WO2008104341A1 - Verfahren zur bearbeitung von werkstücken mit stickstoffzufuhr - Google Patents

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WO2008104341A1
WO2008104341A1 PCT/EP2008/001448 EP2008001448W WO2008104341A1 WO 2008104341 A1 WO2008104341 A1 WO 2008104341A1 EP 2008001448 W EP2008001448 W EP 2008001448W WO 2008104341 A1 WO2008104341 A1 WO 2008104341A1
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compressed air
oxygen
low
processing
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Raimund Rerucha
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Raimund Rerucha
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B23Q11/1038—Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality
    • B23Q11/1046—Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality using a minimal quantity of lubricant
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to a method for machining workpieces according to the preamble of claim 1.
  • the metal cutting machining takes place for example by means of a minimum quantity lubrication, in which a very small amount of lubricant is supplied together with compressed air to the machining area on the workpiece under pressure.
  • the lubricant is decomposed into more or less fine droplets, which reach the processing area as an aerosol.
  • Suitable lubricants for minimal quantity lubrication are advantageously synthetic ester oils and fatty alcohols.
  • As lubricants but also substances based on mineral oil can be used.
  • the very small aerosol parts result in a large surface, which in the case of an explosion or deflagration lead to a very rapid ignition of the lubricant / air / oxygen mixture.
  • the risk of deflagration or explosion is particularly great when working with light metals, especially magnesium. For this reason, very complex safety measures must be provided in order to bring the explosion or deflagration as quickly as possible to a halt in case of danger.
  • the invention has the object of providing the generic method in such a way that reliable and reliable workpiece machining is ensured in a simple and secure manner.
  • nitrogen or oxygen-poor compressed air is added to at least the processing region. guided.
  • Nitrogen is an inert gas that minimizes the risk of deflagration or even explosion during machining of a workpiece.
  • the oxygen content is reduced, thereby increasing the nitrogen content accordingly.
  • the proportion of nitrogen is so high that a protective effect is ensured.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a workpiece machining tool with an external lubricant supply
  • FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a tool machining a workpiece with an internal lubricant supply
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a device for the supply of nitrogen or oxygen-poor compressed air.
  • the tools 2 may have geometrically determined cutting edges and, for example, be milling, turning, drilling or reaming tools.
  • tools with geometrically indefinite cutting edge can be used, such as grinding, honing or lapping.
  • the tools 2, regardless of whether they have geometrically determined or indefinite cutting edges, can be used for different machining technologies.
  • the workpieces 1 can be processed with these tools 2 in a conventional manner with cooling lubricant, for example oils or emulsions. Since cooling lubricants make the machining process more expensive Depending on the workpieces or machining processes, technologies are also used in which the amount of cooling lubricant is reduced. Examples include dry machining with minimum quantity lubrication or minimum quantity lubrication.
  • the tools 2 can be used even if the workpieces 1 are processed by a pure dry machining (without any use of cooling lubricants).
  • the lubricating medium 4 is sprayed from outside onto the workpiece 1 or the tool 2 in the case of an external supply via one or more nozzles 5.
  • This external lubricant supply is particularly suitable for sawing, drilling, turning and grinding. Since the lubricating medium 4 is applied to the tool 2 and the workpiece 1 at a small distance from the actual processing point 3, the depth of drilling is limited during drilling, since adequate cooling or lubrication at the front end of the tool 2 is not sufficient for larger hole depths.
  • the lubricant can be supplied directly to the processing point 3.
  • the lubricant is therefore constantly available throughout the processing operation at the current processing point 3 to a sufficient extent.
  • This internal lubricant supply even large drilling depths can be easily achieved in dry machining with minimum quantity lubrication.
  • the tool 2 can be driven at high speeds, which may be more than about 10,000 rpm, for example.
  • the tool 2 has for the inner coolant supply to an axial bore 6, which merges near the free end of the tool 2 in obliquely outwardly extending channels 7. From them emerges the lubricating medium the tool 2 to the outside and meets directly to the machining point 3.
  • the bore 6 is connected to a bore in the tool-receiving machine spindle, via which the cooling / lubricant supply takes place in a known manner.
  • pure nitrogen is used instead of cooling / lubricant. Since nitrogen is an inert gas, the risk of deflagration or even explosion is avoided especially in the light metal processing.
  • Workpiece processing machines such as machining centers, are located in a machine cover that is closed during machining of workpieces on the machine.
  • machining centers are located in a machine cover that is closed during machining of workpieces on the machine.
  • magnesium occurs when using the conventional aerosol / air / compressed air mixture in the minimum quantity lubrication, the risk of deflagration or even an explosion.
  • nitrogen this danger is eliminated, but at least considerably reduced.
  • the working space is rendered inert within the machine changeover, so that the risk of fire or explosion is considerably reduced, especially in the processing of light metals.
  • the supply of nitrogen will not be shut off, but will be continued, so that as much nitrogen as possible is led into the working space.
  • the high nitrogen content supports the extinguishing process in the working area of the machine casing, so that the fire or the explosion can be controlled reliably within the shortest possible time.
  • the nitrogen can penetrate within the machine casing into areas that are otherwise not freely accessible, such as niches, non-ventilated corners, and the like. These areas are thus also filled with nitrogen and thus rendered inert. In this way, the safety in the operation of the processing machine in the machine cover is enormously increased.
  • Nitrogen is dry in contrast to compressed air, so that little moisture is transported into the working space of the machine or into the machine cover.
  • the advantages described are particularly useful when the nitrogen is used alone.
  • the device for supplying the nitrogen to the effective range or to the processing point is structurally simple design.
  • explosion suppression measures can be dispensed with, in particular in the area of minimum aluminum lubrication. Also in the filter area can be dispensed with explosion suppression measures, since in this area the same atmosphere as in the workpiece processing machine prevails.
  • the nitrogen described can also be used to introduce the lubricant via the bore 6 of the tool 2 (Fig. 2) under pressure to the processing station 3.
  • the compressed air used in the conventional feeding methods is replaced by pressurized nitrogen. In this way, an atmosphere is created at the processing station 3, which contains no oxygen.
  • the nitrogen can be brought to the processing point 3 in the described embodiments, both in gaseous form and in liquid form.
  • the use of the liquid nitrogen also has the advantage that the tool 2 and / or the workpiece 1 are cooled.
  • the oxygen is removed, whereby the proportion of nitrogen is increased relative to the compressed air.
  • the compressed air can be made available via a compressor.
  • the compressed air can also be taken from compressed air supply lines, which are usually available at the operators of the workpiece processing machines.
  • the compressed air is passed through devices known per se, with which the oxygen content in the compressed air can be reduced. Such devices are known as so-called mole membranes.
  • mole membranes When passing the compressed air through the molar membrane is the oxygen content of the air is reduced to the proportion required by the process.
  • the oxygen content in the compressed air can be reduced from about 20% by volume to, for example, only about 5% by volume. In this way, a low-oxygen compressed air, the percentage of nitrogen is correspondingly high.
  • the effect of this oxygen-poor compressed air essentially corresponds to the effect when using pure nitrogen.
  • the oxygen-poor compressed air can be brought as the sole medium to the processing point 3.
  • the low-oxygen compressed air can also be used to supply the lubricant to the processing station 3.
  • the exhaust air which still contains chips and the like in addition to the nitrogen or the oxygen-poor compressed air, is sucked off and cleaned of the dirt particles. It is advantageous, at least partially, to return the cleaned exhaust air, taking into account the purity and / or the temperature, back into the processing space.
  • This has the advantage that the required lubricant content is reduced and that, on the other hand, the processing space is strongly flowed through. In particular, by the stronger flow through the processing space and areas such as the chip conveyor or other aggregates, can be acted upon by the nitrogen and the oxygen-poor compressed air, so that an optimal protection is guaranteed in this area.
  • the volume flow can also be controlled depending on the processing cycle in the processing room to keep the required amount of nitrogen or low-oxygen compressed air as small as possible. For example, it is possible to flow only half the volume flow through the processing space when the workpiece processing machine is in operation. If a workpiece / tool change takes place, the supply of the volume flow can be interrupted.
  • the full volume flow can be adjusted so that no dirt particles and the like can escape to the outside when the machine cover is opened and no oxygen-rich air can enter the machine cover from the outside.
  • nitrogen or low-oxygen or nitrogen-rich compressed air can also be used readily in laser systems on which, for example, laser cutting or laser welding work is carried out.
  • the laser system is optionally sealed so that the supplied nitrogen or the low-oxygen compressed air can fill their lubricating and / or protective function.
  • a roof can be placed in order to seal the system accordingly.
  • Fig. 3 shows an exemplary device with a compressor 8, is supplied with the compressed air via a line 9 of a device 10 in which the oxygen content of the compressed air is reduced and thus the proportion of nitrogen in the compressed air is relatively increased.
  • the low-oxygen or nitrogen-enriched compressed air is then supplied via at least one line 12 to a manifold 13 to which at least one discharge nozzle 15 is connected via at least one line 14. From it occurs, as has been exemplified with reference to FIG. 1, the nitrogen or the oxygen-poor compressed air.
  • the line 9 may also be connected directly to the compressed air supply lines within the installation room of the respective machine. If the nitrogen or the oxygen-poor compressed air according to FIG. 2 is to be fed directly to the processing station via the tool 2, then the line 14 is connected to the supply line leading into the machine spindle.
  • control cabinets are often arranged immediately adjacent to the machine cover outside the processing room. It makes sense to apply such cabinets directly to the gas in order to prevent the risk of ignition or even explosion, but at least significantly reduce.
  • pallet changing devices as are customary, for example, in machining centers.
  • Such pallet changing devices have a pallet table with at least two clamping places for the pallets. While a workpiece, which is located on one pallet, is processed within the working space of the machining center, a new workpiece is clamped on the other pallet, which is located outside of the work space or the machine cover, and the previously machined workpiece is removed and passed through replaced a still unprocessed workpiece.
  • the working space of the machining center of the nitrogen or the oxygen-reduced compressed air is introduced in the manner described and together with the costs incurred during processing chips aspirated.
  • the extracted medium is cleaned of the chips and the nitrogen or the oxygen-reduced compressed air for the most part returned to the working space, as has already been described above by way of example.
  • the remaining part of the cleaned exhaust air can be forwarded to the pallet exchange station outside the working area of the machining center. This results in a preconditioning of this pallet space with clamped workpiece. If the clamped, not yet machined workpiece is to be brought into the working space of the machining center, the working space must be opened.
  • the advantage is achieved that the proportion of nitrogen or oxygen-reduced compressed air, which still has to be introduced after replacement into the working space, is reduced by a corresponding amount. As a result, the consumption of nitrogen or oxygen-reduced compressed air is considerably reduced.

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Abstract

In modernen Werkzeugmaschinen erfolgt die spanende Metallbearbeitung zum Beispiel mit Minimalmengenschmierung. Hierbei wird eine sehr geringe Menge an Schmierstoff zusammen mit Druckluft dem Bearbeitungsbereich zugeführt. Damit in einfacher und sicherer Weise eine zuverlässige Bearbeitung der Werkstück (1) gewährleistet ist, wird während der Bearbeitung zumindest dem Bearbeitungsbereich (3) Stickstoff oder sauerstoffarme Druckluft zugeführt. Dadurch wird die Brand- oder Explosionsgefahr verringert. Das Verfahren wird insbesondere bei der spanenden Metallbearbeitung eingesetzt.

Description

Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In modernen Werkzeugmaschinen erfolgt die spanende Metallbearbeitung zum Beispiel mittels einer Minimalmengenschmierung, bei der eine sehr geringe Menge an Schmierstoff zusammen mit Pressluft dem Bearbeitungsbereich am Werkstück unter Druck zugeführt wird. Der Schmierstoff wird hierbei in mehr oder weniger feine Tröpfchen zerlegt, die als Aerosol an den Bearbeitungsbereich gelangen. Als Schmierstoff für die Minimalmengenschmierung kommen vorteilhaft synthetische Esteröle und Fettalkohole in Betracht. Als Schmierstoffe können aber auch Stoffe auf Mineralölbasis eingesetzt werden. Die sehr kleinen Aerosolteile ergeben eine große Oberfläche, die im Falle einer Explosion oder einer Verpuffung zu einer sehr raschen Durchzündung des Schmierstoff/Luft/Sauerstoffgemisches führen. Die Gefahr der Verpuffung bzw. der Explosion ist besonders bei der Bearbeitung von Leichtmetallen, insbesondere von Magnesium, besonders groß. Aus diesem Grunde müssen sehr aufwendige Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen werden, um im Gefahrenfalle die Explosion oder die Verpuffung so rasch wie möglich zum Stillstand zu bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, dass in einfacher und sicherer Weise eine zuverlässige Werkstückbearbeitung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird während der Bearbeitung zumindest dem Bearbeitungsbereich Stickstoff oder sauerstoffarme Druckluft zu- geführt. Stickstoff ist ein inertes Gas, durch das die Gefahr einer Verpuffung oder gar einer Explosion während der Bearbeitung eines Werkstückes gering ist. In der sauerstoffarmen Druckluft ist der Sauerstoffgehalt verringert und dadurch der Stickstoffgehalt entsprechend erhöht. Der Anteil an Stickstoff ist so hoch, dass eine Schutzwirkung gewährleistet ist. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sogar auf Explosionsschutzmaßnahmen verzichtet 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. Es zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein ein Werkstück bearbeitendes Werkzeug mit einer äußeren Schmierstoffzufuhr,
Fig. 2 in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 ein ein Werkstück bearbeitendes Werkzeug mit einer inneren Schmierstoffzufuhr,
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung für die Zuführung von Stickstoff bzw. sauerstoffarmer Druckluft.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken 1 mit Werkzeugen 2 wird Schmierstoff an die Bearbeitungsstelle herangeführt. Die Werkzeuge 2 können geometrisch bestimmte Schneiden haben und beispielsweise Fräs-, Dreh-, Bohroder Reibwerkzeuge sein. Für die Bearbeitung der Werkstücke 1 können aber auch Werkzeuge mit geometrisch unbestimmter Schneide eingesetzt werden, wie Schleif-, Hon- oder Läppwerkzeuge. Die Werkzeuge 2 können unabhängig davon, ob sie geometrisch bestimmte oder unbestimmte Schneiden aufweisen, für unterschiedliche Bearbeitungstechnologien eingesetzt werden. Die Werkstücke 1 können mit diesen Werkzeugen 2 in herkömmlicher Weise mit Kühlschmierstoff, zum Beispiel Öle oder Emulsionen, bearbeitet werden. Da Kühlschmierstoffe den Bearbeitungsprozess verteu- ern, werden je nach Werkstücken bzw. Bearbeitungsverfahren auch Technologien eingesetzt, bei denen die Menge an Kühlschmierstoff verringert ist. Beispiele hierfür sind etwa Trockenbearbeitungen mit Minimalmengen- schmierung oder Mindermengenschmierung. Darüber hinaus können die Werkzeuge 2 auch dann eingesetzt werden, wenn die Werkstücke 1 durch eine reine Trockenbearbeitung (ohne jeglichen Einsatz von Kühlschmierstoffen) bearbeitet werden.
Im Folgenden werden Bearbeitungsverfahren beispielhaft beschrieben, bei denen Schmiermedium von außen oder von innen direkt an die Bearbeitungsstelle 3 des Werkzeuges 2 am Werkstück 1 geleitet werden.
Wie Fig. 1 zeigt, wird das Schmiermedium 4 bei einer äußeren Zufuhr über eine oder mehrere Düsen 5 von außen auf das Werkstück 1 bzw. das Werkzeug 2 aufgesprüht. Diese äußere Schmierstoffzuführung ist besonders beim Sägen, Bohren, Drehen und Schleifen geeignet. Da das Schmiermedium 4 mit geringem Abstand von der tatsächlichen Bearbeitungsstelle 3 auf das Werkzeug 2 und das Werkstück 1 aufgebracht wird, ist beim Bohren die Lochtiefe beschränkt, da bei größeren Lochtiefen eine ausreichende Kühlung bzw. Schmierung am vorderen Ende des Werkzeuges 2 nicht ausreichend ist.
Bei der inneren Zuführung (Fig. 2) kann der Schmierstoff direkt der Bearbeitungsstelle 3 zugeführt werden. Der Schmierstoff steht darum während des gesamten Bearbeitungsvorganges an der augenblicklichen Bearbeitungsstelle 3 in ausreichendem Maße ständig zur Verfügung. Durch diese innere Schmiermittelzuführung können auch große Bohrtiefen problemlos bei der Trockenbearbeitung mit Minimalmengenschmierung erreicht werden. Das Werkzeug 2 kann mit hohen Drehzahlen angetrieben werden, die beispielsweise mehr als etwa 10.000 U/min betragen können.
Das Werkzeug 2 weist für die innere Kühlmittelzuführung eine axiale Bohrung 6 auf, die nahe dem freien Ende des Werkzeuges 2 in schräg nach außen verlaufende Kanäle 7 übergeht. Aus ihnen tritt das Schmiermedium aus dem Werkzeug 2 nach außen und trifft direkt auf die Bearbeitungsstelle 3. Die Bohrung 6 ist an eine Bohrung in der das Werkzeug aufnehmenden Maschinenspindel angeschlossen, über die in bekannter Weise die Kühl/Schmiermittelzuführung erfolgt.
Bei einer ersten Ausführungsform wird anstelle von Kühl/Schmiermittel reiner Stickstoff verwendet. Da Stickstoff ein inertes Gas ist, wird insbesondere bei der Leichtmetallbearbeitung die Gefahr einer Verpuffung oder gar einer Explosion vermieden. Werkstückbearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Bearbeitungszentren, befinden sich in einer Maschinenumkleidung, die während der Bearbeitung von Werkstücken auf der Maschine geschlossen ist. Vor allem bei der Bearbeitung von Leichtmetallen, insbesondere von Magnesium, tritt bei Verwendung des herkömmlichen Aerosol/Luft/Druckluftgemisches bei der Minimalmengenschmierung die Gefahr einer Verpuffung oder gar einer Explosion auf. Bei Verwendung von Stickstoff ist diese Gefahr ausgeschaltet, zumindest aber erheblich reduziert. Durch die Verwendung des Stickstoffes wird der Arbeitsraum innerhalb der Maschinenumkleidung inertisiert, so dass gerade bei der Bearbeitung von Leichtmetallen die Gefahr des Brandes oder der Explosion erheblich verringert ist. Sollte dennoch eine Verpuffung oder eine Explosion auftreten, dann wird die Zufuhr des Stickstoffes nicht abgestellt, sondern weitergeführt, damit so viel Stickstoff wie möglich in den Arbeitsraum geleitet wird. Der hohe Stickstoffanteil unterstützt den Löschprozess im Arbeitsraum der Maschinenumkleidung, so dass der Brand oder die Explosion innerhalb kürzester Zeit zuverlässig unter Kontrolle gebracht werden kann. Der Stickstoff kann innerhalb der Maschinenumkleidung in Bereiche vordringen, die sonst nicht frei zugänglich sind, wie zum Beispiel Nischen, nicht belüftete Ecken und dergleichen. Diese Bereiche werden somit ebenfalls mit Stickstoff gefüllt und damit inertisiert. Auf diese Weise wird die Sicherheit beim Betrieb der Bearbeitungsmaschine in der Maschinenumkleidung enorm erhöht.
Stickstoff ist im Gegensatz zu Pressluft trocken, so dass in den Arbeitsraum der Maschine oder in die Maschinenumkleidung nur wenig Feuchtigkeit transportiert wird. Die beschriebenen Vorteile kommen besonders dann zum Tragen, wenn der Stickstoff allein eingesetzt wird. Insbesondere in diesem Fall ist die Vorrichtung zur Zuführung des Stickstoffes zum Wirkbereich bzw. zur Bearbeitungsstelle konstruktiv einfach ausgebildet.
Aufgrund der Verwendung des Stickstoffes kann auf Explosions-Unter- drückungsmaßnahmen verzichtet werden, insbesondere im Bereich der Aluminium-Minimalmengenschmierung. Auch im Filterbereich kann auf Explosions-Unterdrückungsmaßnahmen verzichtet werden, da in diesem Bereich die gleiche Atmosphäre wie in der Werkstückbearbeitungsmaschine herrscht.
Der beschriebene Stickstoff kann auch dazu verwendet werden, um das Schmiermittel über die Bohrung 6 des Werkzeuges 2 (Fig. 2) unter Druck an die Bearbeitungsstelle 3 heranzuführen. In diesem Falle wird die bei den herkömmlichen Verfahren zur Zuführung verwendete Druckluft durch unter Druck stehenden Stickstoff ersetzt. Auf diese Weise wird an der Bearbeitungsstelle 3 eine Atmosphäre geschaffen, die keinen Sauerstoff enthält.
Der Stickstoff kann bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sowohl in Gasform als auch in flüssiger Form an die Bearbeitungsstelle 3 herangeführt werden. Der Einsatz des flüssigen Stickstoffes hat darüber hinaus auch den Vorteil, dass das Werkzeug 2 und/oder das Werkstück 1 gekühlt werden.
Bei einer anderen Ausführung wird mit Druckluft gearbeitet, der Sauerstoff entzogen wird, wodurch der Anteil an Stickstoff relativ in der Druckluft erhöht wird. Die Druckluft kann über einen Kompressor zur Verfügung gestellt werden. Die Druckluft kann aber auch Druckluftversorgungsleitungen entnommen werden, die bei den Betreibern der Werkstückbearbeitungsmaschinen in der Regel vorhanden sind. Die Druckluft wird durch an sich bekannte Einrichtungen geführt, mit denen der Sauerstoffgehalt in der Druckluft reduziert werden kann. Solche Einrichtungen sind als sogenannte Mol-Membranen bekannt. Beim Durchleiten der Druckluft durch die Mol-Membrane wird der Sauerstoffanteil der Luft auf den verfahrenstechnisch erforderlichen Anteil reduziert. So lässt sich beispielsweise der Sauerstoffanteil in der Druckluft von etwa 20 Vol.-% bis auf beispielsweise nur etwa 5 Vol.-% verringern. Auf diese Weise entsteht eine sauerstoffarme Druckluft, deren prozentualer Anteil an Stickstoff entsprechend hoch ist. Die Wirkung dieser sauerstoffarmen Druckluft entspricht im Wesentlichen der Wirkung bei Verwendung von reinem Stickstoff. Die sauerstoffarme Druckluft kann als alleiniges Medium an die Bearbeitungsstelle 3 herangeführt werden. Die sauerstoffarme Druckluft kann aber auch zur Zuführung des Schmiermediums an die Bearbeitungsstelle 3 herangezogen werden.
Die Abluft, die außer dem Stickstoff bzw. der sauerstoffarmen Druckluft noch Späne und dergleichen enthält, wird abgesaugt und von den Schmutzteilchen gereinigt. Vorteilhaft ist es, die gereinigte Abluft unter Berücksichtigung der Reinheit und/oder der Temperatur zumindest teilweise wieder in den Bearbeitungsraum zurückzuführen. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der benötigte Schmierstoffanteil verringert ist und dass zum anderen der Bearbeitungsraum stark durchströmt wird. Insbesondere durch die stärkere Durchströmung des Bearbeitungsraumes können auch Bereiche, wie der Späneförderer oder andere Aggregate, vom Stickstoff bzw. von der sauerstoffarmen Druckluft beaufschlagt werden, so dass auch in diesen Bereich ein optimaler Schutz gewährleistet ist.
Bei dieser Mehrfachnutzung der Abluft muss nur derjenige Anteil an Stickstoff oder sauerstoffarmer Druckluft zugeführt werden, der durch die Umluftführung verloren gegangen ist. Dieser Anteil ist aber gering, so dass auch die benötigte Stickstoffmenge bzw. sauerstoffarme Druckluftmenge klein gehalten werden kann.
Es besteht bei der Rückluftführung die Möglichkeit, die gereinigte Abluft vor der Rückführung in die Werkstückbearbeitungsmaschine im Hinblick auf die Temperatur zu konditionieren, beispielsweise zu kühlen, zu trocknen und dergleichen. Auf diese Weise ist es möglich, im Bearbeitungsraum die optimalen Schutz- und/oder Schmierbedingungen zu erreichen. Der Volumenstrom kann darüber hinaus in Abhängigkeit des Bearbeitungszyklus im Bearbeitungsraum gesteuert werden, um die benötigte Stickstoffmenge bzw. sauerstoffarme Druckluftmenge so klein wie möglich zu halten. So ist es beispielsweise möglich, nur den halben Volumenstrom durch den Bearbeitungsraum strömen zu lassen, wenn die Werkstückbearbeitungsmaschine in Betrieb ist. Findet ein Werkstück/Werkzeugwechsel statt, kann die Zuführung des Volumenstromes unterbrochen werden. Soll die Maschinen- umkleidung geöffnet werden, dann kann beispielsweise der volle Volumenstrom eingestellt werden, damit beim Öffnen der Maschinenumkleidung keine Schmutzteilchen und dergleichen nach außen gelangen und keine sauerstoffreiche Luft von außen in die Maschinenumkleidung eintreten kann. Die Verwendung von Stickstoff oder sauerstoffarmer bzw. stickstofferhöhter Druckluft kann auch bei Laseranlagen ohne weiteres eingesetzt werden, auf denen beispielsweise Laserschneid- oder Laserschweiß-Arbeiten durchgeführt werden. In solchen Fällen wird die Laseranlage gegebenenfalls so abgedichtet, dass der zugeführte Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft ihre Schmier- und/oder Schutzfunktion ausfüllen kann. Bei Flachbettmaschinen kann beispielsweise ein Dach aufgesetzt werden, um die Anlage entsprechend abzudichten.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung mit einem Kompressor 8, mit dem Druckluft über eine Leitung 9 einer Vorrichtung 10 zugeführt wird, in der der Sauerstoffanteil der Druckluft reduziert und damit der Stickstoffanteil in der Druckluft relativ erhöht wird. Die sauerstoffarme bzw. stickstoffangereicherte Druckluft wird dann über wenigstens eine Leitung 12 einem Verteiler 13 zugeführt, an den über wenigstens eine Leitung 14 wenigstens eine Austragdüse 15 angeschlossen ist. Aus ihr tritt, wie anhand von Fig. 1 beispielhaft erläutert worden ist, der Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft aus.
Anstelle des Kompressors 8 kann die Leitung 9 auch direkt an die Druckluftversorgungsleitungen innerhalb des Aufstellraums der jeweiligen Maschine angeschlossen sein. Soll der Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft entsprechend Fig. 2 über das Werkzeug 2 direkt der Bearbeitungsstelle zugeführt werden, dann ist die Leitung 14 an die in die Maschinenspindel führende Zuleitung angeschlossen.
Insbesondere innerhalb von Maschinenumkleidungen kann es von Vorteil sein, an kritischen Stellen zusätzliche Düsen vorzusehen, aus denen der Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft in den Bearbeitungsraum austritt. Es ist dadurch möglich, gezielt bestimmte Bereiche innerhalb der Ma- schinenumkleidung mit dem entsprechenden Gas zu beaufschlagen.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, den Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft der Maschinenumkleidung zugeordneten Bereichen zuzuführen. So sind häufig Schaltschränke unmittelbar neben der Maschinenumkleidung außerhalb des Bearbeitungsraums angeordnet. Es bietet sich an, solche Schaltschränke unmittelbar mit dem Gas zu beaufschlagen, um die Gefahr einer Entzündung oder gar einer Explosion zu verhindern, zumindest aber erheblich zu verringern.
Bestehende Einrichtungen können mit der beschriebenen Vorrichtung problemlos nachgerüstet werden.
Ein weiteres Einsatzfeld des beschriebenen Verfahrens ist zum Beispiel die Vorkonditionierung von Palettenwechseleinrichtungen, wie sie beispielsweise bei Bearbeitungszentren üblich sind. Solche Palettenwechseleinrichtungen haben einen Palettentisch mit wenigstens zwei Spannplätzen für die Paletten. Während ein Werkstück, das sich auf der einen Palette befindet, innerhalb des Arbeitsraums des Bearbeitungszentrums bearbeitet wird, wird auf der anderen Palette, die sich außerhalb des Arbeitsraums bzw. der Maschinenumkleidung befindet, ein neues Werkstück aufgespannt bzw. das zuvor bearbeitete Werkstück abgenommen und durch ein noch unbearbeitetes Werkstück ersetzt. In den Arbeitsraum des Bearbeitungszentrums wird in der beschriebenen Weise der Stickstoff bzw. die sauerstoffreduzierte Druckluft eingeführt und zusammen mit den bei der Bearbeitung anfallenden Späne abgesaugt. Das abgesaugte Medium wird von den Spänen gereinigt und der Stickstoff bzw. die sauerstoffreduzierte Druckluft zum größten Teil wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt, wie dies oben schon beispielhaft beschrieben worden ist. Der restliche Teil der gereinigten Abluft kann dem Paletten- wechselplatz außerhalb des Arbeitsraums des Bearbeitungszentrums zugeleitet werden. Dadurch erfolgt eine Vorkonditionierung dieses Palettenplatzes mit aufgespanntem Werkstück. Soll das aufgespannte, noch nicht bearbeitete Werkstück in den Arbeitsraum des Bearbeitungszentrums gebracht werden, muss der Arbeitsraum geöffnet werden. Infolge der Vorkonditionierung dieses Palettenplatzes mit unbearbeitetem Werkstück wird der Vorteil erreicht, dass der Anteil an Stickstoff bzw. sauerstoffreduzierter Druckluft, die nach dem Einwechseln in den Arbeitsraum noch eingeleitet werden muss, um ein entsprechendes Maß verringert wird. Dadurch ist der Verbrauch an Stickstoff bzw. sauerstoffreduzierter Druckluft erheblich verringert.
Der beschriebene Einsatz von Stickstoff (gasförmig oder flüssig) und sauerstoffreduzierter Druckluft ermöglicht nunmehr Verfahren, mit denen Werkstoffe bearbeitet werden können, die bislang aufgrund der großen Gefahr von Staubexplosionen, Verpuffungen und dergleichen nicht oder nur unter erheblichen sicherheitstechnischem Aufwand bearbeitet werden konnten. So ist es beispielsweise möglich, Werkstücke aus Magnesium absolut trocken zu bearbeiten oder auch Kunststoffe, bei denen gleiche Probleme auftreten.
Bei Bearbeitungsmaschinen mit Maschinenumkleidung ist es bekannt, an der Maschinenumkleidung Schnittstellen für die Zuführung von Druckluft vorzusehen, um an Messeinrichtungen innerhalb des Arbeitsraumes einen Überdruck zu erzielen, der dafür sorgt, dass diese Messeinrichtungen durch die im Arbeitsraum anfallenden Späne nicht verunreinigt werden. Diese Schnittstellen im Arbeitsraum können dazu genutzt werden, um sauerstoffreduzierte Druckluft in den Arbeitsraum einzuführen. In diesem Falle würden die Messeinrichtungen nicht mit Druckluft, sondern mit sauerstoffreduzierter Druckluft beaufschlagt werden. Diese so eingeführte sauerstoffreduzierte Druckluft unterstützt die Inertisierung des Arbeitsraumes.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung zumindest dem Bearbeitungsbereich Stickstoff oder sauerstoffarme Druckluft zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff Stickstoff-Flaschen entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffanteil in der Druckluft verringert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff bzw. die sauerstoffarme Druckluft als gereinigte Abluft zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Abluft vor der Rückführung konditioniert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff bzw. die sauerstoffarme Druckluft abhängig vom Bearbeitungszyklus volumenabhängig zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Stickstoffes bzw. der sauerstoffarmen Druckluft im Falle einer Verpuffung und/oder einer Explosion im Arbeitsbereich fortgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Stickstoffes bzw. der sauerstoffarmen Druckluft im Falle einer Verpuffung und/oder einer Explosion während einer Löschoperation aufrecht erhalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff bzw. die sauerstoffarme Druckluft von außen dem Bearbeitungsbereich (3) zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff bzw. die sauerstoffarme Druckluft intern über das Werkzeug (2) dem Bearbeitungsbereich (3) zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Stickstoff gasförmiger Stickstoff zugeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Stickstoff flüssiger Stickstoff zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff bzw. die sauerstoffarme Druckluft als Träger für Kühl/Schmiermittel eingesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff bzw. der sauerstoffarmen Druckluft wenigstens einer Schnittstelle im Arbeitsraum einer Bearbeitungseinheit entnommen wird.
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