WO2012119723A2 - Verfahren zur kühlmittelversorgung, schaltanordnung und werkzeugmaschine - Google Patents

Verfahren zur kühlmittelversorgung, schaltanordnung und werkzeugmaschine Download PDF

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WO2012119723A2
WO2012119723A2 PCT/EP2012/000895 EP2012000895W WO2012119723A2 WO 2012119723 A2 WO2012119723 A2 WO 2012119723A2 EP 2012000895 W EP2012000895 W EP 2012000895W WO 2012119723 A2 WO2012119723 A2 WO 2012119723A2
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Walter Mauch
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Walter Mauch
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying coolant from at least one cutting tool with a tool-related constant coolant quantity of a coolant.
  • the invention further relates to a switching arrangement for the coolant supply of at least one cutting tool with a tool-related constant coolant quantity of a coolant and a machine tool, in particular a cutting tool, with a coolant supply for at least one tool.
  • the state of the art is represented by the method of quantity-controlled coolant supply depicted in the patent DE 10 2006 052 604 B4, in which the quantity-controlled coolant supply is effected by means of flow control valves, wherein the operating state of the tool and the cutting process via the coolant pressure on the basis of stored and previously determined reference values is monitored.
  • the coolant as a process variable in the tool is becoming increasingly important for manufacturing optimization. It is of great importance for the cutting performance and tool life of the tools that the required amount of coolant with a corresponding purity is safely available throughout the entire machining process.
  • CONFIRMATION COPY The machining process itself can be made considerably more productive, the quality and the reject rate can be reduced. Furthermore, an increased availability of the tools and thus of the machine tools as well as a low reject rate of the workpieces allow further cost optimisations. Furthermore, a safe constant coolant quantity with defined medium purity improves the possibilities for carrying out special machining operations (deep hole drilling, reaming, honing, fine turning, etc.) and thus considerably expands the possible applications of standard machines.
  • coolant supplies are increasingly being used today in machine tools which operate with relatively high coolant pressures.
  • the advantage of high pressure coolant delivery is a greater amount of coolant over the tool. This leads to a reduced tool wear and improved heat and chip removal.
  • booster hydroaulically actuated piston pump
  • a volume-controlled cooling lubricant system which doses the coolant quantity via flow control functions to the respective tool and monitors the tool and the processes via the back pressure.
  • the tools are partially supplied via radial piston pumps, which are adjusted in their flow through electric servomotors, with a largely constant amount of coolant.
  • the present invention therefore has the task of improving a method for supplying coolant to cutting tools. This object is achieved by the subject matter of claim 1.
  • the circuit arrangement according to the invention is subject matter of claim 6 and the machine tool according to the invention is the subject of claim 13.
  • Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
  • the amount of coolant is usually conveyed by means of flow pumps (screw pumps, centrifugal pumps), constant displacement pumps (gear pumps) and control pumps (axial and radial piston pumps), driven by an electric motor, the tool.
  • flow pumps screw pumps, centrifugal pumps
  • constant displacement pumps gear pumps
  • control pumps axial and radial piston pumps
  • the invention makes it possible to operate these different pumps with speed-controlled electric drives speed-controlled or pressure-controlled for energy efficiency reasons.
  • the coolant is provided as a constant pressure supply.
  • the inventive method allows a safe volume-controlled coolant supply with coolant of defined purity in conjunction with a low power loss, which results from the described control principle.
  • the individual coolant flows are distributed via the division into equal partial flows with the same tools and tool-related partial flows with different tools.
  • the complete amount of coolant is preferably conveyed via the rotational speed of the pump as a constant amount and set the individual quantities per tool via the method for dividing into subsets. Furthermore, a circuit arrangement and a device for use of this method are to be specified on machine tools.
  • the coolant quantity is conveyed to the at least one tool independently of a coolant accumulation pressure. It may be provided, for example, that the coolant quantity and a coolant accumulation pressure are detected at the least one tool and the coolant quantity is kept constant by comparison with a reference value stored in an evaluation device.
  • the delivered quantities of coolant are compared and tracked by comparison with reference values stored in an evaluation device.
  • the coolant is conveyed via a filter medium upstream of the fixed displacement pump.
  • the filter medium can be designed as an absolute filter.
  • a pressure difference is determined as a pressure drop across the filter medium.
  • An increasing pressure difference may indicate an added filter medium that needs to be replaced.
  • the promotion of the cooling lubricant to achieve the defined purity via another constant-displacement pump, which is driven directly or in fixed coupling with the same speed-adjustable electric motor, as the first constant-displacement pump.
  • the coolant pressure is only limited fine and dynamic adjustable and adjustable. Due to the pumps themselves, the maximum pressure is limited as well as the smallest due to the functioning of such systems metered coolant quantity.
  • a coolant accumulation pressure is returned to the at least one tool for operating pressure setting behind the constant displacement pump.
  • This can be set up, for example, by recirculation via a pressure compensator.
  • the recirculated coolant accumulation pressure can trigger the pressure compensator.
  • the operating pressure behind the constant pump can be controlled via the pressure compensator.
  • the operating pressure at the constant pump is set to a pressure slightly above the coolant accumulation pressure at the at least one tool.
  • the operating pressure is adjusted by a pressure drop across a pressure compensator above the coolant pressure at the at least one tool lying pressure.
  • the coolant surge pressure which is established by the coolant quantity and the cutting process, is fed back to a pump fuse at the at least one tool as load pressure.
  • the pump protection can be realized by a pressure relief valve.
  • the amount of coolant is finely controlled via a flow control valve.
  • a flow control function in particular a flow control valve, as a quantity fine control respectively.
  • a more accurate flow control function than with the speed control of the constant pump alone is possible.
  • the multiple cutting tools are supplied with a tool-related constant amount of coolant coolant.
  • the amount of coolant from a common constant pump via flow divider tool related geometrically and / or hydraulically forcibly guided be divided.
  • the forced operation advantageously has the effect that, per unit of time, the same volume parts or parts by volume are conveyed in a fixed relationship to one another relative to the tools.
  • a plurality of cutting tools are supplied with a tool-related constant amount of coolant coolant, the maximum of the tools simultaneously applied to the coolant pressure accumulation back to the operating pressure setting is returned.
  • the return may be arranged via a cascade of shuttle valves.
  • An embodiment of the invention of independent significance may provide that when a new tool is put into operation, a flow rate measuring device learns the coolant quantity data of an optimal production process and / or the coolant charge pressures for the operating state of the tool and later makes parameters available in the process and / or that for the deposit of reference values in the evaluation process steps with self-learning elements are performed by a coolant quantity detection device the Quantity data of an optimal manufacturing process and the thus connected to the tool coolant accumulation pressures and / or the pressure, speed and / or coolant-dependent quantity data in the operating range of the fixed displacement pump learns.
  • the coolant quantity is recorded and stored via at least one tool when it is in the cutting process.
  • the actual flow rate of the constant pump is determined in dependence on the speed of the constant pump at multiple output pressures and provided for the speed control or speed control.
  • the advantage here is that a reduction in the Forder amalgam at high pressures, which is caused by squeezed back to the suction side squish, in the control loop is taken into account.
  • the quality of the control loop and the accuracy of the control can be further improved.
  • a speed range between 500 and 2000 revolutions per minute is passed through with the speed of the constant-displacement pump, and the actual delivery rate is established, which is set at an outlet-side coolant pressure of 20 bar and 1 50 bar. It is also possible to record further series of measurements for further output pressures. The measured values thus obtained are made available to the control loop for the constant-quantity control.
  • Coolant accumulation pressures when this tool is not in the cutting process, are detected and stored, and / or that the coolant quantity of the constant displacement pump is detected and stored over its operating range.
  • a reference curve or a reference surface for the coolant quantity and / or for the coolant accumulation pressure on the at least one tool and / or for flow rate differences and / or reference values for the coolant quantity and / or the coolant accumulation pressure and / or the delivery flow difference and / or or tolerance values are respectively assigned to the idling and / or the maximum pressure and / or the pressures before and after the filter medium and / or the pressure difference across the filter medium, an exceeding or falling below one or more of these tolerance values depending on the process step characterizing an error condition.
  • a method for coolant supply of cutting tools that the coolant is conveyed via a filter medium volume-controlled or volume-controlled via a speed-controlled or variable-speed volumetric fixed displacement pump and additionally via a flow control function for fine control and that in more than one tool the amount of coolant is divided tool-related geometric or hydraulic flow divider that the coolant accumulation pressures are returned via at least one tool for load pressure setting, that the coolant quantities are compared and tracked by a comparison with stored in an evaluation reference values and that with new tools an evaluation of a flow rate measurement Coolant data of an optimal manufacturing process and the Coolant accumulation pressure for the operating state of the tool learns and later in the process provides appropriate parameters.
  • a circuit arrangement of the type described above is provided according to the invention that a speed-controlled or variable-speed geometric fixed displacement pump is provided, which is connected to a control or regulating circuit for controlling or regulating the amount of coolant.
  • the constant displacement pump is connected to a frequency-controlled electric motor.
  • the advantage here is that thus the speed of the constant pump and thus the volume delivered per unit time is controllable.
  • Under a constant pump is generally understood a pump that promotes a defined volume per pumping cycle.
  • the or a control device for the fixed displacement pump so the control or control circuit has a flow sensor.
  • the subsidized amount can be provided as the actual signal of the control device.
  • the volume control can be provided that the or a control device for the fixed displacement pump, so the control or control circuit has a speed sensor.
  • the constant pump can be controlled.
  • the constant displacement pump is connected downstream of a flow control valve. It is advantageous if the or a flow control valve is connected upstream of a flow meter.
  • the flow control valve for example a throttle valve, and the downstream flow sensor upon request, the Mengenfeinst- control.
  • the flow sensor can thus directly detect the effect of the flow control valve.
  • the constant-displacement pump is preceded by a filter for defined medium purity, in particular an absolute filter.
  • a coolant supply with a defined medium purity of more than one cutting tool can be carried out by the generation of the coolant with defined medium purity via the filter medium.
  • a coolant distribution is present, which is arranged between the constant-displacement pump and coolant lines of the tools.
  • the coolant distribution is preferably hydraulically or geometrically positively guided to achieve defined volume divisions.
  • the volume flow of the constant displacement pump can be divided into partial flows, each of which supplies a tool.
  • an arrangement may be provided, for example as a cascade, of preferably hydraulically or geometrically positively controlled flow divider or flow divider and / or 3-way flow control valves, via which the tools are fed from the constant displacement pump.
  • the coolant accumulation pressure is returned to at least one tool to a connected to an output of the constant pump pressure compensator and / or to a pressure relief valve.
  • the recycling here is preferably hydraulic, but can also be done electronically.
  • the coolant accumulation pressure can be conducted as a load pressure to a pressure compensator downstream of the constant-displacement pump.
  • the advantage here is that the load pressure control can be done via the pressure compensator and that the system pressure can be limited via the pressure relief valve.
  • a cascade of shuttle valves can be provided, which feeds a load pressure return from a coolant line of the individual tools.
  • a pressure sensor and / or a pressure detection and evaluation device for detecting and / or monitoring a coolant accumulation pressure is set up on the at least one tool / are.
  • Each tool preferably has such a pressure sensor and / or such a pressure detection and evaluation device.
  • the constant-displacement pump a switching valve is connected downstream, with which the at least one tool and the pressure compensator are depressurized switchable. The advantage here is that the coolant supply can be switched off in a simple manner, wherein the funded by the constant pump volume can be dissipated via the pressure compensator.
  • the supply of the filter medium externally.
  • a preferred embodiment can provide that the supply of the filter medium via a further constant pump. This further constant pump can be coupled to the first constant pump.
  • the coupling can be given by the fact that the drive of the further constant pump is performed by the electric motor of the first constant-displacement pump.
  • the overpressure protection of the filter medium and the constant pump via a check valve.
  • an evaluation device for determining the operating state of the tool can be included.
  • a switching arrangement according to the invention is formed in a machine tool of the type mentioned.
  • the evaluation device is associated with the pressure measuring device, preferably the machine control and particularly preferably a tool monitoring system used on the machine tool.
  • At least one algorithm for determining the tool-related coolant quantity, an evaluation of the operating state of the at least one Tool, the characteristics of the coolant pump and the operating state of the filter medium and the coolant supply to be deposited is advantageous in systems which are used to supply coolant for only one tool that the coolant is set as a constant amount via the rotational speed on the engine (delivery volume / revolution x rotational speed).
  • the quantity of coolant is conveyed as a defined quantity almost independently of the back pressure on the tool.
  • the amount of coolant is controlled or regulated via a direct quantity measurement and readjustment of the rotational speed.
  • a supplementary flow control via a throttle can still be used for fine tuning of the coolant quantity.
  • the distribution of the total volume flow in the partial flows for the tools is advantageously carried out via mechanical or fluid flow divider or by a coolant distribution via 3-way flow control valves or combinations of flow or flow dividers and 3-way flow control valves.
  • the amount of coolant is conveyed as a defined amount almost independent of the back pressure on the tool.
  • the amount of coolant is controlled or regulated depending on the requirements of a direct quantity measurement and readjustment of the speed. He-
  • the speed-controlled or regulated coolant supply for fine control can be assisted by means of a throttle downstream of the pump in conjunction with a hydraulic or electrohydraulic flow control function.
  • the amount of coolant is also provided very energy efficient due to the preferred circuit principles used constant amounts of refrigerant and the return of adjusting the subsets of the tools pressures (load pressure feedback). It is thus achievable a demand-oriented coolant quantity and coolant pressure supply.
  • the controlled variable for the volumetric flow required on the tool preferably results from a comparison between the coolant quantity occurring at the tool and the already determined or predefined volumetric flow or with new tools (not yet determined or predetermined coolant quantity) with the comparison of the volume flow resulting from the volumetric flow Back pressure with the coolant pressure specified via the NC program.
  • the coolant supply is preferably also quantity-controlled or quantity-controlled by means of a speed-controlled or speed-controlled constant-flow pump, which divides the coolant flow ideally into the number of sub-flows corresponding to the number of tools to be supplied, and divides the coolant quantities in exactly the same way. that the respective subsets the coolant requirement of the individual tools correspond .
  • a corresponding fine control can be done via a direct detection of the flow rate and a readjustment via the speed of the pump motor or the downstream fine control of the speed via a direct speed detection and additionally by means of a downstream of the pump throttle in conjunction with a pressure compensator as a flow control function.
  • the defined purity of the medium is inventively achieved in that the cooling lubricant is passed through a filter medium, which is ideally adapted to the medium and the process that even with a single flow through the required for the process, the tool and the machine elements medium purity is produced.
  • the filter medium is in this case preferably arranged so that it is located in front of the variable speed constant displacement pump according to the invention.
  • a second similarly dimensioned fixed displacement pump filter pump
  • filter pump can be driven by the same electric drive motor and in this case supply the filter medium flowing through the constant displacement pump according to the invention and the subsequent cutting process with purified cooling lubricant.
  • the coolant can be passed directly via filter medium to the variable-speed fixed-displacement pump according to the invention.
  • the pressure upstream of the filter medium / pump outlet and downstream of the filter medium / pump inlet can be monitored.
  • These pressure values can be used to monitor the feed pressure of the filter pump and the inlet pressure of the coolant pump (constant pump).
  • the degree of contamination on the filter medium can be derived via the pressure difference.
  • the method according to the invention for supplying coolant to cutting tools is designed such that it uses standard methods for self-learning coolant quantity determination, coolant supply and tool and process monitoring via the coolant pressure.
  • Fig. 1 shows a circuit arrangement for the inventive
  • Fig. 5 shows a circuit arrangement for the inventive
  • a method for supplying coolant from two cutting tools by means of variable speed constant pump and hydraulic flow splitting by means of hydraulic flow divider a circuit arrangement for the inventive method for coolant supply of more than two cutting tools by means of speed-controlled fixed displacement pump and hydraulic flow splitting, a circuit arrangement for the inventive method for coolant supply of more than two cutting tools by means of variable speed constant pump and geometrically positively driven and hydraulic power distribution and 8 shows a circuit arrangement for the method according to the invention for supplying the speed-regulated geometric fixed-displacement pump according to the invention with coolant of defined purity.
  • Fig. 1 shows a generally designated 1 circuit arrangement for the inventive method for coolant supply of an internally cooled cutting tool 2.
  • the system components include a volumetric fixed displacement pump 3 with a variable speed electric motor 4, with a frequency converter 5 and a speed sensor 6 for speed control or speed control.
  • the flow rate of the constant-displacement pump 3 is detected via the flow meter 7 and fed to the control device 9 as the actual signal 8 of the engine speed and, if necessary, to the quantity fine regulation 10.
  • the quantity control system 10 which supplements the invention takes place via the quantity control function 11.
  • the cooling lubricant is fed from the fixed displacement pump 3 via the flow meter 7 via the switching valve 12 to the tool 2.
  • the operating pressure is adjusted in conjunction with the load pressure return 14 and the maximum operating pressure is limited via the pressure relief valve 15.
  • the load pressure feedback 14 and the coolant line 16 is switched to the tool 2 depressurized during shutdown.
  • the filter medium 17 which he according to speed-controlled constant pump 3 is supplied via an external coolant supply 18 with coolant with defined medium purity.
  • This external coolant supply 18 can also be effected by an additional constant-displacement pump 19, which can be arranged on the drive shaft 28 of the electric motor 4 or fixedly coupled to the electric motor 4. See FIG. 8.
  • the circuit arrangement 1 in FIG. 1 further comprises a pressure sensor 19, which outputs the detected pressure in the coolant line 16 as a voltage signal, for example to a separate self-contained tool monitoring system 23 or to a tool monitoring system integrated in the machine tool control system.
  • the circuit arrangement 1 may also comprise a pressure detection and evaluation device 20, which already processes the pressure values internally and outputs the values ideally as a digital or analog or as a modulated message, for example, to the machine tool control.
  • a pressure detection and evaluation device 20 which already processes the pressure values internally and outputs the values ideally as a digital or analog or as a modulated message, for example, to the machine tool control.
  • the constant displacement pump 3 supplies the coolant quantity required for supplying the tool 2 in accordance with specification or with new tools (with not yet determined or predetermined coolant quantity) via a self-learning process with the comparison of the volume flow resulting back pressure with the given via the NC program coolant pressure.
  • the flow meter 7 as a quantity detecting device averages the amount of coolant currently being delivered via the tool 2, which is detected directly in the speed control unit on the frequency converter 14 or in the machine tool control.
  • the speed of the electric motor 4 is controlled depending on the design or changed in conjunction with a speed detection on the speed sensor 6 until the preselected or determined coolant quantity is set on the tool 2.
  • the encouragenfeinstregelung 10 can be done in addition to the speed control by the flow control function 11, in which the adjustment of the coolant quantity by adjusting a flow control valve 21, for example, an adjustable throttle takes place.
  • a coolant accumulation pressure arises over the tool 2, which changes as a function of the machining process, the tool wear, a clogging of the coolant channel in the tool 2 or a tool breakage.
  • the current coolant accumulation pressure in the tool 2 is detected in each case via the pressure sensor 19 or the pressure detection and evaluation device 20. This is evaluated directly in the pressure detection by means of pressure sensor 19 or in a tool monitoring system. In the evaluation, which is based on stored algorithms, the detected coolant pressure is used as the basis for determining the operating state of the tool 2 and the process.
  • FIG. 2 shows a further circuit arrangement 1 according to the invention for the method according to the invention for supplying coolant to two cutting tools 2 which are located within a cooling system.
  • medium supply system 25 are arranged.
  • the supply of the circuit arrangement 1 takes place here via the variable speed constant-flow pump 2 according to the invention with a constant flow rate.
  • the coolant distribution 22 to the individual tools 2 via the geometrically forced out flow divider 23, which supplies the constant coolant flow according to its geometric division volume as a constant subsets of the tools 2.
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement 1 for the method according to the invention for supplying coolant to more than two cutting tools 2, which are arranged within a coolant supply system 25.
  • the supply of the circuit arrangement 1 takes place here via the constant-speed constant-flow pump 3 according to the invention with a constant flow rate.
  • the coolant distribution 22 on the coolant lines 16 of the individual tools 2 via the geometrically positively driven flow divider 23, which supplies the constant coolant flow according to its geometric division volume as a constant subsets of the tools 2.
  • the flow divider 23 can be realized for example by coupled or arranged on a common shaft gear pumps.
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement 1 for the method according to the invention for the coolant supply of two cutting tools 2, which are arranged within a coolant supply system 25.
  • the supply of the circuit arrangement 1 takes place here via the variable-speed fixed-displacement pump 3 according to the invention with a constant flow rate.
  • FIG. 5 shows a circuit arrangement 1 for the method according to the invention for supplying coolant to two cutting tools 2, which are arranged within a coolant supply system 25 of a machine tool.
  • the supply of the circuit arrangement 1 takes place here via the variable-speed fixed-displacement pump 3 according to the invention with a constant flow rate.
  • FIG. 6 shows a circuit arrangement 1 for the method according to the invention for supplying coolant to more than two cutting tools 2, which are arranged within a coolant supply system 25.
  • the supply of the circuit arrangement 1 takes place here via the variable-speed constant-flow pump 3 according to the invention with a constant flow rate.
  • FIG. 7 shows a circuit arrangement 1 for the method according to the invention for supplying coolant to more than two cutting tools 2, which are arranged within a coolant supply system 25.
  • six tools 2 are shown with wiring.
  • coolant supply systems 25 are implemented with more than six or less than six tools 2.
  • the supply of the circuit arrangement 1 takes place here via the constant-speed constant-flow pump 3 according to the invention a constant flow rate.
  • the division of coolant 22 to the individual tools 2 is hydraulically and geometrically forcibly guided, ie via a hydraulic flow splitting means of the 3-way flow control valves 26 and / or geometrically positively driven flow divider 23 and / or hydraulically positively driven flow divider 27, which in each case on their arrangement and / or setting the constant coolant flow as a constant, even unequal subsets supply the tools 2.
  • FIG. 8 shows a circuit arrangement 1 for the method according to the invention for supplying the tools 2 (not shown in further detail) and the constant-speed pump 3 with coolant of defined purity, which is arranged inside the system 25.
  • an additional fixed displacement pump 19 may be mounted as a filter pump, which ideally has the same or a slightly higher delivery volume as the constant displacement pump 3 and which is operated for example at the same speed.
  • the coolant may be supplied to the filter medium 17 via an external supply 30.
  • the circuit arrangement 1 further comprises a visible in Fig. 1 pressure sensor 19, which detects the coolant accumulation pressure on the tools 2 not shown.
  • the circuit arrangement 1 further comprises a differential pressure sensor 31, which detects the pressure in front of the filter medium 17 and after the filter medium 17 and forms the difference as a measure of the pressure drop across the filter medium 17.
  • These two pressures are detected as actual value signals, for example as voltage signals, in a separate self-sufficient monitoring system 32 or in the evaluation device for the tools or in the higher-level machine tool control.
  • the circuit arrangement 1 but also include a pressure sensing and evaluation device 33, which The internal pressure values are already processed further and the values are ideally output as digital or analog or as a modulated message, for example to the machine tool control.
  • the feed pressure of the filter pump 19 and the inlet pressure of the constant displacement pump 3 are monitored. Furthermore, the degree of contamination on the filter medium 17 is monitored via the pressure difference and mapped and stored as operating and process data in the form of messages and status displays.
  • a method for supplying coolant to at least one cutting tool with a tool-related constant coolant quantity with a defined purity wherein the amount of coolant and the coolant accumulation pressure is detected by at least one tool and the coolant quantity is kept constant by comparison with a reference value stored in an evaluation device
  • the coolant volume-controlled or volume-controlled via a speed-controlled or variable-speed volumetric fixed displacement pump and additionally via a flow control function for fine control and that in more than one tool, the coolant quantity is divided tool-related geometrically or hydraulically via flow divider, and that occurringméffenstaudrücke is recycled via at least one tool for load pressure setting that the coolant amounts by comparing with in e
  • an evaluation system of a flow rate measurement learns the coolant quantity data of an optimum production process and the coolant charge pressures for the operating state of the tool and later in the process as Parameter provides.
  • a circuit arrangement 1 for supplying coolant to at least one cutting tool 2 accordingly comprises a filter medium 17 for defined medium purity, a variable-speed fixed geometric pump 3, a frequency-controlled electric motor 4, a flow meter 7, a pump protection 15, a valve circuit 12 for coolant and pressure control , a coolant distribution 22 at several tools 2, a dynamic pressure detection 24 and feedback 14, in particular for use in a method according to the invention, wherein the filter medium 17, the fixed displacement pump 3, the variable speed electric motor 4, the frequency converter 5, possibly the speed sensor. 6 and the flow sensor 7 together form the quantity control function, via which the coolant quantity is generated and conveyed independently of the die back pressure.
  • the ultrafine flow control 10 takes place via the throttle valve 21 and the flow sensor 7 upon request.
  • the load pressure control (of the operating pressure) takes place via the pressure compensator 13, and the system pressure is limited via the pressure limiting valve 15.
  • the switching valve 12 directs the coolant to at least one tool 2 and switches the connecting line 16 to at least one tool 2 and the pressure compensator 13 without pressure.
  • the dynamic pressure on the tool 2 is detected and partially interpreted by the sensors 19 and forwarded to the evaluation device 23.

Landscapes

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Abstract

Verfahren zur Kühlmittelversorgung spanender Werkzeuge (2), bei dem die Kühlmittelmenge mittels Durchflussensoren (7) erfasst und drehzahlgesteuert oder drehzahlgeregelter mittels geometrischer Konstantpumen (3) eine konstante Kühlmittelmenge an mindestens einem Werkzeug (2) geregelt wird. Bei mehreren Werkzeugen (2) wird die geregelte Kühlmittelmenge hydraulisch und/oder geometrisch am Bedarf der einzelnen Werkzeuge (2) aufgeteilt und konstant gehalten und der sich am Werkzeug (2) durch das Kühlmittel und dem sich aus dem Zerspanprozess sich ergebende Staudruck erfasst und durch einen Abgleich mit in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten Referenzwerten der Betriebszustand des Werkzeugs (2) ermittelt. Das Verfahren findet Anwendung bei einer Schaltungsanordnung (1) und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dabei werden zur Hinterlegung von Referenzwerten in der Auswerteeinrichtung Verfahrensschritte mit selbstlernenden Elementen durchgeführt, wobei eine vom Prozessschritt abhängige Über- oder Unterschreitung eines oder mehrerer Referenzwerte einen Fehlerzustand kennzeichnet.

Description

Verfahren zur Kühlmittelversorgung, Schaltanordnung und
Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlmittelversorgung von wenigstens einem spanenden Werkzeug mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels.
Die Erfindung betrifft weiter eine Schaltanordnung zur Kühlmittelversorgung von mindestens einem spanenden Werkzeug mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels und eine Werkzeugmaschine, insbesondere spanende Werk- zeugmaschine, mit einer Kühlmittelversorgung für wenigstens ein Werkzeug.
Der Stand der Technik wird durch das im Patent DE 1 0 2006 052 604 B4 abgebildete Verfahren der mengengeregelten Kühlmittel- bereitstellung dargestellt, bei welchem die mengengeregelte Kühlmittelbereitstellung mittels Stromregelventilen erfolgt, wobei der Betriebszustand des Werkzeugs und der Zerspanungs- prozess über den Kühlmitteldruck auf Basis von hinterlegten und zuvor ermittelten Referenzwerten überwacht wird.
Bei der spanenden Bearbeitung wie beispielsweise Drehen, Fräsen oder Bohren erfährt zur Fertigungsoptimierung das Kühlmittel als Prozessgröße beim Werkzeug eine zunehmende Bedeutung. Hierbei ist es für die Zerspanungsleistung und die Standwege der Werkzeuge von hoher Bedeutung, dass die erforderliche Kühlmittelmenge mit einer entsprechenden Reinheit sicher über den gesamten Zerspanungsprozess zur Verfügung steht.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der Zerspanungsprozess selbst kann dadurch erheblich produktiver gestaltet, die Qualität und die Ausschussrate verringert werden. Ferner ermöglichen eine erhöhte Verfügbarkeit der Werkzeuge und damit der Werkzeugmaschinen sowie eine geringe Aus- schussrate bei den Werkstücken weitere Kostenoptimierungen. Ferner verbessert eine sichere konstante Kühlmittelmenge mit definierter Mediumsreinheit, die Möglichkeiten zur Durchführung von Sonderbearbeitungen (Tieflochbohren, Reiben, Honen, Feindrehen, etc.) und erweitert so die Einsatzmöglichkeiten von Standardmaschinen erheblich.
Um bei der spanenden Bearbeitung hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe und eine bessere Späneabfuhr zu erreichen, werden heute bei Werkzeugmaschinen zunehmend Kühlmittelversorgungen eingesetzt, welche mit relativ hohen Kühlmitteldrücken arbeiten. Der Vorteil einer Kühlmittelzuf hr mit hohen Drücken ist eine größere Kühlmittelmenge über das Werkzeug. Dies führt zu einem verminderter Werkzeugverschleiß und einer verbesserten Wärme- und Spanabfuhr.
Neuerdings kommen noch zwei weitere Systeme im Markt zum Einsatz. Dies ist der Booster (hydraulisch betätigte Kolbenpumpe) , welcher das Kühlmittel mit einem vorgewählten Druck zur Maschine fördert, sowie ein mengengeregeltes Kühlschmierstoff- System, welches die Kühlmittelmenge über Stromregelfunktionen dem jeweiligen Werkzeug zu dosiert und hierbei über den Staudruck das Werkzeug und den Prozesse überwacht.
Bei Tieflochbohrmaschinen werden die Werkzeuge teilweise über Radialkolbenpumpen, welche in ihrer Fördermenge über elektrische Stellmotoren verstellt werden, mit einer weitgehend konstanten Kühlmittelmenge versorgt. Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Kühlmittelversorgung spanender Werkzeuge zu verbessern . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist Gegenstand des Anspruchs 6 und die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist Gegenstand des Anspruchs 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei Werkzeugmaschinen mit innerer Kühlmittelzufuhr wird die Kühlmittelmenge üblicherweise mittels Strömungspumpen (Schraubenspindelpumpen, Kreiselpumpen) , Konstantpumpen (Zahnradpumpen) und Regelpumpen (Axial- und Radialkolbenpumpen) , angetrieben über ein Elektromotor, dem Werkzeug zugefördert.
Die Erfindung ermöglicht es, diese verschiedenen Pumpen mit drehzahlgeregelten Elektroantrieben aus Energieeffizienzgründen drehzahlgesteuert oder druckgeregelt zu betreiben. Hierbei wird das Kühlmittel als Konstantdruckversorgung bereit gestellt.
Insbesondere ist zur Lösung der Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, dass das Kühlmittel mengengesteuert oder mengengeregelt über eine drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte volumetrische Konstantpumpe gefördert wird.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sichere mengengeregelte Kühlmittelversorgung mit Kühlmittel mit definierter Reinheit in Verbindung mit einer geringen Verlustleistung, welche aus dem beschriebenen Regelprinzip resultiert.
Es ist bekannt, dass sich beim Gebrauch der Werkzeuge an den Werkzeugspitzen Späne anlagern. Bei der üblichen Konstantdruckregelung vermindert sich hierdurch die tatsächlich geförderte Kühlmittelmenge. Um eine Mindestkühlmittelmenge auch in diesem Fall zu fördern, werden daher hohe Kühlmitteldrücke eingestellt. Die Erfindung sieht demgegenüber vor, die Kühlmittelmenge zu regeln. Somit erhöht sich der Kühlmitteldruck immer gerade so, dass der Widerstand an der Werkzeugspitze überwunden wird. Es ist somit auf einfache Weise erreicht, dass die benötigte Kühlmittelmenge tatsächlich gefördert wird. Dadurch, dass sich nur der tatsächlich erforderliche Kühlmitteldruck aufbaut, ist das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich sehr energieeffizient.
Bei der Versorgung von zwei und mehreren Werkzeugen werden diese ebenfalls mit einer konstanten Kühlmittelmenge mit einer definierten Mediumsreinheit versorgt. Die Einstellung dieser konstanten Gesamtkühlmittelmenge erfolgt vorzugsweise über die Steuerung oder Regelung der Drehzahl und ggf. ergänzend zur Feinregelung mittels einer der Pumpe nachgeordneten Drossel oder einem nachgeschalteten Stromregelventil in Verbindung mit einer hydraulischen oder elektrohydraulischen Regelung. Idealerweise werden die einzelnen Kühlmittelströme über die Aufteilung in gleiche Teilströme bei gleichen Werkzeugen und in werkzeugbezogene Teilströme bei unterschiedlichen Werkzeugen aufgeteilt. Hierbei wird die komplette Kühlmittelmenge vorzugsweise über die Drehzahl der Pumpe als konstante Menge gefördert und die Einzelmengen pro Werkzeug über das Verfahren zur Aufteilung in Teilmengen eingestellt. Ferner soll eine Schaltungsanordnung sowie eine Vorrichtung zum Einsatz dieses Verfahrens an Werkzeugmaschinen angegeben werden. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelmenge unabhängig von einem Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug gefördert wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kühlmittelmenge und ein Kühlmittelstaudruck an dem wenigsten einen Werkzeug erfasst und durch den Abgleich mit einem in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten^ Referenzwert die Kühlmittelmenge konstant gehalten wird.
Zur Durchführung der Mengenregelung kann vorgesehen sein, dass die geförderten Kühlmittelmengen durch einen Abgleich mit in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten Referenzwerten ver- glichen und nachgeführt werden.
Um Kühlmittel definierter Reinheit im Kühlmittelkreislauf bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittel über ein der Konstantpumpe vorgeschaltetes Filtermedium gefördert wird. Das Filtermedium kann als Absolutfilter ausgebildet sein.
Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Filtermediums kann vorgesehen sein, dass der Druck vor und nach dem Filtermedium erfasst wird. Vorzugsweise wird eine Druckdifferenz als Druck- abfall über dem Filtermedium ermittelt. Eine ansteigende Druckdifferenz kann ein zugesetztes Filtermedium anzeigen, das ausgetauscht werden muss.
Es kann vorgesehen sein, dass die Förderung des Kühlschmier- Stoffs zur Erreichung der definierten Reinheit über eine weitere Konstantpumpe erfolgt, welche direkt oder in fester Kopplung mit dem gleichen drehzahlverstellbaren E-Motor angetrieben wird, wie die erste Konstantpumpe. Bei den bekannten Systemen ist der Kühlmitteldruck nur bedingt fein und dynamisch einstell- und regelbar. Dabei ist aufgrund der Pumpen selbst der maximale Druck ebenso begrenzt wie aufgrund der Funktionsweise solcher Systeme die kleinste dosierbare Kühlmittelmenge.
Zur Regelung des Betriebsdrucks hinter der Konstantpumpe kann vorgesehen sein, dass ein Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug zur Betriebsdruckeinstellung hinter der Konstantpumpe rückgeführt wird. Dies kann beispielsweise durch Rückführung über eine Druckwaage eingerichtet sein. Hierzu kann der rückgeführte Kühlmittelstaudruck die Druckwaage ansteuern. Über die Druckwaage kann der Betriebsdruck hinter der Konstantpumpe gesteuert werden.
Es kann somit erreicht werden, dass der Betriebsdruck an der Konstantpumpe auf einen geringfügig über dem Kühlmittelstau- druck an dem wenigstens einen Werkzeug liegenden Druck eingestellt wird. Beispielsweise ist es in vielen Anwendungen günstig, wenn der Betriebsdruck um einen Druckabfall an einer Druckwaage über dem Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug liegenden Druck eingestellt wird.
Zur Sicherung der Schaltungsanordnung kann vorgesehen sein, dass der sich durch die Kühlmittelmenge und den Zerspanungs- prozess einstellende Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug als Lastdruck auf eine Pumpenabsicherung zurück- geführt wird. Hierbei kann die Pumpenabsicherung durch ein Druckbegrenzungsventil realisiert sein.
Zur nochmaligen Verbesserung der Mengenregelung kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelmenge über ein Stromregelventil fein- geregelt wird.
Dies kann beispielsweise über eine Mengenregelfunktion, insbesondere ein Stromregelventil, als eine Mengenfeinstregelung erfolgen. Bei entsprechenden Anforderungen ist somit eine genauere Mengenregelfunktion als mit der Drehzahlregelung der Konstantpumpe allein möglich. Bei Verwendung mehrerer Werkzeuge kann vorgesehen sein, dass die mehreren spanenden Werkzeuge mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels versorgt werden. Hierbei kann die Kühlmittelmenge aus einer gemeinsamen Konstantpumpe über Stromteiler werkzeugbezogen geometrisch und/oder hydraulisch zwangsgeführt aufgeteilt werden. Die Zwangsführung bewirkt vorteilhaft, dass je Zeiteinheit gleiche Volumenteile oder Volumenteile im festen Verhältnis zueinander zu den Werkzeugen gefördert werden. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere spanende Werkzeuge mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels versorgt werden, wobei das Maximum der an den Werkzeugen gleichzeitig anliegenden Kühlmittelstaudrücke zur Betriebsdruckeinstellung rück- geführt wird. Somit ist auf einfache Weise ein Schutz der Schaltungsanordnung eingerichtet. Beispielsweise kann die Rückführung über eine Kaskade von Wechselventilen eingerichtet sein . Eine Ausgestaltung der Erfindung von eigenständiger Bedeutung kann vorsehen, dass bei Inbetriebnahme eines neuen Werkzeugs eine Durchflussmengenmesseinrichtung die Kühlmittelmengendaten eines optimalen Fertigungsprozess und/oder die Kühlmittelstaudrücke für den Betriebszustand des Werkzeugs lernt und später im Prozess Parameter zur Verfügung stellt und/oder dass zur Hinterlegung von Referenzwerten in der Auswerteeinrichtung Verfahrensschritte mit selbstlernenden Elementen durchgeführt werden, indem eine Kühlmittelmengenerfassungseinrichtung die Mengendaten eines optimalen Fertigungsprozess und die damit am Werkzeug verbundenen Kühlmittelstaudrücke und/oder die druck-, drehzahl- und/oder kühlmittelabhängigen Mengendaten im Betriebsbereich der Konstantpumpe lernt.
Zur Überwachung des Betriebszustands kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelmenge über wenigstens einem Werkzeug, wenn sich dieses im Zerspanungsprozess befindet, erfasst und abgespeichert wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in einem Selbstlernvorgang die tatsächliche Fördermenge der Konstantpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl der Konstantpumpe bei mehreren Ausgangsdrücken ermittelt und für die Drehzahlsteuerung oder Drehzahlregelung bereitgestellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verminderung der Forderleistung bei hohen Drücken, welche durch zur Saugseite zurückgedrücktes Quetschöl verursacht wird, im Regelkreis berücksichtigbar ist. Somit kann die Güte des Regelkreises und die Genauigkeit der Regelung nochmals verbessert werden.
Während des Lernvorgangs wird mit der Drehzahl der Konstantpumpe beispielsweise ein Drehzahlbereich zwischen 500 und 2000 Umdrehungen pro Minute durchfahren, und es wird die tat- sächliche Fördermenge ermittelt, welche sich bei einem aus- gangsseitigen Kühlmitteldruck von 20 bar und bei 1 50 bar einstellt. Es können auch noch weitere Messreihen für weitere Ausgangsdrücke aufgenommen werden. Die so erhaltenen Messwerte werden dem Regelkreis für die Konstantmengenregelung bereit- gestellt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass bei den gelernten Kühlmittelmengen über dem wenigstens einem Werkzeug auftretende Kühlmittelstaudrücke, wenn sich dieses Werkzeug nicht im Zerspanungsprozess befindet, erfasst und abgespeichert werden, und/oder dass die Kühlmittelmenge der Konstantpumpe über ihren Betriebsbereich erfasst und abgespeichert wird.
Unerwünschte Betriebszustände sind einfach erkennbar, wenn einer Referenzkurve oder einer Referenzfläche für die Kühlmittelmenge und/oder für den Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug und/oder für Fördermengenunterschiede und/oder Referenzwerten für die Kühlmittelmenge und/oder den Kühlmittelstaudruck und/oder den Fördermengenunterschied und/oder den Leerlauf- und/oder dem Maximaldruck und/oder den Drücken vor und nach dem Filtermedium und/oder der Druckdifferenz über dem Filtermedium jeweils Toleranzwerte zugeordnet werden, wobei eine vom Prozessschritt abhängige Über- oder Unterschreitung eines oder mehrerer dieser Toleranzwerte einen Fehlerzustand kennzeichnet.
Es kann somit erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Kühl- mittelversorgung spanender Werkzeuge vorgesehen sein, dass das Kühlmittel über ein Filtermedium mengengesteuert oder mengengeregelt über eine drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte volumetrische Konstantpumpe und ergänzend über eine Mengen- regelfunktion zur Feinstregelung gefördert wird und dass bei mehr als einem Werkzeug die Kühlmittelmenge über Stromteiler werkzeugbezogen geometrisch oder hydraulisch aufgeteilt wird, dass die auftretenden Kühlmittelstaudrücke über wenigstens einem Werkzeug zur Lastdruckdruckeinstellung rückgeführt werden, dass die Kühlmittelmengen durch einen Abgleich mit in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten Referenzwerten verglichen und nachgeführt werden und dass bei neuen Werkzeugen ein Auswertesystem einer Durchflussmengenmessung die Kühlmittelmengendaten eines optimalen Fertigungsprozesses und die Kühlmittelstaudrücke für den Betriebszustand des Werkzeug lernt und später im Prozess entsprechende Parameter zur Verfügung stellt. Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, dass eine drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte geometrische Konstantpumpe vorgesehen ist, welche an einen Steuer- oder Regelkreis zur Steuerung oder Regelung der Kühlmittelmenge angeschlossen ist.
Zur Einrichtung einer Regeleinrichtung für den Steuer- oder Regelkreis für die Konstantpumpe kann vorgesehen sein, dass die Konstantpumpe an einen frequenzgeregelten E-Motor angeschlossen ist. Von Vorteil ist dabei, dass somit die Drehzahl der Konstantpumpe und damit das geförderte Volumen je Zeiteinheit kontrollierbar ist. Unter einer Konstantpumpe wird allgemein eine Pumpe verstanden, die je Pumpzyklus ein definiertes Volumen fördert .
Zur Einrichtung der Mengenregelung kann vorgesehen sein, dass die oder eine Regeleinrichtung für die Konstantpumpe, also der Steuer- oder Regelkreis, einen Durchflusssensor aufweist. Somit kann die geförderte Menge als Ist-Signal der Regeleinrichtung bereitgestellt werden.
Zur Einrichtung der Mengenregelung kann vorgesehen sein, dass die oder eine Regeleinrichtung für die Konstantpumpe, also der Steuer- oder Regelkreis, einen Drehzahlsensor aufweist. Somit kann die Konstantpumpe geregelt werden.
Zur Verbesserung der Mengenregelung kann vorgesehen sein, dass der Konstantpumpe ein Stromregelventil nachgeschaltet ist. Günstig ist es, wenn das oder ein Stromregelventil einem Durchflussmesser vorgeschaltet ist. Somit kann über das Stromregelventil, beispielsweise ein Drosselventil, und den nachgeschalteten Durchflusssensor bei Anforderung die Mengenfeinst- regelung erfolgen. Der Durchflusssensor kann somit den Effekt des Stromregelventils direkt erfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Konstantpumpe ein Filter für definierte Mediumsreinheit, insbesondere ein Absolutfilter, vorgeschaltet ist. Somit kann eine Kühlmittelversorgung mit definierter Mediumsreinheit von mehr als einem spanenden Werkzeug dadurch durchgeführt werden, dass die Erzeugung des Kühlmittels mit definierter Mediumsreinheit über das Filtermedium erfolgt .
Zur Versorgung von mehreren Werkzeugen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs Werkzeugen kann vorgesehen sein, dass eine Kühlmittelverteilung vorhanden ist, welche zwischen der Konstantpumpe und Kühlmittelleitungen der Werkzeuge angeordnet ist. Die Kühlmittelverteilung ist vorzugsweise hydraulisch oder geometrisch zwangsgeführt eingerichtet, um definierte Volumenaufteilungen zu erreichen. Durch die Kühlmittelverteilung kann der Volumenstrom der Konstantpumpe in Teilströme aufgeteilt werden, welche jeweils ein Werkzeug ver- sorgen.
Beispielsweise kann eine Anordnung, beispielsweise als eine Kaskade, von vorzugsweise hydraulisch oder geometrisch zwangsgeführten Mengen- oder Stromteilern und/oder 3-Wege-Stromregel- ventilen vorgesehen sein, über welche die Werkzeuge aus der Konstantpumpe gespeist sind.
Zur Begrenzung des Betriebsdrucks an der Konstantpumpe kann vorgesehen sein, dass der Kühlmittelstaudruck an wenigstens einem Werkzeug an eine mit einem Ausgang der Konstantpumpe verbundene Druckwaage und/oder an ein Druckbegrenzungsventil rückgeführt ist. Die Rückführung ist hierbei bevorzugt hyd- raulisch, kann aber auch elektronisch erfolgen. Bei einer hydraulischen Rückführung kann der Kühlmittelstaudruck als Lastdruck auf eine der Konstantpumpe nachgeschaltete Druckwaage geführt sein. Von Vorteil ist dabei, dass die Lastdruckregelung über die Druckwaage erfolgen kann und dass der Systemdruck über das Druckbegrenzungsventil begrenzt werden kann.
Bei der Verwendung mehrerer Werkzeuge kann eine Kaskade von Wechselventilen vorgesehen sein, welche eine Lastdruckrückführung aus einer Kühlmittelleitung der einzelnen Werkzeuge speist .
Zur Überwachung und zum Schutz der Werkzeuge kann vorgesehen sein, dass ein Drucksensor und/oder eine Druckerfassungs- und Auswerteeinrichtung zur Erfassung und/oder Überwachung eines Kühlmittelstaudrucks an dem wenigstens einen Werkzeug eingerichtet ist/sind. Vorzugsweise weist jedes Werkzeug einen derartigen Drucksensor und/oder eine derartige Druckerfassungsund Auswerteeinrichtung auf. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Konstantpumpe ein Schaltventil nachgeschaltet ist, mit welchem das wenigstens eine Werkzeug und die Druckwaage drucklos schaltbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlmittelversorgung auf einfache Weise abschaltbar ist, wobei das von der Konstantpumpe geförderte Volumen über die Druckwaage abgeführt werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Versorgung des Filtermediums extern erfolgt. Eine bevorzugte Ausgestaltung kann jedoch vorsehen, dass die Versorgung des Filtermediums über eine weitere Konstantpumpe erfolgt. Diese weitere Konstantpumpe kann mit der ersten Konstantpumpe gekoppelt sein.
Beispielsweise kann die Kopplung dadurch gegeben sein, dass der Antrieb der weiteren Konstantpumpe durch den E-Motor der ersten Konstantpumpe erfolgt. Zur Sicherung gegen Überlastung kann vorgesehen sein, dass die Überdruckabsicherung des Filtermedium und der Konstantpumpe über ein Rückschlagventil erfolgt.
Zur Überwachung der Werkzeuge und des Bearbeitungsprozesses kann eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Betriebszustands des Werkzeugs umfasst sein.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art eine erfindungsgemäße Schaltanordnung aus- gebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung der Druckmesseinrichtung, bevorzugt der Maschinensteuerung und besonders bevorzugt einem an der Werkzeugmaschine eingesetztem Werkzeugüberwachungssystem, zugeordnet ist.
Besonders günstige Wirkung entfaltet die Erfindung bei Werkzeugmaschinen, bei denen eine innere Kühlmittelversorgung spanender Werkzeuge ausgebildet ist.
In der Auswerteeinrichtung kann/können mindestens ein Algorithmus zur Ermittlung der werkzeugbezogenen Kühlmittelmenge, eine Auswertung des Betriebszustands des wenigstens einen Werkzeugs, der Kennlinien der Kühlmittelpumpe und des Betriebszustand des Filtermediums und der Kühlmittelversorgung hinterlegt sein. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bei Systemen, welche zur Kühlmittelversorgung nur eines Werkzeugs eingesetzt werden, vorteilhaft, das Kühlmittel als konstante Menge über die Drehzahl am Motor eingestellt (Fördervolumen / Umdrehung x Drehzahl) zu fördern. Dabei wird die Kühlmittel- menge nahezu unabhängig vom Staudruck am Werkzeug als definierte Menge gefördert. Hierbei wird je nach Anforderung über eine direkte Mengenmessung und Nachregelung der Drehzahl die Kühlmittelmenge gesteuert oder geregelt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bei Systemen, welche zur Kühlmittelversorgung von zwei und mehreren Werkzeugen eingesetzt werden, vorteilhaft, das Kühlmittel als konstante Menge über die Drehzahl am Motor eingestellt (Fördervolumen / Umdrehung x Drehzahl) zu fördern. Vorzugsweise kann noch zur Kühlmittelmengenfeinabstimmung eine ergänzende Mengenregelung über eine Drossel eingesetzt werden.
Die Aufteilung des Gesamtvolumenstroms in die Teilströme für die Werkzeuge erfolgt vorteilhaft über mechanische oder flui- dische Stromteiler oder durch eine Kühlmittelaufteilung über 3- Wege-Stromregelventile oder über Kombinationen aus Mengen- oder Stromteilern und 3-Wege-Stromregelventilen .
Auch bei den Verfahren zur Versorgung von mehreren Werkzeugen wird die Kühlmittelmenge nahezu unabhängig vom Staudruck am Werkzeug als definierte Menge gefördert. Ebenso wird je nach Anforderung über eine direkte Mengenmessung und Nachregelung der Drehzahl die Kühlmittelmenge gesteuert oder geregelt. Er- gänzend kann die drehzahlgesteuerte bzw. geregelte Kühlmittelbereitstellung zur Feinregelung mittels einer der Pumpe nachgeordneten Drossel in Verbindung mit einer hydraulischen oder elektrohydraulischen Mengenregelfunktion unterstützt werden.
Dabei wird die Kühlmittelmenge ebenfalls aufgrund der bevorzugt eingesetzten Schaltungsprinzipien der konstanten Kühlmittelmengen und der Rückführung der sich durch die Teilmengen an den Werkzeugen einstellenden Drücke (Lastdruckrückführung) sehr energieeffizient bereitgestellt. Es ist somit eine bedarfsorientierte Kühlmittelmengen- und Kühlmitteldruckbereitstellung erreichbar . Die Regelgröße für den am Werkzeug erforderlichen Volumenstrom ergibt sich dabei bevorzugt aus einem Vergleich zwischen der am Werkzeug auftretenden Kühlmittelmenge und dem bereits ermittelten oder vorgegebenen Volumenstrom bzw. bei neuen Werkzeugen (noch nicht ermittelten oder vorgegebenen Kühlmittelmenge) mit dem Vergleich des sich aus dem Volumenstrom ergebenden Staudruck mit dem über das NC-Programm vorgegebenen Kühlmitteldruck .
Bei mehrspindligen Werkzeugmaschinen sind beispielsweise zwei oder mehrere gleiche oder auch unterschiedliche Werkzeuge im Einsatz. Die Kühlmittelversorgung erfolgt hier vorzugsweise ebenfalls mengengeregelt oder mengengesteuert mittels einer drehzahlgesteuerten oder drehzahlgeregelten Konstantpumpe und über einer erfindungsgemäßen Mengenteilung, welche den Kühl- mittelstrom idealerweise in die Anzahl von Teilströmen aufteilt, die der Anzahl der zu versorgenden Werkzeuge entspricht, und die Kühlmittelmengen genau so aufteilt, dass die jeweilige Teilmengen dem Kühlmittelbedarf der einzelnen Werkzeuge entsprechen .
Eine entsprechende Feinregelung kann hierbei über eine direkte Erfassung der Fördermenge und einer Nachregelung über die Dreh- zahl des Pumpenmotors oder die nachgeordnete Feinregelung der Drehzahl über eine direkte Drehzahlerfassung und ergänzend mittels einer der Pumpe nachgeordneten Drossel in Verbindung mit einer Druckwaage als Stromregelfunktion erfolgen. Die definierte Reinheit des Mediums wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Kühlschmierstoff über einen Filtermedium geführt wird, welches idealerweise so auf das Medium und den Prozess abgestimmt ist, dass bereits beim einmaligen Durchströmen die für den Prozess, das Werkzeug und die Maschinen- elemente erforderliche Mediumsreinheit erzeugt wird.
Das Filtermedium wird hierbei vorzugsweise so angeordnet, dass es sich vor der erfindungsgemäßen drehzahlverstellten Konstantpumpe befindet. Hierbei kann idealerweise eine zweite ähnlich dimensionierte Konstantpumpe (Filterpumpe) mit dem gleichen elektrischen Antriebsmotor angetrieben werden und hierbei das Filtermedium durchströmend die erfindungsgemäße Konstantpumpe und den nachfolgenden Zerspanprozess mit gereinigtem Kühlschmierstoff versorgen.
Bei Maschinen, welche über eine zentrale Kühlschmierstoffversorgung mit vorgereinigtem Kühlschmierstoff versorgt werden, kann idealerweise bei ausreichendem Versorgungsdruck das Kühlmittel direkt über Filtermedium auf die erfindungsgemäße drehzahlverstellte Konstantpumpe geleitet werden. Hierbei kann der Druck vor dem Filtermedium / Pumpenausgang und nach dem Filtermedium / Pumpeneingang überwacht werden. Über diese Druckwerte sind der Speisedruck der Filterpumpe und der Eingangsdruck der Kühlmittelpumpe (Konstantpumpe) überwachbar. Ferner lässt sich über die Druckdifferenz der Verschmutzungsgrad am Filtermedium ableiten. Diese Werte stellen weitere Betriebs- und Prozessdaten dar und können zur Qualität- und Prozessabsicherung genutzt werden. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung spanender Werkzeuge so gestaltet, dass es mit marktgängigen Verfahren zur selbstlernenden Kühmittelmengen- ermittlung, der Kühlmittelbereitstellung und der Werkzeug- und Prozessüberwachungen über den Kühlmitteldruck arbeitet.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine höhere Verfügbarkeit, Qualität und Produktivität erzielt. In Verbindung mit der erzielten verbesserten Möglichkeit zur optimalen Ausnutzung der Werkzeugstandzeiten und der maximalen Schnittleistungen verkürzt sich somit die gemittelte Zykluszeit von Bearbeitungsvorgängen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße
Verfahren zur Kühlmittelversorgung eines spanenden
Werkzeugs mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe , eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von zwei spanenden Werkzeugen mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe und geometrisch zwangsgeführte Stromteilung, eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mehr als zwei spanenden Werkzeugen mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe und geometrisch zwangsgeführter Stromteilung, eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von zwei spanenden Werkzeugen mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe und hydraulischer Stromteilung mittels 3-Wege- Stromregelventil ,
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße
Verfahren zur Kühlmittelversorgung von zwei spanenden Werkzeugen mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe und hydraulischer Stromteilung mittels hydraulischem Stromteiler , eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mehr als zwei spanenden Werkzeugen mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe und hydraulischer Stromteilung, eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mehr als zwei spanenden Werkzeugen mittels drehzahlverstellter Konstantpumpe und geometrisch zwangsgeführter und hydraulischer Stromteilung und Fig. 8 eine Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Versorgung der erfindungsgemäßen drehzahlverstellten geometrische Konstantpumpe mit Kühlmittel mit definierter Reinheit.
Fig. 1 zeigt eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Schaltungsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung eines innengekühlten spanenden Werkzeugs 2. Zu den Systembestandteilen gehören eine volumetrische Konstantpumpe 3 mit einem drehzahlregelbaren E-Motor 4, mit einem Frequenzumrichter 5 und mit einem Drehzahlsensor 6 zur Drehzahlsteuerung oder Drehzahlregelung.
Über den Durchflussmesser 7 wird die Fördermenge der Konstant- pumpe 3 erfasst und als Ist-Signal 8 der Regeleinrichtung 9 der Motordrehzahl und ggf. zur Mengenfeinstregelung 10 zugeführt.
Die erfindungsgemäß ergänzende Mengenfeinstregelung 10 erfolgt über die Mengenregelfunktion 11.
Der Kühlschmierstoff wird von der Konstantpumpe 3 über den Durchflussmesser 7 kommend über das Schaltventil 12 zum Werkzeug 2 geleitet. Über die im Hydrauliksystem angeordnete Druckwaage 13 wird in Verbindung mit der Lastdruckrückführung 14 der Betriebsdruck eingestellt und über das Druckbegrenzungsventil 15 wird der maximale Betriebsdruck begrenzt. Über das Schaltventil 12 wird bei der Abschaltung auch die Lastdruckrückführung 14 und die Kühlmittelleitung 16 zum Werkzeug 2 drucklos geschaltet. Über das Filtermedium 17 wird die er indungsgemäß drehzahlgeregelte Konstantpumpe 3 über eine externe Kühlmittelversorgung 18 mit Kühlmittel mit definierter Mediumsreinheit versorgt. Diese externe Kühlmittelversorgung 18 kann auch durch eine zusätzliche Konstantpumpe 19 erfolgen, welche auf der Antriebswelle 28 des E-Motors 4 mit angeordnet oder mit dem E-Motor 4 fest gekoppelt sein kann. Siehe hierzu Figur 8. Die Schaltungsanordnung 1 in Fig. 1 umfasst ferner einen Drucksensor 19, welcher den erfassten Druck in der Kühlmittelleitung 16 als Spannungssignal beispielsweise an ein gesondertes autarkes Werkzeugüberwachungssystem 23 oder an ein in der Werkzeugmaschinensteuerung integriertes Werkzeugüberwachungssystem ausgibt .
Alternativ kann die Schaltungsanordnung 1 aber auch eine Druckerfassungs- und Auswerteeinrichtung 20 umfassen, welche die Druckwerte intern bereits weiter verarbeitet und die Werte idealerweise als digitale oder analoge oder als modulierte Meldung beispielsweise an die Werkzeugmaschinensteuerung ausgibt .
Für das Verfahren zur Kühlmittelversorgung des spanenden Werk- zeugs 2 stellt die Konstantpumpe 3 die zur Versorgung des Werkzeugs 2 erforderliche Kühlmittelmenge gemäß Vorgabe bzw. bei neuen Werkzeugen (mit noch nicht ermittelter oder vorgegebener Kühlmittelmenge) über einen Selbstlernvorgang mit dem Vergleich des sich aus dem Volumenstrom ergebenden Staudrucks mit dem über das NC-Programm vorgegebenen Kühlmitteldruck zur Verfügung.
Der Durchflussmesser 7 als Mengenerfassungseinrichtung er- mittelt die aktuell über das Werkzeug 2 geförderte Kühlmittelmenge, die direkt in der Einheit zur Drehzahlregelung am Frequenzumrichter 14 oder in der Werkzeugmaschinensteuerung erfasst wird.
Bei der Drehzahlregelung, die anhand hinterlegter Algorithmen erfolgt, wird die Drehzahl des E- otors 4 je nach Ausführung gesteuert oder in Verbindung mit einer Drehzahlerfassung am Drehzahlsensor 6 verändert, bis sich die vorgewählte oder er- mittelte Kühlmittelmenge am Werkzeug 2 einstellt.
Die Mengenfeinstregelung 10 kann neben der Drehzahlregelung auch durch die Mengenregelfunktion 11 erfolgen, bei welcher die Anpassung der Kühlmittelmenge durch Verstellen eines Strom- regelventils 21, beispielsweise einer verstellbaren Drossel, erfolgt .
Dabei stellt sich über dem Werkzeug 2 ein Kühlmittelstaudruck ein, der sich in Abhängigkeit des Zerspanungsvorgangs, des Werkzeugverschleißes, eines Verstopfens des Kühlmittelkanals im Werkzeug 2 oder eines Werkzeugbruchs ändert . Über den Drucksensor 19 oder die Druckerfassungs- und Auswerteeinrichtung 20 wird jeweils der aktuellen Kühlmittelstaudruck im Werkzeug 2 erfasst. Dieser wird direkt in der Druckerfassung mittels Drucksensor 19 oder in einem Werkzeugüberwachungssystem ausgewertet. Bei der Auswertung, die anhand hinterlegter Algorithmen erfolgt, dient der erfasste Kühlmitteldruck als Grundlage zur Ermittlung des Betriebszustands des Werkzeugs 2 und des Prozesses.
Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von zwei spanenden Werkzeugen 2, welche innerhalb eines Kühl- mittelversorgungssystems 25 angeordnet sind.
Funktionell gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal gesondert beschrieben.
Die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 erfolgt hierbei über die erfindungsgemäß drehzahlverstellbare Konstantpumpe 2 mit einer konstanten Fördermenge. Die Kühlmittelaufteilung 22 auf die einzelnen Werkzeuge 2 erfolgt über den geometrisch zwangs- geführten Stromteiler 23, welcher den konstanten Kühlmittelstrom entsprechend seiner geometrischen Teilungsvolumen als konstante Teilmengen den Werkzeugen 2 zuführt.
Über das Wechselventil 24 wird der jeweils höhere Staudruck als Lastdruckrückführung 14 zur Betriebsdruckeinstellung rückgeführt .
Die Werkzeugüberwachung und die Ermittlung des Betriebszustands und erfolgt dabei für jedes Werkzeug 2 analog dem Verfahren wie zu Fig. 1 beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mehr als zwei spanenden Werkzeugen 2, welche innerhalb eines Kühlmittelver- sorgungssystems 25 angeordnet sind.
Funktionell gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 erfolgt hierbei über die erfindungsgemäß drehzahlverstellte Konstantpumpe 3 mit einer konstanten Fördermenge. Die Kühlmittelaufteilung 22 auf die Kühlmittelleitungen 16 der einzelnen Werkzeuge 2 erfolgt über den geometrisch zwangsgeführten Stromteiler 23, welcher den konstanten Kühlmittelstrom entsprechend seiner geometrischen Teilungsvolumen als konstante Teilmengen den Werkzeugen 2 zuführt. Der Stromteiler 23 kann beispielsweise durch gekoppelte oder auf einer gemeinsamen Welle angeordnete Zahnradpumpen realisiert sein.
Es ist in Fig. 3 angedeutet, dass weitere Werkzeuge mit jeweils zugehörigem Stromteiler integriert werden können.
Über die in einer Kaskade angeordneten Wechselventile 24 wird der jeweils höhere Staudruck als Lastdruckrückführung 14 zur Betriebsdruckeinstellung zurückgeführt .
Die Werkzeugüberwachung und die Ermittlung des Betriebszustands und erfolgt dabei für jedes Werkzeug analog dem Verfahren wie zu Fig. 1 beschrieben. Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von zwei spanenden Werkzeugen 2, welche innerhalb eines Kühlmittelversorgungssystems 25 angeordnet sind. Die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 erfolgt hierbei über die erfindungsgemäße drehzahlverstellte Konstantpumpe 3 mit einer konstanten Fördermenge.
Die Kühlmittelaufteilung 22 auf die einzelnen Werkzeuge 2 er- folgt über eine hydraulische Stromteilung mittels der 3-Wege- Stromregelventile 26, welche über ihre Anordnung und Einstellung den konstanten Kühlmittelstrom entsprechend als konstante, auch ungleiche Teilmengen den Werkzeugen 2 zuführen. Über die Wechselventile 24 wird der jeweils höhere Staudruck als Lastdruckrückführung 14 zur Betriebsdruckeinstellung zurückgeführt . Die Werkzeugüberwachung und die Ermittlung des Betriebszustands und erfolgt dabei für jedes Werkzeug 2 analog dem Verfahren wie zu Fig. 1 beschrieben.
Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 für das erfindungs- gemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von zwei spanenden Werkzeugen 2, welche innerhalb eines Kühlmittelversorgungssystems 25 einer Werkzeugmaschine angeordnet sind.
Die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 erfolgt hierbei über die erfindungsgemäße drehzahlverstellte Konstantpumpe 3 mit einer konstanten Fördermenge.
Die Kühlmittelaufteilung 22 auf die einzelnen Werkzeuge 2 erfolgt über eine hydraulische Stromteilung mittels des hydrau- lischen Stromteilers 27, welcher über die Anordnung den konstanten Kühlmittelstrom entsprechend als konstante Teilmengen den Werkzeugen 2 zuführt.
Über die Wechselventile 24 wird der jeweils höhere Staudruck als Lastdruckrückführung 14 zur Betriebsdruckeinstellung zurück geführt .
Die Werkzeugüberwachung und die Ermittlung des Betriebszustands und erfolgt dabei für jedes Werkzeug 2 analog dem Verfahren wie zu Fig. 1 beschrieben.
Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mehr als zwei spanenden Werkzeugen 2, welche innerhalb eines Kühlmittelversorgungssystems 25 angeordnet sind.
Die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 erfolgt hierbei über die erfindungsgemäße drehzahlsteuerbare Konstantpumpe 3 mit einer konstanten Fördermenge.
Die Kühlmittelaufteilung 22 auf die einzelnen Werkzeuge 2 erfolgt über eine hydraulische Stromteilung mittels kaskadierter 3-Wege-Stromregelventile 26, welche über ihre Anordnung und Einstellung den konstanten Kühlmittelstrom entsprechend als konstante, auch ungleichen Teilmengen den Werkzeugen 2 zuführen . Über die kaskadierten Wechselventile 24 wird der jeweils höchste Staudruck als Lastdruckrückführung 14 zur Betriebsdruckeinstellung rückgeführt.
Die Werkzeugüberwachung und die Ermittlung des Betriebszustands und erfolgt dabei für jedes Werkzeug 2 analog dem Verfahren wie zu Fig. 1 beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mehr als zwei spanenden Werkzeugen 2, welche innerhalb eines Kühlmittelversorgungssystems 25 angeordnet sind. Zur Erläuterung des Erfindungsprinzips sind sechs Werkzeuge 2 mit Beschaltung dargestellt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind Kühlmittelversorgungssysteme 25 mit mehr als sechs oder weniger als sechs Werkzeugen 2 verwirklicht.
Die Versorgung der Schaltungsanordnung 1 erfolgt hierbei über die erfindungsgemäß drehzahlverstellte Konstantpumpe 3 mit einer konstanten Fördermenge.
Die Kühlmittelaufteilung 22 auf die einzelnen Werkzeuge 2 erfolgt hydraulisch und geometrisch zwangsgeführt, also über eine hydraulische Stromteilung mittels der 3-Wege-Stromregelventile 26 und/oder über geometrisch zwangsgeführte Stromteiler 23 und/oder über hydraulisch zwangsgeführte Stromteiler 27 , welche jeweils über ihre Anordnung und/oder Einstellung den konstanten Kühlmittelstrom entsprechend als konstante, auch ungleichen Teilmengen den Werkzeugen 2 zuführen.
Die dargestellte Kaskade von 3-Wege-Stromregelventilen 26 und geometrischen Stromteilern 23 und hydraulischen Stromteilern 27 dient nur zur Erläuterung des Erfindungsgedankens. Andere Anordnungen in Reihen- und/oder in Parallelschaltung und/oder andere Kombinationen der zuvor einzeln erläuterten Kühlmittelaufteilungen sind in anderen Ausführungsbeispielen realisiert . Über die Wechselventile 24 wird in einer Kaskade der jeweils höhere Staudruck weitergegeben und somit der höchste Staudruck als Lastdruckrückführung 1 4 zur Betriebsdruckeinstellung rückgeführt . Die Werkzeugüberwachung und die Ermittlung des Betriebszustands und erfolgt dabei für jedes Werkzeug analog dem Verfahren wie zu Fig. 1 beschrieben.
Fig. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 für das erfindungsge- mäße Verfahren zur Versorgung der nicht weiter dargestellten Werkzeuge 2 und der erfindungsgemäß drehzahlverstellten Konstantpumpe 3 mit Kühlmittel mit definierter Reinheit, welche innerhalb des Systems 25 angeordnet ist. Hierzu kann auf der Antriebswelle 28 des E-Motors 5 eine zusätzliche Konstantpumpe 19 als Filterpumpe angebaut sein, welche idealerweise das gleiche oder ein geringfügig höheres Fördervolumen wie die Konstantpumpe 3 aufweist und welche beispielsweise mit der gleichen Drehzahl betrieben wird.
Diese fördert dann den Kühlschmierstoff über das Filtermedium 17, welcher für den Zerspanprozess als definierte Menge mit definierter Reinheit benötigt wird.
Über das Rüchschlagventil 29 werden der Filter 17 und die Konstantpumpen 3 und 19 gegen Überdruck abgesichert.
Alternativ kann das Kühlmittel über eine externe Versorgung 30 dem Filtermedium 17 zugeführt sein.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner einen in Fig. 1 ersichtlichen Drucksensor 19, welcher den Kühlmittelstaudruck an den nicht weiter dargestellten Werkzeugen 2 erfasst.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner einen Differenzdrucksensor 31, welcher den Druck vor dem Filtermedium 17 und nach dem Filtermedium 17 erfasst und die Differenz als Maß für den Druckabfall über dem Filtermedium 17 bildet.
Diese beiden Drücke werden als Istwertsignale, beispielsweise als Spannungssignale, in einem gesonderten autarken Überwachungssystem 32 oder in der Auswerteeinrichtung für die Werkzeuge oder in der übergeordneten Werkzeugmaschinensteuerung erfasst.
Alternativ kann die Schaltungsanordnung 1 aber auch eine Druckerfassungs- und Auswerteeinrichtung 33 umfassen, welche die Druckwerte intern bereits weiterverarbeitet und die Werte idealerweise als digitale oder analoge oder als modulierte Meldung beispielsweise an die Werkzeugmaschinensteuerung ausgibt .
Über diese Druckwerte wird der Speisedruck der Filterpumpe 19 und der Eingangsdruck der Konstantpumpe 3 überwacht. Ferner wird über die Druckdifferenz der Verschmutzungsgrad am Filtermedium 17 überwacht und als Betriebs- und Prozessdaten in Form von Meldungen und Statusanzeigen abgebildet und abgespeichert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlmittelversorgung von mindestens einem spanenden Werkzeug mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge mit einer definierten Reinheit, wobei die Menge des Kühlmittels und der Kühlmittelstaudruck an wenigsten einem Werkzeug erfasst und durch den Abgleich mit in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten Referenzwert die Kühlmittelmenge konstant gehalten wird, kann vorgesehen sein, dass das Kühlmittel über ein Filtermedium mengengesteuert oder mengengeregelt über eine drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte volumetrische Konstantpumpe und ergänzend über eine Mengenregelfunktion zur Feinstregelung erfolgt und dass bei mehr als einem Werkzeug die Kühlmittelmenge über Stromteiler werkzeugbezogen geometrisch oder hydraulisch aufgeteilt wird, und dass die auftretenden Kühlmittelstaudrücke über wenigstens einem Werkzeug zur Lastdruckdruckeinstellung rückgeführt wird, dass die Kühlmittelmengen durch einen Abgleich mit in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten Referenzwerten verglichen und nachgeführt werden, und dass bei neuen Werkzeugen ein Auswertesystem einer Durchfluss- mengenmessung die Kühlmittelmengendaten eines optimalen Fertigungsprozess und die Kühlmittelstaudrücke für den Betriebszustand des Werkzeug lernt und später im Prozess als Parameter zur Verfügung stellt.
Eine Schaltungsanordnung 1 zur Kühlmittelversorgung von mindestens einem spanenden Werkzeug 2 umfasst demnach ein Fil- termedium 17 für definierte Mediumsreinheit, eine drehzahlverstellte geometrische Konstantpumpe 3, einen frequenzgeregelten E-Motor 4, einen Durchflussmesser 7, eine Pumpenabsicherung 15, eine Ventilbeschaltung 12 für Kühlmittel und Drucksteuerung, eine Kühlmittelverteilung 22 bei mehreren Werkzeugen 2, eine Staudruckerfassung 24 und Rückführung 14, insbesondere für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das Filtermedium 17, die Konstantpumpe 3, der drehzahlvariable E-Motor 4, der Frequenzumrichter 5, ggf. der Drehzahlsensor 6 und der Durchflusssensor 7 zusammen die Men- genregelfunktion bilden, über welche die Kühlmittelmenge unabhängig vom Werkzeugstaudruck erzeugt und gefördert wird. Über das Drosselventil 21 und den Durchflusssensor 7 erfolgt bei Anforderung die Feinstmengenregelung 10. Die Lastdruckregelung (des Betriebsdrucks) erfolgt über die Druckwaage 13, und der Systemdruck wird über das Druckbegrenzungsventil 15 begrenzt. Das Schaltventil 12 leitet das Kühlmittel zu mindestens einem Werkzeug 2 und schaltet die Verbindungsleitung 16 zu mindestens einem Werkzeug 2 und die Druckwaage 13 drucklos. Über die Sensoren 19 wird der Staudruck am Werkzeug 2 erfasst und teil- weise interpretiert und an die Auswerteeinrichtung 23 weitergeleitet .

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Kühlmittelversorgung von wenigstens einem spanenden Werkzeug (2) mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel mengengesteuert oder mengengeregelt über eine drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte volumetrische Konstantpumpe (3) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelmenge unabhängig von einem Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug (2) gefördert wird und/oder dass die Kühlmittelmenge und ein Kühlmittelstaudruck an dem wenigsten einen Werkzeug (22) erfasst und durch den Abgleich mit einem in einer Auswerteeinrichtung hinterlegtem Referenzwert die Kühlmittelmenge konstant gehalten wird und/oder dass die geförderten Kühlmittelmengen durch einen Abgleich mit in einer Auswerteeinrichtung hinterlegten Referenzwerten verglichen und nachgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Lernvorgang die tatsächliche Fördermenge an der Konstantpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl der Konstantpumpe bei mehreren Ausgangsdrücken ermittelt und für die Drehzahlsteuerung oder Drehzahlregelung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel über ein der Konstantpumpe (3) vorgeschaltetes Filtermedium (17), insbesondere einen Absolutfilter , gefördert wird und/oder dass der Druck vor und nach dem Filtermedium (17) erfasst wird und/oder dass die Förderung des Kühlschmierstoffs zur Erreichung der definierten Reinheit über eine weitere Konstantpumpe (19) erfolgt, welche direkt oder in fester Kopplung mit dem gleichen drehzahlverstellbaren E-Motor (4) angetrieben wird wie die erste Konstantpumpe (3) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug (2) zur Betriebsdruckeinstellung hinter der Konstantpumpe (3), insbesondere über eine Druckwaage (13), rückgeführt wird und/oder dass der Betriebsdruck an der Konstantpumpe (3) auf einen geringfügig, insbesondere um einen Druckabfall an einer Druckwaage
(13), über dem Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug (2) liegenden Druck eingestellt wird und/oder dass der sich durch die Kühlmittelmenge und den Zer- spanungsprozess einstellende Kühlmittelstaudruck an dem wenigstens einen Werkzeug (2) als Lastdruck auf eine Pumpenabsicherung, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil
(15), zurückgeführt wird und/oder dass die Kühlmittelmenge über ein Stromregelventil (21 ) feingeregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere spanende Werkzeuge (2) mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels versorgt werden, wobei die Kühlmittelmenge aus einer gemeinsamen Konstantpumpe (3) über Stromteiler (22, 23, 26, 27) werkzeugbezogen geometrisch und/oder hydraulisch zwangsgeführt aufgeteilt wird und/oder dass mehrere spanende Werkzeuge (2) mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels versorgt werden, wobei das Maximum der an den Werkzeugen (2) gleichzeitig anliegenden Kühlmittelstaudrücke zur Betriebsdruckeinstellung, insbesondere über eine Kaskade (34) von Wechselventilen (24) , rückgeführt wird.
Schaltungsanordnung (1) zur Kühlmittelversorgung von mindestens einem spanenden Werkzeugs (2) mit einer werkzeugbezogenen konstanten Kühlmittelmenge eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass eine drehzahlgesteuerte oder drehzahlgeregelte geometrische Konstantpumpe (3) vorgesehen ist, welche an einen Steuer- oder Regelkreis (9) zur Steuerung oder Regelung der Kühlmittelmenge angeschlossen ist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantpumpe (3) an einen frequenzgeregelten E-Motor (4) angeschlossen ist und/oder dass der Steuer- oder Regelkreis (9) einen Durchflusssensor (7) und/oder einen Drehzahlsensor (6) aufweist und/oder dass der Konstantpumpe (3) ein Stromregelventil (21) nachgeschaltet ist und/oder dass ein Stromregelventil (21) einem Durchflussmesser (7) vorgeschaltet ist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Konstantpumpe (3) ein Filtermedium (17) für definierte Mediumsreinheit, insbesondere ein Absolutfilter, vorgeschaltet ist.
Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise hydraulisch oder geometrisch zwangsgeführte Kühlmittelverteilung (22) vorhanden ist, welche zwischen der Konstantpumpe (3) und Kühlmittelleitungen (16) der Werkzeuge (2) angeordnet ist, und/oder dass eine Kaskade (34) von vorzugsweise hydraulisch oder geometrisch zwangsgeführten Stromteilern (23, 27) und/oder 3-Wege-Stromregelventilen (26) vorgesehen ist, über welche die Werkzeuge (2) aus der Konstantpumpe (3) gespeist sind. 11. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelstaudruck an wenigstens einem Werkzeug (2) an eine mit einem Ausgang der Konstantpumpe (3) verbundene Druckwaage (13) und/oder an ein Druckbegrenzungsventil (15), insbesondere hydraulisch, rückgeführt ist und/oder dass ein Drucksensor
(19) und/oder eine Druckerfassungs- und Auswerteeinrichtung (20) zur Erfassung und/oder Überwachung eines Kühlmittelstaudrucks an dem wenigstens einen Werkzeug (2) eingerichtet ist/sind.
12. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Konstantpumpe (3) ein Schaltventil (12) nachgeschaltet ist, mit welchem das wenigstens eine Werkzeug (2) und die Druckwaage (13) drucklos schaltbar sind.
13. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Betriebszustands des Werkzeugs (2) umfasst ist.
14. Werkzeugmaschine, insbesondere spanende Werkzeugmaschine, mit einer Kühlmittelversorgung für wenigstens ein Werkzeug (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13 ausgebildet ist.
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