DE202013006765U1

DE202013006765U1 - Einrichtung zum Temperieren

Info

Publication number: DE202013006765U1
Application number: DE201320006765
Authority: DE
Original assignee: Innovative Fertigungstechnologie (ift) GmbH; Innovative Fertigungstechnologie Ift GmbH
Current assignee: Innovative Fertigungstechnologie (ift) GmbH; Innovative Fertigungstechnologie Ift GmbH
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2023-07-27

Abstract

Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles einer Werkzeugmaschine, wie eines Maschinenständers einer Fräsmaschine, bestehend aus einer in einem Arbeitsraum angeordneten Werkzeugmaschine mit einer Temperierungseinrichtung für Werkstücke und mit an unterschiedlichen Standorten platzierten Temperatursensoren, die Messsignale an eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung abgeben, wobei die Abluft von einer Reinigungsvorrichtung und einem Wärmetauscher gereinigt und temperaturgesteuert zurück geführt wird oder aus einem die Werkzeugmaschine umgebenden Behältnis aus wärmeisolierenden Platten mit einer Luftzuführungsvorrichtung, die durch Leitungen von Sensoren gesteuerte, temperierte Luft unterschiedlichen Bauteilen der Werkzeugmaschine zuführt oder aus einem im Maschinengestell angeordneten Kühlkreis mit einem zirkulierenden flüssigen Wärmeträger, dessen Temperatur von einer Temperatureinstellungs-Einheit und einer mit Signalen eines Bezugstemperatur-Sensors versorgten Temperatursteuerungs-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche oder auf ein oder mehreren Teilflächen des Bauteiles (1) eine Temperierschale (2), die aus einer Mineralguss-Dichtschicht (6), einer offenporigen Mineralguss-Schicht (5) und einer weiteren Mineralguss-Dichtschicht (6) besteht, wobei in der Mineralguss-Schicht 5 ein Zulauf (3) und ein Ablauf (4) zum Durchfluss eines Wärmeübertragungsmediums angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles einer Werkzeugmaschine, wie eines Maschinenständers einer Fräsmaschine.
Bekannt ist es, dass Werkzeugmaschinen durch auftretende Temperaturschwankungen an Bauteilen der Werkzeugmaschine oder durch unterschiedliche Umgebungstemperaturen vor Ort zu unregelmäßigen Erwärmungen der Werkzeugmaschine, insbesondere des Maschinenständers führen. Damit kommt es zu thermischen Verformungen, die die Genauigkeit der spanenden Bearbeitung von Werkstücken negativ beeinflussen. In DE 10 2004 003 227 B4 ist beispielsweise ein Verfahren zum Temperieren des Arbeitsraums einer Bearbeitungsmaschine oder Werkzeugmaschine dargestellt. Kennzeichnend ist hier, dass die Werkzeugmaschine direkt in einem Arbeitsraum angeordnet ist, die Abluft vom Arbeitsraum mittels einer Pumpe abgeführt und durch eine Reinigungsvorrichtung mit mehreren Filterstufen gereinigt wird sowie durch eine sogenannte Führung die gereinigte Abluft von einem Wärmetauscher temperaturgesteuert durch Eingänge von oben nach unten (bezogen auf die Schwerkraftrichtung) an den Wänden des Arbeitsraums geführt wird. Dadurch kann sich an den Wänden ein Gaspolster ausbilden und der Verschmutzungsgrad verringert werden. Weiterhin ist eine Temperierungseinrichtung vorgesehen, in der Werkstücke temperierbar sind und über eine Transportstrecke dem Arbeitsraum zugeführt werden. Die Temperatur des Arbeitsraumes ist durch eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung steuerbar und/oder regelbar. Hierzu sind Temperatursensoren an unterschiedlichen Standorten positioniert angeordnet. So wird von einem Temperatursensor die Umgebungstemperatur an der Werkzeugmaschine im Arbeitsraum gemessen. Andere Temperatursensoren messen vor und nach dem Wärmetauscher die Temperatur der Rückluft und in der Temperierungseinrichtung wird die Temperatur der Werkstücke vor der Bearbeitung gemessen, wobei ständig entsprechende Messsignale an die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung abgegeben werden. Die Temperatursensoren sind alternativ geschaltet, d. h., dass die jeweils gemessene Temperatur als Regelgröße verarbeitet wird. Damit soll erreicht werden, dass unabhängig von der Tages- und Jahreszeit die Temperatur im Arbeitsraum weitgehend konstant ist, um eine hohe Maßhaltigkeit der bearbeiteten Werkstücke zu erreichen. Nachteilig sind aber der hohe bauliche und technische Aufwand für den Arbeitsraum der Werkzeugmaschine und für die technischen Einrichtungen/Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Bekannt ist weiterhin durch EP 1 405 695 B1 eine Klimatisierungseinrichtung für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für eine Werkzeugmaschine, die die Werkzeugmaschine oder Teile der Maschine einem gezielten Klimatisierungsvorgang aussetzt. Erreicht wird dies, in dem die Werkzeugmaschine am Aufstellungsort vollständig mit wärmeisolierenden Platten in Form eines umschließenden Behältnisses versehen ist. Das Behältnis weist eine Öffnung auf, die durch einen Faltenbalg dicht abgeschlossen ist und die verschiebbaren, den Faltenbalg durchdringenden und vom Behälter abstehenden Bauteile der Werkzeugmaschine haben in ihrem Inneren ein Klimatisierungsfluid aufnehmende Kanäle. Durch eine Luftzuführungsvorrichtung mit mehreren Leitungen wird temperierte Luft oder ein anderes Gas für die Klimatisierung über eine im Behältnis angeordnete Kammer an unterschiedliche Bauteile der Maschine gesteuert zugeführt. Dazu sind innerhalb des Behältnisses an unterschiedlichen Stellen zur Messung der Innentemperatur Sensoren vorgesehen. Die Sensoren sind mit der Einrichtung zur numerischen Steuerung der Maschine wirkverbunden, und die Vorgänge öffnen/schließen werden über Signale der numerischen Werkzeugmaschinensteuerung ausgeführt. Damit soll es möglich sein, sowohl den Maschinenständer als auch gezielt Bauteile der Werkzeugmaschine auf einer konstanten Temperatur zu halten. Die in EP 1 405 695 B1 dargestellte Klimatisierungseinrichtung hat ebenfalls den Nachteil, dass der bauliche und technische Aufwand hoch sind. In DE 11 2008 003 327 T5 ist eine Temperatursteuerung für Werkzeugmaschinen dargestellt, die einen im Werkzeugmaschinengestell liegenden, nicht dargestellten Kühlkreis aufweist. Im Kühlkreis zirkuliert ein flüssiger Wärmeträger, dessen Temperatur von einer Temperatureinstellungs-Einheit und einer Temperatursteuerungs-Einheit, die ständig Signale von einem im Werkzeugmaschinengestell angeordneten Bezugstemperatur-Sensor verarbeitet, gesteuert wird. Dadurch sollen Verformungen des Werkzeugmaschinengestells verhindert werden. Hierzu hat die Temperatursteuerung ein bidirektionales Kommunikation-Interface zur Aufnahme von Instruktionsdaten von der Werkzeugmaschine und zum Senden von Antwortdaten entsprechend den Instruktionsdaten sowie eine Verarbeitungseinheit für die Kommunikationsdaten, die den Inhalt der Instruktionsdaten analysiert, Antwortdaten entsprechend den Instruktionsdaten bildet und die Antwortdaten über das bidirektionale Kommunikations-Interface versendet. Nachteilig ist aber, dass der technologische Aufwand zur Realisierung des Kühlkreises im Werkzeugmaschinengestell hoch ist.
Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, eine Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles einer Werkzeugmaschine, wie eines Maschinenständers einer Fräsmaschine vorzuschlagen, die einfach aufgebaut ist und mit einem geringen baulichen, technischen und technologischen Aufwand herstellbar ist. Die Lösung des Problems besteht in einer Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Schutzansprüche. Die neue Einrichtung zum Temperieren ist vorteilhafterweise in kurzer Zeit kostengünstig herzustellen und auch an bereits aufgestellten Werkzeugmaschinen problemlos anzubringen.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in:
1: eine Einrichtung zum Temperieren eines Maschinenständers einer Fräsmaschine in der Seitenansicht im Teilschnitt und
2: die Einrichtung im Schnitt A-A von 1
In 1 ist eine Einrichtung zum Temperieren eines Maschinenständers einer Fräsmaschine in der Seitenansicht im Teilschnitt dargestellt. Sie zeigt, dass auf einer Teilfläche der Oberfläche des Maschinenständers 1 eine Temperierschale 2 mit einem Zulauf 3 und einem Ablauf 4 zum Durchfluss von Wasser als Wärmeübertragungsmedium angeordnet ist.
2 zeigt die Einrichtung im Schnitt A-A von 1, Erkennbar ist, dass die an Teilen der Oberfläche des Maschinenständers 1 angeordnete Temperierschale 2 aus einer Mineralguss-Dichtschicht 6, einer offenporigen Mineralguss-Schicht 5 und einer weiteren Mineralguss-Dichtschicht 6 besteht. Die offenporige Mineralguss 5 besteht aus 95% Quarzkies der Körnung von 5 mm und 5% Epoxidharz. Die Dicke dieser Mineralguss-Schicht 5 beträgt 15 mm. Die beiden Mineralguss-Dichtschichten 6 bestehen aus 30% Quarzmehl der Körnung 0,08 mm, 50% Quarzsand der Körnung 0,8 mm und 20% Epoxidharz und sind 3 mm dick. In der der Teilfläche des Maschinenständers 1 anliegenden Mineralguss-Dichtschicht 6 sind drei Temperatursensoren 7 (im Schnitt A-A ist lediglich die Lage eines Temperatursensors 7 erkennbar) angeordnet, die regelmäßig Signale zu Temperaturmesswerten im Maschinenständer 1 an eine nicht dargestellte Steuerungseinheit abgeben. Die Steuerungseinheit verarbeitet diese Signale und steuert über den Zulauf 3 und Ablauf 4 den Durchfluss des Wärmeübertragungsmediums Wasser in der offenporigen Mineralguss-Schicht 5. Zur Herstellung der Einrichtung wird zunächst die zu temperierende Teilfläche der Oberfläche des Maschinenständers 1 bestimmt. Auf diese Teilfläche wird dann mittels Spezialwerkzeugen die Mineralguss-Dichtschicht 6 aufgetragen und die drei Temperatursensoren 7 in die Mineralguss-Dichtschicht 6 eingedrückt. Nach dem Aushärten des Mineralgusses ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Maschinenständer 1 und der Mineralguss-Dichtschicht 6 entstanden. Jetzt können entsprechende Formelemente aus Holz an die Teilfläche positioniert angeordnet und befestigt werden. Der Zulauf 3 und der Ablauf 4 werden als Einlegeteile in die Holzform gelegt, so dass danach die Form mit dem offenporigen Mineralguss 5 vergossen werden kann. Nach Beendigung des Aushärteprozesses wird die Form entfernt und die zweite Mineralguss-Dichtschicht 6 wird mit den Spezialwerkzeugen auf die offenporige Mineralguss-Schicht 5 aufgetragen. Die Einrichtung ist in ca. 24 Stunden herstellbar. Eine separate, nicht dargestellte Steuerungseinheit empfängt fortlaufend Signale zu Temperaturmesswerten im Maschinenständer 1, verarbeitet diese und steuert bei Bedarf zur Korrektur der Temperatur des Maschinenständers 1 eine Pumpe, die dann Wasser durch den Zulauf 3 in die Mineralguss-Schicht 5 drückt. Vom Ablauf 4 wird das Wasser einem Wärmetauscher zugeleitet. Damit wird erreicht, dass die Temperaturen im Maschinenständer 1 weitestgehend konstant gehalten werden und thermische Verformungen bei der spanenden Bearbeitung der Werkstücke minimiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenständer
2: Temperierschale
3: Zulauf
4: Ablauf
5: Mineralguss-Schicht, offenporig
6: Mineralguss-Dichtschicht
7: Temperatursensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004003227 B4 [0002]
EP 1405695 B1 [0002, 0002]
DE 112008003327 T5 [0002]

Claims

Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles einer Werkzeugmaschine, wie eines Maschinenständers einer Fräsmaschine, bestehend aus einer in einem Arbeitsraum angeordneten Werkzeugmaschine mit einer Temperierungseinrichtung für Werkstücke und mit an unterschiedlichen Standorten platzierten Temperatursensoren, die Messsignale an eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung abgeben, wobei die Abluft von einer Reinigungsvorrichtung und einem Wärmetauscher gereinigt und temperaturgesteuert zurück geführt wird oder aus einem die Werkzeugmaschine umgebenden Behältnis aus wärmeisolierenden Platten mit einer Luftzuführungsvorrichtung, die durch Leitungen von Sensoren gesteuerte, temperierte Luft unterschiedlichen Bauteilen der Werkzeugmaschine zuführt oder aus einem im Maschinengestell angeordneten Kühlkreis mit einem zirkulierenden flüssigen Wärmeträger, dessen Temperatur von einer Temperatureinstellungs-Einheit und einer mit Signalen eines Bezugstemperatur-Sensors versorgten Temperatursteuerungs-Einheit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche oder auf ein oder mehreren Teilflächen des Bauteiles (1) eine Temperierschale (2), die aus einer Mineralguss-Dichtschicht (6), einer offenporigen Mineralguss-Schicht (5) und einer weiteren Mineralguss-Dichtschicht (6) besteht, wobei in der Mineralguss-Schicht 5 ein Zulauf (3) und ein Ablauf (4) zum Durchfluss eines Wärmeübertragungsmediums angeordnet sind.
Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige Mineralguss-Schicht (5) aus 95% Quarzkies der Körnung 3 bis 5 mm und 5% Epoxidharz besteht und bis zu 20 mm dick ist.
Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralguss-Dichtschichten (6) aus 30 bis 50% Quarzmehl der Körnung 0,01–0,1 mm, 10 bis 50% Quarzsand der Körnung 0,5–1 mm, und 20 bis 40% Epoxidharz bestehen und bis zu 3 mm dick sind.
Einrichtung zum Temperieren eines großen Bauteiles nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der am Bauteil (1) angrenzenden Mineralguss-Dichtschicht (6) ein oder mehrere Temperatursensoren (7) angeordnet sind, die regelmäßig Signale zu Temperaturmesswerten im Bauteil 1 an eine Steuerungseinheit abgeben.