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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Quantitäten und Qualitäten von Emissionen einer Bearbeitungszone einer Fertigungsmaschine.
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Bei der fertigungstechnischen Bearbeitung technischer Werkstoffe, welche durch die Wechselwirkung eines Werkzeuges mit einem Werkstoff gekennzeichnet ist, kommt es an der Stelle des Kontakts zu einem Materialabtrag oder einem Aufschmelzen von Material, um somit einen definierten Formabtrag oder eine Fügung zu erreichen. Daher ist insbesondere beim Zerspanen, bei reibbasierten Schweißverfahren sowie bei der Laserstrahlbearbeitung die Bildung von Emissionen in Form von Partikeln und Stäuben infolge des Trennens und Fügens zu berücksichtigen.
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Die im Rahmen der Bearbeitung erzeugten Partikel und Stäube weisen für das exponierte Personal ein gesundheitliches Gefährdungspotential auf, welches sich je nach Partikelgröße unterscheidet. So wurde in Untersuchungen nachgewiesen, dass insbesondere ultrafeine Partikel (PM0,1) mit einer Größe von unter 100 nm in den Bereich der Lungenbläschen gelangen können und sich dort langfristig festsetzen können. Zudem können diese Teilchen in das Blut übergehen und in der Folge im gesamten Organismus zirkulieren.
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Neben der gesundheitlichen Auswirkung für den Menschen können die erzeugten Partikel und Stäube jedoch auch einen negativen Einfluss auf die Fertigungsmaschinen ausüben, so dass sich die Maschinenlaufzeit aufgrund von Verschmutzungen verringert, die Wartungsintervalle verkürzt werden und somit längere Stillstandszeiten auftreten.
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Aus dem Stand der Technik sind aus den genannten Gründen Bestrebungen bekannt, die partikelbeladene Luft, auch als Aerosol bezeichnet, von der Fertigungsmaschine durch Absaugung zu entfernen.
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Aus der Druckschrift
DD 287 216 A5 ist diesbezüglich eine Vorrichtung zur Rauchgasabsaugung für Gasschweißbrenner bekannt. Hierbei ist es vorgesehen, dass an einem handelsüblichen Gasschweißbrenner eine integrierte, interne Absaugvorrichtung nachrüstbar montiert werden kann. Der erzeugte Saugdruck nimmt die Gase über eine entsprechend auswechselbare Düse an der Entstehungsstelle auf und leitet sie durch ein Überwurfelement in eine drehbare Absaugleitung bis zum Gebläse.
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Zudem beschreibt die Druckschrift
DD 142 595 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Absaugen von gasförmigen Medien und Stäuben. Das Absaugen soll hierbei mit Hilfe von nach Bedarf regelbaren Öffnungs- und Schließmechanismen an der Absaugvorrichtung erfolgen. Insbesondere an örtlich verzweigten Entstehungsstellen soll die zu entfernende Medienmenge optimal abgesaugt werden, wobei durch räumlich vorteilhaft ausgelegte Absaugelemente günstige Transport- und Sichtverhältnisse geschaffen werden sollen.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 038 650 B4 beschreibt eine Absaugvorrichtung für Laserbearbeitungsmaschinen. Vorliegend wird eine zweigeteilte Saugglocke verwendet, die aus einer Oberschale und einer Unterschale besteht, deren gemeinsame Teilungsfuge durch einen Absaugkanal verläuft.
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Des Weiteren offenbart die Druckschrift
DE 10 2011 013 111 A1 eine Vorrichtung zur prozessparallelen Absaugung von bei der Bearbeitung eines Werkstücks anfallenden Bearbeitungsprodukten. Vorgesehen ist eine doppelwandige Absaughaube, welche zwei koaxial zueinander und teilweise ineinander angeordenete Gehäuseteile aufweist, zwischen denen ein Luftkanal gebildet wird. In dem Luftkanal ist eine von einem vorderen Ende zu einem hinteren Ende gerichtete Strömung erzeugbar.
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Die Absaughaube, insbesondere das innere Gehäuseteil der Absaughaube, ist zur Aufnahme von zumindest einem Teil der Bearbeitungsmaschine ausgebildet.
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Eine Partikelsammelvorrichtung sowie ein Partikelsammelsystem ist aus der Druckschrift
DE 20 2016 106 164 U1 bekannt. Die gesammelten Partikel werden vorliegend für eine Partikelanalyse im Rahmen der Prüfung der technischen Sauberkeit von Prüfkörpern wie insbesondere Werkstücken und Maschinen genutzt. Die Vorrichtung umfasst einen Fliehkraftabscheider, an den eine Ansaugleitung zum Ansaugen eines Partikel-Luft-Gemisches von einer zu prüfenden Oberfläche angeschlossen ist. Ein Auffangbehälter ist lösbar an dem Fliehkraftabscheider fixiert. Zudem ist ein Tauchrohr des Fliehkraftabscheiders an einer Unterdruckversorgungsleitung angeschlossen, der ein Filterhalter zum Halten eines Analysefilters zugeordnet ist. Der Analysefilter ist derart angeordnet, dass die aus dem Fliehkraftabscheider abgesaugte und durch die Unterdruckversorgungsleitung strömende Luft diesen durchströmen muss.
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Eine Absauganordnung ist zudem auch aus der Druckschrift
DE 295 21 392 U1 bekannt. Diese umfasst einen Luftführungskanal aus porösem Sinterwerkstoff mit zumindest einer Ansaugöffnung sowie mit einer Austrittsöffnung zum Anschluss an eine Fördereinrichtung.
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Neben der ausschließlichen Sammlung von Partikeln und Stäuben sind aus dem Stand der Technik Lösungsansätze zur Analyse der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Partikel bekannt.
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Die Druckschrift
US 6,439,027 B1 offenbart diesbezüglich ein Konzept zur Charakterisierung von Partikeln in einem Abgas, bei welchem einem in einem Schornstein befindlichen Partikelzähler verdünntes Rohgas zugeführt wird.
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Darüberhinaus beschreibt die Druckschrift
EP 2 270 465 B2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion, Charakterisierung und/oder Elimination von Schwebeteilchen. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung werden flüchtige Schwebeteilchen eliminiert. Gemäß einem zweiten Aspekt findet eine Verdünnung eines Rohgases statt. Das Rohgas wird einem mit Messgas durchflossenen Messgaskanal zugeführt, wobei die pro Zeiteinheit transferierte Menge Rohgas vom Volumenstrom im Rohgaskanal abhängig ist. Gemäß einem dritten Aspekt wird in einem Kondensationskernzähler die Anzahl gemessener Streulichtimpulse sowie deren Intensität ausgewertet.
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Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren eignen sich jedoch nicht zur exakten Bestimmung einer Partikelzahl unter Berücksichtigung zu Grunde liegender prozessbedingter Bewegungsabläufe und erfüllen die Anforderungen an eine hohe Qualität der Messung nicht in ausreichendem Maße.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels welcher die Emissionen einer Fertigungsmaschine messbar sowie charakterisierbar sind, welche eine hohe Messqualität, insbesondere eine hohe Reproduzierbarkeit, eine hohe Messeffizienz und die Minimierung von Störfaktoren gewährleistet und welche zudem konstruktiv einfach sowie kostengünstig bereitstellbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung von Quantitäten und Qualitäten von Emissionen einer Bearbeitungszone einer Fertigungsmaschine weist ein Gehäuse, eine Filtereinheit sowie eine Messstrecke auf.
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Unter dem Begriff Emissionen werden erfindungsgemäß feste und gasförmige Schwebeteilchen zusammengefasst. Ein Stoffgemisch aus Schwebeteilchen und einem Trägergas wird als Aerosol bezeichnet. Die Gesamtheit aller in der Umgebungsluft enthaltenen festen Partikel wird als Gesamtstaub bezeichnet.
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Das Gehäuse umschließt eine Bearbeitungszone einer Fertigungsmaschine abdichtend und weist eine Einlass- sowie eine Auslassöffnung auf. Über die Einlassöffnung ist eine Zuluft einführbar, während eine emissionsbeladene Abluft mittels der Auslassöffnung aus dem Gehäuse ausführbar ist. Dass das Gehäuse die Bearbeitungszone abdichtend umschließt bedeutet, dass ein unerwünschter Eintritt von Umgebungsluft in das Gehäuse somit ebenso wie ein Austritt von Luft aus dem Gehäuse verhindert wird. Als unerwünscht wird jeder Eintritt oder Austritt von Luft verstanden, der nicht über die Einlassöffnung oder die Auslassöffnung erfolgt.
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Erfindungsgemäß weist das Gehäuse eine Durchdringung auf, durch welche eine Werkzeugeinheit der Fertigungsmaschine einen Zugang zu der Bearbeitungszone hat. Die Durchdringung ist gegenüber der Werkzeugeinheit abdichtend ausgebildet. Mittels der Durchdringung werden prozessbedingte Bewegungsabläufe des jeweiligen Fertigungsverfahrens ermöglicht, wobei zugleich eine Abdichtung zur Umgebung bestehen bleibt. Die Bewegungsabläufe können dabei als Verfahrwege des Werkzeuges in Form von horizontalen, vertikalen und rotierenden Bewegungen oder als Verkippen vorliegen.
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Die Filtereinheit, mittels welcher die Zuluft filterbar ist, ist der Einlassöffnung zugeordnet. Hierbei sind alle konstruktiven Ausbildungen erfasst, bei denen die Filtereinheit so angeordnet ist, dass die Zuluft gefiltert werden kann. Es ist beispielsweise sowohl möglich, dass die Filtereinheit unmittelbar an der Einlassöffnung angeordnet ist, als auch, dass die Filtereinheit dem Gehäuse vorgeschaltet ist, so dass eine Filterung der Zuluft bereits vor deren Eintritt in das Gehäuse stattfindet. Möglich ist auch eine Anordnung in dem Gehäuse, so dass die Zuluft zuerst die Einlassöffnung passiert und dann die Filtereinheit durchströmt.
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Die Filterung erfolgt, um eine Partikelbeladung der Zuluft mittels der Umgebungsluft aus anderen Quellen als der Bearbeitzungszone der zu messenden Fertigungsmaschine zu minimieren und um somit eine Verfälschung der Messergebnisse zu verhindern. Nach dem Eintritt der Zuluft in das Gehäuse wird diese den von der Fertigungsmaschine erzeugten Emissionen ausgesetzt und dabei mit Partikeln beladen. Vorzugsweise umspült die Luft in dem Gehäuse die Bearbeitungszone und führt mit dem Luftstrom die emittierten Partikel als Schwebeteilchen mit. Die Luft liegt nach Aufnahme der Partikel als emissionsbeladene Abluft vor, welche über die Auslassöffnung aus dem Gehäuse ausgeführt wird. Bei der emissionsbeladenen Abluft handelt es sich somit um ein Aerosol.
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Die emissionsbeladene Abluft wird anschließend der Messstrecke zugeführt. Die Auslassöffnung ist hierzu vorzugsweise über eine Rohrleitung oder einen flexiblen Schlauch mit der Messstrecke verbunden.
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Die Messstrecke weist eine Abluftleitung, eine Messsonde sowie eine Volumenstrommessvorrichtung auf.
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In die Abluftleitung ist die emissionsbeladene Abluft einleitbar, wobei diese vorzugsweise über eine Rohrleitung oder einen flexiblen Schlauch mit der Auslassöffnung verbunden ist. Die Abluftleitung führt die emissionsbeladene Abluft und weist beispielsweise eine rohrförmige Grundform auf. Durch das Führen der Abluft mittels der Abluftleitung wird deren Strömung gezielt beeinflusst, um im Zusammenwirken mit der Anordnung der Messsonde eine hohe Messqualität zu ermöglichen.
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Mittels der Messsonde ist ein Teilvolumenstrom der emissionsbeladenen Abluft entnehmbar und einem Partikelmessgerät zuführbar, mittels welchem ein Partikelgehalt der emissionsbeladenen Abluft messbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt somit einen partikelbeladenen Volumenstrom pro Zeiteinheit von hoher Qualität zur Verfügung. Das Partikelmessgerät selbst ist nicht Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bevorzugt ist die Messsonde an einer definierten Position der Messstrecke so angeordnet, dass deren Öffnung gegen die Strömungsrichtung der Abluft zeigt. Zur Erzielung einer hohen Sammeleffizienz der Messsonde wird eine isokinetische und isoaxiale Probeentnahme angestrebt. Die Entnahme der Probe erfolgt somit vorzugsweise geschwindigkeitsgleich, wobei die Messsonde ohne einen Winkelversatz gegenüber der Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
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Von dem Partikelmessgerät ist eine chemische Charakterisierung der emissionsbeladenen Abluft bezüglich der vorliegenden Elementkonzentrationen und chemischen Verbindungen der Partikel sowie eine physikalische Charakterisierung der emittierten Partikel, insbesondere nach Partikelgrößen und Masseverteilung in Abhängigkeit der Partikelgrößen durchführbar. Die Emissionen sind so nach Qualitäten - also chemische und physikalische Charakterisierung der Partikel - und nach Quantitäten - also nach Partikelanzahl oder Partikelmasse - bestimmbar.
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Das mit dem Teilvolumenstrom der emissionsbeladenen Abluft beaufschlagbare Partikelmessgerät weist in einer Weiterbildung eine zusätzliche chemische Sensorik auf, welche es ermöglicht, neben der Messung von festen Bestandteilen auch die Messung von gasförmigen Bestandteilen durchzuführen. Alternativ ist gemäß dieser Weiterbildung neben dem Partikelmessgerät ein separates Messgerät mit einer chemischen Sensorik angeordnet.
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Mittels der Volumenstrommessvorrichtung ist ein Volumenstrom der emissionsbeladenen Abluft messbar. Somit kann das Gesamtvolumen der emissionsbeladenen Abluft, welches die Messstrecke während einer Zeiteinheit durchströmt, gemessen werden. Zugleich kann der gemessene Volumenstrom in ein Verhältnis zu dem mittels der Messsonde entnommenen Teilvolumenstrom gesetzt werden. Da eine permanente Erfassung des Volumenstroms vorgesehen ist, kann über eine Umrechnung des in dem Teilvolumenstrom der Messsonde enthaltenen Partikelgehalts eine Gesamtemission der Fertigungsmaschine pro Zeiteinheit ermittelt werden. Die Gesamtemission ist dabei nicht nur summiert, sondern gegliedert nach Qualitäten bestimmbar.
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Somit können aussagekräftige Messergebnisse der hervorgerufenen Emissionen gewonnen werden, welche bevorzugt in Echtzeit an eine externe Einheit zur Anzeige und Auswertung einschließlich Speicherung bereitstellbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist insbesondere die nachfolgenden Vorteile auf.
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Ein wesentlicher Vorteil ist es, dass die Vorrichtung durch eine konstruktive Anpassung des Gehäuses für eine Vielzahl unterschiedlicher Fertigungsmaschinen anwendbar ist. Dabei kann trotz der Anpassung an prozessbedingte Bewegungsabläufe des Werkzeugs und des Werkstücks eine Abdichtung der Bearbeitungszone zur Umwelt aufrechterhalten werden und somit eine hohe Qualität der Messung gewährleistet werden. Da somit eine Messung im realen Betrieb der Fertigungsmaschine ermöglicht wird, gehen die tatsächlich anliegenden Prozessbedingungen wie beispielsweise eingesetzte Werkstoffe, Werkzeugeinstellungen, Drehzahlen und Vorschub, Prozesstemperaturen, verwendete Betriebsmittel wie beispielsweise Kühlschmiermittel, und Weiteres automatisch als Messbedingungen ein und ermöglichen besonders praxisrelevante Aussagen.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht in der möglichen echtzeitfähigen Messung. Da die emittierten Partikel in einem relativ genau bestimmbaren Zeitintervall von Entstehung und Eintreffen am Partikelmessgerät messbar sind, können die Messergebnisse sehr genau einem bestimmten Betriebszustand oder Fertigungsschritt zugeordnet werden. Zudem können die von der Vorrichtung bereitgestellten Messergebnisse insbesondere genutzt werden, um den Einfluss verschiedener Fertigungsverfahren, verschiedener Werkstoffe sowie verschiedener Werkzeuge auf die Menge und Charakteristik der Emissionen zu ermitteln.
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Besonders vorteilhaft ist der mittels der Erfindung mögliche Beitrag zur Verbesserung der gesundheitlichen Bedingungen. Dieser Vorteil wird zum einen dadurch realisiert, dass durch die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichten Kapselung der Bearbeitungszone während der Messung das mit der Messung befasste Personal besser vor Emissionen geschützt ist. Vor allem können die mittels der Vorrichtung erhaltenen Messergebnisse darüber hinaus als Grundlage zur Analyse des gesundheitlichen Gefährdungspotentials der erzeugten Emissionen und für die Ableitung von effektiven Schutzmaßnahmen genutzt werden, indem die Schutzmaßnahmen gemäß den Ergebnissen der Analyse konkret angepasst werden können.
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Weiterhin wird als Vorteil eine hohe Messeffizienz erreicht. Die Messeffizienz beschreibt das Verhältnis der total emittierten Aerosolpartikel zu den einem Partikelmesssystem bereitgestellten Aerosolpartikeln in Form einer Partikelanzahlkonzentration. Die Messeffizienz wird dabei als Funktion der Transport- und Sammeleffizienz beschrieben. Die Transporteffizient ist als Fraktion der während des Partikeltransports, das bedeutet vom Ort der Entstehung bis zur Probenahmestelle, abgeschiedenen Partikel definiert, während die Sammeleffizienz als Fraktion des innerhalb der Messsonde abgeschiedenen Aerosoltransports definiert ist. Die hohe Messeffizienz wird insbesondere durch das Zusammenwirken des geschlossenen Gehäuses und der definierten Luftführung innerhalb des Gehäuses über die Abluftleitung bis hin zur Messonde und zum Partikelmessgerät erreicht, so dass Partikelverluste durch Ablagerungen minimiert werden. Ferner werden durch das Filterelement solche Bestandteile aus der Zuluft entfernt, die Koagulationen oder Agglomerationen begünstigen könnten.
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Als weiterer Vorteil wird eine hohe Reproduzierbarkeit erreicht, so dass auch bei wiederholten Messungen unter gleichen Voraussetzungen die im Wesentlichen gleichen Messergebnisse erreicht werden.
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Des Weiteren wird eine hohe Messqualität erreicht, indem eine Minimierung der Kontamination mit partikelbeladener Umgebungsluft mittels der Filtereinheit gewährleistet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung ein Gebläse auf. Mittels des Gebläses wird ein Druckgefälle erzeugt, das das Einströmen der Zuluft in das Gehäuse, das Ausströmen der Abluft aus dem Gehäuse und die Weiterführung bis zur Messstrecke und durch die Messstrecke hindurch bewirkt. Durch das Gebläse ist als Vorteil ein definierter Volumenstrom einstellbar. Als Vorteil kann damit die Messeffizienz erhöht werden, indem eine Ablagerung von Partikeln aus dem Aerosol erschwert wird. Ferner kann durch eine definierte Luftführung die Genauigkeit von Echtzeitmessungen verbessert werden, indem das Zeitintervall zwischen der Partikelemission und dem Eintreffen an dem Partikelmessgerät gut reproduzierbar ist. Besonders bevorzugt ist das Gebläse regelbar, so dass über die Einstellung des Luftmassenstromes insbesondere die Möglichkeit besteht, eine je nach Bearbeitungsart entstehende Wärme von der Bearbeitungszone der Fertigungsmaschine definiert abzuführen.
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Vorzugsweise ist das Gebläse als Absauggebläse angeordnet, mittels welchem die emissionsbeladene Abluft absaugbar ist.
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Das Absauggebläse ist, in Strömungsrichtung der Luft, bevorzugt nach der Messstrecke angeordnet. Das Absauggebläse beaufschlagt die Abluft mit einem Unterdruck. Nachdem die emissionsbeladene Abluft die Messstrecke durchlaufen hat und eine Probe in Form eines Teilvolumenstroms von der Messsonde entnommen wurde, kann die emissionsbeladene Abluft mittels des Absauggebläses aus der Vorrichtung ausgeführt werden. Durch die Unterdruckbeaufschlagung liegt zugleich in dem Gehäuse ein Unterdruck vor, so dass zusätzlich einem Partikelaustritt entgegengewirkt wird.
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Anschließend kann diese beispielsweise einem Sammelbehälter zugeführt werden, so dass ein Austritt der emissionsbeladenen Abluft in die Umgebung verhindert wird. Vorzugsweise sind dabei verschiedene konstante Volumenströme für das Absauggebläse einstellbar.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Vorrichtung zumindest eine Strömungsleiteinrichtung auf, welche in dem Gehäuse angeordnet ist.
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Die zumindest eine Strömungsleiteinrichtung dient dazu, eine Anlagerung von Partikeln an den Innenwandungen des Gehäuses zu erschweren und die Partikel möglichst vollständig zur Auslassöffnung zu leiten, so dass diese aus dem Gehäuse austreten und der Messstrecke zugeführt werden können. Somit kann die Genauigkeit der Messergebnisse weiter gesteigert werden und eine Verfälschung der gemessenen Partikelemission verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet und weist zumindest einen ersten und einen zweiten Gehäuseabschnitt auf. Der erste Gehäuseabschnitt ist vorliegend werkstückträgerstationär ausgebildet, so dass dieser in einer festen Lagebeziehung zu dem Werkstückträger einer Fertigungsmaschine steht.
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Die Durchdringung des Gehäuses ist gemäß dieser Weiterbildung in dem zweiten Gehäuseabschnitt angeordnet, so dass der Zugang der Werkzeugeinheit zu der Bearbeitungszone über den zweiten Gehäuseabschnitt bereitgestellt wird. Der erste und zweite Gehäuseabschnitt sind zudem relativ zueinander beweglich sowie zueinander abdichtend ausgebildet.
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Die Durchdringung des zweiten Gehäuseabschnittes kann erfindungsgemäß je nach den vorgesehenen Bewegungsabläufen und der Anzahl der Freiheitsgrade der Werkzeugeinheit in verschiedenen Ausgestaltungsformen vorliegen.
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Ferner ist es möglich, den zweiten Gehäuseabschnitt mehrteilig auszubilden, wobei die Teile zueinander relativ beweglich und zueinander abdichtend ausgebildet sind. Vorzugsweise betrifft die relative Beweglichkeit der Teile des zweiten Gehäuseabschnitts zueinander einen oder andere Freiheitsgrade als die relative Beweglichkeit des ersten und des zweiten Gehäuseabschnitts zueinander, so dass die Vorrichtung auch für Fertigungsmaschinen mit mehrachsiger Ausbildung verwendbar ist.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 Schnittansicht des Gehäuses im Bereich der Bearbeitungszone bei Verwendung an einer Bohrvorrichtung,
- 3 Perspektivische Ansicht des Gehäuses bei Verwendung an einer Bohrvorrichtung,
- 4 Perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem mehrteiligen Gehäuse,
- 5 Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem mehrteiligen Gehäuse im Bereich der Bearbeitungszone,
- 6 Perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung an einer Rührreibschweißvorrichtung
näher erläutert.
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1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Quantitäten und Qualitäten von Emissionen einer Bearbeitungszone 1 einer Fertigungsmaschine. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 2, eine Filtereinheit 3 sowie eine Messstrecke 4 auf. Die Messstrecke 4 umfasst eine Abluftleitung 10, eine Messsonde 11 sowie eine Volumenstrommessvorrichtung 12. Eine von der Messsonde 11 entnehmbare Probe der emissionsbeladenen Abluft ist einem außerhalb der Messstrecke 4 angeordneten Partikelmessgerät 13 zuführbar. An die Messstrecke 4 schließt sich zudem ein Gebläse 14 an.
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2 und 3 zeigen ein Ausführungbeispiel bei einer Anwendung an einer Bohrmaschine. 2 und 3 zeigen zur Vereinfachung die Vorrichtung nicht vollständig. Dabei zeigt 2 das Gehäuse 2 in einer Schnittansicht im Bereich einer Bearbeitungszone 1 einer Fertigungsmaschine 9, welche hierbei als Bohrvorrichtung vorliegt. Das Gehäuse 2 weist eine Durchdringung 7 auf, durch welche eine Werkzeugeinheit 8 der Fertigungsmaschine 9 einen Zugang zu der Bearbeitungszone 1 erhält. Die Durchdringung 7 ist gegenüber der Werkzeugeinheit 8 abdichtend ausgebildet. Somit wird eine Kontamination mit Umgebungsluft sowie ein Entweichen der innerhalb des Gehäuses 2 befindlichen emissionsbeladenen Abluft verhindert. Die Postion der Werkzeugeinheit 8 im Innenraum des Gehäuses 2 ist in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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3 stellt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Verwendung an einer Bohrmaschine als Fertigungsmaschine 9 nochmals in einer perspektivischen Ansicht dar. Auch hier ist das Gehäuse 2 mit der Durchdringung 7 sowie mit Einlassöffnung 5 und Auslassöffnung 6 ersichtlich.
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4, 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung mit einem mehrteiligen Gehäuse 2 ausgebildet. 4 zeigt zunächst die Vorrichtung als solche während 5 die Verwendung der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einer Fertigungsmaschine 9 zeigt. Die Fertigungsmaschine 9 ist hierbei als Rührreibschweißvorrichtung in der Variante eines Roboters ausgebildet.
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4 und 5 zeigen, dass das Gehäuse 2 vorliegend in einen ersten Gehäuseabschnitt 16 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 17 unterteilt und eine Einlassöffnung 5 sowie eine Auslassöffnung 6 aufweist. Über die Einlassöffnung 5 ist eine Zuluft einführbar, während über die Auslassöffnung 6 eine emissionsbeladene Abluft aus dem Gehäuse 2 ausführbar ist.
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Der erste und der zweite Gehäuseabschnitt 16 und 17 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel relativ zueinander beweglich. Dabei ist der zweite Gehäuseabschnitt 17 entlang einer Längsachse des ersten Gehäuseabschnittes 16 horizontal verfahrbar. Da zudem die Werkzeugeinheit 8 einer Fertigungsmaschine 9 dem Werkstück entlang der Längsachse des zweiten Gehäuseabschnittes 17 vertikal zuführbar ist, kann gemäß diesem besonderen Ausführungsbeispiel eine horizontale und zudem eine vertikale Bewegung der Werkzeugeinheit 8 ermöglicht werden.
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Wie aus der Schnittansicht gemäß 6 hervorgeht, weist das Gehäuse 2 eine Durchdringung 7 auf, durch welche die Werkzeugeinheit 8 der Fertigungsmaschine 9 einen Zugang zu der Bearbeitungszone 1 erhält. Vorliegend ist die Durchdringung als Adapterscheibe ausgebildet, welche drehbar und zugleich dichtend gegenüber dem zweiten Gehäuseabschnitt 17 gelagert ist, so dass eine Rotationsbewegung der Werkzeugeinheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Dichtfunktion des Gehäuses 2 ermöglicht wird. Die Bearbeitungszone 1 der Fertigungsmaschine 9, welche kein Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wird von dem Gehäuse 2 abdichtend verschlossen. Darüber hinaus ist die Durchdringung 7 gegenüber der Werkzeugeinheit 8 abdichtend ausgebildet.
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Gemäß dem ist die Durchdringung 7 dem zweiten Gehäuseabschnitt 17 zugeordnet, so dass der Zugang der Werkzeugeinheit 8 zu der Bearbeitungszone 1 mittels des zweiten Gehäuseabschnitts 17 bereitgestellt wird. Der erste Gehäuseabschnitt 16 ist hingegen werkstückträgerstationär, also in einer festen Lagebeziehung zu dem Werkstückträger ausgebildet. Die beiden Gehäuseabschnitte 16 und 17 sind relativ zueinander linear beweglich und zueinander abdichtend ausgebildet. Zudem ist der zweite Gehäuseabschnitt 17 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls mehrteilig ausgebildet, wobei die beiden Teilabschnitte 17.1 und 17.2 des zweiten Gehäuseabschnitts 17 relativ zueinander linear beweglich sind. Somit kann während der prozessbedingten Bewegungsabläufe der Werkzeugeinheit 8 sowie des Werkstückträgers eine Abdichtung gegenüber der Umgebung erzielt werden.
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Wie 4 ferner zeigt, ist die Filtereinheit 3 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und der Einlassöffnung 5 vorgeschaltet. Mittels der Filtereinheit 3 ist die Zuluft, die aus der Umgebung bezogen wird, filterbar. Dabei kann die Kontamination der partikelbeladenen Umgebungsluft minimiert werden und eine Beeinflussung der Messergebnisse durch den Partikelgehalt der Umgebungsluft verhindert werden.
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Nachdem die Zuluft über die Einlassöffnung 5 in das Gehäuse 2 eingebracht wurde, wird diese mit den von der Fertigungsmaschine 9 während des Betriebs emittierten Partikeln beladen. Die Zuluft wird damit zu einer emissionsbeladene Abluft, welche über die Auslassöffnung 6 aus dem Gehäuse 2 ausführbar ist.
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Daraufhin wird die emissionsbeladene Abluft der Messstrecke 4 zugeführt. Die Messstrecke 4 umfasst eine Abluftleitung 10, eine Messsonde 11 sowie eine Volumenstrommessvorrichtung 12. Die Abluftleitung 10 weist im Ausführungsbeispiel eine hohlzylindrische Grundform auf. Mittels der Messsonde 11 ist eine Probe der emissionsbeladenen Abluft in Form eines Teilvolumenstroms entnehmbar und daraufhin einem Partikelmessgerät 13 (hierbei nicht dargestellt), welches selbst nicht Bestandteil der Vorrichtung ist, zuführbar. Mittels des Partikelmessgeräts 13 ist die Partikelanzahlkonzentration des entnommenen Teilvolumenstroms der emissionsbeladenen Abluft messbar. Mittels der Volumenstrommessvorrichtung 12 ist ein Volumenstrom der emissionsbeladenen Abluft messbar, welcher das Gesamtvolumen des während einer Zeiteinheit durch die Messstrecke 4 strömenden emissionsbeladenen Luft beschreibt.
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Die mittels des Partikelmessgeräts 13 gemessene Partikelanzahlkonzentration innerhalb des Teilvolumenstroms kann aufgrund der Kenntnis des von der Volumenstrommessvorrichtung 12 gemessenen Volumenstroms zur Umrechung in eine Gesamtzahl der Partikel pro Volumen oder pro Zeiteinheit genutzt werden.
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Vorliegend schließt sich an die Messstrecke 4 ein Gebläse 14 an, welches im Ausführungsbeispiel als Absauggebläse ausgebildet ist und mit welchem die emissionsbeladene Abluft aus der Vorrichtung abgeführt werden kann. Die emissionsbeladene Abluft kann beispielweise einem Sammelbehälter (hierbei nicht dargestellt) zugeführt werden, in welchem die festen Bestandteile nach einer Filtrierung zurückbleiben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem Gehäuse 2 zudem eine Strömungsleiteinrichtung 15 angeordnet. Die Strömungsleiteinrichtung 15 ist im Ausführungsbeispiel als Luftleitblech ausgebildet und lediglich vereinfacht in 6 dargestellt. Somit können Anlagerungen von Partikeln an den Innenwandungen des Gehäuses 2 minimiert werden und die in der Abluft gebundenen Partikel weitgehend vollständig über die Auslassöffnung 6 aus dem Gehäuse 2 ausgeführt werden. Eine Beeinflussung der zu messenden Partikelanzahlkonzentration aufgrund von sich anlagerndem Partikeln kann somit verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungszone
- 2
- Gehäuse
- 3
- Filtereinheit
- 4
- Messstrecke
- 5
- Einlassöffnung
- 6
- Auslassöffnung
- 7
- Durchdringung
- 8
- Werkzeugeinheit
- 9
- Fertigungsmaschine
- 10
- Abluftleitung
- 11
- Messsonde
- 12
- Volumenstrommessvorrichtung
- 13
- Partikelmessgerät
- 14
- Gebläse
- 15
- Strömungsleiteinrichtung
- 16
- erster Gehäuseabschnitt
- 17
- zweiter Gehäuseabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 287216 A5 [0006]
- DD 142595 A1 [0007]
- DE 102009038650 B4 [0008]
- DE 102011013111 A1 [0009]
- DE 202016106164 U1 [0011]
- DE 29521392 U1 [0012]
- US 6439027 B1 [0014]
- EP 2270465 B2 [0015]
