispielsweise ein verbesserter Brandschutz, da vor allem feine Stäube eine Brandgefahr bedingen.
Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Temperatur der Rückluft eingestellt wird, um so beispielsweise mit engen Toleranzgrenzen die Innentemperatur des Arbeitsraums regeln zu können.
Grundsätzlich ist es möglich, daß die Temperatureinstellung der Rückluft dadurch erfolgt, daß eine Temperatureinstellung in der Abluft vor der Reinigung erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperatureinstellung der Rückluft nach der Reinigung erfolgt, da die Reinigung selber und die Luftumwälzung mit einem Wärmeeintrag verbunden sein kann.
In der Regel erfolgt durch Bearbeitungsprozesse in dem Bearbeitungsraum ein Wärmeeintrag in diesem. Um den Arbeitsraum zu temperieren, ist deshalb üblicherweise eine Kühlung vorgesehen. Eine solche Kühlung läßt sich wiederum erreichen, wenn die Rückluft gekühlt wird. Durch die Einkopplung von gekühlter Rückluft in den Arbeitsraum läßt sich der Wärmeeintrag durch die Bearbeitung eines Werkstücks in dem Arbeitsraum kompensieren, so daß sich auf diese Weise wiederum die Temperatur im Arbeitsraum im wesentlichen konstant halten läßt.
Die Temperatur der Rückluft läßt sich auf einfache Weise steuern und/oder regeln, wenn die Rückluft durch einen Wärmetauscher geführt wird. Beispielsweise wird der Wärmetauscher von einer Wärmeübertragungsflüssigkeit wie Wasser durchströmt, über die ein Wärmeübertrag an die Rückluft erfolgen kann und insbesondere eine Kühlung der Rückluft erfolgen kann.
Günstig ist es, wenn die Temperatur der Rückluft vor Durchlaufen des Wärmetauschers gemessen wird und ferner die Temperatur der Rückluft nach Durchlaufen des Wärmetauschers gemessen wird. Dadurch läßt sich die Kühlleistung (bzw. im Fall der Erhitzung die Erhitzungsleistung) des Wärmetauschers ermitteln und entsprechend kontrollieren.
Insbesondere wird über den Wärmetauscher die Temperatur der Rückluft zur Zuführung in den Arbeitsraum eingestellt, um so den Arbeitsraum temperieren zu können.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn Abluft in einem Kreislauf geführt wird. Dadurch werden die Emissionen der Bearbeitungsmaschine minimiert und der Arbeitsraum läßt sich temperieren. Der Kreislauf kann dabei geschlossen oder offen sein.
Günstig ist es, wenn der Kreislauf einen oder mehrere Auslässe aufweist. Dadurch läßt sich Gas und insbesondere gereinigte Abluft aus dem Kreislauf auskoppeln. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn Umgebungsluft in das System eingekoppelt wird, um eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit zu erhalten.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der Kreislauf einen oder mehrere Einlässe aufweist, um so eben beispielsweise Gas und insbesondere Umgebungsluft extern in das System einkoppeln zu können.
Es kann dabei ein Einlaß an dem Arbeitsraum vorgesehen sein. Über diesen Einlaß läßt sich dann Gas wie beispielsweise Umgebungsluft direkt in den Arbeitsraum einkoppeln, um mit Hilfe dieser Gaseinkopplung eine Temperierung des Arbeitsraums zu erreichen.
Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Temperatur im Arbeitsraum gemessen wird. Es lassen sich dann Abweichungen von einer gewünschten bzw. eingestellten Temperaturvorgabe erkennen, und in einer Regelstrecke lassen sich entsprechende Stellgrößen verändern, um wieder den gewünschten Temperaturwert zu erreichen. Es läßt sich damit ein Regelkreis aufbauen, über den mit hoher Konstanz sich die Temperatur im Arbeitsraum vorgeben läßt.
Es kann auch alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, daß die Temperatur an dem Werkstück und/oder die Temperatur des Werkstücks gemessen wird. Beispielsweise wird die Temperatur an einem Werkstückhalter gemessen oder über einen entsprechenden Fühler an dem Werkstück direkt. Auch auf diese Weise läßt sich, wenn diese Temperatur als Regelgröße verwendet wird, ein Regelkreis bilden.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Temperatur an der Bearbeitungsmaschine gemessen wird, beispielsweise an einem Maschinenbett.
Weiterhin ist es günstig, wenn die Umgebungstemperatur insbesondere im Umfeld der Maschine gemessen wird. In der Umgebungstemperatur können Veränderungen auftreten, die grundsätzlich die Arbeitsraumtemperatur beeinflussen können. Beispielsweise kann eine entsprechende Bearbeitungsmaschine in einer Maschinenhalle in der Nähe eines Eingangs der Maschinenhalle aufgestellt sein. Vor allem im Winter kann dies zu Temperaturvariationen führen. Durch die Messung der Umgebungstemperatur können solche Temperaturvariationen in einem Regelkreis berücksichtigt werden, um trotz dieser Variationen möglichst konstante Temperaturen in dem Arbeitsraum aufrechterhalten zu können.
Besonders günstig ist es, wenn der Arbeitsraumgasumlauf mit Temperatureinstellung der Rückluft geregelt wird. Üblicherweise muß die Zirkulationsleistung für die Abluft nicht geregelt werden; diese ist bestimmt durch die Geometrie des Arbeitsraums, durch dessen Dichtheit gegenüber der Umgebung und durch die Bearbeitungsprozesse der Werkstücke selber. Wenn die Regelung sich auf die Temperatureinstellung bezieht, dann läßt sich bei diesen vorgegebenen Bedingungen eine optimierte Temperierung des Arbeitsraums erreichen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Regelgröße die Arbeitsraumtemperatur und/oder die Werkstücktemperatur ist. Temperaturänderungen können sich negativ auf die Maßhaltigkeit eines Bearbeitungsprozesses bzw. eines bearbeiteten Werkstücks auswirken. Wenn dafür gesorgt wird, daß die entsprechende Temperatur, welche diese Maßhaltigkeit beeinflussen kann, geregelt wird und insbesondere auf Konstanz geregelt wird, dann lassen sich Werkstücke mit hoher Genauigkeit bearbeiten bzw. die bearbeiteten Werkstücke weisen eine hohe Genauigkeit mit engen Fertigungstoleranzen auf.
Es kann auch die Temperatur eines zu bearbeitenden Werkstücks gesteuert und/oder geregelt werden.
Die Steuerung/Regelung der Abluftzirkulation insbesondere bezüglich der Temperatur der Rückluft erfolgt auf Grundlage mindestens einer der Größen Temperatur der gereinigten Abluft und Außentemperatur.
Günstigerweise wird bei Bedarf Umgebungsluft eingekoppelt und dabei in den Arbeitsraum oder an einer anderen Stelle in die Abluftführung eingekoppelt. Beispielsweise kann es bei stark wechselnden Temperaturprofilen vorteilhaft sein, Umgebungsluft in das System einzukoppeln bei gleichzeitiger Reduzierung des Rückluft-Teilstroms. Dadurch läßt sich eine bessere Stabilisierung der Arbeitsraumtemperatur erreichen.
Insbesondere ist es vorgesehen, daß Abluft aus dem Arbeitsraum abgesaugt wird, um bei einem entsprechenden großen Gasdurchsatz und insbesondere Luftdurchsatz durch den Arbeitsraum Bearbeitungsprodukte abführen zu können. Diese Absaugung ist vorteilhafterweise gekoppelt an eine entsprechende Strömungsführung des Gases in dem Arbeitsraum und aus dem Arbeitsraum.
Es kann vorgesehen sein, daß Abluft zur Reinigung durch mindestens ein Filter geführt wird. Dies ist in der DE 201 10 152.1 beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß der Reinigungsprozeß von Abluft mehrstufig durchgeführt wird. Beispielsweise ist eine Stufe zur Abscheidung von Spänen aus der Abluft vorgesehen, wobei es sich um eine Grobreinigungsstufe handelt. Es können sich eine oder mehrere Feinreinigungsstufen anschließen, um beispielsweise Stäube aus der Abluft abzuscheiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft einsetzen, wenn in dem Arbeitsraum eine Trockenbearbeitung und/oder Bearbeitung unter Minimalmengenschmierung durchgeführt wird. Es fallen dann als Bearbeitungsprodukte im wesentlichen nur Feststoffe an.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Werkstück vor der Bearbeitung temperiert wird. Dadurch befindet sich das Werkstück bei Beginn der Bearbeitung bereits auf einer definierten Temperatur, wobei ausgehend von der Temperierung eine Temperatursteuerung bzw. Temperaturregelung in dem Arbeitsraum durchgeführt werden kann. Es muß nicht gewartet werden, bis das Werkstück die Innentemperatur im Arbeitsraum annimmt; dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Trockenbearbeitung durchgeführt wird, da der Wärmeübergang von Luft auf das Werkstück schlechter ist als von einer Flüssigkeit auf das Werkstück. Dadurch sind Wartezeiten zur Temperierung des Werkstücks im Arbeitsraum minimiert.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Werkstück außerhalb des Arbeitsraums temperiert wird und dann in den Arbeitsraum transportiert wird. Bei der Temperierung auf eine geeignete Temperatur kann nach dem Transport in den Arbeitsraum mit der Bearbeitung begonnen werden, ohne daß Wartezeiten bezüglich der Temperierung des Werkstücks in dem Arbeitsraum entstehen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine mit einem Arbeitsraum, in welchem Werkstücke bearbeitbar sind, mit einer Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von Abluft aus dem Arbeitsraum, wobei zwischen der Reinigungsvorrichtung und dem Arbeitsraum eine Führung für Rückluft angeordnet ist, über die gereinigte Abluft in den Arbeitsraum führbar ist, und mit einem oder mehreren Eingängen des Arbeitsraums für Rückluft.
Es liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der genannten Art so zu verbessern, daß diese optimal arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei der genannten Werkzeugmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Rückluft in den Arbeitsraum so einkoppelbar ist, daß sich an Arbeitsraumwänden eine nach unten gerichtete Strömung ausbildet.
Dadurch läßt sich eine Abluftzirkulation bilden, über die mindestens ein Teilstrom an gereinigter Abluft in den Arbeitsraum zurückführbar ist. Über diese Abluftzirkulation läßt sich eine Temperierung des Arbeitsraums erreichen, wenn entsprechend die Temperatur der Rückluft gesteuert und/oder geregelt wird.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
Insbesondere ist die Führung für Rückluft an einen Wärmetauscher gekoppelt, über den die Temperatur der Rückluft, welche in den Arbeitsraum einkoppelbar ist, einstellbar ist. Dadurch läßt sich ein Regelkreis aufbauen, über den beispielsweise die Arbeitsraumtemperatur auf Konstanz regelbar ist. Dies wiederum ermöglicht es, Bearbeitungsprozesse mit hoher Maßhaltigkeit durchführen zu können.
Es ist dann ferner günstig, wenn eine Abzweigungsvorrichtung vorgesehen ist, über die ein Teilstrom der gereinigten Abluft als Rückluft dem Arbeitsraum zuführbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, wenn zusätzlich Gas wie Umgebungsluft in einen offenen Kreislauf eingekoppelt wird, die Menge der Rückluft, welche in den Arbeitsraum geführt wird, entsprechend zu steuern, so daß die Absaugleistung für Abluft nicht geändert werden muß.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, über welche die Arbeitsraumtemperatur steuerbar und/oder regelbar ist. Es lassen sich dann stabile Temperaturbedingungen in dem Arbeitsraum innerhalb eines geringen Abweichungsbereichs erreichen, so daß während der Bearbeitung von Werkstücken sich keine wesentlichen Änderungen der Werkstückabmessungen aufgrund von Wärmedehnung ergeben. Dadurch wiederum erzielt man eine hohe Maßhaltigkeit bezüglich der fertiggestellten Werkstücke.
Günstig ist es, wenn eine Temperierungseinrichtung wie beispielsweise ein Werkstückmagazin vorgesehen ist, in welcher ein oder mehrere Werkstücke temperierbar sind. Dadurch lassen sich zu bearbeitende Werkstücke auf eine definierte Temperatur bringen, so daß der Bearbeitungsvorgang an Werkstücken durchführbar ist, die bereits eine gewünschte Temperatur erreicht haben. Insbesondere muß dann für einen Bearbeitungsvorgang nicht gewartet werden, bis ein Werkstück in dem Arbeitsraum eine Ausgangstemperatur für den Bearbeitungsvorgang erreicht.
Günstigerweise ist eine Transportstrecke zum Transport von Werkstücken in den Arbeitsraum vorgesehen. Werkstücke lassen sich dann in der Temperierungseinrichtung, welche außerhalb des Arbeitsraums angeordnet ist, auf eine gewünschte definierte Temperatur bringen und über die Transportstrecke in den Arbeitsraum bringen.
Die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt:
die einzige 1 eine schematische Blockbilddarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine (wie beispielsweise eine Werkzeugmaschine), welches in 1 als Ganzes gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Arbeitsraum 12, in welchem Bearbeitungsvorgänge eines oder mehrerer Werkstücke 14 durchgeführt werden. Bei der Werkzeugmaschine kann es sich um einen Einspindler oder Mehrspindler handeln. Insbesondere handelt es sich bei den Bearbeitungsvorgängen um Trockenbearbeitungsvorgänge einschließlich Quasitrocken-Bearbeitungsvorgänge oder um Bearbeitungsvorgänge unter Minimalmengenschmierung. Beispielsweise weist der Schmierstoff an einem Werkzeug eine Durchflußmenge von weniger als 150 ml pro Prozeßstunde auf.
Das Werkstück 14 ist über ein Werkzeug 16 bearbeitbar, wobei das Werkzeug 16 in dem Arbeitsraum 12 positioniert ist und in dem Arbeitsraum 12 beispielsweise beweglich geführt ist. Es kann dort auch fest angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Werkstück 14 über einen entsprechenden Halter in dem Arbeitsraum 12 beweglich angeordnet sein.
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks 14 fallen Bearbeitungsprodukte an, wobei bei der materialabtragenden Bearbeitung insbesondere Späne und Stäube anfallen. Üblicherweise findet die Bearbeitung des Werkstücks 14 in dem Arbeitsraum 12 in Luft als Arbeitsraumgas statt. Es ist aber auch grundsätzlich möglich, daß die Bearbeitung in einer Inertgasatmosphäre stattfinden kann, wenn Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, die sauerstoffkritisch beispielsweise hinsichtlich Explosionsgefahr sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß Abluft aus dem Arbeitsraum 12 abgeführt wird. Die Abluft setzt sich dabei zusammen aus dem Arbeitsraumgas, welches üblicherweise Luft ist (aber nicht auf Luft beschränkt ist), und Bearbeitungsprodukten wie Späne und Staub. Diese Abluft wird abgesaugt, wozu beispielsweise eine Pumpe 18 vorgesehen sein kann. Der Arbeitsraum 12 weist dazu einen oder mehrere Ausgänge 20 für Abluft auf, wobei solche Ausgänge beispielsweise über Schlitze in einer den Arbeitsraum 12 umgebenden Verkleidung 22 gebildet sind. Diese Verkleidung 22, in welcher der Arbeitsraum 12 gebildet ist, ist dabei gasdicht ausgebildet.
An den oder die Ausgänge 20 ist eine Führung 24 für Abluft gekoppelt, wobei diese Führung 24 eine oder mehrere Leitungen 26 umfaßt, die zu einer Reinigungsvorrichtung 28 geführt sind. Die Pumpe 18 kann Bestandteil dieser Reinigungsvorrichtung 28 sein, um dafür zu sorgen, daß Abluft mit Bearbeitungsprodukten möglichst störungsfrei von dem Arbeitsraum 12 zu der Reinigungsvorrichtung 28 transportierbar ist.
In der Reinigungsvorrichtung 28 wird die Abluft mit den Bearbeitungsprodukten gereinigt. Zur Reinigung durchläuft die (verunreinigte) Abluft einen oder mehrere Filter 30, 32. Vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung 28 mehrstufig ausgebildet und umfaßt mindestens eine Grobreinigungsstufe 34 zur Abscheidung von Spänen aus der Abluft und eine Feinreinigungsstufe 36 zur Abscheidung von Stäuben und dergleichen aus der grobgereinigten Abluft.
In der Grobreinigungsstufe 34 abgeschiedene Bearbeitungsprodukte und insbesondere Späne werden in einem oder mehreren Sammelbehältern 38 gesammelt. In der Feinreinigungsstufe 36 abgeschiedene Bearbeitungsprodukte und insbesondere Feinstäube werden in einem oder mehreren Sammelbehältern 40 gespeichert.
Eine Reinigungsvorrichtung dieser Art ist in dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 201 10 152.1 vom 21. Juni 2001 beschrieben. Die beschriebene Reinigungsvorrichtung, welche zum Abscheiden von Feststoffen aus einem gasförmigen Medium, d. h. zum Abscheiden von Bearbeitungsprodukten aus der Abluft, dient, umfaßt dabei einen in einem Filtergehäuse vorhandenen Feinfilter, wie beispielsweise das Filter 32 und einen lösbar anschließenden Auffangbehälter, wie beispielsweise den Sammelbehälter 40. Dieser Auffangbehälter kann dabei gleichzeitig Vorratsbehälter für in das Filtergehäuse für das Filter 32 einleitbare Additiv-Stoffe sein.
Dem Filtergehäuse ist ein Zyklon-Abscheider als Grobreinigungsstufe 34 vorgeschaltet. Ein Absaugventilator ist dem Filtergehäuse strömungsgemäß nachgeschaltet, wobei ein Windsichter strömungsmäßig zwischen Zyklon und Filtergehäuse so angeordnet und so ausgebildet ist, daß vom Zyklon ausgeschiedene schwerere Feststoffe in den Windsichter einleitbar sind und ein vorbestimmbarer Anteil von diesen Feststoffen durch den Windsichter hindurch weiter in das Filtergehäuse einleitbar ist. Insbesondere sind diese Bauteilkomponenten zu einem kompakten Gerät bauteilmäßig zusammengefaßt. Auf das genannte Gebrauchsmuster DE 201 10 152.1 wird ausdrücklich Bezug genommen.
Entsprechende Reinigungsvorrichtungen sind auch unter der Bezeichnung HANDTE-Trockenfilter bekannt.
Die Reinigungsvorrichtung 28 weist einen Ausgang 42 für gereinigte Abluft auf, wobei an diesem Ausgang 42 Abluft auskoppelbar ist, welche im wesentlichen von den Bearbeitungsprodukten gereinigt ist.
Dieser Ausgang 42 ist über eine Leitung 44 an einen Eingang 46 einer Abzweigungsvorrichtung 48 gekoppelt. Diese Abzweigungsvorrichtung 48 weist einen ersten Ausgang 50 auf, über den gereinigte Abluft aus dem System auskoppelbar ist und beispielsweise an die Atmosphäre abgebbar ist. Ferner umfaßt die Abzweigungsvorrichtung 48 einen zweiten Ausgang 52, über den ein Teilstrom an gereinigter Abluft abführbar ist. Dieser zweite Ausgang 52 ist über eine Leitung 54 an einen Eingang 56 des Arbeitsraums 12 für gereinigte Abluft gekoppelt.
Über den zweiten Ausgang 52 läßt sich dann durch die Leitung 54 gereinigte Abluft als Rückluft in den Arbeitsraum 12 einkoppeln. Dadurch ist ein Abluftkreislauf 58 gebildet, mittels dem sich Abluft zwischen dem oder den Ausgängen 20 des Arbeitsraums 12 für mit Feststoffen verunreinigte Abluft und dem oder den Eingängen 56 für gereinigte Abluft (Rückluft) zirkulieren läßt.
Es ist dabei vorzugsweise vorgesehen, daß der oder die Eingänge 56 für Rückluft bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb des oder der Ausgänge 20 für Abluft an dem Arbeitsraum 12 angeordnet sind. Die Strömungsführung des entsprechenden Arbeitsraumgases, wie beispielsweise Luft, in dem Arbeitsraum 12 ist derart, daß die bei der Trockenbearbeitung angefallenen Bearbeitungsprodukte wie Späne und Staub durch die Abluftströmung in dem Arbeitsraum 12 erfaßt werden und der Reinigungsvorrichtung 28 zuführbar sind. Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Rückluft/Abluft von oben nach unten (bezogen auf die Schwerkraftrichtung) an Wänden 60 des Arbeitsraums 12 geführt wird, so daß sich eine Art von Gaspolster an diesen Wänden ausbilden kann. Dadurch ist der Verschmutzungsgrad im Arbeitsraum verringert. Auch wird die Ablagerung von Feststoffen im Arbeitsraum verhindert oder zumindest verringert.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Rückluft, welche in den Arbeitsraum 12 eingekoppelt wird, bezüglich ihrer Temperatur gesteuert und/oder geregelt wird. Üblicherweise ist die Bearbeitung eines Werkstücks 14 in dem Arbeitsraum 12 mit einem Wärmeeintrag in den Arbeitsraum 12 verbunden. Des weiteren kann die Reinigung der Abluft in der Reinigungsvorrichtung 28 mit einem Wärmeeintrag verbunden sein. In der Regel ist es deswegen notwendig, daß die Rückluft vor Einkopplung in den Arbeitsraum 12 abgekühlt wird.
Zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur der Rückluft ist mindestens ein Wärmetauscher 62 vorgesehen, welcher an die Leitung 54 gekoppelt ist. Rückluft als gereinigte Abluft durchströmt diesen Wärmetauscher 62, wobei über ein Wärmeübertragungsmedium wie beispielsweise Wasser eine bestimmte Temperatur der Rückluft einstellbar ist, welche den Wärmetauscher 62 an einem Ausgang 64 verläßt; der Ausgang 64 wiederum steht in fluidwirksamer Verbindung mit dem Eingang 56 des Arbeitsraums 12.
Eine Flüssigkeitsführung für das Wärmeübertragungsmedium ist in 1 durch das Bezugszeichen 66 angedeutet.
Die Absaugleistung für die Abluft hängt insbesondere von der geometrischen Ausgestaltung des Arbeitsraums 12, der Gasdichtheit der Verkleidung 22 und der Art der Bearbeitungsprozesse in dem Arbeitsraum 12 ab. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß der Arbeitsraum 12 temperiert ist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Arbeitsraum auf einer bestimmten konstanten Temperatur gehalten wird (mit geringen Abweichungen um diese vorgegebene Temperatur), so daß beispielsweise während eines Bearbeitungsprozesses sich die Abmessungen des Werkstücks nicht durch Wärmedehnung verändern. Über die Steuerung und/oder Regelung der Temperatur der Rückluft läßt sich eine Steuerung und/oder Regelung der Arbeitsraumtemperatur erreichen, wodurch es wiederum möglich ist, die Arbeitsraumtemperatur beispielsweise innerhalb enger Toleranzen konstant zu halten.
Erfindungsgemäß ist dazu eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 vorgesehen, welche beispielsweise in die Steuerung der Werkzeugmaschine 10 integriert ist. Ein Temperatursensor 70 mißt die Temperatur in dem Arbeitsraum 12 und gibt das entsprechende Meßsignal an die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 weiter.
Ferner wird über einen Temperatursensor 72 die Temperatur der Rückluft vor Durchlaufen des Wärmetauschers 62 gemessen. Ein weiterer Temperatursensor 74 mißt die Temperatur der Rückluft, nachdem sie den Wärmetauscher 62 verlassen hat. Die Temperatursensoren 72 und 74 geben ihre entsprechenden Meßsignale an die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 68 weiter. Diese kann einen Temperaturgradienten in der Rückluftführung bezüglich eines Eingangs des Wärmetauschers 62 und eines Ausgangs des Wärmetauschers 62 ermitteln.
Es kann auch noch vorgesehen sein, daß mittels eines Temperatursensors 76 eine Umgebungstemperatur an der Werkzeugmaschine gemessen wird.
Darüber hinaus kann es auch noch vorgesehen sein, daß über einen Temperatursensor 78 die Temperatur an dem Werkstück 14 gemessen wird. Auch die Temperatursensoren 76, 78 geben ihre Signale an die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 weiter.
Weiterhin ist eine Temperierungseinrichtung 84 vorgesehen, in welcher Werkstücke temperierbar sind. Über eine Transportstrecke 86 lassen sich entsprechend temperierte Werkstücke 86 in den Arbeitsraum 12 bringen. In der Temperierungseinrichtung 84 kann ein Werkstück oder es können mehrere Werkstücke auf eine definierte Temperatur gebracht werden, so daß Werkstücke dem Arbeitsraum 12 zuführbar sind, welche eine definierte (Ausgangs-)Temperatur aufweisen. Die Temperierungseinrichtung 84 kann beispielsweise durch ein temperierbares Werkstückmagazin oder durch eine Temperierungsstrecke gebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperierung des Arbeitsraums 12 funktioniert wie folgt:
Beispielsweise wird die Innentemperatur des Arbeitsraums 12, gemessen über den Temperatursensor 70, als Regelgröße verwendet, d. h. als diejenige Größe, die zu regeln ist. Die Temperatur im Arbeitsraum 12 während Bearbeitungsprozessen bestimmt die Temperatur des Werkstücks 14. Alternativ kann auch die Temperatur des Werkstücks 14 selber, gemessen über den Temperatursensor 78, als Regelgröße verwendet werden.
Die Temperatur im Arbeitsinnenraum wird vorgegeben mit enger Toleranz, beispielsweise wird eine Abweichung von höchstens 1 K von der fest zu haltenden Arbeitsraumtemperatur toleriert. Der Temperatursensor 70 mißt die aktuellen Werte und gibt sie an die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 weiter.
Die Abluft wird aus dem Arbeitsraum 12 mit den Bearbeitungsprodukten, d. h. mit den angefallenen Feststoffen, abgesaugt und der Reinigungsvorrichtung 28 zugeführt und dort gereinigt. Eine Temperatur der Rückluft wird über den Wärmetauscher 62 eingestellt und dabei insbesondere über eine mittels eines Durchflußreglers 80 eingestellte Durchflußmenge an Flüssigkeit durch den Wärmetauscher 62. Dieser Durchflußregler 80 ist mit der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 verbunden, die entsprechend die Durchflußmenge steuern kann. Der Durchfluß an Flüssigkeit durch den Wärmetauscher 62 ist so gewählt, daß sich in der Rückluft, welche in den Arbeitsraum 12 eingekoppelt wird, eine bestimmte Temperatur einstellt, wobei diese Temperatur über den Temperatursensor 74 gemessen wird. Die Temperatur wird dabei als Stellgröße oder Steuergröße so gesteuert, daß die Regelgröße Arbeitsrauminnentemperatur im wesentlichen konstant bleibt.
Die Arbeitsrauminnentemperatur ist auch durch die Umgebungstemperatur beeinflußt, welche durch den Temperatursensor 76 gemessen wird. Änderungen in der Umgebungstemperatur können die Arbeitsrauminnentemperatur berücksichtigen. Durch Messung der Umgebungstemperatur und Berücksichtigung bei der Steuerung des Wärmetauschers 62 läßt sich eine Konstanz der Arbeitsinnenraumtemperatur auch bei Variationen in der Umgebungstemperatur mit hoher Genauigkeit erreichen.
Mittels der Messung der Temperatur der Rückluft vor dem Wärmetauscher (Temperatursensor 72) und nach dem Wärmetauscher (Temperatursensor 74) läßt sich die Kühlleistung des Wärmetauschers 62 bestimmen. Die Temperatur der Rückluft nach Verlassen des Wärmetauschers 62 selber kann eine sekundäre Regelgröße sein, um die Arbeitsrauminnentemperatur regeln zu können.
Der erste Ausgang 50 der Abzweigungsvorrichtung 48 stellt einen Auslaß des Abluftkreislaufs 58 dar. An ihm kann (gereinigte) Abluft das System verlassen; der Abluftkreis ist dann ein offener Kreislauf.
Es können auch ein oder mehrere Einlässe vorgesehen sein, über die Arbeitsraumgas und insbesondere Luft in den Abluftkreislauf 58 einkoppelbar ist. Beispielsweise ist ein Einlaß 82 an dem Arbeitsraum 12 vorgesehen, über den sich Umgebungsluft in den Arbeitsraum 12 einkoppeln läßt. Der Einlaß 82 ist dabei insbesondere steuerbar, so daß er geöffnet und geschlossen werden kann und vorzugsweise auch die Gaseinkopplungsmenge steuerbar ist. Insbesondere bei stark wechselnden Temperaturprofilen besteht dabei die Möglichkeit, über zusätzliche Umgebungsluft die Temperatur im Arbeitsraum 12 zu beeinflussen. Damit die Absaugleistung nicht vergrößert werden muß, wird dann ein entsprechender verkleinerter Teilstrom an Rückluft in den Arbeitsraum 12 eingekoppelt.
Die Menge an über den Einlaß 82 eingeführtem Gas und insbesondere eingeführter Umgebungsluft ist dann eine Steuergröße bzw. Stellgröße, wobei diese Menge durch die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 gesteuert wird. Entsprechend steuert dann die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 68 die Abzweigungsvorrichtung 48, um einen entsprechenden Rückluft-Teilstrom zu erzeugen, welcher über den Eingang 56 in den Arbeitsraum 12 gekoppelt wird.
Ein entsprechender Einlaß für Umgebungsluft kann auch an die Leitung 54 vor oder nach dem Wärmetauscher 62 angeordnet sein.
Durch die Vortemperatur von Werkstücken in dem Werkstückmagazin 84 ist sichergestellt, daß Werkstücke mit einer definierten Temperatur in dem Arbeitsraum positioniert werden. Dadurch wiederum muß nicht abgewartet werden, bis das Werkstück die gewünschte Temperatur im Arbeitsraum 12 erreicht, wenn entsprechend das Werkstück bereits vorher auf die gewünschte Temperatur erwärmt (bzw. gegebenenfalls abgekühlt) wurde.
Dadurch ist es auch bei der Trockenbearbeitung nicht notwendig abzuwarten, bis das Werkstück im Arbeitsraum 12 die erforderliche Temperatur erreicht, da es eben mit der erforderlichen Temperatur bereits in den Arbeitsraum 12 gebracht wurde.

Claims

Verfahren zum Temperieren des Arbeitsraums einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, bei dem Abluft vom Arbeitsraum abgeführt wird und gereinigt wird und mindestens ein Teil der gereinigten Abluft als Rückluft in den Arbeitsraum zurückgeführt wird, wobei die Temperatur der Rückluft gesteuert und/oder geregelt und wobei Rückluft in den Arbeitsraum bezogen auf die Schwerkraftrichtung oberhalb der Abführung von Abluft eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Rückluft so in den Arbeitsraum eingekoppelt wird, daß sich an Arbeitsraumwänden eine nach unten gerichtete Strömung ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Rückluft eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatureinstellung der Rückluft nach der Reinigung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Rückluft gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückluft durch einen Wärmetauscher geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Rückluft vor Durchlaufen des Wärmetauschers gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Rückluft nach Durchlaufen des Wärmetauschers gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über den Wärmetauscher die Temperatur der Rückluft zur Zuführung in den Arbeitsraum gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft in einem Kreislauf geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf einen oder mehrere Auslässe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf einen oder mehrere Einlässe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaß an dem Arbeitsraum vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Arbeitsraum gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an dem Werkstück und/oder die Temperatur des Werkstücks gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an der Bearbeitungsmaschine gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraumgasumlauf mit Temperatureinstellung der Rückluft geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelgröße die Arbeitsraumtemperatur und/oder die Werkstücktemperatur ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Arbeitsraum geregelt und/oder gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur eines zu bearbeitenden Werkstücks gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung/Regelung auf Grundlage mindestens einer der Größen Temperatur der gereinigten Abluft bei Einkopplung in den Arbeitsraum und Außentemperatur erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf Umgebungsluft eingekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft aus dem Arbeitsraum abgesaugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft zur Reinigung durch mindestens einen Filter geführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsprozeß von Abluft mehrstufig durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsprozeß eine Stufe zur Abscheidung von Spänen aus der Abluft umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsprozeß eine Stufe zur Abscheidung von Stäuben aus der Abluft umfaßt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Arbeitsraum ein Trockenbearbeitungsverfahren und/oder ein Bearbeitungsverfahren unter Minimalmengenschmierung an Werkstücken durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück vor der Bearbeitung temperiert wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück außerhalb des Arbeitsraums temperiert wird und dann in den Arbeitsraum transportiert wird.
Werkzeugmaschine mit einem Arbeitsraum (12), in welchem Werkstücke (14) bearbeitbar sind, mit einer Reinigungsvorrichtung (28) zur Reinigung von Abluft aus dem Arbeitsraum (12), wobei zwischen der Reinigungsvorrichtung (28) und dem Arbeitsraum (12) eine Führung (54) für Rückluft angeordnet ist, über die gereinigte Abluft in den Arbeitsraum (12) führbar ist, und mit einem oder mehreren Eingängen (56) des Arbeitsraums (12) für Rückluft, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Eingänge (56) so angeordnet sind, daß Rückluft in den Arbeitsraum (12) so einkoppelbar ist, daß sich an Arbeitsraumwänden (60) eine nach unten gerichtete Strömung ausbildet.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (54) für Rückluft an einen Wärmetauscher (62) gekoppelt ist, über den die Temperatur der Rückluft, welche in den Arbeitsraum (12) einkoppelbar ist, einstellbar ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung (48) vorgesehen ist, über die ein Teilstrom der gereinigten Abluft als Rückluft dem Arbeitsraum (12) zuführbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung (68) vorgesehen ist, über welche die Arbeitsraumtemperatur steuerbar und/oder regelbar ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperierungseinrichtung (84) vorgesehen ist, in welcher ein oder mehrere Werkstücke temperierbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transportstrecke (86) zum Transport von Werkstücken in den Arbeitsraum (12) vorgesehen ist.