DE102006012179A1

DE102006012179A1 - Anordnung und Verfahren zur Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes, System mit mehreren solchen Anordnungen

Info

Publication number: DE102006012179A1
Application number: DE200610012179
Authority: DE
Inventors: Walter Mauch
Original assignee: FMB BLICKLE GmbH
Current assignee: FMB BLICKLE GmbH
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes. Dabei durchströmt das zumindest anfänglich unter einem Eingangs- bzw. Speisedruck stehende Druckmedium in Strömungsrichtung die Vordüse sowie die mindestens eine Arbeitsdüse. Mittels eines zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse angeordneten Druckaufnehmers ist der Druck, insbesondere ein Staudruck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse einstellt, ermittelbar bzw. messbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes.

Eine solche Druckermittlung bei einem Druckmedium, in diesem Fall die Ermittlung eines Staudrucks eines gasförmigen Druckmediums, nämlich Luft, zwischen einer luftdurchströmten Vordüse und mindestens einer luftdurchströmten Arbeits- bzw. Messdüse, ist aus der DE 199 26 946 A1 bekannt.

Staudruckermittlungen auf Basis des Druckmediums „Luft", wie sie im Speziellen in der DE 199 26 946 A1 beschrieben ist, werden, wie ebenfalls bekannt ist, im Allgemeinen eingesetzt zur Positions- und Lagekontrolle sowie zur Abmessungsüberwachung von Werkstücken, insbesondere bei einer Automatisierung von Fertigungsabläufen oder bei einer Sicherstellung von Ablauffunktionen in Werkzeugmaschinen.

Bei der aus der DE 199 26 946 A1 bekannten Anordnung zur Staudruckermittlung zur Positions- und Lagekontrolle eines Werkstücks wird von einer Druckspeiseeinrichtung über einen Feindruckregler ein Messdruck aufgebaut.

Der Messdruck wird über Druckleitungen zu zueinander parallel angeordnete, als Drosseleinrichtung wirkende, Vordüsen geführt, wobei die eine Vordüse in einem Referenzzweig und die zweite Vordüse in einem Messzweig der Druckleitungen liegen.

Den Vordüsen ist jeweils ein, einen Drucksensor bildender Druckaufnehmer, der bevorzugt piezoresistiv ausgeführt ist, nachgeschaltet.

Im Referenzzweig schließt sich nach dem Drucksensor eine Referenzdüse an, die über eine Einstellschraube justiert wird.

Der Messzweig ist an zwei, in einer Werkstückaufnahme angeordnete (Arbeits-)- bzw. (Mess-)Düsen angeschlossen. Diese Düsen sind hierbei in eine Anlagefläche der Werkstückaufnahme integriert. An die Anlagefläche der Werkstückaufnahme wird ein – zu überwachendes – Werkstück angelegt.

Die Anzeigeeinrichtung weist eine farbig ausgeführte LED-Analoganzeige sowie eine mehrstellige Ziffernanzeige auf, an welchen der derzeitige Wert des Drucksensors angezeigt wird sowie ein oberer und unterer Grenzwert einstellbar sind. Die Anzeigeeinrichtung ist weiter über eine Signalleitung an eine Signaleinrichtung angeschlossen.

Die Signaleinrichtung ist derart eingerichtet, dass sie ein entsprechendes Signal an eine zentrale Steuereinrichtung ausgibt, wenn durch einen derzeitigen Wert des Drucksensors der obere Grenzwert oder der untere Grenzwert unter- bzw. überschritten wird.

Zur Funktionsweise, d.h. zur Staudruckermittlung für die Positions- und Lagekontrolle, dieser Anordnung führt die DE 199 26 946 A1 aus, dass von der Druckspeiseeinrichtung ein konstanter Vordruck über den Feindruckregler durch die Vordüsen in einen Druckteiler strömt.

Im Referenzzweig wird an der Referenzdüse mit der Einstellschraube die Empfindlichkeit eingestellt. Im Messzweig strömt die Zuluft durch die Messdüsen, die in die Werkstückaufnahme eingebaut sind.

Bei korrekter Lage eines Werkstücks werden die Messdüsen von dem Werkstück verschlossen. Dadurch baut sich zwischen den Messdüsen und der Vordüse ein Staudruck auf.

Die Druckänderung wird von dem bevorzugt piezoresistiven Druckaufnehmer, dem Drucksensor, in ein proportionales elektrisches Spannungssignal umgeformt, das über einen elektrischen Messverstärker zu der Anzeigeeinrichtung geführt wird.

Die augenblickliche Drucksituation wird in der LED-Anzeige und in der, in diesem Fall vierstelligen Ziffernanzeige, analog angezeigt.

Wird das Werkstück in die Werkstückaufnahme gelegt und nimmt es seine korrekte, vorbestimmte Position in der Werkstückaufnahme ein, so dass die Düsen verschlossen werden, stellt sich der Staudruck ein. Infolge des Staudrucks wird der obere Grenzwert überschritten.

Über die Signaleinrichtung wird ein entsprechendes Signal an die zentrale Steuereinheit gegeben. Zudem ist dieser Zustand der LED-Anzeige beispielsweise durch besondere Farbgebung der Anzeigefelder zu entnehmen. Die Ziffernanzeige zeigt den entsprechenden Druckwert an.

Liegt das Werkstück nicht korrekt auf den Messdüsen, wird ein vorbestimmter Grenzwert unterschritten. Entsprechend wird über die Signaleinrichtung ein Signal an die zentrale Steuereinrichtung gegeben – Lage nicht in Ordnung.

Dies ist auch in der LED-Analoganzeige erkennbar, beispielsweise wie oben ausgeführt wurde, durch entsprechend farbliche Kennung der Anzeigefelder.

Andere, beispielsweise elektrische und elektronische, Verfahren und Anordnungen zur Positions- und Lagekontrolle sowie zur Abmessungsüberwachung von Werkstücken sind ebenfalls bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positions- und Lagekontrolle sowie eine Abmessungsüberwachung von Werkstücken auf einfache, kostengünstige und flexible Art zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren sowie durch die Anordnung zur Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes wie auch durch das System mit mehreren solchen Anordnungen mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.

Unter einem Druckmedium sei dabei im Rahmen der Erfindung ein Fluid bzw. ein strömungsfähiges Medium, wie ein flüssiges Medium beliebiger Viskosität, verstanden. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, können dies Öle, insbesondere synthetische wie mineralhaltige Öle, Schmierstoffe, Kühl- bzw. Kältemittel, insbesondere Kühlschmierstoffe, wie auch – im allgemeinen – Flüssigkeiten, wie Reinigungsflüssigkeiten, oder wässrige Lösungen, wie Emulsionen, sein.

Die Druckmedien bzw. die strömungsfähigen Medien können dabei auch Zusätze, beispielsweise Konzentratzusätze, Reinigungszusätze und/oder Zusätze zur Korrosionshemmung u.ä., enthalten.

Ferner sei bei der Erfindung unter einer Düse im Allgemeinen eine technische Vorrichtung verstanden, die einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom (um-)lenkt, bzw. die eine (Gas- oder Flüssigkeits-) Bewegungsenergie in eine Druckenergie umwandelt. Im Speziellen gehören dazu auch verstellbare bzw. variable Düsen sowie Drosseln, Amaturen und Blenden, insbesondere auch verstellbare Drosseln, Amaturen und Blenden.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Gegenstände der Unteransprüche beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren, auf die erfindungsgemäße Anordnung sowie auf das erfindungsgemäße System mit mehreren solchen Anordnungen.

Die erfindungsgemäße Anordnung sowie das erfindungsgemäße System mit mehreren solchen Anordnungen wie auch deren Weiterbildungen sind insbesondere geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen. Entsprechend sind das erfindungsgemäße Verfahren sowie dessen Weiterbildungen insbesondere geeignet, um durch die erfindungsgemäße Anordnung, das erfindungsgemäße System mit mehreren solchen Anordnungen oder Weiterbildungen davon ausgeführt zu werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes durchströmt das zumindest anfänglich unter einem Eingangs- bzw. Speisedruck stehende Druckmedium in Strömungsrichtung die Vordüse sowie die mindestens eine Arbeitsdüse.

Mittels eines zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse angeordneten Druckaufnehmers, beispielsweise eines Drucksensors, ist der Druck, hier beispielsweise auch bezeichnet als Messdruck, insbesondere ein Staudruck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse einstellt, ermittelbar bzw. messbar.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes weist eine oder mehrere Druckleitungen auf, welche einen von dem Druckmedium durchströmbaren Messzweig bilden.

Weiterhin weist die Anordnung eine Druckspeiseeinrichtung, beispielsweise einen Druckgeber, auf, mittels welcher ein vorgebbarer Druck, insbesondere ein Eingangs- bzw. Speisedruck, in dem Druckmedium aufbaubar und dieses in den Messzweig, welcher an die Druckspeiseeinrichtung angeschlossen ist, einspeisbar ist.

Bevorzugt kann vorgesehen werden, dass der aufzubauende Eingangs- bzw. Speisedruck bzw. dessen Höhe in Abhängigkeit des Druckmediums, eines unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zu überwachenden Werksstücks, insbesondere dessen Abmessung und/oder im besonderen dessen Gewicht, einer gewünschten Genauigkeit und/oder einer in bezug auf das Werkstück auszuführende Aufgabe, beispielsweise eine (zer-)spanende Bearbeitung, ein Kühlen oder ein Reinigen des Werkstücks, gewählt wird.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Speisedruck variabel gestaltet ist, wobei vorzugsweise das Gewicht des Werkstücks berücksichtigt wird. Bei einem schwereren Werkstück kann der Speisedruck z.B. 1,2 bar und bei einem leichteren Werkstück 0,7 bar betragen.

In dem Messzweig ist in Strömungsrichtung des Druckmediums eine Vordüse sowie die mindestens eine Arbeitsdüse angeordnet.

Mittels eines zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse angeordneten Druckaufnehmers, beispielsweise eines Drucksensors, wird der Druck, hier beispielsweise auch bezeichnet als Messdruck, insbesondere ein Staudruck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse einstellt, ermittelt bzw. gemessen.

Darüber hinaus kann vorgesehen werden, dass in dem Messzweig mehrere, insbesondere parallel angeordnete, Arbeitsdüsen angeordnet sind, wobei die Anzahl der Arbeitsdüsen in Abhängigkeit des unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zu überwachenden Werksstücks, insbesondere dessen Form, Abmessung und/oder Gewicht, sowie von Betriebsnormen gewählt wird.

Hier kann weiter vorgesehen sein, dass in dem Messzweig auch mehrere Druckaufnehmer bzw. Drucksensoren angeordnet sind.

Weiterhin kann vorgesehen sein, die mindestens eine Arbeitsdüse wie auch die mehreren Arbeitsdüsen in eine Werkstückaufnahme anzuordnen, insbesondere in eine Anlagefläche der Werkstückaufnahme zu integrieren.

An die Anlagefläche der Werkstückaufnahme kann dann ein – zu überwachendes – Werkstück angelegt werden.

Bei der An- bzw. Auflage des Werkstücks kann sich – auch bei genauer bzw. korrekter An- bzw. Auflage des Werkstücks – zwischen dem Werkstück und einer Düse(austritts-)öffnung der mindestens einen – in der Werkstückaufnahme und/oder der Anlagefläche angeordneten – Arbeitsdüse ein Messspalt S mit einer zugehörigen (Mess-)Spaltbreite s ausbilden.

Insbesondere für eine Überwachung des Messspalts S oder einer Düsenaustrittsöffnung mittels der Erfassung bzw. Ermittlung des Messdrucks bzw. des Staudrucks ist es – bei Verwendung der Messspaltbreite oder des Staudrucks bzw. davon abgeleiteten oder daraus bestimmten Druckgrößen, wie eines Differenzdrucks, als Führungsgröße – zweckmäßig, einen, insbesondere einen einseitig begrenzten Messbereich ausbildenden, Grenzwert (Messspalt/Staudruck/Differenzdruck bzw. Messbereich in einem Quadranten) – oder auch mehrere, insbesondere einen zweiseitig begrenzten Messbereich ausbildende (Messspalt/Staudruck/Differenzdruck bzw. Messbereich in zwei Quadranten), Grenzwerte – für eine zulässige bzw. gewünschte Messspaltbreite oder einen Staudruckbereich bzw. Differenzdruckbereich (Fenster) festzulegen.

Die zulässige bzw. gewünschte Messspaltbreite oder der Staudruckbereich bzw. Differenzdruckbereich kann dabei – ohne Beschränkung – in Abhängigkeit des Druckmediums, insbesondere der Art und/oder des Eingangs- bzw. Speisedruckes des Druckmediums, des Werkstücks, insbesondere dessen Größe und/oder dessen Gewicht, einer gewünschten Genauigkeit, beispielsweise einer Grobüberwachung oder ein Feinüberwachung, und/oder einer in bezug auf das Werkstück auszuübende Kontroll-/Überwachungsaufgabe gewählt werden.

Auf eine solche Staudruckermittlung bzw. auf dessen Prinzip kann als besonders bevorzugte Anwendung eine Positions-, Lage-, Abmessungsüberwachung bzw. -erkennung und/oder Düsenverschlussüberwachung aufsetzen.

Weiterhin kann auch vorgesehen sein, einen Düsenöffnungs-/austrittsdurchmesser der mindestens einen Arbeitsdüse in Abhängigkeit der festegelegten (Messspalt-)Spaltbreite – oder umgekehrt – zu wählen. Beispielsweise kann hier die mindestens eine Arbeitsdüse derart ausgebildet sein, dass ihr Düsenöffnungsdurchmesser in etwa das Vierfache der Spaltbreite annimmt.

Besonders bevorzugt ist hier – im Falle einer Grobüberwachung/-abfrage – ein Messspalt von ca. 1 mm und ein Düsendurchmesser von ca. 4 mm sowie – im Falle einer Feinüberwachung/-abfrage – ein Messspalt von ca. 0,5 mm und ein Düsendurchmesser von ca. 2 mm.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass zu dem Messzweig ein weiterer, aus einer oder mehreren Druckleitungen gebildeter, von dem Druckmedium durchströmbarer Referenzzweig parallel angeordnet wird, welcher ebenfalls an die Druckspeiseeinrichtung angeschlossen und in welchen ebenfalls das Druckmedium einspeisbar ist.

Auch in dem Referenzzweig kann in Strömungsrichtung des Druckmediums eine Vordüse sowie mindestens eine Referenzdüse angeordnet sein.

Mittels eines zwischen der Vordüse und der mindestens einen Referenzdüse angeordneten Druckaufnehmers, beispielsweise eines Drucksensors, kann hier ein Referenzdruck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Referenzdüse (im Referenzzweig) einstellt, ermittelt bzw. gemessen werden.

Auch in dem Referenzzweig können – entsprechend dem Messzweig – mehrere Referenzdüsen und/oder mehrere Druckaufnehmer angeordnet sein.

Ferner kann eine Differenzdruckeinheit, beispielsweise ein Differenzdrucksensor, vorgesehen sein, unter Verwendung dessen ein Differenzdruck aus den von den Druckaufnehmern bzw. Drucksensoren ermittelten Drücken, insbesondere aus dem Messdruck, im Speziellen dem Staudruck, und dem Referenzdruck, ermittelbar ist.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die, insbesondere als Drosseleinrichtung wirkenden, Düsen der Anordnung, insbesondere aber die mindestens eine Referenzdüse, einstellbar, beispielsweise mittels einer Einstellschraube einstellbar, bzw. variabel ist.

Bevorzugt sind die Vordüse bzw. die Vordüsen und/oder die mindestens eine Referenzdüse bzw. die mehreren Referenzdüsen als gebohrte Lochblende, insbesondere mit vorgebbarem Lochdurchmesser, ausgebildet.

Besonders bevorzugt ist die mindestens eine – in diesem Fall einstellbare – Referenzdüse als variable Lochblende, beispielsweise als Blendenrad bzw. Düsenrad, insbesondere in Form einer Drehscheibe, mit auf dem Rad angeordneten Lochblenden unterschiedlicher Lochdurchmesser ausgebildet.

Anschaulich gesehen wird durch die parallel zueinander geschalteten Zweige, d.h. dem Messzweig und dem Referenzzweig, mit jeweils einer Vor- und einer Arbeits- bzw. einer, insbesondere einstellbaren, Referenzdüse eine, insbesondere abgleichbare, Brückenschaltung realisiert.

Die Brückenschaltung kann beispielsweise derart – durch Einstellung der Referenzdüse – abgeglichen sein, dass an der Differenzdruckeinheit Druckgleichheit auftritt, wenn das zu kontrollierende Werkstück eine gewünschte Position, Lage oder Abmessung und/oder der Messspalt eine gewünschte Spaltbreite und/oder der Staudruck eine gewünschte Staudruckhöhe aufweist.

Der Vorteil der derart realisierbaren Brückenschaltung ist, dass sich bei einer Veränderung des Eingangsdruckes, beispielsweise bei Druckschwankungen des Eingangsdruckes, auch die Versorgungsdrücke für die mindestens eine Arbeitsdüse wie auch für die mindestens eine Referenzdüse gleichmäßig verändern und damit der Differenzdruck gleich bleibt.

Weiter Vorteile einer Brückenschaltung sind aus der Elektrotechnik, dort im Speziellen aus einer aus Widerständen gebildeten Brückenschaltung, bekannt.

Weiterhin können bei der Erfindung zusätzliche Komponenten, wie ein Filter, ein (Rückschlag-)Ventil, ein Schalter, eine Messkupplung und/oder ein Messanschluss, vorgesehen sein, an welchen die Druckleitungen angeschlossen sind.

Auch können bei der Erfindung Anzeigevorrichtungen, beispielsweise digitale oder analoge Anzeigemittel, vorgesehen sein, unter Verwendung derer die gemessenen oder ermittelten Druckwerte und/oder Differenzdruckwerte und/oder Sensorwerte anzeigbar sind.

Ferner können auch Eingabe- und/oder Auswertemittel vorgesehen sein, beispielsweise zur Ein- bzw. Vorgabe von Spaltbreiten und/oder von Druckwerten, wie ein oberer und/oder unterer Grenz- und/oder Vergleichsdruckwert, mit welchem bzw. welchen die Werte der Drucksensoren und/oder daraus abgeleitete oder bestimmte Werte bzw. Drücke, beispielsweise der Differenzdruck, verglichen werden können.

Weiter können zusätzliche Kontroll-/Steuervorrichtungen vorgesehen sein, welche – insbesondere in Abhängigkeit von den gemessenen und/oder bestimmten Druckwerten – vorgebbare Funktionsabläufe, insbesondere solche bezogen auf das zu überwachende bzw. zu bearbeitende Werkstück, steuern, regeln und/oder überwachen bzw. kontrollieren.

Insbesondere kann auch vorgesehen sein, – zumindest zwei – unterschiedliche Druckmedien – mit gegebenenfalls unterschiedlichen Eingangs- bzw. Speisedrücke – zu verwenden, beispielsweise ein Druckmedium, welches insbesondere geeignet ist für die Bearbeitung des Werkstücks, wie ein Kühlmittel oder einen Kühlschmierstoff, beispielsweise für eine zerspanende Bearbeitung des Werkstücks, und ein weiteres Druckmedium, welches insbesondere geeignet ist zu einer Reinigung der mindestens einen Arbeitsdüse und/oder des Werkstücks, wie ein Reinigungs- bzw. Spülmittel.

Besonders bevorzugt kann hier vorgesehen sein, dass der Eingangsdruck eines Reinigungsmediums (Spüldruck), beispielsweise 2 bar bis 7 bar, insbesondere 5 bar, größer ist als der Druck des Bearbeitungsmediums (Prüfdruck), beispielsweise 0,5 bar bis 2 bar, insbesondere 1,2 bar (bei schwereren Werkstücken) oder 0,7 bar bei leichteren Werkstücken.

Allerdings kann hier auch vorgesehen sein, nur ein Druckmedium zu verwenden, welches sowohl für die Bearbeitung des Werkstücks als auch für die Reinigung der mindestens einen Arbeitsdüse und/oder des Werkstücks eingesetzt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen System mit mehreren solchen Anordnungen sind mehrere erfindungsgemäße Anordnungen und/oder deren Weiterbildungen, insbesondere modular, miteinander verbunden, wobei insbesondere die verbundenen Anordnungen zentral mit einem oder mehreren Druckmedien oder diese jeweils eigenständig mit einem oder mehreren Druckmedien versorgbar sind.

Die Erfindung und/oder deren Weiterbildungen kann bzw. können vielfältig und vorteilhaft eingesetzt werden, insbesondere zu einer Staudruckmessung und/oder -überwachung.

Dieser stellt sich ein bei einem – mittels des Druckaufnehmers erfassbaren – (bestimmten) Ausströmverhältnis des Druckmediums aus der mindestens einen Arbeitsdüse oder bei einer Änderung des Ausströmverhältnisses des Druckmediums bzw. bei einer (bestimmten) Drucksituation des Druckmediums an der mindestens einen Arbeitsdüse oder bei einer Änderung der dortigen Drucksituation des Druckmediums zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse.

Der erfasste Staudruck bzw. der erfasste geänderte Staudruck kann unter Verwendung des Differenzdrucksensors – mit entsprechender Auswerteelektronik, wie bei einer elektronischen Differenzdrucküberwachung, mit dem Referenzdruck verglichen – und daraus ein Differenzdruck bestimmt werden.

Der Differenzdruck kann – verwendet als Führungsgröße – weiter ausgewertet werden, wobei hierzu ein oberer und/oder unterer Grenzwert und/oder ein zulässiger bzw. unzulässiger (Druck-)Bereich vorgebbar ist bzw. sind (vgl. Messspalt bzw. Messbereich in einem Quadrant bzw. in zwei Quadranten).

In weiterer, insbesondere auf dem Prinzip der Stausdruckmessung bzw. -überwachung aufsetzenden, Anwendung kann die Erfindung und/oder deren Weiterbildungen zu der Messspaltüberwachung und damit zur Positions- und Lagekontrolle bzw. -erkennung sowie zur Abmessungsüberwachung von Werkstücken, insbesondere in Werkzeugmaschinen, beispielsweise in Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung des Werkstücks, wie zu einer (zer-)spanenden Bearbeitung, oder in Reinigungsmaschinen, dort im Rahmen eines Spülen des Werkstücks, eingesetzt werden.

Bei einer Positionierung eines Werkstücks oder Maschinenteils relativ zu der mindestens einen Arbeitsdüse, beispielsweise beim Auf- oder Anlegen des Werkstücks oder Maschinenteils auf bzw. an die Werkstückaufnahme bzw. Auflagefläche, oder einer geänderten Positionierung oder auch geänderter Abmessung des Werkstücks bildet sich – auch bei genauer Anlage des Werkstücks – ein bestimmter Messspalt aus – und ändert sich der erfassbare Staudruck bzw. stellt sich dieser ein.

Liegt der – durch Vergleich mit dem Referenzdruck ermittelte – Differenzdruck dann außerhalb eines vorgegebenen (Druck-)Bereichs, welcher entsprechend einem vorgebbaren Messspaltsbereich festgelegt werden kann, so kann eine „Nicht-in-Ordnung"-Meldung generiert werden; liegt der Differenzdruck innerhalb des vorgebbaren Bereichs, so kann eine „In-Ordnung"-Meldung generiert werden (vgl. Messspalt bzw. Messbereich in einem Quadrant bzw. in zwei Quadranten).

Weiterhin, insbesondere in Verbindung oder Kombination mit zuvor genannten Einsatzzwecken bzw. -gebieten der Erfindung, kann die Erfindung und/oder deren Weiterbildungen weiter, insbesondere auch basierend auf dem Prinzip der Staudruckmessung bzw. -überwachung, vorteilhaft eingesetzt werden zu einer Zustandsüberwachung der Arbeitsdüse, beispielsweise zu einer Verschlussüberwachung der Arbeitsdüse, insbesondere bei einem möglichen Verschluss durch Verschmutzung und/oder Verkalkung.

Hier führt ein Verschluss der mindestens einen Arbeitsdüse bzw. der Nichtverschluss zu einem geänderten bzw. bestimmten Staudruck, welcher erfasst, ausgewertet und als Düsenverschluss bzw. als intakte Arbeitsdüse erkannt werden kann.

Durch eine entsprechende Auswahl, Anzahl und/oder Einstellung bzw. Kalibrierung von solchen erfindungsgemäßen Stau-/Differenzdruck-Überwachungseinheiten – und deren Kombination – können dann mehrere Staudrücke – somit entsprechend mehrere – insbesondere miteinander kombinierbare, gleiche und/oder unterschiedliche – Überwachungsaufgaben, wie eine Grob- bzw. Feinüberwachung der Werkstückposition und/oder des Messspalts, eine Positions- und/oder Lageerkennung des Werkstücks und/oder eine Messdüsenverschlussüberwachung, durchgeführt werden.

Hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass die einzelnen Einheiten modular – einem Baukastenprinzip entsprechend – zu einem (Gesamt-)System miteinander verbunden bzw. verketten werden.

Die einzelnen Stau-/Differenzdruck-Überwachungseinheiten können dabei so geschaltet bzw. miteinander verbunden sein, dass diese zentral mit einem oder mehreren Druckmedien versorgbar sind.

Weiterhin können die einzelnen Stau-/Differenzdruck-Überwachungseinheiten auch so geschaltet bzw. miteinander verbunden sein, dass diese jeweils eigenständig mit einem oder mehreren Druckmedien versorgbar sind.

Besonders vorteilhaft kann beispielsweise die Erfindung und/oder deren Weiterbildungen eingesetzt werden bei einer Wasch- bzw. Reinigungsvorrichtung, wobei in diesem Fall sowohl die Positions- und Lagekontrolle bzw. -erkennung des zu bearbeitenden Werkstücks als auch die Verschlussüberwachung unter Verwendung eines Reinigungsmediums durchführbar ist.

Weiterhin kann die Erfindung und/oder deren Weiterbildungen besonders vorteilhaft eingesetzt werden bei einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung eines Werkstücks, wie eine zerspanende Bearbeitung eines Werkstücks, wobei in diesem Fall die Positions- und Lagekontrolle bzw. -erkennung des zu bearbeitenden Werkstücks unter Verwendung einer Emulsion (Prüfmedium), beispielsweise eines Kühlschmierstoffs, und die Verschlussüberwachung unter Verwendung eines Reinigungsmediums, wie eines Reinigungswassers, durchführbar ist.

Hier kann allerdings auch vorgesehen werden, als Reinigungsmedium mit dem Prüfmedium wie auch mit einem alternativen Medium zu arbeiten.

Unter oben bezeichneten Einheiten, wie die Differenzdruckeinheit, Mittel und dergleichen sind bei der Erfindung funktionelle Bestandteile bzw. Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung zu verstehen.

Die Einheiten bzw. Mittel sind dabei entsprechend der von ihnen durchgeführten Aufgabe und/oder zur Durchführung der ihnen zugewiesenen Aufgabe eingerichtet.

Sie können als eigenständige oder integrierte Vorrichtungen bzw. Bauteile oder Komponenten im Sinne einer physikalischen Entität realisiert sein. Auch können sie als Module, insbesondere Softwaremodule oder Auswerteprogramme, realisiert sein.

Die Erfindung sowie deren Ausführungsformen und Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.

In Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im weiteren näher erläutert werden, wobei eine Beschränkung der Erfindung hierdurch nicht erfolgen soll.
Aus den Figuren und deren Erläuterungen ergeben sich weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
Es zeigen
1 eine Skizze eines erfindungsgemäßen Messaufbaus für eine An-/Auflagenkontrolle eines Werkstücks (Messspaltkontrolle) und einer Messdüsenverschlussüberwachung mittels der Erfassung des Staudrucks gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Skizze eines weiteren erfindungsgemäßen Messaufbaus für eine An-/Auflagenkontrolle eines Werkstücks (Messspaltkontrolle) und einer Messdüsenverschlussüberwachung mittels der Erfassung des Staudrucks gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine Skizze mit einer Schaltungsanordnung nach dem Prinzip einer Brückenschaltung für den erfindungsgemäßen Messaufbau aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine Skizze mit einer Schaltungsanordnung nach dem Prinzip einer Brückenschaltung für den weiteren erfindungsgemäßen Messaufbau aus 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine Skizze mit einer Schaltungsanordnung mit mehreren Überwachungsmodulen jeweils nach dem Prinzip einer Brückenschaltung für den erfindungsgemäßen Messaufbau aus 1, wobei die einzelnen Module über eine zentrale Versorgungseinheit mit einem Prüf- und Spülmedium versorgt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine Skizze mit einer Schaltungsanordnung mit mehreren Überwachungsmodulen jeweils nach dem Prinzip einer Brückenschaltung für den erfindungsgemäßen Messaufbau aus 1, wobei jedes einzelne Modul mit einem Prüf- und Spülmedium versorgt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiele: An-/Auflagenkontrolle eines Werkstücks (Messspaltkontrolle) und Messdüsenverschlussüberwachung auf Basis einer Erfassung des Staudrucks
1 zeigt eine Skizze eines erfindungsgemäßen Messaufbaus 1 für eine An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle) eines (zu bearbeitenden) Werkstücks 100 sowie für eine Verschlussüberwachung von – in diesem Fall – zwei Messdüsen 10a, 10b für eine Werkzeugmaschine 101, beispielsweise eine spanende Werkzeugmaschine.
Der Messaufbau 1 bzw. die dadurch realisierbare An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle) und Verschlussüberwachung basieren auf der Erfassung des Staudrucks an den Messdüsen 10a, 10b.
1 zeigt eine Werkzeugauflage bzw. Werkstückaufnahme 102 der Werkzeugmaschine 101, in welche die beiden Messdüsen 10a, 10b derart integriert sind, dass ihre Düsenaustrittsöffnungen 11 plan mit einer Anlagefläche 103 der Werkzeugauflage 102 abschließen.
An die Anlagefläche 103 der Werkstückaufnahme 102 kann, wie dargestellt, das zu überwachende Werkstück 100 angelegt werden, wobei sich, wie ebenfalls in 1 verdeutlicht ist, – auch bei genauer An- bzw. Auflage des Werkstücks 100 – zwischen dem Werkstück 100 und der Anlagefläche 103 bzw. den Düsen(austritts-)öffnungen 11 ein Messspalt S 20 mit einer zugehörigen (Mess-)Spaltbreite s 21 ausbildet.
Die beiden Messdüsen 10a, 10b sind an ein aus mehreren miteinander druckdicht gekoppelten Druckleitungen 12 gebildetes Druckleitungsnetz 13 angeschlossen, bei welchem darüber hinaus verschiedene Messkupplungen und Messanschlüsse 23 sowie Filter 22 vorgesehen sind.
In einem ersten Betriebsmodus (Bearbeitung, Auf-/Anlagenkontrolle) der Werkzeugmaschine 101 kann über eine erste Druckspeiseeinrichtung 14 mit nachgeschaltetem Filter 22, Feindruckregler 15 und Rückschlagventil 19 ein unter einem einstellbaren Eingangs- bzw. Speisedruck stehendes Prüfmedium, ein Kühlschmierstoff 16, in das Druckleitungsnetz 13 eingespeist werden.
Mit diesem Prüfmedium 16 kann einerseits das Werkstück 100 bei der Bearbeitung gekühlt und geschmiert werden. Anderseits erfolgt auch die An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle) durch dieses Prüfmedium 16.
Über eine zweite Druckspeiseeinrichtung 17 mit nachgeschaltetem Rückschlagventil 19 kann – in einem zweiten Betriebsmodus (Spülen bzw. Reinigung, Düsenverschlussüberwachung) der Werkzeugmaschine 101 – ein zweites unter einem einstellbaren Eingangs- bzw. Speisedruck stehendes Spül- bzw. Reinigungsmedium, ein Reinigungswasser 18, in das Druckleitungsnetz 13 eingespeist werden.
In diesem zweiten Betriebsmodus werden die Messdüsen 10a, 10b mit dem Reinigungsmittel 18 versorgt bzw. durchspült und dadurch gereinigt, um ein Zusetzen der Messdüsen 10a, 10b durch Schmutz, Späne und/oder Kalkablagerungen und dergleichen zu verhindern.
In diesem zweiten Betriebsmodus erfolgt dann auch die Verschlussüberwachung der Messdüsen 10a, 10b.
Wie 1 weiter zeigt, ist in dem Druckleitungsnetz 13 – in Strömungsrichtung der Medien 16, 18 zwischen den Druckspeiseeinrichtungen 14, 17 und den Messdüsen 10a, 10b – ein An-/Auflagensensorsteuerblock 30 angeordnet.
In dem An-/Auflagensensorsteuerblock 30, welcher, wie 1 zeigt, zwei Drucksensoren 31, 32 sowie eine Ablaufleitung 33 für die Druckmedien 16, 18 (mit nachgeordneter Auffangvorrichtung 34) aufweist, ist eine Schaltungsanordnung 40 zur Differenzdruckerfassung nach dem Prinzip einer Brückenschaltung realisiert.
Die Schaltungsanordnung sowie deren Funktionsweise sind darüber hinaus in 3 dargestellt bzw. verdeutlicht und werden nachfolgend anhand der 3 näher beschrieben.
3 zeigt die Druckspeiseeinrichtungen 14, 17, über die – jeweils entsprechend dem Betriebsmodus des Systems (vgl. erster Betriebsmodus: An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle) bzw. zweiter Betriebsmodus: Düsenverschlussüberwachung) – die Druckmedien 16, 18 unter Druck bzw. Vordruck (Prüfdruck = 1,2 bar (bei schwereren Werkstücken 100 bzw. 0,7 bar bei leichteren Werkstücken 100, Reinigungsdruck = 5 bar) in das Druckleitungsnetz 13 eingespeist werden.
Der Prüfdruck bzw. der Reinigungsdruck wird zu zueinander parallel angeordneten, als Drosseleinrichtung wirkenden Vordüsen 43 und 44 über die Druckleitungen 12 des Druckleitungsnetzes 13 geführt. Die Vordüse 44, eine Brückendüse 2 44, liegt in einem Referenzzweig 42 des Druckleitungsnetzes 13 und die Vordüse 43, eine Brückendüse 1 43, in einem dazu parallelen Messzweig 41 des Druckleitungsnetzes 13.
Den Vordüsen bzw. Brückendüsen 43, 44 ist jeweils ein piezoresistiver Druckaufnehmer nachgeschaltet, der einen Drucksensor 31, 32 bildet.
Im Referenzzweig 42 schließt sich nach dem Drucksensor 32 eine Referenzdüse 45 an. Gegebenenfalls kann hier eine Einstellschraube (nicht dargestellt) für eine Justierung der Referenzdüse 45 vorgesehen sein. Alternativ dazu kann als einstellbare bzw. justierbare Referenzdüse 45 ein drehbares Blendenrad mit mehreren Lochblenden unterschiedlicher Durchmesser vorgesehen werden.
Der Messzweig 41 ist an die zwei, in der Werkstückaufnahme 102 angeordnete Messdüsen 10a, 10b angeschlossen. Die Messdüsen 10a, 10b sind in die Anlagefläche 103 der Werkstückaufnahme 102 integriert.
An die Anlagefläche 103 der Werkstückaufnahme 103 wird das zu bearbeitende bzw. zu überwachende Werkstück 100 bzw. ein Teil eines Werkstückes 100 angelegt.
Der Drucksensor 31 im Messzweig 41 weist eine Anzeigeneinrichtung 36 bzw. ein Display 36 (zur Druckwertanzeige) auf, in welcher der derzeitige Wert des Drucksensors 31 angezeigt wird.
Die beiden Drucksensoren 31 und 32 sind jeweils über Signalleitungen 39 mit einem Differenzdrucksensor 35 verbunden, welcher einen Differenzdruck aus den von den Drucksensoren ermittelten Drücken bestimmt.
Über eine weitere Signalleitung 39 ist der Differenzdrucksensor 35 an einen Schaltungs-/Anzeigeblock 46 angeschlossen.
Wird – durch den ermittelten Differenzdruck bzw. den Differenzdruckwert – ein oberer Grenzwert 48a oder ein unterer Grenzwert 49 eines vorgegebenen, durch die Grenzwerte 48a, 49 festgelegten Druckbereichs 47 unter- bzw. überschritten oder über- bzw. unterschritten (vgl. erster Betriebsmodus, An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle)), so gibt der Schaltungs-/Anzeigeblock 46 über einen ersten Schaltungsausgang 37 ein entsprechendes Signal, ein erstes Schaltsignal, an eine hier nicht dargestellte zentrale Steuereinrichtung aus.
Zudem wird in einer Anzeige bzw. einem Display 36 des Schaltungs-/Steuerblocks 46 – mittels einer entsprechenden Nachricht – angezeigt, ob der Druckbereich 47 unter- bzw. überschritten ist oder nicht.
Zusätzlich wird über eine Ziffernanzeige (nicht dargestellt) in der Anzeige 36 der Differenzdruckwert angezeigt. Die exakte Anzeige des Differenzduckwertes ist im Hinblick auf eine Justage und Kontrolle der Funktion des Messaufbaus 1 günstig.
Auch kann der Differenzduckwert einer Beziehung zugeordnet werden, wie dem Abstand des Werkstücks 100 zur Messdüse 10a bzw. 10b, welche in der Anzeige 36 anzeigbar ist.
Wird – durch den ermittelten Differenzdruck bzw. den Differenzdruckwert – ein weiterer oberer Grenzwert 48b über- bzw. unterschritten (vgl. zweiter Betriebsmodus, Düsenverschlussüberwachung), so gibt der Schaltungs-/Anzeigeblock 46 über einen zweiten Schaltungsausgang 38 ein entsprechendes Signal, ein zweites Schaltsignal, an die zentrale Steuereinrichtung. Auch dies ist der Anzeige 36 des Schaltungs-/Steuerblocks 46 zu entnehmen, also ob der obere Grenzdruck 48b überschritten ist oder nicht.
Zur Funktionsweise des Messaufbaus 1 im ersten Betriebsmodus (An-/Auflagenkontrolle):
Von der Druckspeiseeinrichtung 14 strömt das Druckmedium 16 unter einem konstanten, vom Gewicht eines zu überwachenden Werkstücks 100 abhängigen Vordruck (Prüfdruck) über die Druckleitungen 12 des Druckleitungsnetzes 13 in den Mess- 41 sowie den Referenzzweig 42 sowie durch die Vor- bzw. Brückendüsen 43 und 44.
Im Referenzzweig 42 wird an der Referenzdüse 45 mit einer Einstellschraube oder mit dem Blendenrad die Empfindlichkeit eingestellt.
Der sich zwischen der Vor- bzw. Brückendüse 44 und der Referenzdüse 45 einstellende (Referenz-)Druck wird von dem piezoresistiven Druckaufnehmer, dem Drucksensor 32, gemessen, in ein proportionales elektrisches Spannungssignal umgeformt und über die Signalleitung 39 an den Differenzdrucksensor 35 übertragen.
Im Messzweig 24 strömt das Medium – nach Durchströmung der Vor- bzw. Brückendüse 1 43 – durch die Messdüsen 10a, 10b, die in die Werkstückaufnahme 102 eingebaut sind.
Bei Anlage eines Werkstücks 100 an die Anlagefläche 103 der Werkstückaufnahme 102, d.h. bei Positionierung der Werkstücks 100 in der Werkstückaufnahme 102 werden die Messdüsen 10a, 10b von dem Werkstück 100 – bei Ausbildung des Messspalts S 20, dessen Breite s damit mit Werkstückposition korreliert – verschlossen bzw. wird die Ausströmung des Druckmediums 16 beeinflusst, d.h. „gestaut".
Dadurch baut sich zwischen den Messdüsen 10a bzw. 10b und der Vordüse 43 ein – Messspalt abhängiger bzw. von der Position des Werkstücks abhängiger – Staudruck auf.
Dieser wird von dem piezoresistiven Druckaufnehmer, dem Drucksensor 31, gemessen, in ein proportionales elektrisches Spannungssignal umgeformt, mittels der Anzeigenvorrichtung 36 angezeigt und über die Signalleitung 39 an den Differenzdrucksensor 35 übertragen.
Der Differenzdrucksensor 35 wertet die augenblickliche Drucksituation des Mess- 41 und Referenzzweiges 42 aus, indem er aus den an ihm übermittelten Drücken den (augenblicklichen) Differenzdruck bestimmt.
Weiterhin überprüft der Differenzdrucksensor 35 – mittels einer entsprechenden Auswertelogik bzw. -elektronik –, ob der augenblickliche Differenzdruck den oberen Grenzwert 48a oder den unteren Grenzwert 49 des vorgegebenen Druckbereichs 47 unter- bzw. überschreitet.
Liegt der augenblickliche Differenzdruck in dem bzw. außerhalb des vorgegebenen Druckbereichs 47, so überträgt der Differenzdrucksensor 35 zusätzlich zu dem augenblicklichen Differenzdruck ein entsprechendes Signal an den Schaltungs-/Steuerblock 46.
Dieser gibt über die Anzeige 36 den augenblicklichen Differenzdruck sowie eine entsprechende Nachricht, eine i.O.-Nachricht bei innerhalb des Druckbereichs 47 liegendem Differenzdruck bzw. n.i.O.-Nachricht bei außerhalb des Druckbereichs 47 liegendem Differenzdruck, aus und legt ein entsprechendes erstes Schaltungssignal an den ersten Schaltungsausgang 37.
Dieses kann dann zur Steuerung weiterer Funktionsabläufe in der Werkzeugmaschine 101, beispielsweise zu einer Neupositionierung des Werkstücks 100, verwendet werden.
Wird das Werkstück 100 in die Werkstückaufnahme 102 gelegt und nimmt es seine korrekte, vorbestimmte Position in der Werkstückaufnahme 102 ein (zulässige Messspaltbreite s = s(korrekt) +/– Δs), so dass die Düsen 10a, 10b (in vorbestimmten Maße) verschlossen werden, stellt sich der entsprechende Staudruck ein.
Infolge des Staudrucks bei korrekter Position wird der unter Grenzwert 49 über- und der obere Grenzwert 48a unterschritten, wodurch die i.O.-Nachricht generiert und zusammen mit der augenblicklichen Differenzdruck ausgegeben wird.
Liegt das Werkstück 36 nicht korrekt auf den Messdüsen 10a, 10b, wird der unter Grenzwert 49 unter- oder der obere Grenzwert 48a überschritten, wodurch die n.i.O.-Nachricht generiert und zusammen mit der augenblicklichen Differenzdruck ausgegeben wird.
Zur Funktionsweise des Messaufbaus 1 im zweiten Betriebsmodus (Düsenverschlussüberwachung):
Von der Druckspeiseeinrichtung 14 strömt – in diesem Fall – das Druck- bzw. Reinigungsmedium 18 unter einem konstanten, in der Regel im Vergleich zum Prüfdruck höheren Vordruck (Reinigungsdruck, z.B. 5 bar) über die Druckleitungen 12 des Druckleitungsnetzes 13 in den Mess- 41 sowie den Referenzzweig 42.
Auch hier wird der sich zwischen der Vor- bzw. Brückendüse 2 44 und der Referenzdüse 45 einstellende (Referenz-)Druck von dem Drucksensor 32, gemessen, in ein proportionales elektrisches Spannungssignal umgeformt und über die Signalleitung 39 an den Differenzdrucksensor 35 übertragen.
Ebenso strömt im Messzweig 24 das Medium – nach Durchströmung der Vor- bzw. Brückendüse 1 43 – durch die Messdüsen 10a, 10b.
Sind diese durch Späne, Schmutz oder Kalkablagerungen u.ä. verschlossen bzw. teilverschlossen, wird die Ausströmung des Druckmediums 18 hier ebenfalls beeinflusst, d.h. „gestaut".
Auch hier baut sich zwischen den Messdüsen 10a bzw. 10b und der Vordüse 43 ein Verschluss abhängiger Staudruck auf.
Dieser wird wie vorig von dem piezoresistiven Druckaufnehmer, dem Drucksensor 31, gemessen, in ein proportionales elektrisches Spannungssignal umgeformt, mittels der Anzeigenvorrichtung 36 angezeigt und über die Signalleitung 39 an den Differenzdrucksensor 35 übertragen.
Der Differenzdrucksensor 35 wertet die augenblickliche Drucksituation des Mess- 41 und Referenzzweiges 42 aus, indem er aus den an ihm übermittelten Drücken den (augenblicklichen) Differenzdruck bestimmt.
Weiterhin überprüft der Differenzdrucksensor 35 – mittels der Auswertelogik bzw. -elektronik –, ob der augenblickliche Differenzdruck den – in diesem Fall nur einen – oberen Grenzwert 48b unter- bzw. überschreitet. Weiterhin überträgt er dann zusätzlich zu dem augenblicklichen Differenzdruck ein entsprechendes Signal an den Schaltungs-/Steuerblock 46.
Dieser gibt über die Anzeige 36 den augenblicklichen Differenzdruck sowie eine entsprechende Nachricht, eine i.O.-Nachricht bzw. „Düse in Ordnung" bei Unterschreitung des oberen Grenzwertes 48b bzw. n.i.O.-Nachricht bzw. „Düse nicht in Ordnung" bei Überschreitung des oberen Grenzwertes 48b, aus und legt ein entsprechendes zweites Schaltungssignal an den zweiten Schaltungsausgang 38.
Dieses kann dann ebenfalls zur Steuerung weiterer Funktionsabläufe in der Werkzeugmaschine 101, beispielsweise einem Abbruch oder einer Weiterführung des Spülens der Düsen 10a, 10b verwendet werden.
2 und 4 zeigen Skizzen eines weiteren erfindungsgemäßen Messaufbaus 2 – sowie dessen Funktionsweise – für eine An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle) eines (zu bearbeitenden) Werkstücks 100 sowie für eine Verschlussüberwachung von – in diesem Fall ebenfalls – zwei Messdüsen 10a, 10b für eine Werkzeugmaschine 104.
Hier, d.h. gemäß dem Messaufbau 2, erfolgt allerdings sowohl die An-/Auflagenkontrolle (vgl. erster Betriebsmodus) als auch die Messdüsenverschlussüberwachung (vgl. zweiter Betriebsmodus) bzw. das Kühlen bzw. Schmieren (vgl. erster Betriebsmodus) als auch – gegebenenfalls bzw. optional – das Reinigen (vgl. zweiter Betriebsmodus) mittels desgleichen Druckmediums 16, in diesem Fall eines kombinierten Prüf-/Reinigungsmediums 16.
Eine Düsenreinigung in einem separaten zweiten Betriebsmodus mit eigenem Druck- bzw. Reinigungsmedium ist hier nicht vorgesehen.
Der Messaufbau 2 sowie dessen An-/Auflagensensorsteuerblock 50 bzw. dessen Schaltungsanordnung 51 entspricht im Wesentlichen dem aus 1 und 3, was hier durch gleiche Bezugszeichen zum Ausdruck gebracht werden soll. Des Weiteren erfolgt auch die An-/Auflagenkontrolle (Messspaltkontrolle) sowie die Verschlussüberwachung nach beschriebenem Prinzip mittels Erfassung des Staudrucks – allerdings hier nur mittels eines Druckmediums 16.
Im Unterschied zum Messaufbau 1 weist hier der Messaufbau 2 nur die erste Druckspeiseeinrichtung 14 mit nachgeschaltetem Filter 22, Feindruckregler 15 und Rückschlagventil 19 auf, durch welche das – in diesem Fall einzige – Druck- bzw. Prüf-/Reinigungsmedium 16, mittels dessen hier sowohl die An-/Auflagenkontrolle (vgl. erster Betriebsmodus) als auch die Messdüsenverschlussüberwachung (vgl. zweiter Betriebsmodus) erfolgt, in das Druckleitungsnetz 13 eingespeist wird.
4 zeigt hier noch einen optionalen, zwischen dem Filter 22 und dem Feindruckregler 15 vorsehbaren Schalter, mit dem gegebenenfalls das Einströmen des Druckmediums 16 in das Druckleitungsnetz 13 verhindert werden kann.
Darüber hinaus verschiedene Druckleitungen 12 und Anschlüsse 24 bzw. Kupplungen 24 bzw. deren Durchmesser bemasst, wobei allerdings die Bemassung nur beispielhaft zu verstehen ist.
Durch eine entsprechende Anzahl, Auswahl und (geometrische) Anordnung von derartigen Messaufbauten 1 und/oder 2 – gleich einzelnen Modulen zu einem Gesamtsystem – können dann den Betriebsmodi bzw. Betriebszuständen entsprechend mehrere Staudrücke, welche sich an den Messdüsen ergeben, überwacht werden.
Dadurch sind komplexe Überwachungsaufgaben – jeweils basierend auf dem Prinzip der Staudruckermittlung wie beschrieben – bei – beispielsweise – Werkzeugmaschinen und/oder Reinigungsmaschinen realisierbar, beispielsweise komplexe, mehrdimensionale Positions- und/oder Lageüberwachungen bzw. -erkennungen, Abmessungsüberwachungen, mehrstufige Positionsüberwachungen, wie Grob- und/oder Feinabfragen bzw. -Positionierungen, – jeweils oder nur bei einzelnen Aufgaben kombiniert mit Düsenverschlussüberwachungen –, sowie komplexe Reinigungsfunktionen – auch jeweils oder nur bei einzelnen Reinigungsdüsen kombiniert mit Düsenverschlusskontrollen.
Die Versorgung dieser kombinierten Systeme mit Druckmedien kann dabei vielschichtig gestaltet werden. So kann eine zentrale Versorgung des Gesamtsystems mit einem, zwei oder auch mehreren Druckmedien – entsprechend den jeweiligen Betriebsmodi – vorgesehen sein (vgl. 5).
Ferner kann auch eine Einzelversorgung des jeweiligen Moduls des Gesamtsystems mit einem, zwei oder auch mehreren Druckmedien erfolgen (vgl. 6).
5 zeigt eine modular, gleich einem Baukastenprinzip aufgebaute Schaltung 3 (Gesamtsystem) von mehreren, parallel zueinander angeordneten bzw. modular geschalteten Messaufbauten 60 und 61 gemäß der Ausführung nach 1 und 3. Auch hier sind bereits bekannte bzw. beschriebene Komponenten durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet.
Die einzelnen Messaufbauten, hier bezeichnet als Station 1 60 und Station 2 61, werden über ein zentrales Versorgungsmodul 5 mit dem Prüfmedium 16 und dem Reinigungsmedium 18 versorgt.
Dem Versorgungsmodul 5 nachgeschaltet ist ein Eingangsblock bzw. Schaltungsmodul 6, welches mittels zweier Schalter 7, denen Rückschlagventile 8 nachgeschaltet sind, die zentrale Zuführung des Prüfmediums 16 oder des Reinigungsmediums 18 steuert.
Hierbei kann als Spül- bzw. Reinigungsmedium 18 mit dem Prüfmedium 16 wie auch mit einem anderen alternativen Medium gearbeitet werden.
6 zeigt ebenfalls eine modular, gleich einem Baukastenprinzip aufgebaute Schaltung 4 (Gesamtsystem) von mehreren, parallel zueinander angeordneten bzw. modular geschalteten Messaufbauten 62 und 63 gemäß der Ausführung nach 1 und 3. Auch hier sind bereits bekannte bzw. beschriebene Komponenten durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet.
Die einzelnen Messaufbauten, hier auch bezeichnet als Station 1 62 und Station 2 63, werden einzeln mit dem Prüfmedium 16 und dem Reinigungsmedium 18 versorgt.
Dazu weisen die einzelnen Module 62, 63 jeweils zwei (Modul-)Schalter 9 auf, welche die Zuführung des Prüfmediums 16 oder des Reinigungsmediums 18 für das jeweilige Modul 62 bzw. 63 steuern.
Auch hier kann als Spül- bzw. Reinigungsmedium 18 mit dem Prüfmedium 16 wie auch mit einem anderen alternativen Medium gearbeitet werden.

1: erfindungsgemäßer Messaufbau
2: weiterer erfindungsgemäßer Messaufbau
3: Schaltung
4: Schaltung
5: Versorgungsblock, -modul
6: Eingangsblock, Schaltungsmodul
7: Zentralschalter
8: Rückschlagventil
9: Modulschalter
10a, 10b: Messdüse
11: Düsenaustrittöffnung
12: Druckleitung, -en
13: Druckleitungsnetz
14: erste Druckspeiseeinrichtung
15: Feindruckregler
16: Kühlschmierstoff, komb. Prüf-/Reinigungsmedium
17: zweite Druckspeiseeinrichtung
18: Reinigungswasser
19: Rückschlagventil
20: Messspalt S
21: Breite s des Messspalts
22: Filter
23: Messkupplung, Messanschluss
24: Anschluss, Kupplung
30: An- und Auflagensensorsteuerblock
31: erster Drucksensor
32: zweiter Drucksensor
33: Ablaufleitung
34: Auffangvorrichtung
35: Vergleichs-/Differenzsensor
36: Display
37: erster Schaltungsausgang
38: zweiter Schaltungsausgang
39: Signalleitung
40: Schaltungsanordnung in 30
41: Messzweig
42: Referenzzweig
43: Vor-/Brückendüse im Messzweig
44: Vor-/Brückendüse im Referenzzweig
45: Referenzdüse
46: Schaltungs-/Anzeigeblock
47: Druckbereich
48a, b: oberer Grenzwert
49: unterer Grenzwert
50: An-/Auflagensensorsteuerblock
51: Schaltungsanordnung in 50
60: Station 1 von 3
61: Station 2 von 3
62: Station 1 von 4
63: Station 2 von 4
100: Werkstück
101: spanende Werkzeugmaschine
102: Werkzeugauflage
103: Auf-/Anlagefläche
104: Werkzeugmaschine

Claims

Anordnung zur Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes, mit – einer oder mehreren Druckleitungen, welche einen von dem Druckmedium durchströmbaren Messzweig bilden, – einer Druckspeiseeinrichtung, unter Verwendung dessen ein vorgebbarer Druck, insbesondere ein Eingangs- bzw. Speisedruck, in dem Druckmedium aufbaubar und dieses in den Messzweig, welcher an die Druckspeiseeinrichtung angeschlossen ist, einspeisbar ist, – mit der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse, welche in dem Messzweig in Strömungsrichtung des Druckmediums angeordnet sind, und – einem zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse angeordneten Druckaufnehmer, insbesondere einem Drucksensor, unter Verwendung dessen der Druck, insbesondere ein Staudruck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse einstellt, ermittelbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – der Eingangs- bzw. Speisedruck in Abhängigkeit des Druckmediums, eines zu überwachenden Werksstücks, insbesondere dessen Abmessung und/oder dessen Gewicht, einer gewünschten Genauigkeit und/oder einer in Bezug auf das Werkstück auszuführende Aufgabe, insbesondere eine (Zer)spanende Bearbeitung, ein Kühlen oder ein Reinigen des Werkstücks, gewählt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – der Eingangs- bzw. Speisedruck bei einem schwereren Werkstück größer als bei einem leichteren Werkstück gewählt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – in dem Messzweig mehrere Arbeitsdüsen angeordnet sind, wobei eine Anzahl der mehreren Arbeitsdüsen insbesondere in Abhängigkeit eines zu überwachenden Werksstücks, insbesondere dessen Abmessung und/oder Gewicht, und/oder von Betriebsnormen gewählt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – in dem Messzweig mehrere Druckaufnehmer, insbesondere mehrere Drucksensoren, angeordnet sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – die mindestens eine Arbeitsdüse oder die mehreren Arbeitsdüsen in einer Werkstückaufnahme angeordnet, insbesondere integriert, ist bzw. sind, insbesondere in einer Anlagefläche der Werkstückaufnahme.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – die Anlagefläche der Werkstückaufnahme derart ausgebildet ist, dass ein Werkstück anlegbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – die mindestens eine Arbeitsdüse einen, insbesondere in Abhängigkeit einer Messspaltbreite, ausgewählten Düsenöffnungsdurchmesser aufweist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – mit einem insbesondere parallel zu dem Messzweig angeordneten, aus einer oder mehreren Druckleitungen gebildeten und von dem Druckmedium durchströmbaren Referenzzweig.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – der Referenzzweig an die Druckspeiseeinrichtung angeschlossen ist und in welchen ebenfalls das Druckmedium einspeisbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – in dem Referenzzweig in Strömungsrichtung des Druckmediums eine Vordüse sowie mindestens eine Referenzdüse angeordnet ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – in dem Referenzzweig zwischen der Vordüse und der mindestens einen Referenzdüse ein Druckaufnehmer angeordnet ist, insbesondere ein Drucksensor, unter Verwendung dessen ein Referenzdruck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Referenzdüse einstellt, ermittelbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – in dem Referenzzweig mehrere Referenzdüsen und/oder mehrere Druckaufnehmer angeordnet sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – mit einer Differenzdruckeinheit, insbesondere einem Differenzdrucksensor, unter Verwendung dessen ein Differenzdruck insbesondere aus den von den Druckaufnehmern ermittelten Drücken, insbesondere aus dem Messdruck, im Speziellen dem Staudruck, und dem Referenzdruck, ermittelbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden. Ansprüche, bei der – die, insbesondere als Drosseleinrichtung wirkenden, Düsen, insbesondere aber die mindestens eine Referenzdüse, einstellbar, insbesondere mittels einer Einstellschraube einstellbar, ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – die Vordüse bzw. die Vordüsen und/oder die mindestens eine Referenzdüse bzw. die mehreren Referenzdüsen als gebohrte Lochblende, insbesondere mit vorgebbarem Lochdurchmesser, ausgebildet ist bzw. sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der – der Messzweig und der Referenzzweig derart zueinander angeordnet und geschaltet sind, dass dadurch eine, insbesondere abgleichbare, Brückenschaltung realisiert ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – mit zusätzliche Komponenten, insbesondere einem Filter, einem (Rückschlag-)Ventil, einen Schalter, eine Messkupplung und/oder einen Messanschluss, an welchen die Druckleitungen angeschlossen sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – mit einem Anzeigemittel, insbesondere einem digitale oder analogen Anzeigemittel, unter Verwendung dessen die gemessenen oder ermittelten Drücke und/oder Differenzdrücke und/oder Sensorwerte anzeigbar sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – mit Eingabe- und/oder Auswertemittel, insbesondere zur Ein- bzw. Vorgabe von Druckwerten, wie einem oberen und/oder unteren Grenz- und/oder Vergleichsdruckwert, mit welchem bzw. welchen die Werte der Druckaufnehmer und/oder daraus abgeleitete oder bestimmte Werte bzw. Drücke, insbesondere der Differenzdruck, vergleichbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – mit Kontroll-/Steuervorrichtungen, mit welchen, insbesondere in Abhängigkeit von den gemessenen und/oder bestimmten Druckwerten, vorgebbare Funktionsabläufe, insbesondere solche bezogen auf ein zu überwachendes bzw. ein zu bearbeitendes Werkstück, steuer-, regel- und/oder überwachbar bzw. kontrollierbar sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – eingesetzt zu einer Staudruckmessung und/oder -überwachung, welcher Staudruck unter Verwendung des Druckaufnehmers ermittelbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – eingesetzt zu der Staudruckmessung und/oder -überwachung, wobei der erfasste Staudruck unter Verwendung des Differenzdrucksensors mit dem Referenzdruck verglichen und ein Differenzdruck bestimmt wird.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – eingesetzt zu der Staudruckmessung und/oder -überwachung, wobei der Differenzdruck als Führungsgröße, insbesondere für Auswertungen und/oder Funktionsabläufe, verwendet wird.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – eingesetzt zu der Messspaltüberwachung und/oder zu einer Positions- und Lagekontrolle bzw. -erkennung und/oder zu einer Abmessungsüberwachung von Werkstücken, wobei sich bei der Positionierung eines Werkstücks oder Maschinenteils relativ zu der mindestens einen Arbeitsdüse der zu überwachende Messspalt und/oder der ermittelnde Staudruck einstellt.
Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, – eingesetzt zu einer Zustandsüberwachung der mindestens einen Arbeitsdüse, insbesondere zu einer Verschlussüberwachung der Arbeitsdüse, insbesondere bei einem möglichen Verschluss durch Verschmutzung und/oder Verkalkung, wobei die Überwachung unter Verwendung des Staudrucks erfolgt.
Verfahren zur Ermittlung eines sich in einem Druckmedium zwischen einer von dem Druckmedium durchströmten Vordüse und mindestens einer von dem Druckmedium durchströmten Arbeitsdüse einstellenden Druckes, bei dem – das zumindest anfänglich unter einem Eingangs- bzw. Speisedruck stehende Druckmedium in Strömungsrichtung die Vordüse sowie die mindestens eine Arbeitsdüse durchströmt und – der Druck, welcher sich in dem Druckmedium zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse einstellt, unter Verwendung eines zwischen der Vordüse und der mindestens einen Arbeitsdüse angeordneten Druckaufnehmers, ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – sich bei einer Anlage eines Werkstücks an eine Anlagefläche einer Werkstückaufnahme, in welche die mindestens eine Arbeitsdüse integriert ist, zwischen dem Werkstück und der Anlagenfläche ein Messspalt mit einer zugehörigen (Mess)Spaltbreite ausbildet.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – der sich ausbildende Messspalt überwacht wird, wobei ein, insbesondere einen einseitig begrenzten Messbereich ausbildender, Grenzwert oder mehrere, insbesondere einen zweiseitig begrenzten Messbereich ausbildende Grenzwerte insbesondere für eine zulässige und/oder gewünschte Messspaltbreite und/oder für einen zulässigen und/oder gewünschten Staudruck bzw. Differenzdruck festgelegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – der oder die Grenzwerte in Abhängigkeit des Druckmediums, insbesondere der Art und/oder des Eingangs- bzw. Speisedruckes des Druckmediums, des Werkstücks, insbesondere dessen Größe und/oder dessen Gewicht, einer gewünschten Genauigkeit und/oder einer in Bezug auf das Werkstück auszuübende Kontroll-/Überwachungsaufgabe gewählt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – zumindest zwei unterschiedliche Druckmedien, insbesondere mit unterschiedlichen Eingangs- bzw. Speisedrücke, die Vordüse sowie die mindestens eine Arbeitsdüse durchströmen, wobei insbesondere das erste Druckmedium eignet ist für die Bearbeitung eines Werkstücks, und das zweite Druckmedium insbesondere geeignet ist zu einer Reinigung der mindestens einen Arbeitsdüse und/oder des Werkstücks.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – der Eingangsdruck eines Reinigungsmediums (Spüldruck) größer ist als der Druck eines Bearbeitungsmediums.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – das Druckmedium sowohl für die Bearbeitung des Werkstücks als auch für die Reinigung der mindestens einen Arbeitsdüse und/oder des Werkstücks verwendet wird.
System mit mehreren Anordnungen nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, – wobei die einzelnen Anordnungen modular miteinander verbunden sind, wobei insbesondere die verbundenen Anordnungen zentral mit einem oder mehreren Druckmedien oder diese jeweils eigenständig mit einem oder mehreren Druckmedien versorgbar sind.
System nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, – eingesetzt bei einer Wasch- bzw. Reinigungsvorrichtung, wobei eine Positions- und Lagekontrolle bzw. -erkennung eines zu bearbeitenden Werkstücks und eine Verschlussüberwachung unter Verwendung eines Reinigungsmediums durchführbar ist.
System nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, – eingesetzt bei einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Positions- und Lagekontrolle bzw. -erkennung des zu bearbeitenden Werkstücks unter Verwendung einer Emulsion (Prüfmedium) und die Verschlussüberwachung unter Verwendung eines Reinigungsmediums durchführbar ist.