-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer spänebelasteten Flüssigkeit in einem Sammelbecken.
-
Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Behandeln von Kühlschmierstoffemulsionen, die in Werkzeugmaschinen zum Kühlen und Schmieren der Werkzeuge und Werkstücke dienen.
-
Die in der Bearbeitungszone einer Werkzeugmaschine vom Werkzeug und vom Werkstück ablaufende Kühlschmierstoffemulsion wird aufgefangen und in ein Sammelbecken geleitet, aus dem sie dann mit Hilfe einer Kühlschmierstoffpumpe abgesaugt und anschließend gefiltert und wieder zur Bearbeitungszone zurückgeleitet wird. Häufig sind die Kühlschmierstoffemulsionen mit Metallspänen belastet, die im Bearbeitungsprozess entstanden sind und dann mit der aufgefangenen Flüssigkeit in das Sammelbecken gelangen.
-
Es ist deshalb bekannt, in den Ansaugstutzen einer Kühlschmierstoffpumpe ein Schneidwerk zu integrieren, das ein durch die Pumpenwelle angetriebenes Schneidrad aufweist und dazu dient, grobe Späne beim Eintritt in die Pumpe zu zerkleinern, so dass sie nicht zu Funktionsstörungen in der Pumpe oder im nachgeschalteten Leitungssystem führen. Beispiele solcher Pumpen werden beschrieben in
EP 1 817 501 B1 ,
EP 1 861 624 B1 und
EP 3 042 081 A1 .
-
Aufgabe der Erfindung ist es, in Systemen, in denen eine spänebelastete Flüssigkeit in einem Sammelbecken aufgefangen und wieder abgepumpt wird, Funktionsstörungen auch bei starkem Späneanfall zu vermeiden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flüssigkeit mittels eines in die Flüssigkeit eintauchenden, ein rotierendes Schneidrad aufweisenden Schneidwerkes vom Boden des Sammelbeckens angesaugt und nach Zerkleinerung der Späne mit dem Schneidwerk unmittelbar wieder in das Sammelbecken zurückgeleitet wird.
-
Erfindungsgemäß wird somit die Funktion der Zerkleinerung der Späne von der Funktion des Abpumpens der Flüssigkeit aus dem Sammelbecken getrennt. Das Schneidwerk verringert den Anteil grober Späne in der Flüssigkeit und entlastet so die eigentliche Saugpumpe. Das hat den Vorteil, dass Funktionsstörungen beim Zerkleinern der Späne, etwa aufgrund einer Überlastung des Schneidwerkes, nicht unmittelbar die Funktion der Pumpe beeinträchtigen, so dass der Betrieb der Werkzeugmaschine ungestört fortgesetzt werden kann. Außerdem kann durch Einsatz eines oder mehrerer Schneidwerke, ggf. zusätzlich zu dem in die Pumpe integrierten Schneidwerk, die Zerkleinerungsleistung an den jeweiligen Späneanfall angepasst werden.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Größe der mit der Emulsion zum Werkzeug zurückgeführten Späne nicht von der momentanen Förderleistung der Pumpe abhängig ist, sondern über die Zerkleinerungsleistung der Zerspanungspumpe und die Betriebsdauer dieser Pumpe gesteuert und mit z.B. mit Hilfe eines Siebes am Einlass der Förderpumpe begrenzt werden kann.
-
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Schneidwerk, das für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
-
Wahlweise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einer herkömmlichen Pumpe mit integriertem Schneidwerk ausführen, indem an den Druckstutzen der Pumpe eine Ventilanordnung angeschlossen wird, mit der die Flüssigkeit wahlweise in den Filter und dann zur Bearbeitungszone der Werkzeugmaschine zurückgeleitet wird oder unmittelbar in das Sammelbecken zurückgeführt wird. In den Betriebsphasen, in denen am Werkzeug keine Kühlschmierstoffemulsion benötigt wird und die Pumpe normalerweise stillstehen würde, kann dann die Pumpe dazu benutzt werden, mit Hilfe des Schneidwerkes Späne „auf Vorrat“ zu zerkleinern. Dabei ergibt sich zugleich der Vorteil, dass in den Phasen, in denen keine Kühlschmierstoffemulsion benötigt wird oder die Flüssigkeit im Sammelbecken ihren minimalen Füllstand erreicht, so dass keine weitere Flüssigkeit abgepumpt werden sollte, der Pumpenbetrieb fortgesetzt werden kann, so dass lange Stillstandszeiten und ein häufiges Ein- und Ausschalten der Pumpe und die damit verbundenen Probleme vermieden werden.
-
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 einen axialen Schnitt durch ein Schneidwerk in einem Kühlschmierstoff-Sammelbecken einer Werkzeugmaschine; und
- 2 einen Schnitt durch eine Pumpe mit Schneidwerk und einer schematisch dargestellten Ventilanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
In 1 ist in einem vertikalen Schnitt ein Randbereich eines Sammelbeckens 10 gezeigt, das beispielsweise zum Sammeln von Kühlschmierstoffemulsion im Maschinenbett einer nicht gezeigten Werkzeugmaschine dient. Das Sammelbecken 10 weist einen Boden 12 und eine Seitenwand 14 auf und ist bis zu einem gewissen Füllstand mit einer Flüssigkeit 16 (Kühlschmierstoffemulsion) gefüllt. Wenn der Füllstand einen oberen Grenzwert überschreitet, wird mit Hilfe einer nicht gezeigten Kühlschmierstoffpumpe Flüssigkeit abgesaugt und über einen Filter zur Bearbeitungszone der Werkzeugmaschine zurückgeleitet.
-
Unabhängig von der Kühlschmierstoffpumpe ist in dem Sammelbecken 10 ein Schneidwerk 18 angeordnet, das dazu dient, Späne, insbesondere Metallspäne zu zerkleinern, die bei dem Bearbeitungsprozess mit der Werkzeugmaschine entstanden sind und mit der Flüssigkeit 16 in das Sammelbecken 10 gelangt sind und sich dann vorwiegend auf dem Boden 12 des Sammelbeckens absetzen.
-
Das Schneidwerk 18 ist an einem unteren Ende eines Motorgehäuses 20 montiert, das größtenteils außerhalb des Sammelbeckens 10 angeordnet ist und weiter oberhalb einen nicht gezeigten Motor aufnimmt, der eine drehbar im Motorgehäuse gelagerte Motorwelle 22 antreibt.
-
Das Schneidwerk 18 weist ein Schneidwerkgehäuse 24 auf, das in die Flüssigkeit 16 eintaucht und im unteren Bereich einen vertikalen, sich nach unten öffnenden Ansaugstutzen 26 bildet, an den sich nach oben eine Pumpenkammer 28 mit größerem Durchmesser anschließt. Auf der Motorwelle 22 ist innerhalb der Pumpenkammer 28 ein Radiallaufrad 30 und innerhalb des Ansaugstutzens 26 ein Schneidrad 32 angeordnet, das hier als Axiallaufrad ausgebildet ist. Der Ansaugstutzen 26 ist nach unten durch eine Schneidplatte 34 abgeschlossen, die mehrere Einlassöffnungen bildet, über die die Flüssigkeit 16 in den Ansaugstutzen 26 eintreten kann. Radial verlaufende Kanten an den unteren Enden der Flügel des Schneidrades 32 sind als Schneiden ausgebildet, und radiale Stege der Schneidplatte 34, die die Einlassöffnungen voneinander trennen, bilden Gegenmesser, über die sich die Schneiden des Schneidrades 32 so hinweg bewegen, dass eine Scherwirkung erzielt wird. Wahlweise können die Schneiden des Schneidrades 32 oder die Gegenmesser gezahnt sein.
-
Ein Fortsatz 36 der Motorwelle 22 ragt nach unten aus dem Schneidwerkgehäuse 24 heraus und trägt am unteren Ende einen Vorzerkleinerer 38 mit zwei radialen Flügeln, die sich dicht oberhalb des Bodens 12 des Sammelbeckens bewegen und derart schräg angestellt sind, dass sie in der Flüssigkeit eine aufwärts gerichtete Strömung zum Ansaugstutzen 26 hin erzeugen.
-
Die Pumpenkammer 28 ist an ihrem äußeren Umfangsrand mit mehreren auf dem Umfang verteilten Auslasskanälen 40 verbunden, die sich an der Unterseite des Schneidwerkgehäuses 24 in das Sammelbecken 10 öffnen.
-
Wenn die Motorwelle 22 angetrieben wird, so werden mit Hilfe des Vorzerkleinerers 38 Späne angesaugt, die sich auf dem Boden 12 des Sammelbeckens abgesetzt haben. Die angesaugten Späne werden dabei zum Teil durch die Flügel des Vorzerkleinerers zerschlagen und gelangen dann über die Einlassöffnungen der Schneidplatte 34 in den Ansaugstutzen 26. Beim Eintritt in den Ansaugstutzen werden die Späne durch die Schneiden des Schneidrades 32 und die damit zusammenwirkenden Gegenmesser weiter zerkleinert. Das Radiallaufrad 30 erzeugt einen aufwärts und radial auswärts gerichteten Sog, durch den die Flüssigkeit und die fein zerkleinerten Späne in die Auslasskanäle 40 gefördert und dann wieder in das Sammelbecken 10 zurückgeleitet werden.
-
Auf diese Weise wird durch das Schneidwerk 18 der Anteil grober Späne im Sammelbecken 10 verringert, so dass das Sammelbecken vorwiegend fein zerkleinerte Späne enthält, die den Betrieb der nicht gezeigten Saugpumpe nicht beeinträchtigen. Wahlweise kann jedoch die Saugpumpe ein eigenes Schneidwerk aufweisen, das im Prinzip den gleichen Aufbau hat wie das hier gezeigte Schneidwerk 18, so dass insgesamt eine größere Zerkleinerungsleistung zur Verfügung steht. Bevorzugt ist jedoch eine Lösung, bei der in der Saugpumpe lediglich die Größe der durchgelassenen Späne begrenzt wird, beispielsweise mit Hilfe eines Siebes.
-
Der Vorzerkleinerer 38, das als Axiallaufrad ausgebildete Schneidrad 32 und das Radiallaufrad 30 erzeugen in der Flüssigkeit 16 eine zirkulierende Strömung, die in Bodennähe des Sammelbeckens 10 radial zur Achse der Motorwelle 22 gerichtet ist, so dass auch Späne, die sich in größerer Entfernung zu dem Schneidwerk 18 auf dem Boden 12 des Sammelbeckens abgesetzt haben, in den Einzugsbereich des Vorzerkleinerers 38 transportiert werden. Dabei sind es insbesondere die gröberen und schwereren Späne, die auf diese Weise zum Schneidwerk transportiert werden, während die bereits zerkleinerten feineren Späne sich langsamer absetzen und deshalb länger in der Flüssigkeit 16 oberhalb des Bodens 12 in der Schwebe bleiben.
-
In einer modifizierten Ausführungsform kann das Radiallaufrad 30 fortgelassen werden. Die Flüssigkeit 16 zirkuliert dann langsamer durch das Schneidwerk, so dass dem Schneidrad 32 weniger Späne pro Zeiteinheit zugeführt werden, während andererseits praktisch das gesamte Drehmoment des Motors für die Zerkleinerung der Späne zur Verfügung steht. Diese Variante eignet sich deshalb besonders für Einsatzfälle mit sehr dicken oder harten und daher schwer zu zerkleinernden Spänen.
-
In 2 ist in einem axialen Schnitt das untere Ende einer bekannten Saugpumpe für Kühlschmierstoffe gezeigt, in die ein Schneidwerk 18' integriert ist. Das Schneidwerk 18' hat im Prinzip den gleichen Aufbau wie das zuvor beschriebene Schneidwerk 18, nur mit dem Unterschied, dass am äußeren Umfang der Pumpenkammer 28 keine Auslasskanäle angeordnet sind, die direkt in das Innere des Sammelbeckens zurückführen. Stattdessen ist die Pumpenkammer 28 am äußeren Umfang ihrer Oberseite mit einem Spiralgehäuse 44 verbunden, das in einen Druckstutzen 46 mündet. Das Motorgehäuse 20 nach 1 ist hier ersetzt durch ein Pumpengehäuse 20', das den Antriebsmotor der Pumpe aufnimmt und auch den Druckstutzen 46 bildet.
-
Die von der Pumpe 42 angesaugte Flüssigkeit wird durch das Schneidrad und das Radiallaufrad in den Druckstutzen 46 gefördert, wobei die mitgeführten Späne durch das Schneidrad zerkleinert werden. An den Druckstutzen 46 ist eine hier nur schematisch dargestellte Ventilanordnung 48 angeschlossen, die zwei Sperrventile 50, 52 aufweist. Das Sperrventil 50 ist in einer Leitung 54 angeordnet, die über einen nicht gezeigten Filter zur Bearbeitungszone der Werkzeugmaschine führt. Das Ventil 52 ist dagegen in einer Zweigleitung 56 angeordnet, die von der Leitung 54 bzw. vom Druckstutzen abzweigt und in das Sammelbecken 10 zurückführt. Die Sperrventile 50, 52 sind beispielsweise elektronisch umschaltbar.
-
Im normalen Pumpenbetrieb ist das Sperrventil 50 geöffnet und das Sperrventil 52 geschlossen. Wenn jedoch keine Kühlschmierstoffemulsion gefördert werden soll, weil in der Bearbeitungszone kein Bedarf besteht oder weil der Füllstand im Sammelbecken zu niedrig ist, so wird der Pumpenbetrieb fortgesetzt und es wird lediglich das Sperrventil 50 geschlossen und stattdessen das Sperrventil 52 geöffnet, so dass die Flüssigkeit ähnlich wie in 1 in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, wobei die Späne durch das Schneidwerk 18' zerkleinert werden.
-
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
-
- EP 1817501 B1 [0004]
- EP 1861624 B1 [0004]
- EP 3042081 A1 [0004]
