DE102004008101A1

DE102004008101A1 - Immissionsschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE102004008101A1
Application number: DE102004008101A
Authority: DE
Inventors: Helmut Knoblich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-09-01

Abstract

Immissionsschutzvorrichtung insbesondere für die spanende Bearbeitung stauberzeugender Werkstoffe,
im wesentlichen bestehend aus zwei lösbar miteinander verbundenen Segmenten,
wobei mindestens ein Segment verformbar ist,
das erste Segment mit der Führung des Werkzeuges oder der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine verbunden ist und sich davon ausgehend im wesentlichen axial in Richtung des Werkzeuges oder der Arbeitsspindel erstreckt
und das zweite Segment mit dem Werkstück, der Werkstückspannvorrichtung oder dem Werkzeugmaschinentisch verbunden ist und das zu bearbeitende Werkstück umschließt,
wobei die sich gegenüberstehenden Randzonen des ersten und zweiten Segmentes form- und/oder kraftschlüssig verbindbar sind
und mindestens ein Segment eine Absaugeinrichtung oder eine Verbindung zu einer Absaugeinrichtung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Immissionsschutzvorrichtung für die spanende Bearbeitung stark stauberzeugender Materialien, insbesondere Graphit, Holz und dergleichen.
Bei der spanenden Bearbeitung stauberzeugender Werkstoff, wie Graphit, Holz, Holzwerkstoffe und dergleichen wird aus technologischen Gründen die Trockenbearbeitung oder die MMS-Technik (Minimalmengenschmierung) angewendet. Die wesentlichen betriebswirtschaftlichen und ökologischen Vorteile dieser Verfahren sind insbesondere die Einsparung von Kühl- und Schmierstoffen, die damit verbundene Entlastung der Umwelt und insbesondere die Beseitigung gesundheitsgefährdender Belastungen des Bedieners.
Ein technologisches Problem der Trockenbearbeitung resultiert aus dem Anfall der trockenen Späne. Bei der MMS-Technik sind die anfallenden Späne in Abhängigkeit von der Dosierungsmenge feucht und neigen daher zum Verkleben.
Daneben sind Lösungen bekannt, bei denen die bei der Zerspanung entstehenden Stäube mit Hilfe bekannter Absaugeinrichtungen beseitigt werden. Bekannte Lösungen sind Punkt- oder Quellen-Absaugungeinrichtungen, mit denen eine Erfassung der beim Spanbildungsprozess entstehenden Stäube unmittelbar am Entstehungsort durch außerhalb des Arbeitsraumes der Werkzeugmaschine angeordnete, schwenk- oder teleskopierbare Schläuche aus PVC eingesetzt werden. Ein Nachteil dieser bekannten Lösungen nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die Absaugung der beim Spanbildungsprozess entstehenden Stäube über ein vergleichsweise kleines Mundstück der schwenk- oder teleskopierbaren Quellenabsaugung im definierten Abstand zur jeweiligen Quelle der Staubentstehung angeordnet ist. Die Absaugung erfolgt daher einseitig mit dem Volumenstrom der Abluft der jeweiligen Quellenabsaugung. Insbesondere bei der Bearbeitung graphithaltiger Halbzeuge und Werkstücke kommt es zu einer starken Vernebelung im Arbeitsbereich der rotierenden Bohr- und Fräswerkzeuge. Die entstehenden Stäube können nur partielle abgesaugt und eliminiert werden. In der Folge kommt es zu Absetzungserscheinungen im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine.
Daneben sind starre Absaugeinrichtungen bekannt, die den gesamten Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine oder einer Prüfeinrichtung umhausen. Dabei sind das zu bearbeitende Werkstück mit dem Bearbeitungswerkzeug bzw. die zu analysierende Werkstoffprobe mit der Prüfeinrichtung vollständig eingehaust. Nachteil derartiger Lösungen ist die konstruktiv aufwändige, starre Anordnung einer großvolumigen Abdeckung des Arbeits- bzw. Prüfbereiches.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu eliminieren und eine Immissionsschutzvorrichtung vorzuschlagen, die mit einfachen Mitteln an bekannten Werkzeugmaschinen, insbesondere Universal-Fräs- und/oder Bohrmaschinen und -zentren einsetzbar ist und eine vollständige und zuverlässige Beseitigung auftretender Stäube mit einfachen Mitteln sichert. Daneben soll die Immissionschutzvorrichtung eine Teilautomatisierung oder Automatisierung der Prozessabläufe ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die erfindungswesentlichen Merkmale des Hauptanspruches. Vorzugsweise Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.

Die Immissionsschutzvorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei lösbar miteinander verbundenen Segmenten. Das erste Segment ist dabei fest oder lösbar mit der Führung bzw. dem Gehäuse der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine verbunden. Davon ausgehend erstreckt sich das erste Segment im wesentlichen axial in Richtung der Arbeitsspindel bzw. des darin aufgenommenen Werkzeuges.

Das zweite Segment ist fest oder lösbar mit dem Bett der Werkzeugmaschine bzw. der Werkstückspannvorrichtung verbunden und umschließt das zu bearbeitende Werkstück im wesentlichen trogförmig. Die sich gegenüberstehenden Randzonen des ersten und zweiten Segmentes sind form- oder kraftschlüssig miteinander verbindbar. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung sind das obere und das untere Segment kegelstumpf – bzw. halbkugelförmig geformt. Die lösbare Verbindung der formidealen Ränder des ersten und zweiten Segmentes erfolgt vorteilhaft durch einen Elektromagneten.

Um eine störungsfreie Relativbewegung zwischen Arbeitsspindel und Werkstück in x-, y- und z-Richtung zu ermöglichen, ist mindestens ein Segment verformbar. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist das elastische Segment als Faltenbalg mit integrierten Federlagen ausgebildet.

Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass beim Absaugen der Stäube und dem dabei entstehenden Vakuum der flexible Faltenbalg nicht in sich zusammenfällt und die rotierende Arbeitsspindel bzw. das Werkzeug berührt.

Mindestens ein Segment weist eine Absaugeinrichtung oder eine Verbindung zu einer Absaugeinrichtung auf, über die die entstehenden Stäube aus dem Inneren der miteinander verbundenen Segmente abgesaugt werden.

Vorteilhaft ist der Anschluss der Absaugeinrichtung wegen der Schwerkraft im tiefer liegenden Segment angeordnet, dass das zu bearbeitende Werkstück umhüllt.

Mindestens ein Segment weist Lüftungsöffnungen, insbesondere Lüftungsschlitze auf. Vorteilhaft sind die Lüftungsschlitze fluchtend gegenüber dem Ansaugstutzen der Abluftleitung angeordnet. Durch den Lufteintritt werden die beim Spannungsprozess entstehenden Staubpartikel in Richtung des Saugstutzens gezogen und abtransportiert. Größere Späne und Staubpartikel können zu Boden fallen und werden durch die vorteilhafte Trichter- oder Kegelform des mit dem Werkstück verbundenen Segmentes an dessen Boden konzentriert und können leicht abgesaugt werden. Um die Überwachung des Spanungsprozesses sowie Inspektionsarbeiten zu erleichtern besteht wenigstens ein Segment aus einem transparenten Werkstoff.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben und in zugehörigen Zeichnungen illustriert.

Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Immissionsschutzvorrichtung zum Fräsen eines Graphitblockes für Elektroden zum Senkerodieren

2 in einer herausgelösten Darstellung die beiden lösbar miteinander verbundenen Segmente der Immissionsschutzvorrichtung nach 1

3 die Immissionsschutzvorrichtung im geöffneten Zustand in einer Position zum manuellen Werkzeug- und Werkstückwechsel

4 die Immissionsschutzvorrichtung mit hochgefahrener Frässpindel in einer Position für den automatischen Werkzeugwechsel

In 1 ist in einer perspektivischen Darstellung eine Immissionsschutzvorrichtung zum Fräsen stark staubentwickelnder Werkstoffe, insbesondere zur Bearbeitung von Graphitelektroden für das Senkerodieren, dargestellt.

Das schaftförmige Fräswerkzeug 1, das in der Frässpindel 2 aufgenommen wird, ist vollständig von einem Faltenbalg 4 umgeben, der das erste bzw. obere Segment der Immissionsschutzvorrichtung bildet. Der in axialer wie radialer Richtung elastische Faltenbalg 4 weist an seinem oberen, sich verjüngenden Rand einen Ring 5 aus Stahlblech auf. Dieser Ring 5 ist direkt mit einem Elektroringmagnet 6 lösbar verbunden, der die Frässpindel 2 umschließt.

Der untere Rand des kegelstumpfförmigen Faltenbalges 4 wird von einem Ring 7 aus Stahlblech gebildet. Der Ring 7 steht im geschlossenen Zustand der Immissionsschutzvorrichtung mit einem Magnetring 8 in Wirkverbindung, der am oberen Rand des unteren Schutzgehäuses 10 angeordnet ist.

Das untere Schutzgehäuse 10 verkörpert das zweite bzw. untere Segment der Immissionsschutzvorrichtung. Das untere Schutzgehäuse 10 umschließt schalenförmig das zu bearbeitende Werkstück 9 und ist lösbar mit der Werkstückaufnahme 11 verbunden. Das untere Schutzgehäuse 10 ist aus einem transparenten Werkstoff gefertigt, so dass das Positionieren des Werkzeuges zum Werkstück und der komplette Bearbeitungsprozess optisch überwacht werden kann. Im unteren Bereich des Schutzgehäuses 10 befindet sich ein Anschluss 12 für eine Staubabsaugeinrichtung.

Im geschlossenen Zustand bilden das obere und untere Segment der Immissionsschutzvorrichtung (Faltenbalg 4, unteres Schutzgehäuse 10) eine geschlossene staubdichte Kammer. Durch die Elastizität des Faltenbalges 4 in x-, y- und z-Richtung kann das Fräswerkzeug 1 innerhalb des Arbeitsbereiches des zu bearbeitenden Werkstückes frei verfahren werden, ohne das es zu Abdichtungsproblemen zwischen dem Ring 7 des Faltenbalges und dem Elektromagnetring 8 am unteren Schutzgehäuse 10 kommt.

2 zeigt die beiden Segmente der Immissionsschutzvorrichtung im geschlossenen Zustand. Der Faltenbalg 4 besteht aus einem flexiblen, transparenten Kunststoff. Der obere Ring 5 des Faltenbalges wird von einem Elektroringmagnet 6 gehalten, der an der Unterseite des Frässpindelkastens die Frässpindel 2 umschließt. Der staubdichte Verschluss der beiden Segmente der Immissionsschutzvorrichtung erfolgt über den Ring 7 aus Stahlblech am unteren Rand des Faltenbalges und einen ringförmigen Elektromagneten 8, der im oberen Randbereich des unteren Schutzgehäuses 10 angeordnet ist.

Das untere Schutzgehäuse 10 ist über eine nicht näher dargestellte Schnellspanneinrichtung mit der Werkstückaufnahme 11 verbindbar.

3 zeigt in einer schematisierten Darstellung die Immissionsschutzvorrichtung mit den beiden, voneinander getrennten Segmenten. Die dargestellte Position von Fräswerkzeug und Werkstück dient dem manuellen Werkzeug bzw. Werkstückwechsel. Der federelastische Faltenbalg gibt in dieser Position das Fräswerkzeug frei. Der Wechsel des Werkstückes kann manuell oder mittels Manipulator erfolgen.

4 zeigt in einer Frontansicht den Frässpindelkasten 3 mit Frässpindel 2 und Fräswerkzeug 1 in einer oberen Position, die einen automatischen Werkzeug-wechsel ermöglicht. Vor dem axialen Hochfahren der Frässpindel 2 (in z-Richtung) wurde durch Abschalten des Elektroringmagnetes 6 die Verbindung mit dem oberen Ring 5 aus Stahlblech des Faltenbalges 4 gelöst. Die beiden Segmente der Immissionsschutzvorrichtung sind in dieser Position über die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem unteren Ring 7 aus Stahlblech des Faltenbalges 4 und den Magnetring 8 des unteren Schutzgehäuses 10 verbunden.

Die Größe des Verfahrweges der Werkzeugmaschine in x-y-z-Richtung ist durch die Baugröße der Immisionsschutzvorrichtung und deren elastischer Verformbarkeit vorgegeben. Beim Beginn eines Bearbeitungsprogrammes wird eine Vorpositionierung/Nullung in x- und y-Richtung vorgenommen. Anschließend erfolgt die Zustellung in z-Richtung, bis die Magnethaftflächen des oberen und unteren Segmentes sich berühren. Bei der Annäherung der Magnete und Haftringe wird die Absaugeinrichtung aktiviert und durch den sich bildenden Unterdruck der Andockvorgang zwischen den Kontaktflächen beider Segmente unterstützt. Nach dem Andocken kann unmittelbar mit der Fräsbearbeitung begonnen werden.

Für einen automatisierten Werkzeugwechsel wird die Magnetspannung zwischen dem Elektroringmagnet 6 und dem oberen Ring 5 am Faltenbalg gelöst. Nachfolgend kann die Frässpindel 6 mit Fräswerkzeug 1 gegenüber dem Maschinentisch 13 vertikal verfahren werden.

Bei einer unkontrollierten Verfahrbewegung in z-Richtung über den maximalen Federweg des elastischen Faltenbalges 4 hinaus erfolgt aus Sicherheitsgründen eine selbständige Trennung von Faltenbalg 4 und Elektromagnet 6. Dies wird bewirkt durch eine entsprechende Dimensionierung der Haltekraft des verwendeten Permanent- oder Elektromagneten.

Die Absaugung der bei der Fräsverarbeitung entstehenden Stäube erfolgt über den in den 1 bis 4 dargestellten Anschluss 12 durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Absaugeinrichtung.

Durch die kompakte, an die Geometrie und Größe von Werkzeug und Werkstück angepasste Bauform der beiden Segmente der Immissionsschutzeinrichtung bedarf es nur einer vergleichsweisen geringen Saugleistung, um mit der notwendigen Zuverlässigkeit eine vollständige Absaugung der beim Spanen entstehenden graphithaltigen Stäube zu realisieren.

1: Fräswerkzeug
2: Frässpindel
3: Frässpindelkasten
4: Faltenbalg
5: Ring (Stahlblech)
6: Elektroringmagnet
7: Ring (Stahlblech)
8: Magnetring
9: Werkstück
10: Unseres Schutzgehäuse
11: Werkstücksaufnahme
12: Anschluss für Staubsaugung
13: Maschinentisch
14: Aufnahme für Werkstückshalter

Claims

Immissionsschutzvorrichtung insbesondere für die spanende Bearbeitung stauberzeugender Werkstoffe, im wesentlichen bestehend aus zwei lösbar miteinander verbundenen Segmenten, wobei mindestens ein Segment verformbar ist, das erste Segment mit der Führung des Werkzeuges oder der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine verbunden ist und sich davon ausgehend im wesentlichen axial in Richtung des Werkzeuges oder der Arbeitsspindel erstreckt und das zweite Segment mit dem Werkstück, der Werkstückspannvorrichtung oder dem Werkzeugmaschinentisch verbunden ist und das zu bearbeitende Werkstück umschließt, wobei die sich gegenüberstehenden Randzonen des ersten und zweiten Segmentes form- und/oder kraftschlüssig verbindbar sind und mindestens ein Segment eine Absaugeinrichtung oder eine Verbindung zu einer Absaugeinrichtung aufweist.
Immissionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Segment kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Segment ein Faltenbalg (4) ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Segment lösbar mit der Führung des Werkzeuges oder der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine verbunden ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Segment mittels eines Elektromagneten oder einer pneumatischen Spanneinrichtung lösbar mit der Führung des Werkzeuges oder der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine verbunden ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Segment lösbar mit dem Werkstück, der Werkstückspannvorrichtung oder dem Werkzeugmaschinentisch verbunden ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Segment mittels eines Elektromagneten oder einer pneumatischen Spanneinrichtung lösbar mit dem Werkstück, der Werkstückspannvorrichtung oder dem Werkzeugmaschinentisch verbunden ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass das untere Segment schalen-, kegelstumpf- oder trichterförmig ausgebildet ist.
Immissionsschutzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die beiden Segmente untereinander durch Elektromagneten oder eine pneumatische Spanneinrichtung lösbar verbunden sind.
Immissionsschutzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Segment einen bodennahen Anschluss für eine Absaugeinrichtung aufweist.
Immissionsschutzvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Segment aus einem transparenten Werkstoff besteht.