DE102024111722A1 - Measuring arrangement with at least one mechatronic flow sensor and a coolant lubricant system - Google Patents
Measuring arrangement with at least one mechatronic flow sensor and a coolant lubricant systemInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit zumindest einem mechatronischen Strömungssensor (12a,12b), der mit einer Fluidleitung (14) verbunden ist, wobei der zumindest eine Strömungssensor (12a,12b) einen Hubkörper (16a,16b) mit Rückstellmitteln (18a, 18b) aufweist, der in einem Ausgangszustand auf einem Ventilsitz (20) in einem Sensorgehäuse aufliegt und entlang einer Führungsachse (M) in Richtung eines Sensorelements (22) verschiebbar ist, um einen Volumenstrom eines Fluids in der Fluidleitung (14) zu bestimmen. Dabei weist die Messanordnung (10) einen ersten mechatronischen Strömungssensor (12a) mit einem zugeordneten ersten Messbereich (M1) und zumindest einen entlang einer Flussrichtung (F) in Reihe angeordneten zweiten mechatronischen Strömungssensor (12b) mit einem zugeordneten zweiten Messbereich (M2) auf. Weiter betrifft die Erfindung auch ein Kühlmittelschmierstoffsystem für eine Werkzeugmaschine, ein Verfahren zur Werkstückbearbeitung und ein Werkstück. The invention relates to a measuring arrangement with at least one mechatronic flow sensor (12a, 12b) connected to a fluid line (14), wherein the at least one flow sensor (12a, 12b) has a lifting element (16a, 16b) with restoring means (18a, 18b) which, in an initial state, rests on a valve seat (20) in a sensor housing and is displaceable along a guide axis (M) in the direction of a sensor element (22) in order to determine a volume flow of a fluid in the fluid line (14). The measuring arrangement (10) comprises a first mechatronic flow sensor (12a) with an associated first measuring range (M1) and at least one second mechatronic flow sensor (12b) arranged in series along a flow direction (F) with an associated second measuring range (M2). The invention further relates to a coolant lubricant system for a machine tool, a method for machining a workpiece, and a workpiece.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit zumindest einem mechatronischen Strömungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Kühlmittelschmierstoffsystem, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks, sowie ein Werkstück.The invention relates to a measuring arrangement with at least one mechatronic flow sensor according to the preamble of claim 1, a coolant lubricant system, a method for machining a workpiece, and a workpiece.
Mechatronische Strömungssensoren können zur Erfassung eines Volumenstroms durch Fluidleitungen für unterschiedlichste Fluide, insbesondere für Wasser, Glykol-Lösungen, Industrieöle oder Kühlschmiermittel, eingesetzt werden. Dabei arbeitet der mechatronische Strömungssensor vorzugsweise nach dem Prinzip eines federgestützten Hubkolbens, der auf einem Ventilsitz eines Sensorgehäuses ruhend aufliegt und durch das in der Fluidleitung strömende Fluid gegen eine Rückstellkraft oder Federkraft angehoben werden kann. Dabei dient eine Auslenkung des Hubkolbens als Indikator für den Volumenstrom, insbesondere eine Durchflussrate oder Durchflussmenge, des Fluids. Die Abfrage der Kolbenauslenkung oder Kolbenposition erfolgt bevorzugt über einen Magnetfeld-Sensor und kann als analoges Signal ausgegeben werden. Die Verwendung eines Rückstellmittels für den Hubkolben hat den Vorteil, dass der Hubkolben bei nachlassendem Volumenstrom zuverlässig zurück in eine Ausgangsposition verstellt werden kann und somit eine Art Rückschlagventil ausbildet. Insbesondere kann dadurch ein lageunabhängiger Einbau des Strömungssensors ermöglicht werden. Die Verwendung des Hubkolbens ermöglicht einen Einsatz bei hoher Druckbeanspruchung, hohen Temperaturen und in rauer Industrieumgebung. Mechatronische Strömungssensoren haben dabei den Vorteil, dass sie kleinste Durchflussmengen absolut zuverlässig messen können und zugleich reaktionsschnell sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass Verwirbelungen und Luftblasen keinen Einfluss auf die Messung haben. Das ermöglicht die Montage an beliebiger Stelle in einem Leitungssystem, da spezielle Ein- und Auslaufstrecken vorzugsweise nicht erforderlich sind.Mechatronic flow sensors can be used to detect the volumetric flow rate through fluid lines for a wide variety of fluids, particularly water, glycol solutions, industrial oils, or cooling lubricants. The mechatronic flow sensor preferably operates on the principle of a spring-loaded piston that rests on a valve seat within a sensor housing and can be lifted by the fluid flowing in the line against a restoring force or spring force. The displacement of the piston serves as an indicator of the volumetric flow rate, specifically the flow rate or volume of the fluid. The piston displacement or position is preferably detected using a magnetic field sensor and can be output as an analog signal. The use of a restoring mechanism for the piston has the advantage that the piston can be reliably returned to its initial position when the volumetric flow rate decreases, thus acting as a kind of check valve. This allows for installation of the flow sensor regardless of its orientation. The use of a reciprocating piston enables operation under high pressure, high temperatures, and in harsh industrial environments. Mechatronic flow sensors offer the advantage of being able to measure even the smallest flow rates with absolute reliability and rapid response times. A further advantage is that turbulence and air bubbles have no impact on the measurement. This allows for installation at any point in a piping system, as special inlet and outlet sections are preferably not required.
Die
Neben mechatronischen Strömungssensoren mit Hubkolben sind im Stand der Technik auch Messsysteme wie MID-, Ultraschall-, Vortex-, Zahnrad-, Oval Rad-, Thermische-, Schraubenspindel- oder Paddelströmungssensoren bekannt. Zumindest teilweise sind diese Messsysteme nicht druckbelastbar, langsamer, zu ungenau, oder bauen einen zu hohen Druckabfall in der Fluidleitung auf. Insbesondere kann es für die genannten alternativen Messsysteme erforderlich sein, einen Durchmesser der Fluidleitung an einen Messbereich des Volumenstroms anzupassen. Mit anderen Worten ist ein Querschnitt der Fluidleitung auf vordefinierte Volumenströme zugeschnitten, wobei beispielsweise für einen geringen Volumenstrom auch der Durchmesser entsprechend reduziert werden muss. Eine Hintereinanderschaltung ist deshalb aus hydraulischen Gründen, insbesondere aufgrund einer Querschnittsvariation nicht möglich. Ein gleichzeitiger Betrieb des Strömungssensors würde insbesondere für hohe Volumenströme zu einem überproportionalen Druckabfall am Ausgang der Fluidleitung führen. Besonders bei Sensoren, die unmittelbar angrenzend an die Fluidleitung oder sogar innerhalb der Fluidleitung ausgebildet sind, kann es aufgrund des hohen Druckabfalls zu einer Zerstörung oder schneller Alterung des Strömungssensors kommen und/oder Turbulenzen innerhalb der Strömung führen. Deshalb werden im Stand der Technik aufwändige parallele Konstruktionen mit Umschaltmöglichkeiten zwischen Sensoren mit unterschiedlichen Messbereichen für den Volumenstrom.In addition to mechatronic flow sensors with reciprocating pistons, other measurement systems known in the art include MID, ultrasonic, vortex, gear, oval wheel, thermal, screw spindle, and paddle flow sensors. At least some of these measurement systems are not pressure-resistant, slower, too inaccurate, or generate an excessively high pressure drop in the fluid line. In particular, for the aforementioned alternative measurement systems, it may be necessary to adapt the diameter of the fluid line to a specific flow rate range. In other words, the cross-section of the fluid line is tailored to predefined flow rates, whereby, for example, the diameter must be reduced accordingly for a low flow rate. Therefore, cascading these sensors is not possible for hydraulic reasons, especially due to the cross-sectional variation. Simultaneous operation of the flow sensors would lead to a disproportionately high pressure drop at the fluid line outlet, particularly at high flow rates. Especially with sensors located directly adjacent to or even within the fluid line, the high pressure drop can lead to damage or rapid aging of the flow sensor and/or cause turbulence within the flow. Therefore, current technologies employ complex parallel designs with switching capabilities between sensors with different volumetric flow rate measuring ranges.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messanordnung mit zumindest einem mechatronischen Strömungssensor bereitzustellen, die bei Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile, eine besonders einfach installierbare, sowie präzise Messung über einen großen Messbereich mit kurzer Anspruchszeit ermöglicht.The object of the invention is to provide a measuring arrangement with at least one mechatronic flow sensor which, while avoiding the disadvantages known from the prior art, enables a particularly easy-to-install and precise measurement over a large measuring range with a short measurement time.
Ferner besteht die Aufgabe darin ein Kühlmittelschmierstoffsystem für eine Werkzeugmaschine, ein Bearbeitungsverfahren für ein Werkstück und ein Werkstück anzugeben.Furthermore, the task consists of specifying a coolant lubricant system for a machine tool, a machining process for a workpiece and a workpiece.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, hinsichtlich des Kühlmittelschmierstoffsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 8, hinsichtlich des Bearbeitungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und hinsichtlich des Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.The problem is solved with regard to the measuring arrangement with the features of claim 1, with regard to the coolant lubricant system with the features of claim 8, with regard to the machining method with the features of claim 9 and with regard to the workpiece with the features of claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Messanordnung mit zumindest einem mechatronischen Strömungssensor, insbesondere für ein Kühlmittelschmierstoffsystem, beansprucht, der mit einer Fluidleitung verbunden ist, wobei der zumindest eine Strömungssensor einen Hubkörper mit Rückstellmitteln aufweist, wobei der Hubkörper in einem Ausgangszustand auf einem Ventilsitz in einem Sensorgehäuse aufliegt und entlang einer Führungsachse in Richtung eines Sensorelements verschiebbar ist, um einen Volumenstrom eines Fluids in der Fluidleitung, insbesondere über einen vorgegebenen Gesamtmessbereich, zu bestimmen. Dabei weist die Messanordnung einen ersten mechatronischen Strömungssensor mit einem zugeordneten ersten Messbereich und zumindest einen entlang einer Flussrichtung in Reihe angeordneten zweiten mechatronischen Strömungssensor mit einem zugeordneten zweiten Messbereich auf, um einen Gesamtmessbereich der Messanordnung zu erweitern und/oder eine Messgenauigkeit zu verbessern, wobei der zweite Messbereich einen höheren Maximalvolumenstrom als der erste Messbereich angibt, und wobei der zumindest eine zweite mechatronische Strömungssensor durchlässig für einen Minimalvolumenstrom des ersten Messbereichs ausgebildet ist, insbesondere für einen geringeren Minimalvolumenstrom des ersten Messbereichs.According to the invention, a measuring arrangement with at least one mechatronic flow sensor, in particular for a coolant lubricant system, is claimed, which is connected to a fluid line, wherein the at least one flow sensor has a lifting body with restoring means, wherein the lifting body is in a The measuring arrangement comprises a first mechatronic flow sensor with an associated first measuring range and at least one second mechatronic flow sensor with an associated second measuring range, arranged in series along a flow direction, to extend the overall measuring range of the measuring arrangement and/or improve measuring accuracy. The second measuring range indicates a higher maximum volume flow than the first measuring range, and the at least one second mechatronic flow sensor is designed to be permeable to a minimum volume flow of the first measuring range, in particular to a lower minimum volume flow of the first measuring range.
Mit anderen Worten weist die Messanordnung zumindest zwei mechatronische Strömungssensoren auf, um den Gesamtmessbereich der Messanordnung durch die Aufteilung in einen ersten und zumindest einen zweiten Messbereich zu vergrößern und/oder teilweise mit einer höheren Auflösung zu messen. Der zumindest eine zweite Strömungssensor bildet dabei vorzugsweise eine Art Bypass am Ventilsitz aus, um einen Volumenstrom im ersten Messbereich hindurchfließen zu lassen. Mit anderen Worten bildet der Hubkörper des zumindest einen zweiten Strömungssensors vorzugsweise ein Rückschlagventil mit dem Ventilsitz derart aus, dass das Rückschlagventil für den Volumenstrom im ersten und zumindest einen zweiten Messbereich geöffnet ist.In other words, the measuring arrangement comprises at least two mechatronic flow sensors to increase the overall measuring range of the arrangement by dividing it into a first and at least one second measuring range, and/or to measure partially with a higher resolution. The at least one second flow sensor preferably forms a kind of bypass at the valve seat to allow a volume flow in the first measuring range to pass through. In other words, the stroke element of the at least one second flow sensor preferably forms a check valve with the valve seat such that the check valve is open for the volume flow in the first and at least one second measuring range.
Dabei hat die Erfindung den Vorteil, dass ein Gesamtmessbereich für Volumenströme der Messanordnung erweitert und/oder genauer ausgestaltet werden kann, ohne dabei einen Flusswiderstand innerhalb der Fluidleitung wesentlich zu erhöhen. Insbesondere kann ein Druckabfall durch den durchlässigen zumindest einen zweiten Strömungssensor im Messzustand des ersten Strömungssensors reduziert oder verhindert werden. Weiter vorteilhaft ist aufgrund der Reihenschaltung ein aktives Umschalten zwischen den Strömungssensoren nicht erforderlich, um zwischen den Messbereichen zu wechseln. Mit anderen Worten kann die Messanordnung analog zu einem einzelnen Strömungssensor mit der Fluidleitung verbunden werden, ohne dabei einen Montageaufwand zu erhöhen. Dabei hat die Erfindung außerdem erkannt, dass die druckfesten und robusten Eigenschaften mechatronischer Strömungssensoren es ermöglichen, einen Strömungssensor mit einem Messbereich für kleine Volumenströme ohne Beschädigung mit einem Strömungssensor für hohe Volumenströme in Reihe zu schalten.The invention offers the advantage that the overall measuring range for volume flows of the measuring arrangement can be extended and/or made more precise without significantly increasing flow resistance within the fluid line. In particular, pressure drops caused by the permeable at least one second flow sensor during the measuring state of the first flow sensor can be reduced or prevented. Furthermore, due to the series connection, active switching between the flow sensors is not required to change between the measuring ranges. In other words, the measuring arrangement can be connected to the fluid line analogously to a single flow sensor, without increasing installation effort. The invention also recognizes that the pressure-resistant and robust properties of mechatronic flow sensors make it possible to connect a flow sensor with a measuring range for small volume flows in series with a flow sensor for high volume flows without damage.
Der erweiterte Gesamtmessbereich ermöglicht vorteilhaft die hochgenaue Messung kleinster Volumenströme für die Feinwerktechnik, während die Messanordnung gleichzeitig große Volumenströme, insbesondere zur Kühlung größerer Werkzeuge, bestimmen kann.The extended overall measuring range advantageously enables the highly accurate measurement of the smallest volume flows for precision engineering, while the measuring arrangement can simultaneously determine large volume flows, especially for cooling larger tools.
Die Verwendung des Hubkolbens hat zusätzlich den besonderen Vorteil, dass eine Messung im ersten Messbereich für einen kleineren Minimalvolumenstrom auch für große Durchmesser oder unabhängig von einem Durchmesser der Fluidleitung möglich ist, weshalb vorteilhafterweise für die zwei Messbereiche ein Durchmesser der Fluidleitung nicht verändert werden muss.The use of the reciprocating piston has the additional advantage that a measurement in the first measuring range for a smaller minimum volume flow is possible even for large diameters or regardless of the diameter of the fluid line, which is why it is advantageous that the diameter of the fluid line does not have to be changed for the two measuring ranges.
Zudem können die Vorteile einer besonders schnellen Anspruchszeit des mechatronischen Strömungssensors beibehalten werden, insbesondere von kleiner 0,01s. Weiter können die mechatronischen Strömungssensoren bevorzugt bis zu einer Druckbeaufschlagung bis 200bar betrieben werden, um besonders hohe Volumenströme oder eine schlagartige Fluidförderung zu messen.Furthermore, the advantages of a particularly fast response time of the mechatronic flow sensor can be retained, especially less than 0.01 s. Additionally, the mechatronic flow sensors can preferably be operated up to a pressure of 200 bar in order to measure particularly high volume flows or sudden fluid transfer.
Als Volumenstrom, insbesondere eine Durchflussrate oder Durchflussmenge, wird bevorzugt ein Fluidvolumen pro Zeit durch die Strömungssensoren gemessen. The volumetric flow rate, in particular a flow rate or flow quantity, is preferably measured by the flow sensors as a fluid volume per unit of time.
Vorzugsweise können die zwei Messbereiche sich überlappen, wobei ein Minimalvolumenstrom des zweiten Messbereichs kleiner als ein Maximalvolumenstrom des ersten Messbereichs sein kann. Der zweite Messbereich gibt dabei bevorzugt einen größeren Maximalvolumenstrom als der erste Messbereich an, um den Messbereich der Messanordnung zu vergrößern. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass der erste Messbereich einen Teilbereich des zweiten Messbereichs abdeckt, um den Volumenstrom mit einer genaueren Auflösung zu erfassen.Preferably, the two measuring ranges can overlap, with the minimum volumetric flow rate of the second measuring range being smaller than the maximum volumetric flow rate of the first measuring range. The second measuring range preferably indicates a larger maximum volumetric flow rate than the first measuring range in order to increase the measuring range of the measuring arrangement. Alternatively or additionally, the first measuring range can cover a sub-range of the second measuring range in order to detect the volumetric flow rate with a more precise resolution.
Vorzugsweise ist ein Innendurchmesser der Fluidleitung zum Anschluss der mehreren mechatronischen Strömungssensoren unverändert ausgebildet, um einen Druckabfall zu vermeiden. Vorzugsweise ist sogar eine Anpassung der Strömungssensoren an vorhandene Fluidleitungen möglich.Preferably, the inner diameter of the fluid line for connecting the multiple mechatronic flow sensors remains unchanged to avoid a pressure drop. Preferably, it is even possible to adapt the flow sensors to existing fluid lines.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die mehreren mechatronischen Strömungssensoren der Messanordnung mit einer gemeinsamen Fluidleitung verbunden sind. Ganz besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass ein Strömungsquerschnitt der Sensorgehäuse mit Ventilsitz der Strömungssensoren größer oder gleich einem Strömungsquerschnitt der Fluidleitung ausgebildet ist, insbesondere ein Strömungsquerschnitt senkrecht zu einer Längsrichtung der Fluidleitung.It is particularly preferred that the multiple mechatronic flow sensors of the measuring arrangement are connected by a common fluid line. It is especially preferred that a flow cross-section of the sensor housings with a valve seat of the flow sensor is provided. The cross-section of the fluid line is greater than or equal to a flow cross-section of the fluid line, in particular a flow cross-section perpendicular to a longitudinal direction of the fluid line.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Hubkörper des zumindest einen zweiten Strömungssensors beginnend von dem Ausgangszustand über einen Minimalhubweg in einen Messzustand auslenkbar ausgebildet sein, um einen höheren Minimalvolumenstrom des zweiten Messbereichs einzustellen, wobei der Hubkörper vorzugsweise derart vorgespannt und/oder eine Federsteifigkeit der Rückstellmittel derart ausgebildet ist, dass der Minimalvolumenstrom des ersten Messbereichs den Hubkörper des zumindest einen zweiten Strömungssensors vom Ventilsitz abhebt.According to a preferred embodiment, the lifting body of the at least one second flow sensor can be designed to be deflected from the initial state over a minimum stroke into a measuring state in order to set a higher minimum volume flow of the second measuring range, wherein the lifting body is preferably pre-tensioned and/or the spring stiffness of the restoring means is designed such that the minimum volume flow of the first measuring range lifts the lifting body of the at least one second flow sensor from the valve seat.
Mit anderen Worten weist der zumindest eine zweite Strömungssensor einen Minimalhubweg für den Hubkörper auf, um in den Messzustand des zweiten Messbereiches zu gelangen. Dies hat den Vorteil, dass für den zweiten Messbereich ein höherer Maximalvolumenstrom eingestellt werden kann und gleichzeitig eine hohe Messgenauigkeit beibehalten werden kann. Vorzugsweise ist in dem Messzustand ein Abstand zwischen dem Hubkörper und dem Sensorelement entlang der Führungsachse klein genug, um den Hubweg zu erfassen.In other words, at least one second flow sensor has a minimum stroke for the lifting element to enter the measuring state of the second measuring range. This has the advantage that a higher maximum volume flow rate can be set for the second measuring range while maintaining high measuring accuracy. Preferably, in the measuring state, the distance between the lifting element and the sensor element along the guide axis is small enough to detect the stroke.
Das Sensorelement ist bevorzugt als ein Magnetfeld-Sensor, insbesondere als eine GMR Messzelle ausgebildet.The sensor element is preferably designed as a magnetic field sensor, in particular as a GMR measuring cell.
Zwischen dem Ausgangszustand und dem Messzustand bildet der zumindest eine zweite Strömungssensor bevorzugt einen Zwischenzustand aus, wobei in diesem Zwischenzustand der Hubkörper sich von dem Ventilsitz abhebt und diesen öffnet. Insbesondere hebt sich der Hubkörper zumindest spaltartig an, um den Volumenstrom im ersten Messbereich zuzulassen.Between the initial state and the measured state, at least one second flow sensor preferably forms an intermediate state, in which the lifting element lifts off the valve seat and opens it. In particular, the lifting element lifts at least slightly to allow the volume flow in the first measuring range.
Vorzugsweise ist das Rückstellmittel als eine Druckfeder, insbesondere eine Spiralfeder, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Rückstellmittel auch durch eine derartige Ausrichtung des Hubkörpers gewährleistet werden, dass die Schwerkraft auf den Hubkörper in Richtung des Ventilsitzes wirkt, wobei eine solche Ausführungsform insbesondere für sehr geringe Volumenströme denkbar sein kann. Ein als Druckfeder ausgebildetes Rückstellmittel wird jedoch bevorzugt.Preferably, the return element is designed as a compression spring, in particular a coil spring. Alternatively or additionally, the return element can also be ensured by orienting the lifting body in such a way that gravity acts on the lifting body in the direction of the valve seat, whereby such an embodiment may be conceivable, in particular, for very low flow rates. However, a return element designed as a compression spring is preferred.
Vorzugsweise weisen die Rückstellmittel des zumindest einen zweiten Strömungssensors eine höhere Federsteifigkeit als der erste Strömungssensor auf, um vorzugsweise einen höheren Minimal- und Maximalvolumenstrom bestimmen zu können. Weiter kann es bevorzugt sein, dass die Rückstellmittel des zumindest einen zweiten Strömungssensors für einen Hubweg zwischen dem Ausgangszustand und dem Messzustand, insbesondere in dem Zwischenzustand, eine geringere Federkonstante aufweisen.Preferably, the restoring means of the at least one second flow sensor have a higher spring stiffness than the first flow sensor in order to preferably be able to determine a higher minimum and maximum volume flow rate. Furthermore, it may be preferred that the restoring means of the at least one second flow sensor have a lower spring constant for a stroke between the initial state and the measured state, particularly in the intermediate state.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Hubkörper der mechatronischen Strömungssensoren einen umlaufenden Bund zur Auflage auf dem Ventilsitz im Ausgangszustand aufweisen, wobei die Hubkörper radial zu der Führungsachse und entgegen der Flussrichtung unterhalb des Bundes einen Spaltkanal ausbilden, wobei der zumindest eine zweite Strömungssensor vorzugsweise einen radial breiteren Spaltkanal ausbildet. Ein breiterer Spaltkanal hat den Vorteil, dass ein Wirkdruck entlang der Führungsachse auf den Hubkörper des zumindest einen zweiten Strömungssensors, insbesondere in einem Zwischenzustand, vergrößert werden kann. Die Verwendung des umlaufenden Bundes in Verbindung mit dem Spaltkanal hat den Vorteil, dass bereits ein geringfügiger Hubweg eine ausreichende Öffnung des Ventilsitzes des zumindest einen zweiten Strömungssensors ermöglicht, um einen Druckverlust für den Messzustand des ersten Strömungssensors zu reduzieren. Vorzugsweise hat ein Abheben des Bundes in den Zwischenzustand, insbesondere um einen Hubweg von kleiner 1 mm, keinen Einfluss auf die Messung des zumindest einen zweiten Strömungssensors. Mit anderen Worten findet für den Zwischenzustand eine Art „Null“-Messung statt. Dabei ist ein geringes oder spaltartiges Anheben des Bundes bereits ausreichend, um einen Druckverlust von kleiner 1 bar einzustellen, der im Vergleich zu einem bevorzugten Druck im Gesamtsystem von über 80bar vernachlässigbar ist.According to a preferred embodiment, the lifting elements of the mechatronic flow sensors may have a circumferential collar for bearing on the valve seat in the initial state. The lifting elements form a channel radially to the guide axis and against the flow direction below the collar, with the at least one second flow sensor preferably forming a radially wider channel. A wider channel has the advantage that the effective pressure along the guide axis on the lifting element of the at least one second flow sensor, particularly in an intermediate state, can be increased. The use of the circumferential collar in conjunction with the channel has the advantage that even a small stroke allows sufficient opening of the valve seat of the at least one second flow sensor to reduce pressure loss during the measurement of the first flow sensor. Preferably, lifting the collar into the intermediate state, particularly by a stroke of less than 1 mm, has no effect on the measurement of the at least one second flow sensor. In other words, a kind of "zero" measurement takes place for the intermediate state. In this case, a slight or gap-like lifting of the collar is already sufficient to set a pressure loss of less than 1 bar, which is negligible compared to a preferred pressure in the overall system of over 80 bar.
Vorzugsweise kann sich der Spaltkanal des zumindest einen zweiten Strömungssensors durch einen konischen Hubkörper entlang der Führungsachse und in Strömungsrichtung verjüngen, wobei zumindest ein mittlerer Spaltabstand über eine Höhe des Ventilsitzes entlang der Führungsachse größer als ein mittlerer Spaltabstand des ersten Strömungssensors ausgebildet ist. Ein konischer Hubkörper und ein verjüngender Spaltkanal des zumindest einen zweiten Strömungssensors hat zudem den Vorteil, dass der Wirkdruck in Richtung der Führungsachse vergrößert werden kann im Vergleich zu einem teilweise nicht konisch ausgebildeten Hubkörpers des ersten Strömungssensors. Besonders bevorzugt kann eine Verjüngung für den Spaltkanal des zumindest einen zweiten Strömungssensors unmittelbar unterhalb des Bundes beginnen, um den Wirkdruck auf den Hubkörper im Zwischenzustand zu erhöhen und den Druckverlust zu reduzieren.Preferably, the slot channel of the at least one second flow sensor can taper along the guide axis and in the flow direction by means of a conical lifting element, wherein at least one mean slot spacing over a height of the valve seat along the guide axis is larger than the mean slot spacing of the first flow sensor. A conical lifting element and a tapered slot channel of the at least one second flow sensor also have the advantage that the effective pressure in the direction of the guide axis can be increased compared to a partially non-conical lifting element of the first flow sensor. Particularly preferably, the tapering of the slot channel of the at least one second flow sensor can begin immediately below the collar in order to increase the effective pressure on the lifting element in the intermediate state and to reduce the pressure loss.
Gemäß einer Weiterbildung können die Hubkörper aus Kunststoff ausgebildet sein, wobei vorzugsweise der Bund als ein Metallring ausgebildet ist, vorzugsweise aus Messing. Dies hat den Vorteil eines leichteren Hubkörpers, der in unterschiedlichen Lagen mit einem geringeren Einfluss der Schwerkraft eingebaut werden kann. Insbesondere für den ersten Strömungssensor kann somit eine verbesserte Messauflösung ermöglicht werden.According to a further development, the lifting elements can be made of plastic, with the collar preferably being a metal ring, preferably made of brass. This has the advantage of a lighter lifting element that can be installed in different positions with less influence from gravity. In particular, this allows for improved measurement resolution for the first flow sensor.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Hubkörper und dem Ventilsitz des zumindest einen zweiten Strömungssensors im Ausgangszustand ein Bypass-Kanal, insbesondere ein spaltartiger Bypass-Kanal, ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der zumindest zweite Strömungssensor durchlässig für den geringeren Minimalvolumenstrom des ersten Messbereichs ausgebildet ist. Dabei ist der Bypass-Kanal mit einem derartigen Flusswiderstand ausgebildet, dass für einen Volumenstrom im zweiten Messbereich der Hubkörper des zumindest einen zweiten Strömungssensors in den Messzustand versetzt wird.Alternatively or additionally, a bypass channel, in particular a slot-like bypass channel, can be provided between the lifting element and the valve seat of at least one second flow sensor in its initial state. This has the advantage that the at least second flow sensor is permeable to the lower minimum volume flow rate of the first measuring range. The bypass channel is designed with a flow resistance such that, for a volume flow rate in the second measuring range, the lifting element of the at least one second flow sensor is brought into the measuring state.
In diesem Zusammenhang kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass der zumindest eine zweite Strömungssensor einen Hubkörper mit ovaler Querschnittsfläche senkrecht zur Führungsachse aufweist und im Ausgangszustand im Zusammenwirken mit einem kreisrunden Ventilsitz den Bypass-Kanal ausbildet. Vorzugsweise ist der Ventilsitz als eine Bohrung entlang der Führungsachse ausgebildet und dadurch besonders einfach herstellbar. Vorteilhafterweise kann der Hubkörper den Bypass-Kanal mit minimalem konstruktiven Änderungsaufwand einstellen, insbesondere ohne dabei ein Sensorgehäuse mit Ventilsitz abändern zu müssen. Alternativ oder zusätzlich kann der Bypass-Kanal auch als Einkerbung oder Absatz ausgebildet sein.In this context, it is preferable for at least one second flow sensor to have a lifting element with an oval cross-sectional area perpendicular to the guide axis, which, in its initial state, forms the bypass channel in conjunction with a circular valve seat. Preferably, the valve seat is designed as a bore along the guide axis, making it particularly easy to manufacture. Advantageously, the lifting element can adjust the bypass channel with minimal design modification, in particular without having to modify a sensor housing with a valve seat. Alternatively or additionally, the bypass channel can also be designed as a notch or shoulder.
Bevorzugt sind die Ventilsitze der mehreren Strömungssensoren mit einer gleichen Geometrie ausgebildet, wobei eine Anpassung auf die unterschiedlichen Messbereiche über die unterschiedlichen Hubkörper erfolgt. Vorteilhafterweise können dadurch gleiche Strömungspfade eingestellt werden, die beide für einen geringen Druckabfall optimiert sind.Preferably, the valve seats of the multiple flow sensors are designed with the same geometry, with adaptation to the different measuring ranges achieved via the different stroke bodies. Advantageously, this allows identical flow paths to be set, both of which are optimized for low pressure drop.
Vorzugsweise sind die zwei Strömungssensoren in separaten Sensorgehäuse angeordnet, um eine flexible Montage in der Fluidleitung zu ermöglichen.Preferably, the two flow sensors are arranged in separate sensor housings to allow flexible mounting in the fluid line.
Weiter bevorzugt weisen der erste und der zumindest eine zweite mechatronische Strömungssensor unterschiedliche Hubkörper mit unterschiedlichen Rückstellmitteln auf und/oder die Hubkörper sind zumindest teilweise kegelförmig oder konisch mit unterschiedlichen Konizitäten ausgebildet, die insbesondere an die Messung der unterschiedlichen Messbereiche des Volumenstroms angepasst sind, wobei vorzugsweise der erste Strömungssensor ein Rückstellmittel mit einer kleineren Federsteifigkeit und/oder einen Hubkörper mit einer geringeren Konizität zur Messung eines kleineren Minimalvolumenstroms im ersten Messbereich aufweist. Mit anderen Worten sind die zumindest zwei mechatronischen Strömungssensoren an die Messung des Volumenstroms über unterschiedliche Messbereiche angepasst. Preferably, the first and at least one second mechatronic flow sensor have different lifting elements with different restoring means and/or the lifting elements are at least partially conical or tapered with different taperities, which are particularly adapted to measuring the different volume flow ranges, wherein preferably the first flow sensor has a restoring means with a lower spring stiffness and/or a lifting element with a lower taper for measuring a smaller minimum volume flow in the first measuring range. In other words, the at least two mechatronic flow sensors are adapted to measuring the volume flow over different measuring ranges.
Als Konizität wird insbesondere eine Steigung einer Kegelflanke des kegelförmigen Hubkörpers entlang der Führungsachse verstanden, wobei beispielsweise eine Konizität von 1:100 ein Ansteigen eines Kegeldurchmessers um 1 mm auf eine Kegellänge von 100mm angibt. Alternativ kann die Konizität auch als Kegelwinkel angegeben werden. Vorzugsweise kann eine Konizität zwischen 0,5° bis 15°, vorzugsweise von 1° bis 10°, liegen. Vorzugsweise kann derart ein bestimmtes Verhältnis zwischen Volumenstrom und Auslenkung eingestellt werden. Mit anderen Worten ist die Geometrie und Konizität der Hubkörper jeweils vorzugsweise an die Volumenströme der bevorzugten Messbereiche angepasst, wobei es zusätzlich oder alternativ auch denkbar ist, dass entlang der Führungsachse die Konizität veränderlich ausgebildet ist. Insbesondere kann dadurch ein Messsignal erhalten werden, dass über einen Hubweg oder Volumenstrom linear, quadratisch, logarithmisch oder in anderer zweckmäßiger Weise proportional ist.The term "taper" refers in particular to the slope of a cone flank of the conical lifting body along the guide axis, where, for example, a taper of 1:100 indicates an increase of 1 mm in cone diameter for a cone length of 100 mm. Alternatively, the taper can also be specified as a cone angle. Preferably, the taper can be between 0.5° and 15°, more preferably between 1° and 10°. Preferably, a specific ratio between volume flow and displacement can be set in this way. In other words, the geometry and taper of the lifting bodies are preferably adapted to the volume flows of the preferred measuring ranges, and it is additionally or alternatively conceivable that the taper is variable along the guide axis. In particular, this allows a measurement signal to be obtained that is linearly, quadratically, logarithmically, or in another suitable manner proportional to a stroke or volume flow.
Besonders bevorzugt sind die Rückstellmittel der zumindest zwei Strömungssensoren als Druckfedern, insbesondere Spiralfedern, ausgebildet, wobei eine Federsteifigkeit der Druckfeder des ersten Strömungssensors kleiner als die des Rückstellmittels des zumindest einen zweiten Strömungssensors ist. In diesem Zusammenhang kann es weiter bevorzugt sein, dass eine Vorspannung der Druckfeder einstellbar ausgebildet ist, um eine Empfindlichkeit des Strömungssensors auf den bevorzugten Messbereich anzupassen.The return elements of the at least two flow sensors are particularly preferably designed as compression springs, especially coil springs, wherein the spring stiffness of the compression spring of the first flow sensor is less than that of the return element of the at least one second flow sensor. In this context, it may be further preferred that the preload of the compression spring is adjustable in order to adapt the sensitivity of the flow sensor to the preferred measuring range.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung beträgt der Volumenstrom des ersten Messbereichs 0 bis 30ml/min, vorzugsweise 0,1 bis 15 l/min, ganz besonders bevorzugt 0,05 bis 15 l/min beträgt, wobei die höhere Durchflussrate für den zweiten Messbereich 1 bis 70 l/min, vorzugsweise 1 bis 50 l/min, beträgt. Vorteilhafterweise kann somit ein Gesamtmessbereich der Messanordnung erweitert werden, wobei eine Messgenauigkeit für den ersten Messbereich vorzugsweise verbessert werden kann, insbesondere mit einer verbesserten Auflösung. Eine Auflösung des Messbereichs beträgt vorzugsweise zumindest 0,01 l/min. Vorzugsweise ist der zumindest eine zweite Strömungssensor derart ausgelegt, dass bei einem Minimalvolumenstrom des ersten Messbereichs der Hubkörper des zumindest einen zweiten Strömungssensors verschiebbar ist.According to a preferred embodiment, the volumetric flow rate of the first measuring range is 0 to 30 ml/min, preferably 0.1 to 15 l/min, and most preferably 0.05 to 15 l/min, wherein the higher flow rate for the second measuring range is 1 to 70 l/min, preferably 1 to 50 l/min. Advantageously, the overall measuring range of the measuring arrangement can thus be extended, and the measuring accuracy for the first measuring range can preferably be improved, particularly with improved resolution. A resolution of the measuring range is preferably at least 0.01 l/min. Preferably, the minimum dest a second flow sensor is designed such that, at a minimum volume flow rate of the first measuring range, the lifting body of at least one second flow sensor can be moved.
Vorzugsweise beträgt eine Minimalströmung 100ml/min und eine Maximalströmung 50 l/min. Alternativ oder zusätzlich kann eine Maximalströmung, insbesondere für den zweiten Messbereich auf bis zu 500 l/min erhöht werden.Preferably, the minimum flow rate is 100 ml/min and the maximum flow rate is 50 l/min. Alternatively or additionally, the maximum flow rate, particularly for the second measuring range, can be increased to up to 500 l/min.
In diesem Zusammenhang ist bevorzugt, dass eine Messabweichung oder Messgenauigkeit für den Volumenstrom von 100ml/min kleiner +/- 20ml ist und bei 50 l/min kleiner +/- 2,5 l/min. Die vorgenannte Ausgestaltung der Messanordnung hat den Vorteil, dass ein Druckabfall kleiner 0,5bar bei 100ml/min und kleiner 1 bar bei 50 l/min betragen kann.In this context, it is preferred that the measurement deviation or accuracy for a volume flow rate of 100 ml/min is less than ±20 ml and for 50 l/min less than ±2.5 l/min. The aforementioned design of the measuring arrangement has the advantage that the pressure drop can be less than 0.5 bar at 100 ml/min and less than 1 bar at 50 l/min.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein Hubkörper des ersten Strömungssensors derart entlang der Führungsachse verstellbar ausgebildet sein, insbesondere mit einem vergrößerten Hubweg, dass für einen höheren Volumenstrom des zweiten Messbereichs der Ventilsitz des ersten Strömungssensors derart geöffnet ist, dass ein Druckabfall innerhalb der Fluidleitung für den zweiten Messbereich verhindert oder reduziert wird. Mit anderen Worten ist der Hubkörper des ersten Strömungssensors für hohe Volumenströme derart weit entlang der Flussrichtung aus einem Messkanal und aus dem Ventilsitz herausfahrbar oder herausgefahren, dass der Hubkörper lediglich mit einem konischen Abschnitt in den Ventilsitz eingreift.According to an advantageous embodiment, the lifting element of the first flow sensor can be designed to be adjustable along the guide axis, particularly with an increased stroke, such that for a higher volume flow rate in the second measuring range, the valve seat of the first flow sensor is opened to such an extent that a pressure drop within the fluid line for the second measuring range is prevented or reduced. In other words, for high volume flows, the lifting element of the first flow sensor can be extended or retracted so far along the flow direction from a measuring channel and from the valve seat that the lifting element engages the valve seat only with a conical section.
In diesem Zusammenhang kann es bevorzugt sein, dass der erste und der zweite Messbereich sich überlappen, wobei in einem Überlappungsbereich beide Strömungssensoren den Volumenstrom durch die Fluidleitung gleichzeitig messen und zumindest teilweise der Ventilsitz nicht vollständig geöffnet ist.In this context, it may be preferable for the first and second measuring ranges to overlap, with both flow sensors simultaneously measuring the volume flow through the fluid line in an overlap area and the valve seat not being fully open at least partially.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Messanordnung zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungssensor zumindest einen dritten Strömungssensor aufweist, der zwischen dem ersten und zweiten Messbereich einen dritten Messbereich, vorzugsweise für einen mittleren Volumenstrom ausbildet. Insbesondere kann dadurch der erste und/oder zweite Messbereich weiter unterteilt und/oder vergrößert werden. Vorzugsweise ist der dritte Strömungssensor eine Kombination aus dem ersten und zweiten Strömungssensor, der durchlässig für den Volumenstrom des vorausgehenden Strömungssensors in Flussrichtung ist.Alternatively or additionally, the measuring arrangement can include at least one third flow sensor between the first and second flow sensors, which forms a third measuring range between the first and second measuring ranges, preferably for a mean volumetric flow rate. In particular, this allows the first and/or second measuring range to be further subdivided and/or enlarged. Preferably, the third flow sensor is a combination of the first and second flow sensors, which is permeable to the volumetric flow rate of the preceding flow sensor in the flow direction.
Weiter betrifft die Erfindung auch ein Kühlschmierstoffsystem für eine Werkzeugmaschine insbesondere mit einer zuvor genannten Messanordnung, wobei vor einer Bearbeitungszone eines Werkstücks zumindest zwei in Reihe angeordnete mechatronische Strömungssensoren mit einer gemeinsamen Fluidleitung zur Zufuhr eines Kühlschmiermittels verbunden sind, um einen Volumenstrom des Kühlschmiermittels zu bestimmen, und wobei die Messanordnung mit einer Regelelektronikeinheit verbunden ist, die in Abhängigkeit des gemessenen Volumenstroms als Ist-Wert die Zufuhr des Kühlschmiermittels mittels einer Fluidfördervorrichtung steuert.The invention further relates to a cooling lubricant system for a machine tool, in particular with a previously mentioned measuring arrangement, wherein at least two mechatronic flow sensors arranged in series are connected to a common fluid line for supplying a cooling lubricant in front of a machining zone of a workpiece in order to determine a volume flow of the cooling lubricant, and wherein the measuring arrangement is connected to a control electronics unit which controls the supply of the cooling lubricant by means of a fluid conveying device as a function of the measured volume flow as actual value.
Die Verwendung zumindest zweier Strömungssensoren und die Aufteilung der Messung des Volumenstroms in zumindest zwei Messbereiche hat den Vorteil, dass ein sehr geringer Volumenstrom für kleine Werkzeug schnell und hoch präzise geregelt und gemessen werden kann und gleichzeitig auch der Volumenstrom für große Werkzeuge zuverlässig überwacht und gesteuert werden kann. Mit anderen Worten kann der Messbereich vergrößert und/oder verfeinert werden und dabei für jede Werkzeugwahl der erforderliche Volumenstrom präzise eingestellt werden. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Pumpenleistung zur Energieeinsparung der Werkzeugwahl angepasst werden kann. Zusätzlich hat der optimal angepasste Volumenstrom den Vorteil, dass ein Werkzeugverhalten selbst nicht durch einen übermäßigen Volumenstrom oder einen überhöhten Druck negativ beeinflusst wird. Insbesondere kann eine Vibration währen einer Werkstückbearbeitung reduziert werden und die Herstellung von Bohrlöchern kann präziser und mit geringerem Werkzeugverschleiß durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann eine Druckbeaufschlagung des Kühlschmierstoffes im Werkzeug möglichst geringgehalten werden, weshalb eine Aerosolbildung und/oder ein Werkzeugrattern verhindert werden kann.The use of at least two flow sensors and the division of the volumetric flow measurement into at least two measuring ranges offers the advantage that a very low volumetric flow rate for small tools can be quickly and highly precisely controlled and measured, while simultaneously the volumetric flow rate for large tools can be reliably monitored and controlled. In other words, the measuring range can be expanded and/or refined, allowing the required volumetric flow rate to be precisely set for each tool. This, in turn, has the advantage that the pump output can be adjusted to the tool selection for energy savings. Additionally, the optimally adjusted volumetric flow rate ensures that the tool's behavior is not negatively affected by excessive volumetric flow or pressure. In particular, vibration during workpiece machining can be reduced, and the production of boreholes can be carried out more precisely with less tool wear. Furthermore, the pressure of the coolant lubricant within the tool can be kept to a minimum, thus preventing aerosol formation and/or tool chatter.
Vorzugsweise bildet das Kühlschmierstoffsystem einen Kühlschmierstoffkreislauf aus, wobei als Stellglied eines Regelkreises ein Proportionalventil und/oder eine drehzahlgeregelte Pumpeneinheit als Fluidfördervorrichtung ausgebildet ist, um den Volumenstrom des Kühlmittelschmierstoffs durch die Fluidleitung in zumindest zwei Messbereichen zu regeln und einem Werkzeug zuzuführen.Preferably, the cooling lubricant system forms a cooling lubricant circuit, wherein a proportional valve and/or a speed-controlled pump unit is designed as a fluid conveying device to regulate the volume flow of the cooling lubricant through the fluid line in at least two measuring ranges and to supply it to a tool.
Besonders bevorzugt sind die zumindest zwei mechatronischen Strömungssensoren unmittelbar vor der Bearbeitungszone, insbesondere vor der Zuführung in eine Bohrer-Innenkühlung der Werkzeugmaschine, angeordnet.Particularly preferred are the at least two mechatronic flow sensors arranged directly in front of the machining zone, especially in front of the feed into an internal drill cooling system of the machine tool.
Weiter kann es bevorzugt sein, dass eine dritter mechatronischer Strömungssensoren mit einem Ventil und der Pumpeneinheit einen Bypass Kreislauf ausbildet, wobei erst bei Betrieb des Werkzeugs das Kühlschmierstoffmittel den zwei mechatronischen Strömungssensoren und dem Werkzeug zur Innenkühlung zugeführt wird. Mit anderen Worten wird ein Vor-Fluidkreislauf ausgebildet, der das Ventil zusammen mit einem bevorzugt dritten Strömungssensor aufweist, um eine vordefinierte Strömung auszuwählen und den Druck im System zu reduzieren. Dabei kann bevorzugt das durch den Vorkreislauf strömende Fluid in einen Zwischenbehälter umgeleitet werden. Sobald das Werkzeug angeschlossen ist, wird das Kühlmittelschmierstoff von dem Vorkreislauf durch den ersten und den zumindest einen zweiten Strömungssensor hin zu dem Werkzeug geleitet.Furthermore, it may be preferable to have a third mechatronic flow sensor with A bypass circuit is formed between a valve and the pump unit, whereby the coolant is only supplied to the two mechatronic flow sensors and the tool for internal cooling when the tool is in operation. In other words, a pre-fluid circuit is formed, which includes the valve together with a preferably third flow sensor to select a predefined flow and reduce the pressure in the system. Preferably, the fluid flowing through the pre-circuit can be diverted into an intermediate reservoir. Once the tool is connected, the coolant is directed from the pre-circuit through the first and at least one second flow sensor to the tool.
Für die Regelelektronikeinheit werden bevorzugt die Ausgangssignale der zwei Strömungssensoren zugeführt, die als eine Ist-Größe für einen Regelkreis zur Steuerung des Volumenstroms dienen.The output signals of the two flow sensors are preferably supplied to the control electronics unit, serving as an actual value for a control loop to control the volume flow.
Vorzugsweise wird das Kühlmittelschmierstoffsystem für Werkzeugmaschinen als Bohrer-Innenkühlung eingesetzt. Als Fluide können bevorzugt Wasser, Glykol-Lösungen und/oder Kühlschmiermittel verwendet werden.The coolant lubricant system is preferably used for internal drill cooling in machine tools. Water, glycol solutions, and/or coolant lubricants are preferably used as fluids.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine und eines Kühlschmierstoffsystems, insbesondere ein zuvor genanntes Kühlschmierstoffsystem, zur Versorgung der Werkzeugmaschine mit einem Kühlschmierstoff, mit den folgenden Schritten in einer bevorzugten Reihenfolge, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Messanordnung:
- - Auswahl eines vorbestimmten Volumenstroms für den Kühlschmierstoff in einem ersten Messbereich oder zumindest einem zweiten Messbereich in Abhängigkeit von der Auswahl eines insbesondere innengekühlten Werkzeugs durch eine Maschinensteuerung,
- - Einstellen des vorbestimmten Volumenstroms mittels einer Fluidfördervorrichtung,
- - Leiten des Kühlmittelschmierstoffs, insbesondere in eine Fluidleitung unmittelbar vor einer Bearbeitungszone des Werkstücks, durch einen ersten mechatronischen Strömungssensor mit einem zugeordneten ersten Messbereich und durch zumindest einen zweiten mechatronischen Strömungssensor mit einem zugeordneten zweiten Messbereich, der mit der Fluidleitung in Reihe geschaltet ist,
- - Messen eines Ist-Wertes des Volumenstroms in der Fluidleitung,
- - Regeln des vorbestimmten Volumenstroms in Abhängigkeit des gemessenen Ist-Wertes,
- - Wechseln des Werkzeugs, wobei der vorgegebene Volumenstrom von dem ersten Messbereich zu dem mindestens einen zweiten Messbereich oder umgekehrt wechselt. Vorzugsweise werden nachfolgenden die vorstehenden Schritte für das neu eingewechselte Werkzeug wiederholt.
- - Selection of a predetermined volume flow rate for the cooling lubricant in a first measuring range or at least a second measuring range depending on the selection of a tool, in particular an internally cooled tool, by a machine control,
- - Setting the predetermined volume flow rate using a fluid conveying device,
- - Guiding the coolant lubricant, in particular into a fluid line immediately in front of a machining zone of the workpiece, through a first mechatronic flow sensor with an associated first measuring range and through at least a second mechatronic flow sensor with an associated second measuring range, which is connected in series with the fluid line,
- - Measuring the actual value of the volume flow in the fluid line,
- - Rules for predetermined volume flow depending on the measured actual value,
- - Changing the tool, whereby the specified volume flow rate changes from the first measuring range to the at least one second measuring range or vice versa. Preferably, the preceding steps are subsequently repeated for the newly replaced tool.
Mit anderen Worten wird das Werkstück bevorzugt mit einem ersten Werkzeug bearbeitet, dem ein Volumenstrom im ersten Messbereich zugeordnet ist, wobei zur weiteren Bearbeitung ein Werkzeugwechsel zu einem zweiten Werkzeug stattfindet, dem ein Volumenstrom im zweiten Messbereich zugeordnet ist. Dabei kann alternativ auch ein Wechsel vom zweiten zum ersten Werkzeug durchgeführt werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass Bohrlöcher mit unterschiedlichen Bohrdurchmessern einzubringen sind, wobei zur Innenkühlung der Bohrwerkzeuge unterschiedliche Volumenströme vorgesehen sind.In other words, the workpiece is preferably machined with a first tool assigned a flow rate in the first measuring range, with a tool change to a second tool assigned a flow rate in the second measuring range for further machining. Alternatively, a change from the second to the first tool can also be performed. In particular, it may be necessary to drill holes with different diameters, with different flow rates provided for internal cooling of the drilling tools.
Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Werkstück, das nach dem zuvor genannten Verfahren unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher Werkzeuge mit Innenkühlung hergestellt ist. Insbesondere wird das Werkstück durch Werkzeuge hergestellt, denen unterschiedliche Volumenströme für ein Kühlschmiermittel im ersten Messbereich und im zweiten Messbereich zugeordnet sind. Dabei kann beispielsweise ein Werkstück mit Bohrlöchern mit unterschiedlichen Bohrdurchmessern hergestellt sein, wobei ein erstes Bohrloch mit einem Volumenstrom im ersten Messbereich und ein zweites Bohrloch mit einem Volumenstrom im zweiten Messbereich hergestellt ist. Dabei kann dem Werkstück eine präzisere Toleranz des Bohrlochs entnommen werden, im Vergleich zu Werkstücken, für die eine Kühlschmiermittelregelung nicht über zumindest zwei Messbereiche geregelt wird. Neben einer verbesserten Toleranz eines Bohrdurchmessers kann eine verbesserte Präzision auch an einer bevorzugt glatteren Bohrlochoberfläche festgestellt werden, wobei die Verbesserung insbesondere für den kleineren Durchmesser feststellbar ist.Furthermore, the invention also relates to a workpiece produced according to the aforementioned method using several different tools with internal cooling. In particular, the workpiece is produced using tools to which different flow rates of a coolant are assigned in the first measuring range and in the second measuring range. For example, a workpiece with boreholes of different diameters can be produced, wherein a first borehole is produced with a flow rate in the first measuring range and a second borehole with a flow rate in the second measuring range. This allows for a more precise borehole tolerance compared to workpieces for which coolant flow control is not regulated over at least two measuring ranges. In addition to improved bore diameter tolerance, improved precision can also be observed in a preferably smoother borehole surface, with the improvement being particularly noticeable for the smaller diameter.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments and with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch:
-
1 : Seitenansicht auf eine Sensoranordnung mit einem ersten und einem zweiten mechatronischen Strömungssensor und einer Querschnittsansicht auf ein Sensorgehäuse für einen Volumenstrom in einem ersten Messbereich, -
2a : Detailansicht auf einen Hubkörper des zweiten Strömungssensors in einem Ausschnitt Z gemäß der1 , -
2b : Detailansicht auf einen Hubkörper des ersten Strömungssensors in einem Ausschnitt X gemäß der1 , -
3 : Seitenansicht auf den ersten Strömungssensor gemäß der1 mit einem Hubkörper in einer ausgelenkten Stellung in einem zweiten Messbereich.
-
1 : Side view of a sensor arrangement with a first and a second mechatronic flow sensor and a cross-sectional view of a sensor housing for a volume flow in a first measuring range, -
2a : Detailed view of a lifting body of the second flow sensor in a section Z according to the1 , -
2b : Detailed view of a lifting body of the first flow sensor in a section X according to the1 , -
3 Side view of the first flow sensor according to the1 with a lifting body in a deflected position in a second measuring range.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of preferred embodiments, identical reference numerals denote identical or comparable components.
Die
Vorteilhafterweise weist der Ventilsitz 20 orthogonal zu der Führungsachse S einen Querschnitt auf, der gleich oder größer als ein Strömungsquerschnitt der Fluidleitung 14 ist, um vorzugsweise einen Druckverlust durch die mehreren Strömungssensoren 12a,12b zu reduzieren.Advantageously, the valve seat 20 has a cross-section orthogonal to the guide axis S which is equal to or larger than a flow cross-section of the fluid line 14 in order to preferably reduce a pressure loss through the multiple flow sensors 12a,12b.
Ein beispielhafter Strömungszustand der Messanordnung 10 für den Volumenstrom in einem ersten Messbereich M1 des ersten Strömungssensors 12a kann im Detail den
In der
Um die zwei verschiedenen Messbereiche M1,M2 einzustellen, weisen die Hubkörper 16a,16b gemäß der
Weiter kann es zur Anpassung der Strömungssensoren 12a,12b an unterschiedliche Messbereiche M1,M2 bevorzugt sein, dass Hubkörper 16a,16b kegelförmig entlang der Führungsachse S mit unterschiedlichen Konizitäten a1, a2 ausgebildet sind, wobei eine erste Konizität a1 des ersten Strömungssensors 12a für eine geringeren Volumenstrom kleiner als eine zweite Konizität a2 des zweiten Strömungssensors 12b ausgebildet ist. Vorzugsweise variieren die Konizitäten a1, a2 entlang der Führungsachse S derart, dass ein vordefiniertes Verhältnis zwischen Auslenkung und Volumenstrom eingestellt werden kann. Dabei sind die Konizitäten entsprechend der
Besonders bevorzugt weisen die Hubkörper 16a,16b einen umlaufenden Bund 30 auf, der in einem nicht dargestellten Ausgangszustand auf dem Ventilsitz 20 aufliegt und vorzugsweise ein Rückschlageventil ausbildet. Weiter bevorzugt ist der Hubkörper 16b des zweiten Strömungssensors 12b mit einer Konizität a2 unmittelbar unterhalb des umlaufenden Bundes 30 ausgebildet, um einen möglichst großen Spaltkanal d2 bei Anheben des Hubkörpers 16b zu ermöglichen und dabei einen Wirkdruck auf den Hubkörper 16b entlang der Führungsachse S zu vergrößern. Dies hat den Vorteil, dass im ersten Messbereich M1 und unterhalb eines vordefinierten Minimalvolumenstroms des zweiten Strömungssensors 12b ein Druckverlust verhindert werden kann. Mit anderen Worten befindet sich dabei der zweite Strömungssensor 12b in einem Zwischenzustand oder führt eine Null-Messung durch, wobei erst mit steigendem Volumenstrom und größerem Hubweg h ein Messzustand des zweiten Strömungssensors 12b erreicht ist.The lifting bodies 16a, 16b particularly preferably have a circumferential collar 30 which, in an initial state not shown, rests on the valve seat 20 and preferably forms a check valve. More preferably, the lifting body 16b of the second flow sensor 12b is designed with a taper a2 directly below the circumferential collar 30 in order to allow for the largest possible gap channel d2 when the lifting body 16b is raised and thereby increase the effective pressure on the lifting body 16b along the guide axis S. This has the advantage that a pressure loss can be prevented in the first measuring range M1 and below a predefined minimum volume flow rate of the second flow sensor 12b. In other words, the second flow sensor 12b is in an intermediate state or performs a zero measurement, whereby a measuring state of the second flow sensor 12b is only reached with an increasing volume flow rate and a larger stroke h.
Weiter kann es gemäß der
Weiter bevorzugt sind die zwei mechatronischen Strömungssensoren 12a,12b gemäß der
Der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- MessanordnungMeasuring setup
- 12a, b12a, b
- erster und zweiter mechatronischer Strömungssensorfirst and second mechatronic flow sensor
- 1414
- FluidleitungFluid line
- 16a, b16a, b
- Hubkörper des ersten und des zweiten StrömungssensorsLifting body of the first and second flow sensor
- 18a, b18a, b
- Rückstellmittel des ersten und des zweiten StrömungssensorsReset means of the first and second flow sensors
- 2020
- Ventilsitzvalve seat
- 2222
- SensorelementSensor element
- 2424
- RegelelektronikeinheitControl electronics unit
- 26a, b26a, b
- Sensorgehäuse des ersten und des zweiten StrömungssensorsSensor housing of the first and second flow sensors
- 2828
- AnschlussöffnungenConnection openings
- 3030
- umlaufender Bundcircumferential band
- 3232
- StrömungsgleichrichterFlow straightener
- SS
- FührungsachseGuide axis
- M1, M2M1, M2
- erster und zweiter Messbereichfirst and second measuring range
- FF
- Flussrichtung des VolumenstromsDirection of flow of the volumetric flow
- a1, a2a1, a2
- Konizität des ersten und des zweiten StrömungssensorsConicity of the first and second flow sensors
- d1, d2d1, d2
- Spaltkanal des ersten und des zweiten StrömungssensorsSlit channel of the first and second flow sensors
- hh
- HubwegHubweg
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10 2006 006 018 A1 [0003]DE 10 2006 006 018 A1 [0003]
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