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Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, sowie eine Werkzeugmaschine mit einer Vorrichtung zu deren Temperierung und ein Verfahren zur Temperierung einer Werkzeugmaschine. Sie findet insbesondere für die Temperierung von Werkzeugmaschinen Anwendung.
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Bekannte Vorrichtungen zur Temperierung von Werkzeugmaschinen weisen oftmals einen komplizierten konstruktiven Aufbau auf und sind kostenintensiv in ihrer Anwendung.
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In der
DE 10 2004 003 227 B4 wird ein Verfahren zur Temperierung des Arbeitsraumes einer Werkzeugmaschine offenbart, bei dem Abluft vom Arbeitsraum abgeführt und als temperierte Rückluft in den Arbeitsraum zurück geführt wird. Mit diesem Verfahren geht ein hoher baulicher und technischer Aufwand für den Arbeitsraum der Werkzeugmaschine und für die Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens einher.
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Die
DE 20 2013 006 765 U1 betrifft eine Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteils einer Werkzeugmaschine, wie eines Maschinenständers, wobei auf der Oberfläche des Bauteils eine Temperierschale angeordnet ist, bestehend aus einer Mineralguss-Dichtschicht, einer offenporigen Mineralguss-Schicht und einer weiteren Mineralguss-Dichtschicht, wobei in der Mineralguss-Schicht ein Zulauf und ein Ablauf zum Durchfluss eines Wärmeübertragungsmediums angeordnet sind. Die Schale ist hier nachteilig starr, unflexibel und aus einem Teil gefertigt.
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In der
EP 1 405 695 A1 wird eine Klimatisierungseinrichtung für eine Werkzeugmaschine beschrieben, wobei das Gestell der Maschine im Inneren eines Behältnisses angeordnet ist. Bauteile der Maschine, welche gegenüber dem Gestell unbeweglich angeordnet sind, werden über von einer Klimatisierungsmaschine klimatisierte Luftströme temperiert. Bauteile der Maschine, welche gegenüber dem Gestell beweglich angeordnet sind, wie beispielsweise der Schlitten, werden über Kühlkanäle durch eine Klimatisierungsflüssigkeit gekühlt. Das Behältnis, welches das Gestell der Maschine umgibt, ist aus Platten gefertigt, welche sich durch eine hohe thermische Isolierung auszeichnen. Nachteilig sind hier der aufwendige konstruktive Aufbau zur Gewährleistung der Kühlung, sowie die eingeschränkte Flexibilität des isolierenden Behältnisses durch die Verwendung starrer Platten.
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Aus der Druckschrift
DE 200 20 046 U1 ist ein Dämmkissen zur Schall- und/oder Wärmedämmung bekannt, welches zur Schall- und/oder Wärmedämmung von Maschinen eingesetzt wird. Dieses weist eine äußere Hülle und eine in der Hülle angeordnete Bleifolie und beidseitig der Bleifolie angeordnete Fasermatten auf. Mit der Verwendung von Blei sind hohe gesundheitliche Risiken verbunden, was sehr nachteilig für den vorgesehenen Anwendungsfall ist. Weiterhin ist der mindestens vierlagige Aufbau relativ aufwendig und kostenintensiv und besitzt aufgrund der Verwendung der zwei Fasermatten eine relativ große Dicke und folglich ein hohes Gewicht, wodurch die Handhabung und Verarbeitung relativ schwierig ist.
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In der Druckschrift
US 2014/0069 609 A1 wird eine Werkzeugmaschine mit einer Klimatisierungseinheit offenbart, welche einen Rahmen aufweist, an dem Isolierplatten mit einer integrierten Kühlmittelleitung befestigt sind. Der Aufbau ist relativ aufwendig und ungünstig ist ebenfalls, dass derartige Platten schwer und unflexibel sind.
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In
US 6 089 797 A wird ein thermisches Ausgleichssystem für eine Spindel einer Werkzeugmaschine beschrieben. Die Spindelbaugruppe weist eine Umhausung aus Platten mit integrierten Kanälen auf, über welche die Spindel beheizt wird, wenn diese nicht rotiert, so dass die Spindel immer auf der gleichen Arbeitstemperatur gehalten wird. Der plattenartige Aufbau ist ebenfalls schwer und weist eine große Dicke auf.
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Eine Werkzeugmaschine mit einer Umhausung, welche eine vorgegebene gleichbleibende Temperatur gewährleisten soll, wird in
WO 2008/010309 A1 beschrieben. Auch hier werden dicke unflexible Wärmetauscherplatten mit einem Leitungssystem verwendet, durch welches ein Heiz/Kühlmedium strömt. Ein entscheidender Nachteil besteht auch darin, dass bei gebogenen Bereichen der Werkzeugmaschine mehrere der unflexiblen und relativ dicken Platten zusammengesetzt werden müssen.
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In
JP 2003/145373 A wird eine Lösung beschrieben, die eine thermische Verformung einer Werkzeugmaschine verhindern soll wobei eine konstante Temperatur eingehalten wird. Auch hier wird eine Platte verwendet, die aus einem Laminat besteht, welches einen wärmeisolierenden Teil und einen durchströmten Bereich aufweist, durch welchen Kühlmittel strömt. Somit wird die Temperatur der Werkzeugmaschine konstant gehalten und die thermische Verformung der Werkzeugmaschine verhindert. Nachteilig ist ebenfalls der dicke und schwere sowie unflexible Plattenaufbau.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperiervorrichtung für eine Werkzeugmaschine, eine Werkzeugmaschine mit einer Temperierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung einer Werkzeugmaschine zu entwickeln, welches einen leichten und flexiblen konstruktiven Aufbau aufweist, sowie eine effektive Abschirmung von Werkzeugmaschinenkomponenten vor Umwelteinflüssen und eine verbesserte Energieeffizienz der Werkzeugmaschine ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1., 11. und 12. Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Temperiervorrichtung für eine Werkzeugmaschine wobei erfindungsgemäß die Temperiervorrichtung mattenartiges Material (nachfolgend Material genannt) aufweist, wobei die Temperiervorrichtung die Werkzeugmaschine zumindest bereichsweise umhüllt. Das Material ist flexibel verformbar und insbesondere wärmedämmend und/oder wärmereflektierend.
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Vorteilhafterweise ist oder beinhaltet das Material eine Wärmereflexionsfolie oder ein Wärmereflexionsstoff und ist ein- oder mehrlagig ausgebildet. Die Temperiervorrichtung weist in Richtung zu einem ummantelten Bereich oder einer umhüllenden Baugruppe der Werkzeugmaschine insbesondere eine erste wärmereflektierende Schicht auf, wobei sich an diese erste Schicht eine zweite Schicht aus einer Luftpolsterfolie und/oder einem textilen Material anschließt. An diese zweite Schicht schließt sich eine äußere dritte wärmereflektierende Schicht an. Dabei kann das Material auf der der Werkzeugmaschine zugewandten und/oder auf der der Werkzeugmaschine abgewandten Seite der Temperiervorrichtung beispielsweise mit einem stark verspiegelten wärmereflektierenden Material beschichtet sein. Durch die Wärmereflexionsfolie oder den Wärmereflexionsstoff werden so einerseits unerwünschte Temperatureinflüsse von außerhalb des die Werkzeugmaschine umgebenden Gehäuses nach außen reflektiert und die Werkzeugmaschine von diesen abgeschirmt, und andererseits die mittels Heiz- und/oder Kühlelementen erzeugte Temperatur in dem von der Temperiervorrichtung umhüllten Raum in Richtung der Werkzeugmaschine reflektiert. Durch die Luftpolster kann zusätzlich eine optimale Wärmedämmung gewährleistet werden.
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Die Temperiervorrichtung ist bevorzugt aus mehreren Zuschnitten von Einzelmatten zusammengesetzt. Bevorzugt sind außerdem Mittel zur Befestigung der Temperiervorrichtung an einer Werkzeugmaschine und/oder an einer Umhausung einer Werkzeugmaschine vorhanden. Dabei sind die Einzelmatten lösbar beispielsweise mittels Klettband, Spreiznieten, Druckknöpfe, Klemmen, Schnüre oder dergleichen verbunden. Alternativ zu einer lösbaren Befestigung ist auch eine nicht lösbare Befestigung durch beispielsweise Verkleben oder Schweißen denkbar.
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Bevorzugt sind auch mehrere Elemente des Materials mittels Klettband und/oder Spreiznieten miteinander verbindbar. Auf diese Weise können vorgefertigte einheitliche oder an Maschinenproportionen angepasste Elemente des Materials platzsparend transportiert und vor Ort flexibel angebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Material Befestigungsmittel für Heiz- und/oder Kühlelemente auf. Diese können so angebracht sein, dass im Gebrauch angebrachte Heiz- und/oder Kühlelemente an energetisch sinnvollen Positionen an der Werkzeugmaschine verlaufen. Bevorzugt sind sie an der der Werkzeugmaschine zugewandten Seite der Temperiervorrichtung angebracht. Derartige Befestigungsmittel können beispielsweise an der Temperiervorrichtung angebrachte Schlaufen oder in die Temperiervorrichtung eingearbeitete Kanäle sein.
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Vorzugsweise sind in der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ein oder mehrere Heiz- und/oder Kühlelemente und/oder Durchströmkanäle integriert, welche beispielsweise an dafür vorgesehenen Befestigungsmitteln befestigt sein können. Die Heiz- und/oder Kühlelemente sind dabei vorzugsweise lösbar integriert, sodass eine individuelle Ausgestaltung der Temperiervorrichtung an die jeweiligen Gegebenheiten erfolgen kann. Falls mehrere Heiz- und/oder Kühlelemente verwendet werden, so sind diese beispielsweise mittels Schnellverbindungen miteinander verbindbar. Alternativ oder zusätzlich können Durchströmkanäle in die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung integriert sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Temperiervorrichtung Temperatursensoren zur Messung der Fundamenttemperatur und/oder Temperatursensoren zur Messung der Temperatur innerhalb des Raumes, der von der Temperiervorrichtung umhüllt wird.
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Die Heiz- und/oder Kühlelemente und/oder Durchströmkanäle sind bevorzugt in einen Regelkreis zur Temperierung der Werkzeugmaschine, vorzugsweise in den Kühlkreislauf der Werkzeugmaschine integriert
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind in der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung Mittel vorhanden, welche eine Anpassung der Temperatur innerhalb des Raumes, der von der Temperiervorrichtung umhüllt wird und/oder der Temperatur der maschineninternen Kühlmittel der Werkzeugmaschine an die Fundamenttemperatur der Werkzeugmaschine und/oder an einen vorher festgelegten Sollwert ermöglichen.
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Optimalerweise werden so alle Komponenten der Werkzeugmaschine auf dem gleichen Temperaturniveau gehalten. Dadurch kommt es zu keiner Konvektion und keiner Kondensation, wodurch wiederum Korrosionsschäden verhindert werden.
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Ebenfalls Bestandteil der Erfindung ist eine Werkzeugmaschine aufweisend eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung, wobei die Temperiervorrichtung mattenartiges Material aufweist, welches innerhalb eines die Werkzeugmaschine umgebenden Gehäuses anordenbar ist oder zumindest bereichsweise als Umhausung einer Werkzeugmaschine anbringbar ist.
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Des Weiteren ist Bestandteil der Erfindung ein Verfahren zur Temperierung einer Werkzeugmaschine, wobei erfindungsgemäß eine Messung der Fundamenttemperatur und eine Anpassung der Temperatur des Raumes, der von der Temperiervorrichtung umhüllt wird erfolgt, wobei die Temperatur innerhalb des Raumes, der von der Temperiervorrichtung umhüllt wird bei Änderung der Fundamenttemperatur nahezu konstant gehalten wird.
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Bevorzugt erfolgt diese Anpassung der Temperatur über einen einzigen Regelkreislauf.
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Durch die Erfindung kann eine kostengünstige, einfache, wirkungsvolle und energieeffiziente Temperierung von Werkzeugmaschinen ermöglicht werden. Es erfolgt eine Verkleidung und effektive Abschirmung von Werkzeugmaschinenkomponenten vor Umwelteinflüssen. Weitere positive Effekte, die durch die Erfindung erzielt werden, sind die verbesserte Geräuschdämmung und die gesteigerte Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen. Die Handhabung ist einfach und die Werkzeugmaschine kann durch das Anbringen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung optisch aufgewertet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung,
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2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung mit integrierten Heiz- und/oder Kühlleitungen,
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3 die Prinzipdarstellung des Grundaufbaus einer Werkzeugmaschine,
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4 einen Ständer für eine Werkzeugmaschine ohne eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung,
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5 einen Ständer für eine Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung.
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In 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 dargestellt, die in der Art einer flexiblen mehrschichtigen Folie aufgebaut ist. Die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 weist auf der Seite der hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine bzw. einer Baugruppe der Werkzeugmaschine, die mit der Temperiervorrichtung zumindest bereichsweise umhüllt wird, eine wärmereflektierende erste Schicht 2.1 auf. An diese schließt sich eine zweite Schicht 3 aus einer Luftpolsterfolie mit Luftpolstern 3.1 und an die zweite Schicht 3 eine äußere wärmereflektierende dritte Schicht 2.2 an. Alle Schichten 2.1, 3. 2.2 sind flächig miteinander verbunden. Dadurch wird eine sehr leichte und flexible Temperiervorrichtung aus einem mehrschichtigen (hier dreischichtigen) Folienverbund geschaffen.
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Die erste Schicht und/oder die dritte Schicht bestehen bevorzugt aus einer dünnen glänzenden Kunststoff- oder Metallfolie. Besonders vorteilhaft ist eine dünne, reißfeste und glänzende Kunststofffolie, Metallfolie oder metallbeschichtete Kunststofffolie, durch welche die Wärmestrahlung reflektiert wird. Vorteilhafter Weise sind die erste und/oder dritte Schicht aus einer glänzenden Aluminiumfolie ausgebildet.
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Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, die hier mittlere zweite Schicht 3 aus einem flexiblen textilen Material zu fertigen.
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Der Folienverbund lässt sich durch die Flexibilität zum Transport leicht aufrollen oder zusammenlegen und dann einfach entsprechend der Form der zu umhüllenden Baugruppe bzw. Maschine (auch manuell) zuschneiden.
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Die Luftpolsterfolie gewährleistet eine optimale Wärmedämmung.
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Bereits die Umhüllung einer Baugruppe und/oder eines Bereichs der Maschine mit einem Verbund aus einer Luftpolsterfolie oder einer textilen Matte mit einer in Richtung zur Baugruppe oder Maschine weisenden wärmereflektierenden Folie gewährleistet eine gute Wärmeisolierung. Vorteilhaft ist aber, wenn auch auf der der Baugruppe oder Maschine abgewandten Seite der Luftposterfolie oder der textilen wärmedämmenden Matte eine weitere Schicht aus einer wärmereflektierenden Folie angeordnet ist.
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Der vorgenannte Aufbau der Temperiervorrichtung 1 bewirkt eine passive Temperierung der damit zumindest bereichsweise umhüllten Baugruppe/n und/oder des Maschinenbereiches durch die Temperierung des umhüllten Bereichs, wobei im wesentlichen die Temperatur konstant gehalten wird und Einflüsse der Umgebung weitestgehend eliminiert werden.
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Für eine aktive Temperierung sind an der der Werkzeugmaschine bzw. Baugruppe zugewandten Seite Schlaufen 4 (in 1 nur angedeutet) vorgesehen, mittels derer Heiz- und/oder Kühlelemente an der Temperiervorrichtung 1 befestigt werden können. Die Schlaufen 4 können angenäht sein, mit Klettband befestigt sein oder Teil des wärmereflektierenden Materials sein.
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Neben dem in 1 dargestellten Aufbau der Temperiervorrichtung 1 aus drei Schichten ist es auch möglich, zwischen der ersten Schicht 2.1 aus wärmereflektierender Folie und der dritten Schicht 2.2 aus wärmereflektierender Folie nicht nur eine zweite Schicht sondern mehrere zweite Schichten aus wärmedämmendem Material wie Luftpolsterfolie und/oder textilen Material anzuordnen.
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2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 mit integrierten Heiz- und/oder Kühlleitungen 5 zur aktiven Temperierung. Wie in 1 ist die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 einlagig ausgebildet und weist auf beiden Seiten ein wärmereflektierendes Material in Form der ersten Schicht 2.1, und der dritten Schicht 2.2 auf. In ihrem Inneren befindet sich die Luftpolsterfolie 3, welche Lufteinschlüsse / Luftpolster 3.1 aufweist und die eine optimale Wärmedämmung gewährleistet. Auf der der Werkzeugmaschine zugewandten Seite befindet sich eine zusätzliche Matte oder Folie 4.1, die die Fixierung bzw. Integrierung von Heiz- und/oder Kühlleitungen 5 in die Temperiervorrichtung 1 ermöglicht. Die Matte 4.1 ist dabei bevorzugt wärmeleitfähig ausgebildet. Die Matte 4.1 kann an die erste Schicht 2.1 aus wärmereflektierendem Material angenäht sein, mit Klettband an diesem befestigt sein oder Teil dieses wärmereflektierenden Materials sein, wenn die erste Schicht beispielsweise mehrlagig ausgebildet ist.
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3 zeigt die Prinzipskizze von Komponenten einer Werkzeugmaschine 6. Der Ständer 6.1 sitzt auf dem Bett 6.2 der Werkzeugmaschine 6 und ist über nicht bezeichnete Führungen mittels nicht dargestellter Antriebe horizontal (in X-Richtung) verfahrbar. Quer zum Ständer 6.1 ist auf dem Bett 6.2 weiterhin ein Werkstückspanntisch 6.3 horizontal (in Z-Richtung) auf nicht bezeichneten Führungen gelagert. Weiterhin ist der Werkstückspanntisch 6.3 um eine senkrechte Drehachse B drehbar gelagert.
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Selbstverständlich sind auch andere Bauarten von Werkzeugmaschinen Stand der Technik.
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Der Ständer 6.1 besteht aus einer nichtumhüllenden Schweiß- oder Gußkonstruktion, die Temperatureinflüssen ausgesetzt ist. In 4 ist ein Ständer 6.1 für eine Werkzeugmaschine ohne eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung dargestellt. Dadurch, dass keine Temperiervorrichtung vorhanden ist, erfolgt keine Abschirmung der Werkzeugmaschine bzw. des Ständers 6.1 gegen Temperatureinflüsse von außen und es kann zu starken Einbußen in der Bearbeitung und Positionierung durch unerwünschte Umwelteinflüsse kommen.
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5 zeigt einen Ständer 6.1 für eine Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 1. Es erfolgt eine Verkleidung der ersten und zweiten Seitenflächen 1.1, 1.2, der rückseitigen Fläche 1.3 und der Oberseite 1.4 sowie der Vorderseite 1.5 des Ständers 1 mit der Temperiervorrichtung 1 und somit eine effektive Abschirmung der Werkzeugmaschinenkomponenten des Ständers 6.1 vor Umwelteinflüssen, sowie eine Geräuschdämmung und eine gesteigerte Energieeffizienz.
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Die Unterseite des Ständers 6.1 wird hier nicht mit einer Temperiervorrichtung versehen. Jedoch ist auch eine Umhüllung der Unterseite des Ständers 6.1 möglich. Durch die den Ständer 6.1 umhausende Temperiervorrichtung (passiv ohne Heiz-/Kühlelemente; aktiv mit Heiz-/Kühlelementen) kann auf eine zusätzliche Umhausung mittels herkömmlicher Bleche bzw. Platten verzichtet werden. Dadurch wird der Aufwand zur Anbringung einer Umhausung erheblich reduziert, denn herkömmliche Umhausungen müssen aufwendig zugeschnitten und dann verschweißt oder mittels anderer Verbindungen (z.B. verschraubt) zur Umhausung gefügt und an dem Ständer bzw. der Werkzeugmaschine oder einer anderen Baugruppe der Werkzeugmaschine befestigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperiervorrichtung
- 1.1
- Erste Seitenfläche
- 1.2
- Zweite Seitenfläche
- 1.3
- Rückseitige Fläche
- 1.4
- Oberseite
- 1.5
- Vorderseite
- 2.1
- erste Schicht
- 2.2
- dritte Schicht
- 3
- zweite Schicht
- 3.1
- Luftpolster
- 4
- Schlaufen für die Befestigung von Heiz- / Kühlelementen
- 4.1
- Matte / Folie für die Befestigung von Heiz- / Kühlelementen
- 5
- Heiz- / Kühlelemente
- 6
- Werkzeugmaschine
- 6.1
- Ständer einer Werkzeugmaschine
- 6.2
- Bett
- 6.3
- Werkstückspanntisch
- 7
- Hauptspindel
- B
- senkrechte Drehachse des Werkstückspanntisches
- X
- horizontale Bewegungsrichtung des Ständers
- Y
- vertikale Bewegungsrichtung der Hauptspindel
- Z
- horizontale Bewegungsrichtung des Werkstückspanntisches
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004003227 B4 [0003]
- DE 202013006765 U1 [0004]
- EP 1405695 A1 [0005]
- DE 20020046 U1 [0006]
- US 2014/0069609 A1 [0007]
- US 6089797 A [0008]
- WO 2008/010309 A1 [0009]
- JP 2003/145373 A [0010]
