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An verschiedenen Arten von Werkzeugmaschinen sind ein oder mehrere Klimageräte vorhanden. Mit einem solchen Klimagerät wird z. B. die Luft im Schaltschrank, oder auch Kühlwasser oder Schleiföl gekühlt. Oftmals sind solche Klimageräte notwendig, um die Fertigungspräzision der Werkzeugmaschinen über einen möglichst langen Zeitraum einhalten zu können. Wenn sich die Leistung der Geräte durch Defekte oder Verschmutzung verringert, führt das zu längeren Einschaltzeiten und somit auch zu höherem Energieverbrauch. Es können sogar durch unzureichende Kühlung Maschinenstillstände auftreten, weil die (Dauer-) Belastung von Komponenten der Werkzeugmaschine überschritten wurde.
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Druckschrift
DE 10 2004 021 423 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit eines Wärmetauschers. In Abhängigkeit gemessener Eintritts- und Austrittstemperaturen des Produkts sowie gemessener Eintritts- und Austrittstemperaturen des Hilfsmediums wird für den jeweiligen Wärmetauscher der wirksame Wärmeübertragungsfaktor berechnet. Mit diesem Wert wird die sich bei maximalem Fluss des Hilfsmediums einstellende Austrittstemperatur des Produkts ermittelt.
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Druckschrift
DE 10 2004 007 348 A1 offenbart ein Gerät zur Überprüfung der Wirkung einer Klimaanlage, mit einem Temperaturfühler und einem mit diesem gekoppelten Anzeigeinstrument. Das Anzeigeinstrument ist aus einem Temperaturanzeigegerät, einer variablen Zeitschaltung und aus einer Auswerteelektronik gebildet. Das Temperaturanzeigegerät ist mit zwei Signalausgängen und die Zeitschaltung ist mit einem Signalausgang mit der Auswerteelektronik verbunden, die ausgangsseitig eine vorbestimmte Zeitdauer der Überprüfung und eine Bewertung der gemessenen Temperatur, bezogen auf eine in der Zeitdauer zu erreichende Solltemperatur, anzeigt.
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Druckschrift
DE 44 26 494 A1 offenbart eine Einrichtung zur Überwachung des Kühlsystems einer Brennkraftmaschine, bei dem die Kühlertemperatur gemessen wird und in einer Auswerteeinrichtung ausgehend von der Temperatur sowie besonders vom Temperaturverlauf das Auftreten einer Fehlfunktion erkannt wird.
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Druckschrift
DE 199 15 185 A1 offenbart eine Überwachungsanlage zur Steuerung und Überwachung von Geräten und Anlagen, bestehend aus einem Schaltschrank, in dem sämtliche Überwachungs- und Steuerkreise der Geräte und Anlagen einer Institution zusammengefasst sind, und einem mit dem Schaltschrank meldetechnisch verbundenen Leitstand, der Signale vom Schaltschrank empfängt und von dem aus Steuersignale ausgegeben werden, um die Geräte und Anlagen der Institution anzusteuern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden.. Insbesondere soll ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Klimageräts einer Werkzeugmaschine angegeben werden, mit dem unter geringem Instandhaltungsaufwand eine Beeinträchtigung der Funktion des Klimageräts erfasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Überprüfen eines Klimageräts einer Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Klimageräts einer Werkzeugmaschine, bei dem mindestens ein Messpunkt an der Werkzeugmaschine und mindestens ein Prüfzustand der Werkzeugmaschine definiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Prüfungen mit jeweils mindestens einer Temperaturmessung an dem. mindestens einen Messpunkt in dem mindestens einen Prüfzustand durchgeführt werden, und danach die Ergebnisse der mindestens zwei Prüfungen verglichen und bewertet werden.
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Ein zu definierender (vorgegebener) Messpunkt kann sowohl räumlich als auch zeitlich definiert sein. Ein räumlicher Messpunkt wird üblicherweise so ausgewählt, dass er zum einen ohne großen Aufwand zur Temperaturmessung zugänglich ist und zum anderen eine besondere Aussagekraft über die Wärmeleistung des zu prüfenden Klimageräts zulässt. Vorteilhafter Weise ist ein solcher räumlicher Messpunkt schnell und ohne großen Aufwand wieder auffindbar bzw. markiert und bleibt von sonstigen eventuellen baulichen Veränderungen an der Werkzeugmaschine unberührt. Ein zeitlich bestimmter Messpunkt, der auch stets räumlich nach z. B. obigem Beispiel bestimmt ist, ist insbesondere von einem Verlauf des Prüfzustands abhängig. Hierbei sollen insbesondere zeitliche Messpunkte gewählt werden, die zu einem bestimmten Zeitpunkt eine besondere Aussagekraft über die Wärmeleistung des Klimageräts haben.
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Der definierte (vorgegebene) Prüfzustand der Werkzeugmaschine ist insbesondere eine wiederholbare Betriebsweise der Werkzeugmaschine. Insbesondere liefert ein solcher Prüfzustand zuverlässige und aussagekräftige Temperaturmesswerte. Die mindestens zwei Prüfungen sind bevorzugt zeitlich relativ weit voneinander beabstandet, z. B. mindestens einen Monat, mehrere Monate oder sogar ein Jahr. Vorteilhaft ist hierbei, die erste Prüfung bei der Inbetriebnahme nach Erstmontage der Werkzeugmaschine vorzunehmen. Allerdings kann auch die erste Prüfung bei einer gebrauchten Werkzeugmaschine, deren Kühlgerät jüngst gewartet worden ist, vorgenommen werden. Insbesondere wird die erste Prüfung bei einer Werkzeugmaschine vorgenommen, die eine erwünschte Wärmeleistung aufweist. Die folgenden Prüfungen, d. h. die zweite und weitere Prüfungen, werden zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen, um auf Basis der ersten Prüfung Veränderungen in der Wärmeleistung feststellen zu können.
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Bevorzugt besteht jede Prüfung aus einer Vielzahl von Temperaturmessungen, um möglichst genaue Rückschlüsse auf die Lokalisierung der beeinträchtigten Wärmeleistung vornehmen zu können. Z. B. können bei einem Flüssigkeitskühlgerät drei Temperaturmessungen vorgenommen werden, nämlich eine am Vorlauf des Kühlmittels, eine beim Rücklauf des Kühlmittels und eine in der zu kühlenden Flüssigkeit. Bei steigender Temperaturdifferenz zwischen der zu kühlenden Flüssigkeit und dem Rücklauf oder bei sinkender Differenz zwischen Vorlauf und Rücklauf, kann von einer Verschmutzung des Wärmetauschers ausgegangen werden. Bei Prüfungen an einem Schaltschrankklimagerät können an geeignet festgelegten Messpunkten auf der inneren Verdampferseite die Temperaturen der eingehenden warmen Luft und der ausgehenden gekühlten Luft und auf der äußeren Verflüssigerseite die Temperaturen der eingehenden Umgebungsluft und der ausgehenden erwärmten Abluft gemessen werden. Bei nachlassender Kühlleistung kann eine Verringerung der Temperaturdifferenz der Innenwerte beobachtet werden. Falls eine Verschmutzung des Wärmetauschers auf der Außenseite die Ursache ist, kann man dies durch eine erhöhte Temperaturdifferenz der Außentemperaturen erkennen.
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Je nach Komplexität der Werkzeugmaschine bzw. des Kühlgeräts kann eine jeweilige Prüfung auch in mehreren (gleichen oder verschiedenen) Prüfzuständen der Werkzeugmaschine durchgeführt werden. Vorteilhafter Weise werden die Prüfzustände so gewählt, dass eine Messung der Temperaturen besonders geeignet ist, Rückschlüsse über die Leistung des Klimageräts zu ermöglichen. Die Ergebnisse der mindestens zwei Prüfungen werden miteinander verglichen und bewertet. Wie in den obigen Beispielen angegeben, können dabei Rückschlüsse auf bestimmte Komponenten eines Klimageräts gezogen werden. Besonders effizient ist es, die allererste Prüfung mit der soeben durchgeführten Prüfung zu vergleichen und auf deren Basis zu bewerten, wie die Leistung des Klimageräts sich verändert hat. Allerdings kann in manchen Fällen der Vergleich aller bisherigen Prüfungen zu einer besseren Beurteilung und/oder Lokalisierung der Beeinträchtigung des Kühlgeräts ermittelt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens sind mehrere Temperaturmessungen jeweils zeitlich voneinander getrennt. Insbesondere wird ein Prüfzustand, der sich über einen längeren Zeitraum erstreckt, durch mehrere Temperaturmessungen über den Zeitraum deutlich präziser erfasst als nur eine Temperaturmessung (mitunter an mehreren Messpunkten gleichzeitig) zum Endzustand des Prüfzustands. Z. B. wird für einen Prüfzustand, der z. B. als Anfahren der Werkzeugmaschine definiert ist, die Anfangstemperatur bzw. die Außentemperatur gemessen. Hierbei kann insbesondere auch die Dauer bis zum Erreichen einer definierten Zieltemperatur ermittelt werden, weil aufgrund dessen eine Verschmutzung von bspw. Kühlleitungen erfasst werden kann. Bei solchen Verschmutzungen und ähnlichen Beeinträchtigung des Kühlgeräts kann mitunter die Zieltemperatur, also die Temperatur der ersten Prüfung, trotzdem erreicht werden. Jedoch wird eine längere Zeit benötigt, was nicht nur zur Beeinträchtigung der nutzbaren Zeit der Maschine führt, sondern auch den Energieverbrauch und/oder den Verschleiß erhöht. Insbesondere können damit Maschinenausfälle durch Übertemperaturen im Vorfeld vermieden werden.
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Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Messpunkt an einer Umgebung eines zu klimatisierenden Bauteils vorgesehen.
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Die Außenseite von Bauteilen der Werkzeugmaschine ist aufgrund der meist guten Zugänglichkeit durch das Wartungspersonal vorteilhaft. Aber auch eine Messung an Elementen des Klimageräts selbst rechtfertigt einen ggf. etwas erhöhten Messaufwand, sofern dadurch eine bessere Aussage über die Funktionalität des Klimageräts gemacht werden kann. Erfindungsgemäß reicht aber auch das Messen der Temperatur der (unmittelbaren) Umgebung eines zu klimatisierenden Bauteils aus, nämlich die austretende Kühlerabluft an einem Ventilator.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens unterscheidet sich der Prüfzustand von einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand der Werkzeugmaschine. Als ein bestimmungsgemäßer Betriebszustand wird der angesehen, den die Werkzeugmaschine (geregelt) ausführt, um ihren Zweck zu erfüllen. Ein besonders definierter Prüfzustand erlaubt nicht nur eine besonders aussagekräftige (z. B. gleichbleibende) Temperaturmessung, die sich für einen Vergleich und die anschließende Bewertung eignet. Darüber hinaus kann ein Prüfzustand so definiert sein, dass das zu prüfende Klimagerät in einer vorgegebenen Weise belastet wird. Beispielhaft könnte ein Prüfzustand ein mehrmaliges maximales Beschleunigen von Komponenten der Werkzeugmaschine mit oder ohne Werkstück, und insbesondere ein mit zeitlich definierten Abständen definiertes Anfahren der zuvor heruntergefahrenen bzw. abgeschalteten Werkzeugmaschine sein. Insbesondere setzt beispielsweise eine Regelung des Betriebszustandes im Prüfzustand aus, so dass die Werkzeugmaschine im Wesentlichen ohne eine echte Rückkopplung einen Prüfverfahrensablauf durchführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ist der Prüfzustand als ein Betriebszustand maximaler Belastung des Klimageräts definiert. Hierbei ist es auch möglich, einen Zustand der Werkzeugmaschine einzustellen, der in der normalen Verwendung der Werkzeugmaschine, also einem sonstigen Betriebszustand, nicht entspricht. Insbesondere können mehrere Prüfzustände so gestaffelt durchgeprüft werden, dass das Klimagerät stufenweise an seine nominelle maximale Belastung herangeführt wird, um so zu vermeiden, dass es zu Beschädigungen der Werkzeugmaschine kommt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Temperatur mit mobilen Temperaturmessmitteln ermittelt. Durch die mobilen Temperaturmessmittel, die nicht an der Werkzeugmaschine fixiert sind, können die Messpunkte frei gewählt werden. Auch können die mobilen Temperaturmessmittel besser als die in der Werkzeugmaschine integrierten Temperaturmessmittel erreicht und justiert werden, so dass eine Fehlfunktion der Messmittel ausgeschlossen werden kann. In der Regel sind die Temperaturmessmittel, die für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, nicht dauerhaft an der Werkzeugmaschine, sondern lediglich für die Durchführung des Verfahrens angebracht. Bereits in der Werkzeugmaschine installierte Temperaturmessmittel sind nicht dazu eingerichtet, die Effizienz der Klimageräte zu überprüfen. Dadurch fällt bisher eine stetig sinkende Kühlleistung oftmals erst durch den wärmebedingten Ausfall der Maschine auf. Bisherige Gegenmaßnahmen waren daher eine kalendarische regelmäßige Wartung der Werkzeugmaschinen, die daher häufig überflüssig oder verspätet vorgenommen wurde.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Prinzip, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Figuren sind schematisch und benennen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen. Es zeigen:
- 1: Prüfungen an einer Werkzeugmaschine,
- 2: Prüfungen an einem Flüssigkeitskühlgerät, und
- 3: Prüfungen an einem Schaltschrankklimagerät.
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1 soll einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen. So kann zum Beispiel eine Person bei der ersten Prüfung an allen Messpunkten 17 an einer Werkzeugmaschine 16 die Temperatur bestimmen. Hierfür sind bevorzugt die Messpunkte 17 (von außen für die Person leicht identifizierbar) vorbestimmt. So können die Messpunkte 17 beispielsweise an bzw. nahe des Klimagerätes 1, des zu klimatisierenden Bauteils 18 und/oder an der Außenfläche der Werkzeugmaschine 16 vorgesehen sein. Für diese Prüfung der Temperaturen an den Messpunkten kann die Person auch mobile Temperaturmessmittel 19 verwenden, die z. B. berührungslos arbeiten und/oder einfach (temporär) an den Messpunkten 17 positioniert werden können. Dieser Prüfvorgang kann dann zu einem vorgegebenen späteren Zeitpunkt wiederholt werden (weitere Prüfung), wobei aus einem Vergleich der Temperaturwerte Rückschlüsse auf die Funktionalität des Klimagerätes 1 geschlossen werden kann.
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2 zeigt schematisch ein Flüssigkeitsklimagerät 1 mit einer Wanne 2 für eine zu kühlende Flüssigkeit 3, wie z. B. Öl oder Wasser, in die ein Wärmetauscher 4 mit einer Zuleitung 5 und einer Rückleitung 6 für den Vorlauf von Kühlmittel und den Rücklauf von Kühlmittel gezeigt ist. Hierbei sind drei Messpunkte definiert, die mit T1 am Vorlauf des Kühlmittels der Zuleitung 5 und T2 am Rücklauf des Kühlmittels der Rückleitung 6 sowie mit T3 in der zu kühlenden Flüssigkeit 3 bezeichnet sind. Die Temperaturen T1 bis T3 werden zuerst im Neuzustand (erste Prüfung) der gezeigten Vorrichtung gemessen. Bei späteren Prüfungen können dann die Werte verglichen werden. Bei steigender Temperaturdifferenz T3 - T2 und sinkender Differenz T1 - T2 kann von einer Verschmutzung des Wärmetauschers 4 ausgegangen werden. Wird jedoch die Differenz zwischen T1 und T2 größer, so kann z. B. auf eine verringerte Förderleistung des Kühlmittels geschlossen werden.
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3 zeigt schematisch ein Schaltschrankklimagerät 7, bei dem links die Außenseite 8 mit dem Wärmetauscher der Verflüssigerseite 9 und rechts die Innenseite 10 mit dem Wärmetauscher der Verdampferseite 11 dargestellt ist. T1 ist am Eingang der warmen Luft 12, T2 am Ausgang der gekühlten Luft 13, T3 am Eingang der (kalten) Umgebungsluft 14 und T4 am Ausgang der erwärmten Abluft 15 definiert. Die Temperaturen T1 bis T4 werden zuerst im Neuzustand des Schaltschrankklimageräts 7 gemessen. Bei nachlassender Kühlleistung kann eine Verringerung der Temperaturdifferenz T1 - T2 beobachtet werden. Falls eine Verschmutzung des Wärmetauschers der Verflüssigerseite 9 die Ursache ist, kann man diese durch eine erhöhte Temperaturdifferenz T4 - T3 erkennen. Ist z. B. die absolute Temperatur bei T1 dauerhaft erhöht, und die zuvor bezeichnete Differenz im Vergleich zur Messung bzw. Prüfung im Neuzustand in einem vorgegebenen Rahmen, so kann darauf geschlossen werden, dass das Klimagerät unterdimensioniert ist oder die Wärmeleistung der Maschine zugenommen hat.
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Damit löst die Erfindung zumindest teilweise die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme. Insbesondere wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem ein geringerer Energieverbrauch, ein geringerer Verschleiß und weniger Maschinenausfälle durch Übertemperaturen erreicht werden kann. Vor allem aber können die Zeitpunkte für die zum Teil sehr aufwendigen Reinigungsarbeiten besser bestimmt werden und somit insgesamt auch reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flüssigkeitsklimagerät
- 2
- Wanne
- 3
- zu kühlende Flüssigkeit
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Zuleitung
- 6
- Rückleitung
- 7
- Schaltschrankklimagerät
- 8
- Außenseite
- 9
- Wärmetauscher der Verflüssigerseite
- 10
- Innenseite
- 11
- Wärmetauscher der Verdampferseite
- 12
- warme Luft
- 13
- gekühlte Luft
- 14
- Umgebungsluft
- 15
- Abluft
- 16
- Werkzeugmaschine
- 17
- Messpunkt
- 18
- zu klimatisierendes Bauteil
- 19
- Temperaturmessmittel
