DE102010028319A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration wassergemischter Kühlschmierstoffe - Google Patents
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Abstract
Zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine wird sowohl die Brechzahl des wassergemischten Kühlschmierstoffs durch Refraktometrie wie die elektrische Leitfähigkeit des wassergemischten Kühlschmierstoffs gemessen. Die ermittelten Werte beider Messungen werden zu einer Regelgröße kombiniert, wobei bei einer Abweichung der Regelgröße vom Sollwert eine Nachspeisung von Wasser und/oder Kühlschmierstoff erfolgt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Aus der
DE 40 23 977 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Konzentration von Emulsionen und Lösungen bei chemischen Prozessen zur Nahrungsmittelherstellung bekannt, bei dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines die Emulsion oder Lösung durchlaufenden Ultraschallsignals gemessen und daraus über eine vorbestimmte Korrelation die Konzentration ermittelt wird. - Bei Werkzeugmaschinen erfolgt die Zustandsbestimmung der Kühlschmierstoff-Emulsionen derzeit mit einer Messtechnik, mit der einige Aspekte nicht erfasst werden. So werden bei den modernen Ölnebelabsaugungen, mit denen die Ölnebel entfernt werden, die aus dem Kühlschmierstoff bei der Werkstückbearbeitung entstehen, so starke Überströmungen erzeugt, dass die herkömmliche Messroutine in nachteiliger Weise zu einer Fehlerinterpretation der Ergebnisse führt.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, durch dessen Durchführung die Konzentration der wassergemischten Kühlschmierstoffe im Kühlmittelkreislauf einer Werkzeugmaschine zuverlässig gesteuert werden kann. Ferner soll eine Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben werden.
- Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine ist Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 3. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.
- Demnach wird erfindungsgemäß zum Einen die Brechzahl des wassergemischten Kühlschierstoffs mit einem Refraktometer und andererseits die elektrische Leitfähigkeit des wassergemischten Kühlschmierstoffs gemessen. Folglich stellt die Erfindung eine Kombination von zwei Messmethoden zu einem Zustandsfaktor dar.
- Die ermittelten, kombinierten Werte beider Messungen bilden hierbei die Regelgröße. Der Sollwert der Regelgröße wird anhand der gewünschten Konzentration des Kühlschmierstoff in der Wasser/Kühlschmierstoff-Mischung und gegebenenfalls weiterer Komponenten des wassergemischten Kühlschmierstoffs ermittelt. Gemäß der Erfindung erfolgt bei einer Abweichung des Ist-Wertes der Regelgröße von dem Sollwert eine Nachspeisung von Wasser und/oder Schmierstoff und gegebenenfalls weiterer Komponenten des wassergemischten Kühlschmierstoffs.
- Erfindungsgemäß wird einerseits die Konzentration per Refraktometer gemessen und andererseits die elektrische Leitfähigkeit Bei konventionellen Absaugungen steigen sowohl Konzentration wie Leitfähigkeit parallel an. Moderne Absaugsysteme erzeugen, insbesondere bei Integration von Kaltwasserkühlungen, ein Ungleichgewicht im Austrag. Es entsteht in nachteiliger Weise der Effekt, dass die Konzentration des Kühlschmierstoffs steigt und die Leitfähigkeit – bedingt durch hohen Wasseraustrag – sinkt.
- Werden erfindungsgemäß beide Messmethoden zu einem Zustandsfaktor kombiniert und wird dieser auf die Maschinensteuerung gelegt, ergibt sich daraus eine Nachspeisestrategie von Wasser, Emulsion und gegebenenfalls weiterer Komponenten des wassergemischten Kühlschmierstoffs, z. B. eines Additivs. Gemessen an der herkömmlichen Vorgehensweise werden dadurch in vorteilhafter Weise erhebliche Einsparungen erzielt; zudem wird die Fertigungssicherheit wesentlich erhöht.
- Der Sollwert der Brechzahl und der Sollwert der elektrischen Leitfähigkeit werden hierbei durch die Brechzahl und die elektrische Leitfähigkeit des frischen wassergemischten Kühlschmierstoffs bestimmt.
- Die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit dem Wassergehalt des wassergemischten Kühlschmierstoffs normalerweise zu, während die Brechzahl mit dem Wassergehalt im Allgemeinen abnimmt. Das heißt, bei einer Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit und einer Verringerung der Brechzahl des wassergemischten Kühlschmierstoffs in dem Kühlmittelkreislauf gegenüber dem Sollwert erfolgt eine Nachspeisung oder Nachdosierung von Kühlschmierstoff oder Kühlschmierstoff-Konzentrat, während bei einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit und einer Erhöhung der Brechzahl gegenüber dem Sollwert Wasser nachdosiert wird.
- Durch den Kühlschmierstoff wird zum Einen die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück verringert und zum Anderen die Wärme abgeführt. Bei wassergemischten Kühlschmierstoffen trägt dabei das Verdampfen des Wassers wesentlich zur Kühlung bei. Wassergemischte Kühlschmierstoffe enthalten neben Mineralöl im Allgemeinen Emulgatoren und Additive, beispielsweise zur besseren Schmierung, sowie gegebenenfalls Korrosionsschutz-Zusätze und Zusätze, die eine unerwünschte Schaumbildung verhindern. Wassergemischte Kühlschmierstoffe sind im Allgemeinen Emulsionen, können jedoch auch Lösungen sein. Der Ölanteil bei Emulsionen liegt meist zwischen 3 und 10, insbesondere zwischen 5 und 8 Volumenprozent.
- Als Refraktometer zur Bestimmung der Brechzahl des wassergemischten Kühlschmierstoffs kann beispielsweise ein digitales Refraktometer verwendet werden, das als Lichtquelle beispielsweise eine LED und als Detektor beispielsweise einen CCD-Sensor aufweist. Dabei kann in das Refraktometer eine Temperaturmessung bzw. eine Temperaturmesseinrichtung integriert sein, um anhand der ermittelten Temperaturmesswerte (beispielsweise über eine Kennlinie) die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl zu kompensieren.
- Das Messgerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit kann beispielsweise ein Widerstandsmessgerät sein, beispielsweise ein digitales Widerstandsmessgerät, das eine Konstantstromquelle aufweist, sodass der Zahlenwert der gemessenen Spannung unmittelbar den Zahlenwert des Widerstandes und damit als Kehrwert des Widerstandes die elektrische Leitfähigkeit ergibt Dabei kann im Rahmen einer Weiterbildung in das Messgerät ebenfalls eine Temperaturmessung bzw. eine Temperaturmesseinrichtung integriert sein, um anhand der ermittelten Temperaturmesswerte (beispielsweise über eine Kennlinie) die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit zu kompensieren.
- Das Refraktometer und das Messgerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit, die in dem Kühlschmierstoff- oder Kühlmittelkreislauf der Werkzeugmaschine angeordnet sind, sind erfindungsgemäß mit einem Steuerteil verbunden, welches bei einer Abweichung der Regelgröße des wassergemischten Kühlschmierstoffs also dessen Brechzahl und elektrischer Leitfähigkeit von dem Sollwert, die noch zu dosierende Menge an Wasser und/oder Kühlschmierstoff steuert. Das Steuerteil kann dabei auf einem Prozessorsystem basieren; aus einem in dem Steuerteil implementierten Verarbeitungsalgorithmus resultieren dann die Stelleingriffe zur Zugabe des Wassers und/oder Kühlschmierstoffs.
- Ferner kann die Werkzeugmaschine eine Einrichtung zur Absaugung des durch den Kühlschmierstoff im Bearbeitungsraum der Maschine gebildeten Ölnebels aufweisen, die zur Abscheidung des Ölnebels vorzugsweise eine Kaltwasserkühlung aufweist, die in Abhängigkeit der Außentemperatur geregelt werden kann.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 4023977 A1 [0002]
Claims (9)
- Verfahren zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Brechzahl des wassergemischten Kühlschmierstoffs durch Refraktometrie wie die elektrische Leitfähigkeit des wassergemischten Kühlschmierstoffs gemessen und die ermittelten Werte beider Messungen zu einer Regelgröße kombiniert werden, wobei bei einer Abweichung der Regelgröße vom Sollwert eine Nachspeisung von Wasser und/oder Kühlschmierstoff erfolgt.
- Verfahren zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachspeisung des Kühlschmierstoffs als Emulsion erfolgt.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlmittelkreislauf der Werkzeugmaschine ein Refraktometer zur Bestimmung der Brechzahl des wassergemischten Kühlschmierstoffs und ein Messgerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit angeordnet sind, die mit einem Steuerteil verbunden sind, welches bei einer Abweichung der Regelgröße von dem Sollwert die nachzuspeisende Menge an Wasser und/oder Kühlschmierstoff steuert.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Refraktometer zur Bestimmung der Brechzahl des wassergemischten Kühlschmierstoffs als digitales Refraktometer ausgeführt ist, das als Lichtquelle eine LED und als Detektor einen CCD-Sensor aufweist.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Refraktometer eine Temperaturmesseinrichtung integriert ist, um die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl zu kompensieren.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit ein digitales Widerstandsmessgerät ist, welches eine Konstantstromquelle aufweist, sodass der Zahlenwert der gemessenen Spannung unmittelbar der Zahlenwert des Widerstandes und damit als Kehrwert des Widerstandes die elektrische Leitfähigkeit ergibt.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in das Messgerät zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit eine Temperaturmesseinrichtung integriert ist, um die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit zu kompensieren.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine eine Einrichtung zur Absaugung des durch den Kühlschmierstoff im Bearbeitungsraum der Maschine gebildeten Ölnebels aufweist.
- Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration des wassergemischten Kühlschmierstoffs einer Werkzeugmaschine, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnebelabsaugeinrichtung eine Kaltwasserkühlung aufweist.
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