DE102011116602A1

DE102011116602A1 - Produktionsanlage

Info

Publication number: DE102011116602A1
Application number: DE102011116602A
Authority: DE
Inventors: Bernd Müller; Leo Pototzky
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Offenbart ist eine Produktionsanlage mit einer Werkzeugmaschine, deren Abwärme von einer Absorptionskältemaschine zur Kühlung eines Schaltschranks der Produktionsanlage verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Produktionsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Druckschrift DE 37 14 928 C2 offenbart eine Produktionsanlage mit einer Werkzeugmaschine und einer Kühlvorrichtung zur Kühlung dieser Werkzeugmaschine. Die Werkzeugmaschine hat eine Spindelvorrichtung, deren Öl durch die Kühlvorrichtung gekühlt ist. Die Kühlvorrichtung hat eine abschnittsweise in einen Öltank eintauchende gitterförmige Rohranordnung, wobei sich in den Rohren ein Kühlmittel befindet. Zu kühlendes Öl umströmt den im Öltank angeordneten Abschnitt der Rohranordnung und gibt Wärme an das Kühlmittel ab. Dieses verdampft und steigt in den nicht in den Öltank eingetauchten Abschnitt der Rohranordnung nach oben. In diesem Abschnitt ist ein Ventilator zur Erzeugung eines die Rohranordnung umströmenden Luftstroms vorgesehen, wodurch das aufgeheizte und verdampfte Kühlmittel Wärme an den Luftstrom abgibt, hierdurch abkühlt und kondensiert. Das kondensierte Kühlmittel fließt dann wieder zurück in den in den Öltank eingetauchten Abschnitt der Rohranordnung, wo es erneut Wärme von dem Öl aufnehmen kann. Eine Abwärme der Werkzeugmaschine wird somit über die Kühlvorrichtung abgeführt. Nachteilig bei einer derartigen Produktionsanlage sind der hohe Energieverbrauch und der vergleichsweise schlechte Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist des Weiteren bekannt Produktionsanlagen mit Kompressionskältemaschinen zu kühlen. Eine jeweilige Kompressionskältemaschine kann dann beispielsweise dazu genutzt werden eine Werkzeugmaschine und einen der Werkzeugmaschine zugeordneten Schaltschrank zu kühlen, wobei dieser die elektronischen Komponenten der Werkzeugmaschinen aufweisen kann. Derartige Kompressionskältemaschinen haben ebenfalls einen hohen Energieverbrauch und einen schlechten Wirkungsgrad.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Produktionsanlage zu schaffen, die einen geringen Energieverbrauch und einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Produktionsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Erfindungsgemäß hat eine Produktionsanlage, insbesondere eine Maschinenfabrik, eine eine Abwärme erzeugende Werkzeugmaschine. Des Weiteren ist eine Klimaanlage mit einer Kühleinrichtung und/oder einer mit der oder einer anderen Kühleinrichtung zu kühlenden Komponente vorgesehen. Die Klimaanlage dient hierbei zur Kühlung eines Raums der Produktionsanlage, wobei es sich beispielsweise um den Innenraum eines der Werkzeugmaschine zugeordneten Schaltschranks handelt. Vorteilhafterweise ist die Kühleinrichtung eine Absorptionskältemaschine, die die Abwärme der Werkzeugmaschine nutzt.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Abwärme der Werkzeugmaschine zum Betrieb der Absorptionskältemaschine eingesetzt werden kann (eine Funktionsweise der Absorptionskältemaschine ist in der Figurenbeschreibung erläutert). Es ist somit im Unterschied zum Stand der Technik im Wesentlichen keine zusätzliche Energie zur Kühlung der Werkzeugmaschine, des Raums und/oder der Komponente notwendig, wodurch die Produktionsanlage einen äußerst geringen Energieverbrauch und einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Hierdurch kann im Vergleich zum Stand der Technik Energie eingespart werden, was wiederum zur Reduktion von Betriebskosten führt. Durch die Nutzung der Abwärme wird somit die Werkzeugmaschine gekühlt und des Weiteren wird die Abwärme zur Kühlung des Raums und/oder einer weiteren Komponente der Produktionsanlage über die Absorptionskältemaschine eingesetzt. Demnach wird die Abwärmenutzung mit der Kühltechnik verbunden. Im Gegensatz dazu muss im Eingangs erläuterten Stand der Technik eine große Menge elektrischer Strom in dort eingesetzten Kühleinrichtungen zugeführt werden, wodurch nachteilig auch eine kostenintensive elektrische Infrastruktur notwendig ist.
Mit Vorteil ist eine Maschinenkühleinrichtung zum Kühlen der Werkzeugmaschine vorgesehen, in der ein Kühlmittel zirkuliert. Über einen Wärmetauscher kann dann die von dem Kühlmittel abgeführte Abwärme der Werkzeugmaschine abgegriffen und der Absorptionskältemaschine zugeführt werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Maschinenkreislauf der Werkzeugmaschine um einen Hydraulikkreislauf eines Hydrauliköls für Hydraulikkomponenten der Werkzeugmaschine. Das Kühlmittel ist dann vorzugsweise das Hydrauliköl, das somit eine Doppelfunktion erfüllt, nämlich zum einen als Druckmittel für Hydraulikkomponenten und zum anderen als Kühlmittel. Somit ist zum Abführen von Abwärme der Werkzeugmaschine kein zusätzlicher Kühlkreislauf erforderlich.
Bei den Hydraulikkomponenten handelt es sich insbesondere um Komponenten einer Spindelvorrichtung der Werkzeugmaschine. Im Einsatz einer derartigen Spindelvorrichtung können äußerst hohe Temperaturen auftreten, wobei zur Kühlung das aufgeheizte Hydrauliköl über den Wärmetauscher zur Absorptionskältemaschine geführt wird.
Vorteilhafterweise wird die Abwärme einem Austreiber der Absorptionskältemaschine über den Wärmetauscher zugeführt.
Damit der Austreiber der Absorptionskältemaschine mit einer eine hohe Temperatur aufweisenden Abwärme betrieben werden kann, sind insbesondere die Hydraulikkomponenten der Werkzeugmaschine für vergleichsweise hohe Temperaturen ausgelegt, wodurch diese mit hohen Temperaturen betrieben werden können.
Einem Verdampfer der Absorptionskältemaschine kann vorzugsweise eine Abwärme von einem Kühlkreislauf der Klimaanlage und/oder einen Kühlkreislauf der zu kühlenden Komponente über einen Wärmetauscher zugeführt werden.
Eine Lösungsmittelpumpe der Absorptionskältemaschine wird beispielsweise einfach durch einen Antrieb der Werkzeugmaschine mit angetrieben, wodurch kein zusätzlicher Antrieb notwendig ist.
Um zu erreichen, dass die Werkzeugmaschine nach einem Stillstand genügend Abwärme für die Absorptionskältemaschine bereitstellt, kann zusätzlich eine Heizvorrichtung, beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung, vorgesehen sein, um die Werkzeugmaschine in einer geringen Zeitspanne aufzuheizen. Hierbei können insbesondere die Spindelvorrichtung oder Hydraulikkomponenten der Spindelvorrichtung beheizt werden.
Der Kühlkreislauf der Klimaanlage kann äußerst einfach aufgebaut sein, in dem zum Einen ein Wasserkreislauf vorgesehen ist, der mit dem zu kühlenden Raum, insbesondere mit dem Schaltschrank, in Wirkverbindung steht und in dem zum Anderen einen Luftkreislauf vorgesehen ist, der wiederum mit dem Verdampfer der Absorptionskältemaschine in Wirkverbindung steht, wobei die Kreisläufe dann über einen Wärmetauscher, insbesondere um einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, verbunden sind.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine Produktionsanlage.
In der einzigen Figur ist in einer vereinfachten schematischen Darstellung eine Produktionsanlage 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Diese hat eine Werkzeugmaschine 2 und einen Schaltschrank 4, der mit einer Klimaanlage 6 gekühlt ist. Die Klimaanlage 6 weist eine Absorptionskältemaschine 8 auf, die eine Abwärme der Werkzeugmaschine 2 nutzt. Die Absorptionskältemaschine 8 ist untenstehend in der Figurenbeschreibung näher erläutert.
Die Werkzeugmaschine 2 weist eine Spindel auf und hat Hydraulikkomponenten, die an einen Hydraulikkreislauf angeschlossen sind. Bei den Hydraulikkomponenten handelt es sich beispielsweise um einen Vorschubantrieb der Werkzeugmaschine 2. Die Abwärme der Werkzeugmaschine 2 wird dabei zumindest teilweise von dem Hydraulikkreislauf abgeführt. Dieser hat eine Ablaufleitung 10 zum Abführen von erhitztem Hydrauliköl und eine Zulaufleitung 12 zum Zuführen von abgekühltem Hydrauliköl zur Werkzeugmaschine 2. Die Leitungen 10 und 12 sind dabei an einen Wärmetauscher angeschlossen, der zur Abführung von Abwärme aus dem Hydrauliköl und zur Zuführung dieser Abwärme zur Absorptionskältemaschine 8 dient. Die Klimaanlage 6 für den Schaltschrank 4 hat einen Wasserkreislauf 14 und einen über einen Wärmetauscher 16 mit diesem verbundenen Luftkreislauf 18. Ein zu kühlender Innenraum des Schaltschranks 4 gibt dabei Wärme an im Wasserkreislauf 14 sich befindendes Wasser ab, das über eine Ablaufleitung 20 vom Schaltschrank 4 zum Wärmetauscher 16 strömt, dort die Wärme an im Luftkreislauf 18 geführte Luft abgibt und anschließend wieder über eine Zulaufleitung 22 zurück zum Schaltschrank 4 strömt, um dort wieder Wärme von einem Innenraum des Schaltschranks 4 aufzunehmen. Der Luftkreislauf 18 hat eine von der Absorptionskältemaschine 8 zum Wärmetauscher 16 führende Zulaufleitung 24, in der kühle Luft zum Wärmetauscher 16 geführt ist und über diesen Wärme vom Wasser des Wasserkreislaufs 14 aufnimmt. Die hierdurch erwärmte Luft strömt dann vom Wärmetauscher 16 über eine Ablaufleitung 26 hin zur Absorptionskältemaschine 8 ab. Die Zu- und Ablaufleitung 24 und 26 des Luftkreislaufs 18 sind an einen weiteren Wärmetauscher 28 angeschlossen, über den eine Wärme der erwärmten Luft an die Absorptionskältemaschine 8 abgeführt wird.
Die Absorptionskältemaschine 8 ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der DE 10 2009 007 231 A1 oder der Druckschrift DE 35 01 029 A1 offenbart, weswegen im Folgenden nur das für die Erfindung Wesentliche erläutert ist und im Übrigen auf den Stand der Technik verwiesen wird. Die Absorptionskältemaschine 8 hat ein aus zwei Stoffen bestehendes Kühlmittel, wobei der Einfachheit halber die Stoffe mit A und B bezeichnet sind. In einem Austreiber 30 der Absorptionskältemaschine wird der Stoff A zum großen Teil aus einer Lösung, die aus den Stoffen A und B zusammengesetzt ist, durch Wärmezufuhr ausgedampft. Bei der zugeführten Wärme handelt es sich um die Abwärme der Werkzeugmaschine 2, die über den nicht dargestellten Wärmetauscher, an den die Zu- und Ablaufleitung 12 und 10 der Werkzeugmaschine 2 angeschlossen sind, an den Austreiber 30 abgegeben wird. Ein zum größten Teil aus dem Stoff A bestehender Kühlmitteldampf wird anschließend in einem Verflüssiger 32 Absorptionskältemaschine 8 abgekühlt und kondensiert. Die Abkühlung erfolgt durch einen herkömmlichen Kühlkreislauf 34, der beispielsweise einen Kühlturm 36 aufweisen kann. Das im Wesentlichen aus dem Stoff A bestehende Kühlmittel wird nach dem Verflüssiger 32 im flüssigen Zustand durch ein Regelventil 38 zu einem Verdampfer 40 geführt. Im Verdampfer 40 wird das flüssige Kühlmittel auf mit dem Wärmetauscher 28 des Luftkreislaufes 18 thermisch verbundene Elemente gesprüht und verdampft. Die zur Verdampfung erforderliche Wärme wird von der warmen Luft des Luftkreislaufes 18 über den Wärmetauscher 28 auf die genannten Elemente geführt. Das nun gasförmige Kühlmittel wird in einen Absorber 42 geleitet. Die im Austreiber 30 entstandene, im Wesentlichen den Stoff B aufweisende Lösung, wird dem Absorber 42 über eine Regelventil 44 zugeführt. Im Absorber 42 werden die Stoffe A und B wieder vermischt, wobei eine hierdurch entstehende Wärme über den Absorber 42 über geeignete nicht dargestellte Mittel an eine Umgebung abgegeben wird. Mit einer Pumpe 46 wird die aus den Stoffen A und B bestehende Lösung vom Absorber 42 zum Austreiber 30 gefördert. Die Pumpe 46 wird vorzugsweise über einen Antrieb der Werkzeugmaschine 2 mit angetrieben. Die von dem Austreiber 30 zum Absorber 42 strömende im Wesentlichen den Stoff B aufweisende Lösung führt Wärme über einen Wärmetauscher 48 an die die Stoffe A und B aufweisende Lösung stromaufwärts zur Pumpe 46 zu.
Bei der Produktionsanlage 1 wird somit die Abwärme der Werkzeugmaschine 2 für den Betrieb der Absorptionskältemaschine 8 eingesetzt, wodurch zum Einen die Abwärme von der Werkzeugmaschine 2 abgeführt und die Werkzeugmaschine 2 hierdurch gekühlt wird und wodurch zum Anderen diese Energie für die Klimaanlage 6 genutzt wird. Durch die Absorptionskältemaschine 8 wird somit die Werkzeugmaschine 2 und der Schaltschrank 4 gekühlt.
Es ist vorteilhaft für den Wirkungsgrad der Absorptionskältemaschine 8, wenn die Abwärme der Werkzeugmaschine 2 eine hohe Temperatur aufweist. Aus diesem Grund können Bauelemente der Werkzeugmaschine 2, wie beispielsweise Dichtungen, Gleitlager etc. für hohe Temperaturen ausgelegt sein, um die Werkzeugmaschine 2 mit einer vergleichsweise hohen Temperatur zu betreiben, wodurch auch die Temperatur der Abwärme erhöht ist.
Um beispielsweise beim Anfahren der Werkzeugmaschine 2 nach einem längeren Stillstand in kürzester Zeit eine Abwärme für die Absorptionskältemaschine 8 zu erhalten, wird die Werkzeugmaschine 2 über ein elektrisches Heizsystem bis zum Erreichen ihrer Betriebstemperatur aufgeheizt.
Durch die erfindungsgemäße Produktionsanlage 1 ist es somit nicht mehr notwendig den Schaltschrank 4 und die Werkzeugmaschine 2 jeweils über eine eigene Kühleinrichtung, wie beispielsweise eine Kompressionskältemaschine, zu kühlen.
Es ist denkbar nicht nur die Abwärme der Hydraulikkomponenten der Werkzeugmaschine 2 für die Absorptionskältemaschine 8 einzusetzen, sondern es können zusätzlich oder alternativ beliebige andere Wärmequellen der Werkzeugmaschine oder der Produktionsanlage 1 verwendet werden.
Offenbart ist eine Produktionsanlage mit einer Werkzeugmaschine, deren Abwärme von einer Absorptionskältemaschine zur Kühlung eines Schaltschranks der Produktionsanlage verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3714928 C2 [0002]
DE 102009007231 A1 [0021]
DE 3501029 A1 [0021]

Claims

Produktionsanlage mit einer eine Abwärme erzeugenden Werkzeugmaschine (2), sowie eine eine Kühleinrichtung (8) umfassende Klimaanlage (6) zur Kühlung eines Raums (4), insbesondere eines Schaltschranks (4), und/oder wenigstens eine mit einer oder der Kühleinrichtung (8) zu kühlenden Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (8) als eine die Abwärme der Werkzeugmaschine (2) nutzende Absorptionskältemaschine (8) ausgebildet ist.
Produktionsanlage nach Anspruch 1, wobei ein Maschinenkreislauf (10, 12) mit zirkulierendem Kühlmittel zum Kühlen der Werkzeugmaschine (2) und ein Wärmetauscher zum Abgriff der vom Kühlmittel geführten Abwärme an die Absorptionskältemaschine (8) vorgesehen ist.
Produktionsanlage nach Anspruch 2, wobei der Maschinenkreislauf (10, 12) der Werkzeugmaschine (2) ein Hydraulikkreislauf (10, 12) von Hydraulikkomponenten der Werkzeugmaschine (2) ist.
Produktionsanlage nach Anspruch 3, wobei die Hydraulikkomponenten Komponenten einer Spindel der Werkzeugmaschine (2) sind.
Produktionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einem Austreiber (30) der Absorptionskältemaschine (8) die Abwärme der Werkzeugmaschine (2) über einen Wärmetauscher zugeführt ist.
Produktionsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Hydraulikkomponenten der Werkzeugmaschine (2) für vergleichsweise hohe Temperaturen ausgelegt sind.
Produktionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einem Verdampfer (40) der Absorptionskältemaschine (8) eine Abwärme des zu kühlenden Raums und/oder der zu kühlenden Komponente über einen Wärmetauscher (28) zugeführt ist.
Produktionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Pumpe (46) für eine Lösung der Absorptionskältemaschine (8) durch einen Antrieb der Werkzeugmaschine (2) angetrieben ist.
Produktionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Heizvorrichtung, insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung, zum Aufheizen der Werkzeugmaschine (2) vorgesehen ist.
Produktionsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kühlkreislauf der Klimaanlage (6) einen mit dem zu kühlenden Raum (4) in Wirkverbindung stehenden Wasserkreislauf (14) und einen mit dem Verdampfer (40) in Wirkverbindung stehenden Luftkreislauf (18) aufweist, wobei die Kreisläufe (14, 18) über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher (16) verbunden sind.