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Die Erfindung betrifft das Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, das an jeder spanabhebenden Werkzeugmaschine (insbesondere Drehen, Fräsen, Hobeln, Schleifen) angewandt wird. Durch
US5224051 ist ein Verfahren zur Automatisierung der Schmiermittelüberwachung unter Verwendung eines Rechnersystems bekannt. Die Kühlschmiermittel werden aus einem Tank den einzelnen Werkzeugmaschinen zum Beispiel einer Fertigungsstraße für Getriebe zugeführt und wieder zurückgeführt. Es gibt also einen Schmiermittel-Umlauf.
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Die wasserbasischen Kühlschmierstoffen müssen durch Messen von Hand daraufhin überprüft werden, ob zum Beispiel die Konzentration noch stimmt. Durch Konditionieren und Dokumentieren müssen die Kühlschmiermittel in einem für die Kühlung und Schmierung geeigneten Zustand gehalten werden. was von hand und in mehr oder weniger großen Zeitintervallen geschieht. Es sind vielfältige Kühlschmittermittel und Zusatzstoffe bekannt – vgl. z. B.
DE_04031915_A1 und
DE_02318278_C2 ; es wird jedoch übersehen, dass schlechte Fertigungsergebnisse häufig durch Verunreinigung, Degradierung und sonstige physikalische und chemische Veränderung des Kühlschmiermittels verursacht sind.
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Das bekannte System hat demgegenüber immer noch den Nachteil, dass Kühlschmiermittel in verunreinigter oder degradierter Form den Werkzeugmaschinen zugeführt werden und dadurch Werkzeugausfälle oder Fehlproduktionen unvermeidlich sind.
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Dieses Manko auszugleichen ist Aufgabe der Erfindung. Die Lösung nach Anspruch 1 erkennt, dass der Nachteil der zu großen Zeitintervalle zwischen den Überprüfungen des Kühlschmiermittels allein durch automatische Messung nicht behoben wird, sondern zusätzlich Maßnahmen zur Überwachung und Instandhaltung der Meßanlage erfordert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar für alle industriellen Flüssigkeiten, welche zur Behandlung von Maschinen, Maschinenteilen und -elementen, Maschinenwerkzeugen, Werkstücken in einem ständigen Umlauf in die Maschine gefördert werden. Ihrer Funktion nach kann es sich um Flüssigkeiten handeln, die der Reinigung, Spülung, Schmierung und/oder Kühlung von Gleitlagern, Wälzlagern, statischen oder dynamischen Flüssigkeitsdruck-Lagerungen, Durchführungen, Drehführungen, Maschinenbetten, Schlittenlagerungen und dergleichen oder – wie im folgenden anhand der Kühlschmiermittel beschrieben – der Kühlung und Schmierung von Maschinenwerkzeugen und Werkstücken beim Bearbeitungsprozess auf Werkzeugmaschinen dienen.
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Bei all diesen Behandlungsverfahren ist die Aufgabe der Erfindung, zu verhindern, dass die Flüssigkeit den Maschinen in ungereinigtem oder degradiertem Zustand zugeführt werden und dadurch Maschinenausfälle oder Fehlproduktionen verursachen, gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 ff.
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In dieser Anmeldung werden derartige industriellen Flüssigkeiten nicht nur als Kühlschmiermittel und der Umlauf nicht nur als Schmiermittel-Umlauf sondern pauschal auch als „Spülflüssigkeiten” und ”Spülmittel-Umlauf” bezeichnet.
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Die primär vorgeschlagene Maßnahme besteht darin, dass der Schmiermittel-Umlauf im Bypass mit einer Meßstrecke verbunden wird. Diese ist vorzugsweise an den Tank angeschlossen. Die Meßstrecke kann durch die Druckdifferenz zwischen ihrem Eingang und Ausgang betrieben werden. Sie besitzt hier eine eigene Pumpe und auch ein Ausgabegerät in Form eines Bildschirms und/oder Druckers für die aktuellen Messwerte und den zeitlichen Verlauf der Messwerte (Dokumentation).
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Die Entnahme kann irgendwo aus dem umgewälzten Schmiermittel-Strom erfolgen. Die Entnahme aus dem Tank hat den Vorteil, dass bei einer Mehrzahl von Werkzeugmaschinen, z. B. in Fertigungsstraßen nur ein Tank vorhanden ist, so dass auch die Meßstrecke mit Pumpe und Ventilen nur einmal für alle Werkzeugmaschinen und ihren Schmiermittel-Umläufe erforderlich ist. (Anspruch 6).
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Durch den erfindungsgemäßen Kalibrierbetrieb der Anlage kann hingenommen werden, dass die Kühlschmiermittel durch den Fertigungsbetrieb stark verdunsten, verdampfen, belastet, verunreinigt, degradiert, erhitzt werden und dass durch solche Kühlschmiermittel auch die Sensoren stark belasten werden. Das Kühlschmiermittel kann trotzdem so konditioniert werden, dass die ursprünglich eingestellten optimalen Schmier- und Kühleigenschaften erhalten bleiben. (Anspruch 2)
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Die Meßstrecke weist Ventile auf, welche in Abhängigkeit von Betriebsparametern oder Messwerten oder zeitabhängig von vorauf gehenden Betriebsphasen gesteuert werden.
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Die Steuerung erfolgt also geplant in bestimmten Zeitabständen. Die Steuerung kann auch erfolgen, wenn in dem Ausgabegerät festgestellt wird, dass die Messwerte einen zugelassenen Toleranzbereich verlassen und/oder außerhalb der Plausibilität liegen.
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Durch die Umstellung wird die Meßstrecke von dem Schmiermittelumlauf,, d. h. gfls. dem Tank abgekoppelt und mit einem Wasserkreislauf/Kalibrierkreislauf verbunden. Dieser Wasserkreislauf dient zur Kalibrierung der Sensoren, insbesondere dann, wenn es sich um Sensoren zur Messung der Kühlschmiermittel-Konzentration handelt. Anstelle von Wasser können auch andere Kalibriermittel genommen werden, die zur Eichung der Sensoren dienen können und einen reproduzierbaren Eichwert an dem betroffenen Sensor hervorrufen, mit dem der Nullpunkt des Sensors reproduzierbar festgelegt werden kann.
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Wenn bei dieser Eichung/Kalibrierung der Sensoren/der vorgeschriebene Eichwert nicht erreicht wird, erfolgt die Reinigung der Sensoren, automatische oder hilfsweise nach Sichtung der Ergebnisse von Hand.
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Für den Reinigungsbetrieb sind die Sensoren in einen separaten Reinigungskreislauf eingeschlossen. Die Meßkreislauf und der Kalibrierkreislauf werden also abgestellt und in den Reinigungskreislauf mit Reinigungspumpe und Reinigungsmitteltank geschlossen. Es erfolgt nun für eine bestimmte Reinigungszeit der Umlauf des Reinigungsmittels.
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Danach kann noch einmal der Kalibrierungskreislauf eingestellt werden (Anspruch 2), um zu überprüfen, ob die Reinigung erfolgreich war oder eine andere Störung der Sensoren, zum Beispiel Störung der optischen Abtastung, vorliegt. Es kann aber auch sofort wieder die Meßstrecke mit dem Schmiermittel-Umlauf verbunden werden.
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An Fertigungsstraßen, die dem Durchlauf eines Werkstücks durch mehrere Bearbeitungsgänge oder der gleichzeitigen Fertigung mehrerer Werkstücke in einem Bearbeitungsgang dienen, oder einer Mehrzahl von gleichartigen Maschinen, in denen Spülflüssigkeit in technisch vergleichbaren Anwendungen umgewälzt werden müssen, ist vorteilhafter Weise ein gemeinsamer Tank für KühlSchmiermittel bzw. Spülmittel vorgesehen. Zur Überwachung der Umlauf-Ströme ist dieser Tank, aus dem die Umlaufströme mehrerer Werkzeugmaschinen/Maschinen gespeist werden, mit einer einzigen Meßstrecke verbunden. (Anspruch 7).
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Nimmt die Zahl der Maschinen bzw. Werkzeugmaschinen jedoch zu, d. h. sind mehrere Fertigungsstraßen vorhanden oder sind die Maschinen hinsichtlich der technischen Anforderungen der Umlaufströme nicht kompatibel, kann für jede Fertigungsstraße bzw. Gruppe kompatibler Maschinen ein Tank vorgesehen sein. Jeder dieser Tanks hat seine eigene Meßstrecke und den erfindungsgemäßen Betrieb der Meßstrecke. Zur Reduzierung des technischen Aufwands und Platzaufwands und Vereinfachung der Bedienung wird vorgesehen, dass zur Überwachung der Umlauf-Ströme alle Tanks an ein und dieselbe Meßstrecke angeschlossen sind (Anspruch 8). Dabei ist den Fertigungsstraßen bzw. Gruppen von Maschinen auch das Rechnersystem gemeinsam. Dieses stellt die Verbindung der Meßstrecke zu jedem der Tanks abwechselnd und einzeln her, indem für jeden der Tanks ein eigenes Eingangsventil und ein eigenes Ausgangsventil zu Meßstrecke vorgesehen und geöffnet und die Eingangsventile und Ausgangsventile der anderen Tanks geschlossen werden. Auf diese Weise kann für jeden der Tanks einzeln und der Reihe nach der Konditionierungs-Regelungsbetrieb, der Kalibrierbetrieb, der Reinigungsbetrieb durchgeführt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung an hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 die Gesamtanlage, schematisch
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2 bis 3 Teile der Gesamtanlage und zwar:
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2 den Schmiermittel-Umlauf
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3 den Meßkreislauf
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4 die Gesamtanlage, angewandt auf mehrere Tanks für Spülmittel
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Die Beschreibung erfolgt anhand der 1, gfls. unter Bezugnahme auf die Verfahrensschritte nach den 2–4.
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• Schmiermittel-Umlauf – Fig. 2 –
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Eine Werkzeugmaschine 1 mit Wanne, Sammelbehälter 2 und Vorratsbehälter 3 für das Kühlschmiermittel ist mit dem Spülmittel-Umlauf mit den Elementen nach 2 verbunden.
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Die Dosierpumpen für die Werkstücke sind nicht gezeigt. Der Umlauf des Kühlschmiermittels zwischen Werkzeugmaschine und Tank/Vorratsbehälter 3 erfolgt durch die Umlaufpumpe 10. Verbrauchtes Kühlschmiermittel wird im Tank 3 ergänzt durch Verbindung mit Mischanlage 5, Mischungspumpe 12 und Konzentrattank 4 sowie dem unter Druck stehenden Wasseranschluß 9 der Mischanlage 5. Falls zur Druckerhöhung oder Dosierung notwendig kann eine Auffüllpumpe 11 zwischen Mischanlage 5 und Tank 3 für das Kühlschmiermittel vorhanden sein. Beide Pumpen 11 und 12 sowie Wasserventil 22 können üblicherweise von Hand angesteuert werden. Die Erfindung gestattet die Ansteuerung von Rechner 7, dazu weiter unten, der die Messwerte der Sensoren der Meßstrecke aufnimmt und während des Umlaufbetriebs des Schmiermittel-Umlaufs ermöglicht, die Parameter des Kühlschmiermittels auf einem vorgegebenen Wert zu halten, in dem Konzentrat und/oder Wasser der Mischanlage zugespeist werden.
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• Meßstrecke – Fig. 3 –
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Im Messmodus werden die vorgesehenen Parameter erfasst und gespeichert. Ventile 13 und 14 sind geöffnet, alle anderen Ventile sind geschlossen. Die Umwälzpumpe 15 läuft.
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Mit dem Vorratsbehälter Tank für Kühlschmiermittel 3 ist im Bypass die Meßstrecke/Meßkreislauf durch Ventile, d. h. Eingangsventil 13 und Ausgangsventil 14 verbunden. Die Druckdifferenz zwischen den geöffneten Ventilen 13 und 14, falls erforderlich erzeugt durch die in den Meßkreislauf eingeschlossene Meßpumpe 15 (an anderer Stelle auch als Umlaufpumpe bezeichnet) wälzt eine relativ geringe Menge des Kühlschmiermittels um und bespült einen oder mehrere Sensoren, hier Sensor 16 und Sensor 17. Der elektronische Ausgang der Sensoren ist durch Signalleitungen 23 mit dem Rechner 7 verbunden. Die Messwerte werden in dem Rechner mit Sollwerten verglichen. An dem Bildschirm oder Drucker 8 werden die Messwerte und ihr zeitlicher Verlauf sichtbar gemacht.
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Der Rechner 7 führt einen Soll/Istvergleich mit gespeicherten Sollwerten durch. Die Messwerte werden in einer dafür entwickelten Software aufbereitet und dokumentiert. Es sind Warn- und Alarmwerte, aber auch Eichwerte, die eine genaue Eichung und Nullpunktbestimmung der Sensoren zulassen, für jede der Meßgrößen z. B. ph-Wert, Dichte, Temperatur – hinterlegt. Überschreitet ein Messwert den zugehörigen vorgegebenen Wam-/Alarmwert, erfolgt die Ansteuerung der Pumpen 11 bzw. 12 bzw. des Wasserventils 22, um dadurch die Konzentrat- oder Wasserzugabe zu steuern. Im Wege der Regelung einzelner physikalisch/chemischer Parameter des Kühlschmiermittels bzw. seiner Zusätze erfolgt die sichere und genaue Konditionierung des Kühlschmiermittels im Vorratstank.
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In einstellbaren Abständen oder bei starken Abweichungen der Messwerte (Plausibilitätsprüfung) wird im Kalibrierbetrieb eine Nullpunktkontrolle durchgeführt, indem die Meßpumpe 15 abgeschaltet wird, das Ventil 13 geschlossen und das Ventil 19 für den Wasserzufluss z. B. 1 min lang geöffnet wird. Am Ende dieser Prüfzeit muss der Messwert dann innerhalb einer festgelegten Toleranzgrenze liegen, so dass die Anlage sich als „sauber” erkennt.
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• Kalibrierkreislauf – Fig. 1 –
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Dieser wird eingeleitet, wenn bei der Konditionierungs-Regelung des Kühlschmiermittels außerordentliche oder lang andauernde Abweichungen der Messwerte auch der einzelnen physikalisch/chemischer Parameter des Kühlschmiermittels bzw. seiner Zusätze von dem zugehörigen in dem Rechner niedergelegten Sollwert erfasst werden, wenn die Messwerte einen vorgegebenen in dem Rechner niedergelegten Bereich verlassen oder die Messwerte nicht mehr plausibel sind. Dies erfordert eine zusätzliche Gewinnung und Aufbereitung von Messwerten. Bei einer vorteilhaften Ausführung wird dieser Aufwand erspart; der Betieb der Konditionierungs-Regelung des Kühlschmiermittels wird zeitgesteuert und in – vorzugsweiseregelmäßig wiederkehrenden Unterbrechungsintervallen von – vorzugsweise – gleicher Dauer unterbrochen. Die zeitliche Folge der Unterbrechungsintervalle und die Zeitdauer der Unterbrechungsintervalle können vorgewählt und einprogrammiert werden.
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Der Kalibrierbetrieb erfolgt durch Schließen der Ventile 13 und 14 die Abkoppelung des Meßkreislaufs von dem Vorratsbehälter/Tank 3 für das Kühlschmiermittel und durch Öffnen des Wasserventil 18 im Wasserzulauf 19 die Schließung des Kalibrierkreislauf, in dem nunmehr die Sensoren 16 und 17, nicht jedoch die Meßpumpe 15 liegen. In dem Kalibrierkreislauf wird Wasser aus der öffentlichen Wasserleitung 9 umgewälzt. Da dieses unter Druck steht, ist der Kalibrierkreislauf nicht mit einer Pumpe ausgestattet. Wenn konditioniertes Wasser oder ein anderes Kalibriermittel aus einem Tank (Nicht dargestellt) verwandt wird, liegt in dem Wasserzulauf eine Wasserpumpe (nicht dargestellt). Als Kalibriermittel kommen Flüssigkeiten in Betracht, die bekannte Eigenschaften aufweisen und an den Sensoren zu einem reproduzierbaren Messwert führen, der zur Eichung verwandt werden kann.
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Die für die Kalibrierung benötigte Menge des Kalibriermittels einschließlich Wasser ist sehr gering und wird daher über Rücklaufventil 21 in den Reinigungstank 6 oder über Eingangsventil 13 in den Spülmittel-Tank 3 geführt.
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• Reinigungskreislauf – Fig. 1 –
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Wenn im Kalibrierkreislauf die Messwerte den vorgegebenen in dem Rechner niedergelegten Eichwert nicht erreichen, wird angenommen, dass die Sensoren gereinigt werden müssen. Die Ventile 13 und 14 bleiben geschlossen. Durch Schließen des Wasserventils 18 im Wasserzulauf 19 und Öffnen der Ventile (Reinigungsventil 20) im Zulauf und (Rücklaufventil 21) im Rücklauf erfolgt die Schließung des Reinigungskreislaufs mit dem Reinigungstank 6 und der Meßpumpe 15. Der Reinigungstank 6 enthält ein geeignetes Reinigungsmittel für die Sensoren. Durch Ingangsetzung Meßpumpe 15 wird das Reinigungsmittel für eine vorgegebene Zeit umgewälzt und über die Sensoren geführt.
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Das Reinigungsmittel wird in dieser Phase ebenfalls kontrolliert und die Werte werden dokumentiert, um die Verschmutzung des Reinigungsmittels feststellen zu können.
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Nach Ablauf der Zeit kann noch einmal die Verbindung der Sensoren mit dem Kalibrierkreislauf erfolgen, wobei die zuvor hierfür beschriebene Prozedur wiederholt wird, die Ventile 20, 21 jedoch wieder geschlossen werden.
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Ist das Ergebnis der Eichung/Kalibrierung in Ordnung, kann die automatische Regel- und Messfunktion wieder aufgenommen werden.
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Ist das Ergebnis nicht in Ordnung, muss die Reinigungszeit verlängert und die Reinigung wiederholt werden, evtl. auch Intervall der Reinigung verkürzt oder die Konzentration erhöht werden.
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Die Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens werden vorzugsweise in einer Baueinheit vereinigt, die sich zum Anschluß an vorhandene bzw. bekannte Schmiermittel-Umwälzungen eignet. Dies gilt insbesondere für die Sensoren 16, 17, die Meßpumpe 15, Rechnerkapazität 8 und Ansteuerung der Ventile, Eingang und Ausgang Der Meßstrecke, des Kalibrierkreislaufs.
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Durch die Verifizierung der Messwerte mittels Kalibrier- und Reinigungsfunktion wird die automatische Messung des Kühlschmiermittels und die Regelung der Konditionierung ermöglicht.
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Zur Überwachung der Schmiermittel-Umlauf-Ströme mehrerer Werkzeugmaschinen insbesondere die mehreren Werkzeugmaschinen einer Fertigungsstraße an einen gemeinsamen Schmiermittel-Tank angeschlossen sind. In 1 ist von diesen mehreren Werkzeugmaschinen, denen der Tank 3 gemeinsam ist, nur eine Werkzeugmaschine 1 angedeutet.
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4 zeigt das Behandlungsverfahren bei Werkzeugmaschinen (hier nur eine gezeigt) mehrerer (hier drei) Fertigungsstraßen. Der Spülflüssigkeitsumlauf einer Fertigungsstraße – hier nur durch die eine gezeigte Werkzeugmaschine 1 repräsentiert – kommt aus jeweils einem Tank 3.1 bzw. 3.2, 3.3. Die Tanks aller Fertigungsstraßen sind jedoch zur Überwachung der Schmiermittel-Umlauf-Ströme der Werkzeugmaschinen an ein und dieselbe Meßstrecke angeschlossen. Den Fertigungsstraßen ist auch das Rechnersystem gemeinsam. Das Rechnersystem und Ausrüstung für den Konditionierungs-Regelungsbetrieb, Kalibrierbetrieb, Reinigungsbetrieb sind zu einer Baueinheit zusammengefasst. Die Baueinheit weist Anschlüsse für den Eingang und Ausgang des Spülmittels auf, mit denen sie mit der Verrohrung oder Verschlauchung zu den Tanks 3.1, 3.2, 3.3 verbunden ist. Das Rechnersystem führt auch die Steuerung der jedem Tank zugeordneten Eingangs- und Ausgangsventile 13.1, 14.1 bzw. 13.2, 14.2 bzw. 13.3, 14.3 aus., die für den Konditionierungs-Regelungsbetrieb, Kalibrierbetrieb, Reinigungsbetrieb der Baueinheit erforderlich ist. Die erforderliche Verdrahtung zwischen Baueinheit und Eingangs-/Ausgangsventilen ist der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt. Vorzugsweise geschehen Konditionierungs-Regelungsbetrieb, Kalibrierbetrieb, Reinigungsbetrieb separat für jeden der Tanks abwechselnd und einzeln.
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Deshalb ist die Meßstrecke in diesem Ausführungsbeispiel nicht durch ein einziges Eingangsventil 13 und ein einziges Ausgangsventil 14 verbunden sondern jeder der Tanks, z. B. 3.1 kann einzeln durch Öffnung des Eingangsventile 13.1 und des demselben Tank 3.1 zugehörigen Ausgangsventil 14.1 und gleichzeitige Schließung der den anderen Tanks z. B. 3.2, 3.3 zugehörigen Eingangsventile – hier 13.2, 13.3 – und Ausgangsventile – hier 14.2, 14.2 – verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugmaschine 1
- 2
- Wanne, Sammelbehälter 2
- 3
- Vorratsbehälter Tank für Kühlschmiermittel 3
- 4
- Konzentrattank 4
- 5
- Mischanlage
- 6
- Reinigungstank 6
- 7
- Rechner 7
- 8
- Anzeigegerät, Bildschirm 8
- 9
- Wasserzulauf 9
- 10
- Umlaufpumpe 10
- 11
- Auffüllpumpe 11
- 12
- Mischungspumpe 12
- 13
- Ventil Eingang Meßstrecke Eingangsventil Meßstrecke 13
- 14
- Ventil Ausgang Meßstrecke Ausgangsventil Meßstrecke 14
- 15
- Umlaufpumpe 15
- 16
- Sensor_1 16
- 17
- Sensor_2 17
- 18
- Wasserventil 18
- 19
- Wasserzulauf 19
- 20
- Ventil Reinigung Zulauf, Reinigungsventil 20
- 21
- Ventil Reinigung Rücklauf, Rücklaufventil 21
- 22
- Wasserventil 22
- 23
- Signalleitungen 23
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5224051 [0001]
- DE 04031915 A1 [0002]
- DE 02318278 C2 [0002]
