DE202006008693U1

DE202006008693U1 - Meßeinheit zur Messung eines Volumenstromes, insbesondere eines Kühlschmierstoff-Späne-Luft-Gemisches einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE202006008693U1
Application number: DE200620008693
Authority: DE
Original assignee: Handte, Jakob
Current assignee: HANDTE, JAKOB, DE; MEYER, INGO, DE; RERUCHA, RAIMUND, DE
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-05-25

Abstract

Meßeinheit zur Messung eines Volumenstromes, insbesondere eines Kühlschmierstoff-Späne-Luft-Gemisches einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit mindestens einen im Strömungsweg des Fluidstromes (4) liegenden Strömungskörper (7) aufweist, der sich in Strömungsrichtung verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinheit zur Messung eines Volumenstromes, insbesondere eines Kühlschmierstoff-Späne-Luft-Gemisches einer Werkzeugmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Werkzeugmaschinen sind in der Regel in gehäuseartigen Umkleidungen untergebracht. Bei der Bearbeitung von Werkstücken auf der Maschine werden Kühlschmierstoffe eingesetzt, die über eine Absaugleitung aus dem Innenraum der Umkleidung abgesaugt werden. Dies ist notwendig, weil bei nicht wassermischbaren Kühlschmierstoffen die Gefahr besteht, daß sie sich, insbesondere in Verbindung mit den bei der Bearbeitung der Werkstücke anfallenden Spänen, entzünden. Es ist sogar möglich, daß in der Umkleidung eine Explosion stattfindet. Aus diesem Grunde wird der Volumenstrom in der Absaugleitung durch Strömungssensoren überwacht. Sie sind allerdings sehr teuer und benötigen eine lange Einlaufrohrleitung, um ein gleichmäßiges Strömungsprofil zu erhalten.
Zur Strömungsmessung sind auch Meßdüsen oder Meßblenden bekannt, die nach dem Bernoulli-Prinzip arbeiten. Nachteilig ist allerdings der hohe Druckverlust. Auch könnte das Kühlschmierstofföl beim Einbau in einer waagerechten Rohrleitung nicht zurücklaufen. Befindet sich die Meßdüse oder Meßblende in einem senkrechten Teil der Absaugleitung, dann könnten die Kühlschmierstoffe ebenfalls nicht zurücklaufen, da im engsten Querschnitt der Meßdüse bzw. Meßblende die Geschwindigkeit zu hoch ist. Sie würde dazu führen, daß der Kühlschmierstoff in den Luftstrom zurückfließt und zerstäubt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Meßeinheit so auszubilden, daß die Messung des Volumenstromes bei einfacher und konstruktiver Ausbildung zuverlässig möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Meßeinheit erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Meßeinheit ist der im Strömungsweg des Volumenstromes liegende Strömungskörper vorgesehen, mit dem bei kurzer Einlaufstrecke eine optimale Messung des Volumenstromes gewährleistet ist. Dabei kann die Meßeinheit kostengünstig und einfach hergestellt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Meßeinheit, mit der ein Volumenstrom gemessen werden kann. Die Meßeinheit hat ein Gehäuse 1, das an beiden Stirnseiten 2, 3 offen ist. Über die Stirnseite 2 strömt in Pfeilrichtung 4 ein Medium in das Gehäuse 1 und verläßt es an der gegenüberliegenden Gehäusestirnseite 3. Das Gehäuse 1 hat vorteilhaft kreisförmigen Innenquerschnitt, so daß sich für das durch das Gehäuse 1 strömende Medium günstige Strömungsverhältnisse ergeben. An beiden Stirnseiten 2, 3 des Gehäuses befindet sich ein Flansch 5, 6, mit dem das Gehäuse 1 in eine (nicht dargestellte) Rohrleitung eingesetzt werden kann.
Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Strömungskörper 7 vorgesehen, dessen Achse 8 mit der Achse des Gehäuses 1 zusammenfällt. Der Strömungskör per 7 hat einen Stirnteil 9, der beispielsweise kalottenförmig ausgebildet ist und eine im Axialschnitt gekrümmte Stirnseite 10 hat. Der Strömungskörper 7 verjüngt sich in Strömungsrichtung und weist am stromabwärts liegenden Flansch 6 seine kleinste Querschnittsfläche auf. Der Strömungskörper 7 hat in Seitenansicht bzw. im Axialschnitt etwa die Form eines Tragflügels eines Flugzeuges. Die Stirnseite 10 des Strömungskörpers liegt mit Abstand hinter dem eintrittsseitigen Gehäuseflansch 5. Dieser Abstand 11 beträgt etwa ein Sechstel bis ein Siebtel der Länge des Gehäuses 1 bzw. etwa einem Viertel bis einem Sechstel der in Strömungsrichtung gemessenen Länge des Strömungskörpers 7.
Der Strömungskörper 7 wird im Gehäuse 1 durch Flügel 12 gehalten, die mit ihrem inneren Rand 13 auf der Außenseite des Strömungskörpers 7 und mit ihrem äußeren Rand 14 an der Innenseite 15 des Gehäuses 1 befestigt sind. Die Flügel 12 sind stegförmig ausgebildet und bilden einen Diffusor.
Der Strömungskörper 7 hat über seine Länge vorteilhaft kreisförmigen Querschnitt. Vorteilhaft sind wenigstens drei Flügel vorgesehen, die jeweils im Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet sind. Es können auch mehr als drei Flügel 12 vorgesehen sein, die vorteilhaft in gleichmäßigen Abständen über den Umfang des Strömungskörpers 7 verteilt angeordnet sind. Die Flügel 12 erstrecken sich vom stromabwärts liegenden Gehäuseflansch 6 aus über mehr als die halbe Länge des Gehäuses 1 bzw. des Strömungskörpers 7. In dem Bereich, in dem die Flügel 12 mit ihrem inneren Rand 13 am Strömungskörper 7 befestigt sind, hat der Strömungskörper im Axialschnitt eine gerade Außenseite.
Der Medienstrom 4 gelangt im Bereich des Gehäuseflansches 5 in das Gehäuse 1. Hier steht der gesamte Innenquerschnitt des Gehäuses 1 als Strömungsquerschnitt für den Medienstrom 4 zur Verfügung. Im Strömungsbereich 16 zwischen dem Gehäuseflansch 5 und dem Strömungskörper 9 wird mittels wenigstens eines Temperatursensors 17 die Temperatur des Medienstromes 4 gemessen.
An das Gehäuse 1 ist ein Manometer 18 angeschlossen, mit dem der statische Druck im Bereich 16 sowie in einem Strömungsbereich 19 innerhalb des Gehäuses 1 gemessen werden kann.
Das einströmende Medium 4 gelangt vom Strömungsbereich 16 in den Strömungsbereich 19, in dem der Strömungsquerschnitt wegen des Strömungskörpers 7 verringert wird. Aufgrund der Querschnittsveränderung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu, während der Druck abnimmt. Die durch den Strömungskörper 7 bewirkte Geschwindigkeitserhöhung kann optimal zur meßtechnischen Auswertung des statischen Druckunterschiedes gemessen werden mit dem Vorteil, daß fast der gesamte erzeugte dynamische Druck beim Verzögern der Strömung in statischen Druck umgesetzt werden kann. Dadurch kann der Druckverlust sehr gering gehalten werden.
Die Meßeinheit wird vorteilhaft bei Werkzeugmaschinen eingesetzt, auf denen Werkzeuge insbesondere spanabhebend bearbeitet werden. Solche Werkzeugmaschinen sitzen in gehäuseartigen Umkleidungen. Bei der Bearbeitung der Werkstücke werden Kühlschmierstoffe in Form von Öl eingesetzt, die ständig abgesaugt werden, um eine Entzündung des Gemisches oder gar eine Explosion innerhalb der gehäuseartigen Umkleidung zu verhindern. Solche Brände bzw. Explosionen sind insbesondere dann zu befürchten, wenn Leichtmetalle, wie Aluminium, bearbeitet werden. Die bestehenden Leichtmetallspäne, die sich mit den Kühlschmierstoffen vermischen, können sich verhältnismäßig leicht entzünden. Dieses Kühlschmierstoff-Späne-Gemisch wird aus diesem Grund ständig abgesaugt. Zu diesem Zweck ist an die gehäuseartige Umkleidung ein Absaugrohr angeschlossen, über das dieses Gemisch zu einer Filteranlage abgesaugt wird. Die Meßeinheit wird in das Absaugrohr im Bereich zwischen der Umkleidung und der Filteranlage eingesetzt. Das Kühlschmierstoff-Späne-Gemisch bildet den Medienstrom 4, der durch die Meßeinheit strömt. Mit dem Temperatursensor 17 wird die Temperatur dieses Gemisches beim Eintritt in das Gehäuse 1 gemessen. Überschreitet die Temperatur einen zulässigen Wert, ist dies ein Hinweis darauf, daß sich das Gemisch bereits entzündet hat. Der Temperatursensor 17 ist vorteilhaft an eine Löschanlage angeschlossen, die in einem solchen Fall ein Signal erhält, mit dem die Löschanlage augenblicklich in Betrieb genommen wird. Gleichzeitig kann der Temperatursensor auch an die innerhalb der gehäuseartigen Umkleidung stehende Maschine angeschlossen sein, die im geschilderten Notfall ein entsprechendes Abschaltsignal erhält. In diesem Falle wird die Maschine abgeschaltet und gleichzeitig der Löschvorgang eingeleitet. Die Meßeinheit kann außerdem mit einer (nicht dargestellten) Klappe leitungsverbunden sein, die bei Auslösung des Löschvorganges das Absaugrohr verschließt, so daß der Medienstrom 4 nicht in die Filteranlage gelangen kann. Im Brandfalle wird somit das Absaugrohr geschlossen, so daß das Löschmittel nicht aus der Maschinenumkleidung gesaugt wird und die Sauerstoffzufuhr unterbunden wird. Dadurch ist gewährleistet, daß im Brandfall das Löschmittel den Brand innerhalb kürzester Zeit löschen kann.
Mit dem Manometer 18 wird der Druck in der Meßeinheit gemessen. Sobald der gemessene Druck einen vorgegebenen Mindestwert unterschreitet, wird eine Störmeldung erzeugt, die direkt an die Werkzeugmaschine innerhalb der gehäuseartigen Umkleidung oder beispielsweise auch an eine Steuerung außerhalb der Umkleidung abgegeben werden kann.
Die Meßeinheit kann mit wenigstens einem weiteren (nicht dargestellten) Sensor versehen sein, mit dem die Konzentration beispielsweise der Späne innerhalb des Gemisches gemessen werden kann. Überschreitet die Konzentration der Späne einen vorgegebenen Wert, dann kann beispielsweise die Bearbeitungsmaschine abgeschaltet werden, um eine Explosion des Gemisches innerhalb der Maschinenumkleidung zu verhindern. Mit dem Sensor kann auch die Konzentration des Kühlschmierstoffes oder beide Konzentrationen gemessen werden, um frühzeitig eine gefährliche, zu hohe Konzentration, die zu einer Explosion führen könnte, zu erfassen und entsprechend rechtzeitig die Bearbeitungsmaschine abzuschalten.
Für die Meßeinheit ist nur eine sehr kurze Einlaufstrecke erforderlich. So hat die Meßeinheit beispielsweise nur eine Länge von etwa 25 cm und eine Höhe von etwa 12 cm. Die Meßeinheit selbst kann in vertikal, schräg oder auch horizontal verlaufenden Absaugrohren eingesetzt werden. Der Strömungskörper 7 stellt sicher, daß innerhalb der Meßeinheit ein gleichmäßiges Strömungsprofil bei der kurzen Einlaufstrecke erzeugt wird, so daß eine sehr zuverlässige Messung gewährleistet ist. Die Meßeinheit benötigt nur geringen Einbauraum, so daß auch bei beengten Einbauverhältnissen eingesetzt werden kann.

Claims

Meßeinheit zur Messung eines Volumenstromes, insbesondere eines Kühlschmierstoff-Späne-Luft-Gemisches einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit mindestens einen im Strömungsweg des Fluidstromes (4) liegenden Strömungskörper (7) aufweist, der sich in Strömungsrichtung verjüngt.
Meßeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (7) koaxial in einem Gehäuse (1) angeordnet ist.
Meßeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (7) mit einem Abstand (11) hinter dem Eintrittsende (2} des Gehäuses (1) liegt.
Meßeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (11) etwa einem Sechstel bis einem Siebtel der Länge des Gehäuses (1) entspricht.
Meßeinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (11) etwa einem Viertel bis einem Sechstel der Länge des Strömungskörpers (7) entspricht.
Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungskörper (7) bis zum stromabwärts liegenden Ende (3) des Gehäuses (1) erstreckt.
Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit mit einem Diffusor (12) versehen ist.
Meßeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (12) Flügel aufweist, die sich vom Strömungskörper (7) bis zur Innenwand (15) des Gehäuses (1) erstrecken.
Meßeinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusorflügel (12) über den Umfang des Strömungskörpers (7) verteilt angeordnet sind.
Meßeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (7) im Bereich der Diffusorflügel (12) einen stetig sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckmesser (18) den statischen Druck des Volumenstromes (4) an wenigstens zwei Stellen in der Meßeinheit erfaßt.
Meßeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmesser (18) bei Messung eines unterhalb eines vorgegebenen minimalen Druckes liegenden Druckwert ein Signal erzeugt.
Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit wenigstens einen Temperatursensor (17) aufweist, der die Temperatur des Volumenstromes (4) erfaßt.
Meßeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (17) an eine Löschanlage angeschlossen ist.
Gehäuseartige Umkleidung einer Maschine, mit Seitenwänden und einer Decke und mit wenigstens einer Absaugleitung, über die aus dem Innenraum der Umkleidung ein Volumenstrom, insbesondere ein Kühlschmierstoff-Späne-Luft-Gemisch, abgesaugt wird und die an eine Filteranlage angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen dem Anschluß der Absaugleitung an die Umkleidung und der Filteranlage eine Meßeinheit angeordnet ist, die mindestens einen im Strömungsweg des Volumenstromes (4) liegenden Strömungskörper (7) aufweist, der sich in Strömungsrichtung des Volumenstromes verjüngt.
Umkleidung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit ein Gehäuse (1) aufweist, das an beiden Enden mit jeweils einem Anschlußflansch (5, 6) versehen ist.
Umkleidung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit mit mindestens einem Temperatursensor (17) versehen ist, der die Temperatur des Volumenstromes (4) erfaßt.
Umkleidung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (17) bei Überschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes im Volumenstrom (4) ein Signal erzeugt, mit dem eine Klappe in eine die Absaugleitung schließende Lage verstellt wird.