DE102005019285B3 - Reinigungsanlage für spanend bearbeitete Werkstücke - Google Patents

Abstract

Reinigungsverfahren und Reinigungsanlage für spanend bearbeitete Werkstücke als integrierte Funktionseinheit in einer Bearbeitungsmaschine oder in eigenem Systemgehäuse. Verwendung der Kühlschmierflüssigkeit aus dem Versorgungssystem der Bearbeitungsmaschine als Reinigungsflüssigkeit ohne zusätzliche Pumpen oder Filter mit Schwerpunkt Innenreinigung von Werkstückinnenräumen durch richtungsumkehrbares Durchströmen mit einem voll ausfüllenden Volumen an Reinigungsflüssigkeit. Dadurch wird eine Verbesserung der Reinigung bei vermindertem Anlagenaufwand erreicht. Das System ist automatisiert rechnergesteuert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren und eine Reinigungsanlage welche sowohl als Funktionseinheit in eine Bearbeitungsmaschine integriert sein kann, als auch als selbständige Einzelmaschine in einem eigenen Systemgehäuse ausgeführt werden kann. Von spanend bearbeiteten Werkstücken werden die mit Reinigungsflüssigkeit lösbaren Verunreinigungen abgereinigt, ein besonderes Ziel ist hierbei die vollständige Reinigung von Werkstückinnenräumen.
• Reinigungsanlagen sind in vielfältigster Form und Ausführung entsprechend den zu reinigenden Werkstücken bekannt, welche die Werkstücke mit Druckluft, Dampf, Reinigungsflüssigkeiten abblasen, besprühen, mit Druck abspritzen, abspülen, fluten oder zusätzlich drehen, schaukeln, pulsen, vibrieren. Reinigungsaufgabe ist es meist, einen fettfreien, spänefreien, sauberen Zustand von bearbeiteten Werkstücken außen und in inneren Hohlräumen/Kanälen zu erreichen.
• In DE 195 28 429 A1 wird ein Hohlräume aufweisendes Werkstück wie z.B. ein Motorblock spanend bearbeitet und um ein Eindringen von Bearbeitungsspänen in die Hohlräume des Werkstücks zu verhindern, werden diese Hohlräume vor Beginn der Bearbeitung mit Wachs, Fett, Seifen oder ähnlichen Stoffen ausgefüllt. Nach Abschluß der Bearbeitung wird dieser Füllstoff durch Spül- oder Lösungsmittel ausgespült und damit werden auch alle sonstigen Verunreinigungen am Werkstück entfernt.
• Die Öffenlegungsschrift DE 43 04 495 A1 beschreibt zur Entfernung von Spänen und Kühlschmierflüssigkeit eine Reinigungskammer, in der das zu reinigende Werkstück eingesetzt und mit Reinigungsflüssigkeit geflutet wird bis das Werkstück untertaucht. Durch Erzeugen einer Strömung innerhalb der Reinigungsflüssigkeit wird das Werkstück gereinigt.
• Eine andere Ausgestaltung beschreibt in DE 37 31 410 C2 eine Anlage in der das Werkstück gedreht und mittels Düsen und hohem Druck abgespritzt wird.
• Eine Möglichkeit zur Innenreinigung von Wärmetauscherrohren mittels durchgespülter Reinigungsbürsten nennt EP 0 828 132 B1 , während DE 38 29 359 A1 nur allgemein Rohrreinigungskörper nennt, die durch den Wärmetauscher gepumpt werden bzw. durch Strömungsumkehr in beiden Richtungen durch den Wärmetauscher gepumpt werden können.
• Hinsichtlich der Reinigungsflüssigkeit nennt DE 92 11 481 U1 die Alternative, dass dazu die bereits in der Bearbeitungsmaschine vorhandene Kühlschmierflüssigkeit benutzt wird und dass diese in einem separaten Behandlungsgehäuse über die zu reinigenden Werkstücke gespritzt wird. Versorgung, Rückführung der Kühlschmierflüssigkeit und Abfiltern der abgewaschenen Verunreinigung die in der Kühlschmierflüssigkeit enthalten sind, erfolgt über die vorhandenen Einrichtungen der Bearbeitungsmaschine.
• US 6,305,393 B1 nennt eine Vorrichtung die aus einem ersten Tank das Reinigungsmedium mittels Pressluftbeaufschlagung des ersten Tanks durch das zu reinigende Werkstück presst. Nach dem Reinigungsdurchgang durch das Werkstück wird das Reinigungsmedium in einem zweiten Tank gefiltert aufgefangen, um es durch eine Rohrverbindung wieder in den ersten Tank für erneute Reinigung zurückzuführen.
• In DE 20 2004 009338 U1 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher das eingespannte Werkstück von einer Ringleitung für Kühlschmierstoff umgeben ist, deren Austrittsöffnungen kontaktierend oder gegenüberliegend von abzureinigenden Werkstück-Konturen oder Bohrungen angeordnet sind und die den Reinigungsvorgang bereits während der Bearbeitung ausführen.
• In DE 196 06 156 A1 wird ein Verfahren offengelegt, worin während der Bearbeitung von z.B. Zylinderköpfen die verschiedenen Hohlräume abschnittsweise nacheinander von Druckluft oder kombiniert von einem flüssigen Medium und nachfolgend mit Druckluft von einem Ende zum anderen durchgespült werden und diese Vorgangsrichtung auch gegebenenfalls umgekehrt wird.
• Die bekannten Reinigungsanlagen stellen keine Verfahren und Vorrichtungen dar, die auf einfache Weise aber mit größter Sicherheit alle Bearbeitungsspäne aus Hohlräumen eines Werkstückes nach der Bearbeitung abreinigen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Reinigungsverfahren und die zugehörige einfache Vorrichtung darzustellen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die in dem Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte und die Vorrichtung nach Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Im Motorenbau benötigte Werkstücke wie z.B. Ansaugrohre, Ladeluftverteiler sind hohle Gusswerkstücke mit verzweigten Innenräumen/Kanälen, zum Teil mit im Innenraum angeordneten Leitblechen und mehrfachen äußeren Öffnungen zu diesen Innenräumen. Bei der spanenden Bearbeitung von Anschlussstutzen, Schraubenauflagen, Innenkonturen, Gewindebohrungen in Bearbeitungszentren werden die anfallenden Späne durch die aus Düsen verspritzte Kühlschmierflüssigkeit während des Bearbeitungsvorganges abgeführt, ein Eindringen von Spänen in die Werkstückinnenräume ist ohne Sondermaßnahmen nicht zu verhindern. Auch kann nicht sichergestellt werden, dass durch die während der Bearbeitung bzw. am Ende der Bearbeitung verspritze Kühlschmierflüssigkeit alle Späne aus dem Werkstückinnenraum entfernt wurden.
• Bei einer komplizierten Innenraumkontur des Werkstückes mit unterschiedlichem, rechteckigem- bis rohrförmigem Verlauf, in gebogener Form und mit im Inneren enthaltenen gegossenen Leitblechen zur Luftführung hat sich versuchsweise gezeigt, dass nur durch ein geregeltes Durchspülen des Innenraumes mit einem voll ausfüllenden Volumenstrom an Reinigungsflüssigkeit eine sicheres Freispülen und Abreinigen von Spänen sichergestellt wird. Um auch eingeklemmte, verkantete Späne aus vorhandenen Innenkonturen des Werkstücks zu entfernen, wird in einer bevorzugten Anlagenausführung der Volumenstrom an Reinigungsflüssigkeit umkehrbar mittels einer entsprechenden Ventil- und Rohrleitungsanordnung nach bekannter Technik gestaltet.
• Entsprechend den vorhandenen Öffnungen des Werkstücks in seinen Innenraum hinein sind hierzu mindestens eine Öffnung als Einlauf und mindestens eine Öffnung als Auslauf zu wählen, die zusammenhängend eine gewünschte Durchgangsströmung im Innern des Werkstücks ermöglichen. Entsprechend den Werkstückgegebenheiten sind auch mehrfache Ein- und Ausläufe möglich. Alle für den Spülvorgang vorteilhaften Ein- und Auslauföffnungen werden von Adaptervorrichtungen mit angeschlossenen Rohr- oder Schlauchleitungen der Reinigungsflüssigkeit angefahren, deren Funktion Ein- oder Auslauf sich dann bei einer Strömungsumkehr gegenteilig verändert. Öffnungen die nicht dem Ein-/Auslauf dienen, werden ebenfalls durch Adaptervorrichtungen dichtend abgedeckt.
• In der hier vorrangig beschriebenen Anlagenausführung wird als Reinigungsflüssigkeit die bereits bei der Bearbeitung verwendete Kühlschmierflüssigkeit des Bearbeitungszentrums verwendet. Alternativ kann zur Erzielung eines weiteren Reinigungseffekts in die Kühlschmierflüssigkeit ein Anteil an Pressluft zugemischt werden. Durch die im Bearbeitungszentrum vorhandenen Einrichtungen oder auch bei einer Bearbeitungslinie mit mehreren Maschinen durch ein vorhandenes zentrales Kühlschmierflüssigkeit Versorgungssystem, ist die Kühlschmierflüssigkeit in ausreichender Menge in gefiltertem, sauberen Zustand und unter Druck von bis zu 8 bar verfügbar.
• Bei Anlagen für Serienteile geschieht der Anschluß von Ein- und Auslauf abdichtenden Abdeckungen nicht durch im Handbetrieb bewegte Spannvorrichtungen, sondern die Werkstücköffnungen werden durch pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Vorschubadapterelemente, die an ihrer Stirnseite mit Dichtungen versehen sind, angefahren. Durch stumpfes Aufpressen der Dichtung auf die umgebende Werkstückoberfläche der Werkstücköffnung oder durch Einpressen der Dichtung in die Werkstücköffnung wird der Anschluß zum Durchspülen mit Reinigungsflüssigkeit hergestellt. Im Adapterinnern übernehmen Kanäle die geregelte Zu- und Rückführung der Reinigungsflüssigkeit in bzw. aus den Hohlräumen/Kanälen des Werkstücks.
• Während der Reinigung wird das Werkstück von der gleichen Werkstückaufnahme gehalten, die bereits zur Bearbeitung eingesetzt wurde. Das Werkstück wird nicht umgespannt. Je nach Werkstückgeometrie kann jedoch auch eine hierfür angefertigte und in das Bearbeitungszentrum integrierte gesonderte Werkstückaufnahme erforderlich werden, in die das Werkstück zur Reinigung umgespannt wird. Die Reinigung wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als zusätzlicher Bearbeitungsschritt im Bearbeitungszentrum selbst ausgeführt und die Reinigungsanlagenteile wie Adaptervorrichtungen für Ein- und Auslauf, dichtende Abdeckung, Rohr- bzw. Schlauchleitungen, Ventile, Pressluft- oder Hydraulikanschlüsse, SPS-Steuerungsanschlüsse sind darin integriert. Je nach Gegebenheiten des Bearbeitungszentrums ist vorteilhafterweise die Werkstückaufnahme mehrfach ausgeführt, so daß Aufgabe von Roh-Werkstücken, Bearbeiten von Werkstücken und Reinigen von Werkstücken jeweils gleichzeitig in einem Arbeitstakt erfolgt.
• In einer weiteren Ausführung der Reinigungsanlage als selbständige Einzelmaschine ist die Mechanik der Vorschubadapterelemente, Rohr- bzw. Schlauchleitungen, Pressluftversorgung, Werkstückaufnahme, Steuerung des Reinigungsvorgangs in einer separaten Reinigungskammer nach bekannter Technik angeordnet, falls die Integration der Reinigungsanlage in das Bearbeitungszentrum nicht möglich ist.
• Die Abfolgeregelung der notwendigen Programmsschritte der Reinigungsanlage wird vorteilhafterweise von einer elektronischen Steuerung (SPS) übernommen. Hierdurch wird nach Ende der spanenden Bearbeitung das Andocken der pneumatisch bewegten Vorschubadapterelemente für Ein- und Auslass der Reinigungsflüssigkeit veranlaßt. Gleichzeitig oder je nach Werkstückbeschaffenheit nach einer ersten Spülphase werden die Öffnungen des Werkstücks die nicht dem Ein-/Auslauf dienen ebenfalls mittels pneumatisch bewegter Abdeckadapter angefahren und dichtend verschlossen. In einem nächsten Reinigungsschritt wird nun das Werkstück im Innern von Reinigungsflüssigkeit durchspült. Dauer, Menge und Druck der durchspülenden Reinigungsflüssigkeit sowie eventuelle Pressluftbeimischung und die Anzahl der Reinigungsschritte sowie die Anzahl der Umkehrungen der Spülrichtung sind steuerungstechnisch frei variabel einzustellen. Ebenso kann jeder Anschluß an das Werkstück variabel als Ein- oder Auslass geschaltet werden. So kann eine bestmögliche Gestaltung und Abstimmung der Reinigungsschritte hinsichtlich Strömungsverhaltung und Reinigungseffektivität im Innenraum des Werkstücks erfolgen um alle Späne herauszuspülen.
• In einer weiteren Ausführung der Reinigungsanlage ist nach dem Durchspülen des Werkstückinnenraumes mit Reinigungsflüssigkeit ein zusätzlicher Reinigungsschritt durch Abspülen der Werkstückaußenflächen mittels eines Flüssigkeitsstromes aus Düsen kombinierbar. Des weiteren kann danach als weiterer Reinigungsschritt sowohl ein äußerliches Abblasen der noch anhaftenden Reinigungsflüssigkeit durch entsprechend angeordnete Preßluftdüsen vorgenommen werden als auch ein Durchblasen der Werkstückinnern über die angeschlossenen Rohr-/Schlauchleitungen der Kühlschmierflüssigkeit.
• Das Beschicken des Bearbeitungszentrums, damit indirekt auch der Reinigungsanlage und ein eventuell erforderliches Umspannen sowie die Entnahme der gereinigten Werkstücke kann in bekannter Technik durch Roboter und Anordnung entsprechender elektrischer Positionsschalter automatisiert werden.
• Die Erfindung hat als Vorteile die Innenreinigung von Werkstücken in das Bearbeitungszentrum integriert unter Verwendung der betrieblich meist vorhandenen Medien Kühlschmierflüssigkeit und Pressluft. Die Innenreinigung unterliegt einem variabel vorgegebenen Prozess in Verbindung mit einer geregelten hydrodynamischen Strömung deren Richtung umkehrbar ist. Der Reinigungsvorgang ist somit prozesssicher auszuführen. Der Reinigungsablauf ist automatisierbar, dokumentierbar und visuell darstellbar.
• Die Zeichnung veranschaulicht systematisch ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens. In 1 wird das zu reinigende Werkstück 1 von dem Vorschubadapterelement 2 angefahren, welches die Funktion eines Einlasses von Kühlschmierflüssigkeit hat, während die Vorschubadapterelemente 3 als Auslass dienen. Die Kühlschmierflüssigkeit Versorgung (KSS) wird über den Anschlusspunkt 10 eines Kühlschmierflüssigkeit Systems eines Bearbeitungszentrums oder einer Zentralversorgung sichergestellt und der Anschlusspunkt 12 sorgt für seine Ableitung. Das Vorschubadapterelement 4 verschließt nur eine Werkstücköffnung, welche nicht dem Ein- oder Auslass dient. In der Zufuhrleitung 5, genauso wie in der Rückführleitung 6 ist jeweils ein Regelventil 7 und ein Dreiwegeventil 8, alternativ ein Ventilblock bestehend aus mehreren Einzelventilen, eingebaut. Die Regelventile 6 haben die Aufgabe die Durchflussmenge an Kühlschmierflüssigkeit durch das Werkstück zu regeln, während die Dreiwegeventile 8 oder der Ventilblock über die Verbindungsleitungen 9 eine Strömungsumkehr steuern. Durch den Anschlusspunkt 11 einer vorhandenen Druckluftversorgung kann über das Regelventil 13 Druckluft in die Kühlschmierflüssigkeit eingegeben werden für einen zusätzlichen Reinigungseffekt oder das Werkstück kann vollständig durchgeblasen werden. Über die SPS-Steuerung 14 wird die Druckluftversorgung für die Bewegung der Vorschubadapterelemente 2, 3 und 4 gesteuert, die Ventile 7 und 8 können jeweils preßluftbewegt nach Bedarf geregelt werden.
• In 2 ist gegenüber 1 die Strömungsumkehr geschaltet. Die Vorschubadapterelemente 3 dienen nun als Einlass und das Vorschubadapterelement 2 als Auslass.

Claims (9)

1. Verfahren zur Abreinigung von Spänen bei einem spanend bearbeitetem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen ins Innere von Hohlräumen und/oder Kanalsystemen des Werkstücks mit mindestens einem Ein- und mindestens einem Ausflussanschluß von Rohr- oder Schlauchleitungen für Reinigungsflüssigkeit angefahren werden, dass die Anschlüsse dabei gegenüber dem Werkstück dichtend anschließen, dass der Anschlussvorgang durch pneumatisch oder hydraulisch bewegte Anschlussadapter erfolgt und dass die Innenräume des Werkstücks dann von einem voll ausfüllenden Volumen von Reinigungsflüssigkeit zur Abführung von Spänen durchströmt werden, wobei die Strömungsrichtung der Reinigungsflüssigkeit durch eine Anordnung von Ventilen umkehrbar ist und die Intensität und Abfolge der Reinigungsschritte hinsichtlich Dauer, Durchflussmenge, Druck und Anzahl der Strömungsumkehrungen von einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS variabel gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reinigungsflüssigkeit Kühlschmierstoff verwendet wird, der aus einem vorhandenen Bearbeitungszentrum oder einer vorhandenen zentralen Kühlschmierstoffversorgung mehrerer Bearbeitungszentren stammt und der ohne Einsatz von zur Reinigungsanlage gehörenden zusätzlichen Pumpen oder Filtern zur Reinigung eingesetzt wird.
3. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reinigung das Werkstück nach der Bearbeitung in eine gesonderte Aufnahmevorrichtung umgespannt wird und dort die Reinigung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Innenreinigung das Werkstück zusätzlich außen mit Reinigungsflüssigkeit aus Düsen abgespült wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Innenreinigung des Werkstücks ein Reinigungsflüssigkeits-Luft-Gemisch verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Leitungs- oder Schlauchanschlüsse der Reinigungsflüssigkeit das Innere des Werkstücks nach allen Reinigungsschritten zusätzlich mit Pressluft durchgeblasen wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach allen Reinigungsschritten zusätzlich außen mit Pressluft abgeblasen wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickung, Entnahme und ein eventuell nötiges Umspannen des Werkstücks durch Einsatz von Robotern automatisiert ist.
9. Vorrichtung zur Ausführung des in den vorangehenden Ansprüchen beschriebenen Reinigungsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigten Vorrichtungsbestandteile mit pneumatisch oder hydraulisch angesteuerten Anschlussadaptern (2, 3), Schlauch oder Rohrleitungen mit Anschlüssen an Versorgungspunkte für Reinigungsflüssigkeit, Pressluft, Hydraulik und deren Entsorgungspunkte, Regelventile (7, 8,), elektrische Positionsschalter, elektronische Steuerung, äußerliche Abspüldüsen für Reinigungsflüssigkeit und Abblasdüsen für Pressluft mit Versorgungsleitungen in ein vorhandenes Bearbeitungszentrum integriert sind oder dass die Vorrichtungsbestandteile in einem gesonderten Reinigungsgehäuse angeordnet sind.