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Die Erfindung betrifft eine Immissionsschutzvorrichtung
für die
spanende Bearbeitung stark stauberzeugender Materialien, insbesondere
Graphit, Holz und dergleichen.
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Bei der spanenden Bearbeitung stauberzeugender
Werkstoff, wie Graphit, Holz, Holzwerkstoffe und dergleichen wird
aus technologischen Gründen die
Trockenbearbeitung oder die MMS-Technik (Minimalmengenschmierung)
angewendet. Die wesentlichen betriebswirtschaftlichen und ökologischen
Vorteile dieser Verfahren sind insbesondere die Einsparung von Kühl- und
Schmierstoffen, die damit verbundene Entlastung der Umwelt und insbesondere
die Beseitigung gesundheitsgefährdender
Belastungen des Bedieners.
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Ein technologisches Problem der Trockenbearbeitung
resultiert aus dem Anfall der trockenen Späne. Bei der MMS-Technik sind
die anfallenden Späne
in Abhängigkeit
von der Dosierungsmenge feucht und neigen daher zum Verkleben.
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Daneben sind Lösungen bekannt, bei denen die
bei der Zerspanung entstehenden Stäube mit Hilfe bekannter Absaugeinrichtungen
beseitigt werden. Bekannte Lösungen
sind Punkt- oder Quellen-Absaugungeinrichtungen, mit denen eine
Erfassung der beim Spanbildungsprozess entstehenden Stäube unmittelbar
am Entstehungsort durch außerhalb
des Arbeitsraumes der Werkzeugmaschine angeordnete, schwenk- oder
teleskopierbare Schläuche
aus PVC eingesetzt werden. Ein Nachteil dieser bekannten Lösungen nach
dem Stand der Technik besteht darin, dass die Absaugung der beim
Spanbildungsprozess entstehenden Stäube über ein vergleichsweise kleines
Mundstück
der schwenk- oder teleskopierbaren Quellenabsaugung im definierten
Abstand zur jeweiligen Quelle der Staubentstehung angeordnet ist.
Die Absaugung erfolgt daher einseitig mit dem Volumenstrom der Abluft
der jeweiligen Quellenabsaugung. Insbesondere bei der Bearbeitung
graphithaltiger Halbzeuge und Werkstücke kommt es zu einer starken
Vernebelung im Arbeitsbereich der rotierenden Bohr- und Fräswerkzeuge.
Die entstehenden Stäube können nur
partielle abgesaugt und eliminiert werden. In der Folge kommt es
zu Absetzungserscheinungen im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine.
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Daneben sind starre Absaugeinrichtungen bekannt,
die den gesamten Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine oder einer Prüfeinrichtung
umhausen. Dabei sind das zu bearbeitende Werkstück mit dem Bearbeitungswerkzeug
bzw. die zu analysierende Werkstoffprobe mit der Prüfeinrichtung
vollständig eingehaust.
Nachteil derartiger Lösungen
ist die konstruktiv aufwändige,
starre Anordnung einer großvolumigen
Abdeckung des Arbeits- bzw. Prüfbereiches.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die
Nachteile des bekannten Standes der Technik zu eliminieren und eine
Immissionsschutzvorrichtung vorzuschlagen, die mit einfachen Mitteln
an bekannten Werkzeugmaschinen, insbesondere Universal-Fräs- und/ oder
Bohrmaschinen und -zentren einsetzbar ist und eine vollständige und
zuverlässige
Beseitigung auftretender Stäube
mit einfachen Mitteln sichert. Daneben soll die Immissionschutzvorrichtung
eine Teilautomatisierung oder Automatisierung der Prozessabläufe ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch
die erfindungswesentlichen Merkmale des Hauptanspruches. Vorzugsweise
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
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Die Immissionsschutzvorrichtung besteht
im wesentlichen aus zwei lösbar
miteinander verbundenen Segmenten. Das erste Segment ist dabei fest oder
lösbar
mit der Führung
bzw. dem Gehäuse
der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine verbunden. Davon ausgehend
erstreckt sich das erste Segment im wesentlichen axial in Richtung
der Arbeitsspindel bzw. des darin aufgenommenen Werkzeuges.
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Das zweite Segment ist fest oder
lösbar
mit dem Bett der Werkzeugmaschine bzw. der Werkstückspannvorrichtung
verbunden und umschließt das
zu bearbeitende Werkstück
im wesentlichen trogförmig.
Die sich gegenüberstehenden
Randzonen des ersten und zweiten Segmentes sind form- oder kraftschlüssig miteinander
verbindbar. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung sind das obere
und das untere Segment kegelstumpf – bzw. halbkugelförmig geformt.
Die lösbare
Verbindung der formidealen Ränder
des ersten und zweiten Segmentes erfolgt vorteilhaft durch einen
Elektromagneten.
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Um eine störungsfreie Relativbewegung
zwischen Arbeitsspindel und Werkstück in x-, y- und z-Richtung
zu ermöglichen,
ist mindestens ein Segment verformbar. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung
ist das elastische Segment als Faltenbalg mit integrierten Federlagen
ausgebildet.
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Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass
beim Absaugen der Stäube
und dem dabei entstehenden Vakuum der flexible Faltenbalg nicht
in sich zusammenfällt
und die rotierende Arbeitsspindel bzw. das Werkzeug berührt.
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Mindestens ein Segment weist eine
Absaugeinrichtung oder eine Verbindung zu einer Absaugeinrichtung
auf, über-
die die entstehenden Stäube aus
dem Inneren der miteinander verbundenen Segmente abgesaugt werden.
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Vorteilhaft ist der Anschluss der
Absaugeinrichtung wegen der Schwerkraft im tiefer liegenden Segment
angeordnet, dass das zu bearbeitende Werkstück umhüllt.
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Mindestens ein Segment weist Lüftungsöffnungen,
insbesondere Lüftungsschlitze
auf. Vorteilhaft sind die Lüftungsschlitze
fluchtend gegenüber dem
Ansaugstutzen der Abluftleitung angeordnet. Durch den Lufteintritt
werden die beim Spannungsprozess entstehenden Staubpartikel in Richtung
des Saugstutzens gezogen und abtransportiert. Größere Späne und Staubpartikel können zu
Boden fallen und werden durch die vorteilhafte Trichter- oder Kegelform
des mit dem Werkstück
verbundenen Segmentes an dessen Boden konzentriert und können leicht abgesaugt
werden. Um die Überwachung
des Spanungsprozesses sowie Inspektionsarbeiten zu erleichtern besteht
wenigstens ein Segment aus einem transparenten Werkstoff.
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Die Erfindung wird nachstehend an
einem Ausführungsbeispiel
beschrieben und in zugehörigen Zeichnungen
illustriert.
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Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Immissionsschutzvorrichtung
zum Fräsen
eines Graphitblockes für
Elektroden zum Senkerodieren
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2 in
einer herausgelösten
Darstellung die beiden lösbar
miteinander verbundenen Segmente der Immissionsschutzvorrichtung
nach 1
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3 die
Immissionsschutzvorrichtung im geöffneten Zustand in einer Position
zum manuellen Werkzeug- und Werkstückwechsel
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4 die
Immissionsschutzvorrichtung mit hochgefahrener Frässpindel
in einer Position für
den automatischen Werkzeugwechsel
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In 1 ist
in einer perspektivischen Darstellung eine Immissionsschutzvorrichtung
zum Fräsen stark
staubentwickelnder Werkstoffe, insbesondere zur Bearbeitung von
Graphitelektroden für
das Senkerodieren, dargestellt.
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Das schaftförmige Fräswerkzeug 1, das in der
Frässpindel 2 aufgenommen
wird, ist vollständig von
einem Faltenbalg 4 umgeben, der das erste bzw. obere Segment
der Immissionsschutzvorrichtung bildet. Der in axialer wie radialer
Richtung elastische Faltenbalg 4 weist an seinem oberen,
sich verjüngenden Rand
einen Ring 5 aus Stahlblech auf. Dieser Ring 5 ist
direkt mit einem Elektroringmagnet 6 lösbar verbunden, der die Frässpindel 2 umschließt.
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Der untere Rand des kegelstumpfförmigen Faltenbalges 4 wird
von einem Ring 7 aus Stahlblech gebildet. Der Ring 7 steht
im geschlossenen Zustand der Immissionsschutzvorrichtung mit einem
Magnetring 8 in Wirkverbindung, der am oberen Rand des unteren
Schutzgehäuses 10 angeordnet
ist.
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Das untere Schutzgehäuse 10 verkörpert das
zweite bzw. untere Segment der Immissionsschutzvorrichtung. Das
untere Schutzgehäuse 10 umschließt schalenförmig das
zu bearbeitende Werkstück 9 und
ist lösbar
mit der Werkstückaufnahme 11 verbunden.
Das untere Schutzgehäuse 10 ist
aus einem transparenten Werkstoff gefertigt, so dass das Positionieren
des Werkzeuges zum Werkstück
und der komplette Bearbeitungsprozess optisch überwacht werden kann. Im unteren
Bereich des Schutzgehäuses 10 befindet
sich ein Anschluss 12 für
eine Staubabsaugeinrichtung.
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Im geschlossenen Zustand bilden das
obere und untere Segment der Immissionsschutzvorrichtung (Faltenbalg 4,
unteres Schutzgehäuse 10)
eine geschlossene staubdichte Kammer. Durch die Elastizität des Faltenbalges 4 in
x-, y- und z-Richtung kann das Fräswerkzeug 1 innerhalb
des Arbeitsbereiches des zu bearbeitenden Werkstückes frei verfahren werden,
ohne das es zu Abdichtungsproblemen zwischen dem Ring 7 des
Faltenbalges und dem Elektromagnetring 8 am unteren Schutzgehäuse 10 kommt.
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2 zeigt
die beiden Segmente der Immissionsschutzvorrichtung im geschlossenen
Zustand. Der Faltenbalg 4 besteht aus einem flexiblen,
transparenten Kunststoff. Der obere Ring 5 des Faltenbalges
wird von einem Elektroringmagnet 6 gehalten, der an der
Unterseite des Frässpindelkastens
die Frässpindel 2 umschließt. Der
staubdichte Verschluss der beiden Segmente der Immissionsschutzvorrichtung
erfolgt über
den Ring 7 aus Stahlblech am unteren Rand des Faltenbalges
und einen ringförmigen
Elektromagneten 8, der im oberen Randbereich des unteren
Schutzgehäuses 10 angeordnet ist.
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Das untere Schutzgehäuse 10 ist über eine nicht
näher dargestellte
Schnellspanneinrichtung mit der Werkstückaufnahme 11 verbindbar.
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3 zeigt
in einer schematisierten Darstellung die Immissionsschutzvorrichtung
mit den beiden, voneinander getrennten Segmenten. Die dargestellte
Position von Fräswerkzeug
und Werkstück dient
dem manuellen Werkzeug bzw. Werkstückwechsel. Der federelastische
Faltenbalg gibt in dieser Position das Fräswerkzeug frei. Der Wechsel
des Werkstückes
kann manuell oder mittels Manipulator erfolgen.
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4 zeigt
in einer Frontansicht den Frässpindelkasten 3 mit
Frässpindel 2 und
Fräswerkzeug 1 in
einer oberen Position, die einen automatischen Werkzeug-wechsel
ermöglicht.
Vor dem axialen Hochfahren der Frässpindel 2 (in z-Richtung)
wurde durch Abschalten des Elektroringmagnetes 6 die Verbindung
mit dem oberen Ring 5 aus Stahlblech des Faltenbalges 4 gelöst. Die
beiden Segmente der Immissionsschutzvorrichtung sind in dieser Position über die
kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem unteren Ring 7 aus Stahlblech des
Faltenbalges 4 und den Magnetring 8 des unteren
Schutzgehäuses 10 verbunden.
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Die Größe des Verfahrweges der Werkzeugmaschine
in x-y-z-Richtung ist durch die Baugröße der Immisionsschutzvorrichtung
und deren elastischer Verformbarkeit vorgegeben. Beim Beginn eines
Bearbeitungsprogrammes wird eine Vorpositionierung/Nullung in x-
und y-Richtung vorgenommen. Anschließend erfolgt die Zustellung
in z-Richtung, bis die Magnethaftflächen des oberen und unteren
Segmentes sich berühren.
Bei der Annäherung
der Magnete und Haftringe wird die Absaugeinrichtung aktiviert und
durch den sich bildenden Unterdruck der Andockvorgang zwischen den
Kontaktflächen
beider Segmente unterstützt.
Nach dem Andocken kann unmittelbar mit der Fräsbearbeitung begonnen werden.
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Für
einen automatisierten Werkzeugwechsel wird die Magnetspannung zwischen
dem Elektroringmagnet 6 und dem oberen Ring 5 am
Faltenbalg gelöst.
Nachfolgend kann die Frässpindel 6 mit
Fräswerkzeug 1 gegenüber dem
Maschinentisch 13 vertikal verfahren werden.
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Bei einer unkontrollierten Verfahrbewegung in
z-Richtung über
den maximalen Federweg des elastischen Faltenbalges 4 hinaus
erfolgt aus Sicherheitsgründen
eine selbständige
Trennung von Faltenbalg 4 und Elektromagnet 6.
Dies wird bewirkt durch eine entsprechende Dimensionierung der Haltekraft
des verwendeten Permanent- oder Elektromagneten.
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Die Absaugung der bei der Fräsverarbeitung entstehenden
Stäube
erfolgt über
den in den 1 bis 4 dargestellten Anschluss 12 durch
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Absaugeinrichtung.
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Durch die kompakte, an die Geometrie
und Größe von Werkzeug
und Werkstück
angepasste Bauform der beiden Segmente der Immissionsschutzeinrichtung
bedarf es nur einer vergleichsweisen geringen Saugleistung, um mit
der notwendigen Zuverlässigkeit
eine vollständige
Absaugung der beim Spanen entstehenden graphithaltigen Stäube zu realisieren.
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- 1
- Fräswerkzeug
- 2
- Frässpindel
- 3
- Frässpindelkasten
- 4
- Faltenbalg
- 5
- Ring
(Stahlblech)
- 6
- Elektroringmagnet
- 7
- Ring
(Stahlblech)
- 8
- Magnetring
- 9
- Werkstück
- 10
- Unseres
Schutzgehäuse
- 11
- Werkstücksaufnahme
- 12
- Anschluss
für Staubsaugung
- 13
- Maschinentisch
- 14
- Aufnahme
für Werkstückshalter