DE19755477A1 - Einrichtung zur Überwachung einer Bearbeitungsflüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung einer Bearbeitungsflüssigkeit.

Aus der US-PS 5 224 051 ist ein Verfahren zur Überwachung einer Bearbeitungsflüssigkeit bekannt. Dieses Verfahren wird insbesondere an einer Metallverarbeitungsanlage angewendet, wobei eine Vielzahl von Metallverarbeitungsmaschinen vorgesehen ist und ein zentral gelagertes Reservoir, das die Menge an wässriger Kühlschmiermittelflüssigkeit beinhaltet. Die Metallverarbeitungsmaschinen werden zentral aus diesem Reservoir versorgt. Die Kühlschmiermittelflüssigkeit besteht aus Schmiermittel und wasserhaltigen Komponenten. Diese Komponenten werden überwacht und Meßsignale erzeugt, die zu einem Analysegerät gelangen. Aufgrund der Analyse erfolgt eine Modifizierung des Gehaltes einer Komponente in der überwachten Flüssigkeit.

Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, daß bestimmte Parameter in der Flüssigkeit sehr schwer zu erfassen sind. So ist z. B. die Ermittlung der in der Flüssigkeit enthaltenen Mikroorganismen oft nur indirekt möglich. Außerdem besteht die Gefahr, daß aufgrund von Feststoffen sowie chemisch gelösten Substanzen in der Bearbeitungsflüssigkeit das Meßsignal verfälscht bzw. die Funktionsfähigkeit des Sensors beeinträchtigt wird. Es ist weiterhin aus der DE 43 06 184 ein Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung physikalischer oder chemischer Parameter von Flüssigkeiten bekannt. Die Veröffentlichung befaßt sich im wesentlichen mit einer Ventilanordnung, die zur Entnahme bzw. zur Zudosierung von Flüssigkeit geeignet ist. Eine Verarbeitung von Signalgrößen und eine Analyse dieser Signale ist dieser Veröffentlichung nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung einer Bearbeitungsflüssigkeit zu schaffen, die geeignet ist, auch unter erschwerten Bedingungen, d. h. auch bei feststoffbelasteten und chemisch verunreinigten Bearbeitungsflüssigkeiten mehrere Komponenten in der Flüssigkeit zu erfassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß zunächst eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Sensors bzw. der Sensoren vorgesehen ist. Nur bei einer ständigen Analyse der Sensoreigenschaften können aussagekräftige Meßwerte ermittelt werden. Die Meßwerte gelangen zu einer Einrichtung zur Verarbeitung der Überwachungssignale, um mittelbar oder unmittelbar aus diesen verarbeiteten Signalen die Zusammensetzung der Bearbeitungsflüssigkeit zu beeinflussen.

Durch diese Einrichtung wird eine optimale Stabilisierung der Bearbeitungsflüssigkeit erzielt und damit eine hohe Lebensdauer dieser Flüssigkeit gewährleistet.

Die Beeinflussung der Zusammensetzung der Bearbeitungsflüssigkeit erfolgt beispielsweise über vorgegebene Regelalgorithmen anhand eines Expertensystems oder mittels neuronaler Netze. Es ist selbstverständlich auch denkbar, eine Fuzzylogik einzusetzen, welche einen Optimierungsvorgang hinsichtlich der Qualität der Bearbeitungsflüssigkeit durchführt.

Die Bearbeitungsflüssigkeit wird zweckmäßigerweise in einem Aufbereitungsbehälter überwacht. Diese Überwachung kann z. B. durch ein mobiles Servicegerät, welches für den Feldeinsatz geeignet ist, durchgeführt werden. Selbstverständlich sind verschiedene Gerätevarianten denkbar, wie z. B. ein teilmobiles Gerät, das die ermittelten Daten einer Ferndiagnose zuführt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Bearbeitungsflüssigkeit in einem oder mehreren Aufbereitungsbehältern überwacht. Es besteht auch die Möglichkeit, Behälter im Nebenschluß eines Aufbereitungsbehälters anzuordnen, um dort besonders günstige Umgebungsbedingungen zu gewährleisten. Vorteilhafterweise können Sensoren verwendet werden, die die Belastung der Bearbeitungsflüssigkeit mit Feststoffpartikeln sensieren. Ferner ist es zweckmäßig, die Mikroorganismen, den pH-Wert oder die Korrosivität bzw. weitere relevante Größen wie Keime, Hefepilze, Bakterien, Abrasivität, Nitrat, Nitrit, Wasserhärte, störende Ionen, dispergierte Luft, Schaumchlorid, Fremdöl, Fremdstoffe, Temperatur, Leitfähigkeit in der Bearbeitungsflüssigkeit zu ermitteln.

Eine Weiterbildung der Erfindung hat zum Ziel, eine Datenfernübertragung durchzuführen; über diese, beispielsweise über ein entsprechendes Modem, werden Überwachungssignale an eine oder mehrere Einrichtungen zur Auswertung zugeführt; möglich ist auch eine integrierte Datenauswertung.

Neben der Einrichtung zur Überwachung der Bearbeitungsflüssigkeit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Filtersystem zur mechanischen Reinigung vorgesehen. Dieses Filtersystem besteht beispielsweise aus einer Bandfilteranlage oder einem Unterdruckfilter sowie weiteren geeigneten Anlagen/Geräten und Peripherieeinrichtungen.

Sofern die Bearbeitungsflüssigkeit in bestimmte Komponenten aufgetrennt werden muß, beispielsweise zur Entsorgung, kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein System vorgesehen sein, das beispielsweise eine Emulsionsspaltung vornimmt. Solche Systeme arbeiten üblicherweise auf Membranbasis (Ultrafiltrat), aber auch thermischer bzw. chemischer Basis.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Aufbereitungsanlage für Bearbeitungsflüssigkeit,

Fig. 2 ein integriertes Anlagenkonzept zur Überwachung und Aufbereitung der Bearbeitungsflüssigkeit, sowie nachgeschalteten entsorgenden Prozeßschritten (auch Drahtziehen, Kaltwalzwerke).

Die Aufbereitungsanlage gemäß Fig. 1 zeigt mehrere Werkzeugmaschinen 10, 11, 12, 13 in schematischer Darstellung. Diesen Werkzeugmaschinen wird über die Leitung 14 Bearbeitungsflüssigkeit, insbesondere eine Kühlschmierstoffemulsion zugeführt. Über die Leitung 15 gelangt die mit Feststoffen bzw. Schmutzpartikeln und anderweitigen Verunreinigungen belastete Kühlschmierstoffemulsion zu einer Emulsionsaufbereitung 16. In der Emulsionsaufbereitung erfolgt in einem Filtersystem 17 das Abscheiden von Partikeln bzw. Feststoffen, in einer weiteren Einrichtung 18 das Abscheiden von Fremdöl und in einem weiteren Filtersystem 19 das Entfernen von Feinstpartikeln aus der Emulsion. Die gereinigte und aufbereitete Emulsion gelangt in einen Sammeltank 20 und steht wieder dem Bearbeitungsprozeß zur Verfügung. Der Transport der Kühlschmierstoffemulsion erfolgt über hier nicht dargestellte Förderpumpen.

In Fig. 2 ist eine Einrichtung zur Überwachung der Bearbeitungsflüssigkeit dargestellt. Auch hier sind die Werkzeugmaschinen 10, 11, 12, 13 mit aufbereiteter Emulsion über die Leitung 14 zu versorgen. Die belastete Emulsion wird über die Leitung 15 der Emulsionsaufbereitung und Emulsionspflege 16 zugeführt. Die aufbereitete Emulsion steht in einem Tank 20 zur Verfügung. In diesem Tank 20 werden nunmehr über geeignete Sensoren Meßgrößen ermittelt. Dabei handelt es sich um eine oder folgende der nachstehend genannten Meßgrößen:
Temperatur, pH-Wert, Konzentration, Leitfähigkeit, Korrosivität, Korrosionsschutz, Fremdöl, Festpartikel, Fremdstoffe, Mikroorganismen, Keime, Hefepilze, Bakterien, Abrasivität, Nitrat, Nitrit, Wasserhärte, störende Ionen, dispergierte Luft, Schaumchlorid. Selbstverständlich können auch weitere Meßgrößen mit geeigneten Sensoren ermittelt werden.

Diese Meßgrößen gelangen über eine Datenübertragung oder eine Datenfernübertragung 29 zu einem Diagnosesystem 30. Dieses Diagnosesystem hat die Aufgabe, den Zustand des KSS-Mediums zu analysieren, indem es die Istwerte mit vorgegebenen Sollwerten vergleicht, Trends hinsichtlich des Verlaufs der Istwerte erkennt und evtl. mögliche Regelstrategien erarbeitet. Selbstverständlich ist auch eine Auswertung der Meßgrößen vor Ort möglich.

Aufgrund der vorgegebenen Systematik hinsichtlich der Regelung oder Steuerung der meßtechnisch erfaßten Größen innerhalb der Kühlschmierstoffemulsion, erfolgen direkt oder über eine Datenfernübertragung Eingriffe in die Emulsion zur Emulsionsaufbereitung bzw. zur Emulsionspflege. Die Eingriffe können auch manuell erfolgen, d. h. durch eine visuelle Überwachung der Daten werden bestimmte Komponenten der Emulsion verändert. So wird beispielsweise über ein Filtersystem 21 die Emulsion entsprechend ihrem Verschmutzungsgrad gereinigt. Es wird über ein entsprechendes System 22 Fremdöl aus der Emulsion entfernt. Ein weiteres Filtersystem 23 ist in der Lage, Feinstpartikel aus der Emulsion zu entfernen. Ein System 24 zur Reduzierung der Mikroorganismen wird ebenfalls über das Diagnosesystem 30 gesteuert. Der pH-Wert wird über ein System 25 eingestellt bzw. geregelt. Die Korrosivität kann über ein System 26 verändert werden, die Temperatur über eine geeignete Einrichtung 27 und die Konzentration der Emulsion, d. h. das Verhältnis zwischen Wasser und Öl wird über ein System 28 gesteuert. Weitere Prozeßschritte sind ferner durchführbar, in der Fig. 2 ist die Möglichkeit mit der block box 40 angedeutet.

Durch die Veränderung der Emulsion hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Funktionsfähigkeit wird die Prozeßsicherheit und damit die Lebensdauer erhöht. Dadurch ist auch die Aufbereitung der Kühlschmierstoffemulsion unabhängig von der Art des Bearbeitungsverfahrens an den Werkzeugmaschinen. Es ist unerheblich, ob die Werkzeugmaschinen ein einheitliches oder unterschiedliche Bearbeitungsverfahren durchführen, die Emulsion wird lediglich entsprechend ihrer Eigenschaften überwacht und optimiert. Auch bei Bearbeitungsverfahren wie Drahtziehen, Kaltwalzen, umformende Fertigungsverfahren.

Die Diagnose der Meßgrößen kann automatisch erfolgen. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, manuelle Eingriffe in dem System vorzunehmen und damit eine halbautomatische Regelung oder eine Steuerung der Parameter durchzuführen.

Die gesamte Einrichtung zur Überwachung der Bearbeitungsflüssigkeit kann als Zusatzsystem eine Einrichtung 31 zur Filterkuchenentwässerung bzw. zur Schleifschlammentölung aufweisen. Die Feststofffraktion aus dieser Einrichtung wird über eine Leitung 32 oder eine Fördereinrichtung einer Spänewaschanlage zugeführt. Die entölten Späne gelangen zu einer entsprechenden Auffangvorrichtung bzw. in eine Recyclinganlage.

Die Flüssigfraktion aus der Filterkuchenentwässerung bzw. aus der Spänewaschanlage gelangt über die Leitungen 33, 34 zu einer Einrichtung 35 zur Emulsionsspaltung. Dieser Einrichtung kann über die Leitung 36 die Altemulsion aus dem Tank 20 zugeführt werden. Die Emulsionsspaltung führt eine Trennung zwischen Öl und Wasser durch, das Öl gelangt über eine Leitung 37 zu einer hier nicht dargestellten Aufbereitungsanlage. Das Wasser kann über die Leitung 38 in den Tank 20 zurückgeführt werden. Dem Tank kann über eine Leitung 39 zusätzlich Frischwasser bzw. Emulsionkonzentrat zugeführt werden. In dem Tank 30 angeordnete Sensoren sind mit einer oder mehreren geeigneten Einrichtungen versehen, die die Funktionsfähigkeit der Sensoren aufrechterhalten. Es kann sich hierbei um eine Wascheinrichtung, um eine entsprechende Reinigungseinrichtung oder ähnliches handeln. Die Sensoren werden in regelmäßigen Abständen kalibriert, d. h. das Diagnosesystem 30 überprüft und korrigiert die sensorspezifischen Signale.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Überwachung einer Bearbeitungsflüssigkeit mit wenigstens einem Sensor zur Erzeugung wenigstens eines Überwachungssignals, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Sensors, eine Einrichtung (30) zur Verarbeitung des Überwachungssignals und Erzeugung eines Signals zur mittelbaren oder unmittelbaren Beeinflussung der Zusammensetzung der Bearbeitungsflüssigkeit aufgrund vorgegebener Kriterien oder Sollgrößen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsflüssigkeit in einem Aufbereitungsbehälter (20) überwacht ist, wobei mehrere Aufbereitungsbehälter vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren für die Ermittlung von Partikeln oder die Ermittlung von Mikroorganismen oder die Ermittlung des pH-Werts oder die Ermittlung der Korrosivität oder die Ermittlung der Temperatur oder die Ermittlung der Konzentration vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenfernübertragung (19) vorgesehen ist, über welche die Überwachungssignale an die Einrichtung (30) zur Auswertung zugeführt werden.

5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filtersystem (21) zur mechanischen Reinigung der Bearbeitungsflüssigkeit vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein System (35) zur Spaltung der Bearbeitungsflüssigkeit in die einzelnen Bestandteile, insbesondere eine Emulsionsspaltung vorgesehen ist.