(57)【要約】  本発明は、回転するスピンドル（１８）を有する加工機械用のマイクロ潤滑装置（１０）であって、加工機械の回転するスピンドル（１８）に圧縮空気と潤滑剤を供給して工具（２４）の近傍の混合室（５８）内で合流させることができるロータリー継ぎ手（３２）と、供給される潤滑剤の量を調量できる調量弁（４６）とを具備するものに関する。装置の監視及び制御を改善するために、ロータリー継ぎ手（３２）及び／又は調量弁（４６）はスマートコンポーネントとして構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するスピンドル（１８）を有する加工機械用のマイクロ潤滑装置（１０）であって、
ａ）加工機械の回転するスピンドル（１８）に圧縮空気と潤滑剤を供給して工具（２４）の近傍の混合室（５８）内で合流させることができるロータリー継ぎ手（３２）と、
ｂ）供給される潤滑剤の量を調量できる調量弁（４６）と、を具備するマイクロ潤滑装置（１０）において、
ｃ）前記ロータリー継ぎ手（３２）及び／又は前記調量弁（４６）がスマートコンポーネントとして構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記調量弁（４６）は、該調量弁（４６）の運転状態を独自に検出及び解析できる、固有のマイクロプロセッサを備えた付属の検知・制御ユニット（６２）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記検知・制御ユニット（６２）は、前記調量弁（４６）の開放時に該調量弁（４６）の磁気コイルを通る電流推移を検出できる回路、特にシャント又はホールセンサを有し、前記マイクロプロセッサは、前記流推移を解析して、前記調量弁（４６）に生じている潤滑剤圧力及び／又は潤滑剤の粘性を決定することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記検知・制御ユニット（６２）は、潤滑剤圧力及び／又は潤滑剤の粘性に応じて調量修正を行い、特に前記調量弁（４６）の開放時間を調節するように装置されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ロータリー継ぎ手（３２）は、該ロータリー継ぎ手（３２）の運転状態を独自に検出及び解析できる、固有のマイクロプロセッサを備えた付属の検知・制御ユニット（６４）を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記ロータリー継ぎ手（３２）の前記検知・制御ユニット（６４）は、以下のセンサ、即ち進入する空気圧のための空気圧センサ（１０６）と、空気漏れ圧力のための空気圧センサ（１０８）と、オイル圧力センサ（１０２）と、光学的オイル漏れセンサ（１１８）と、回転数計（１２０）と、振動センサ（１０８）と、温度センサ（１１４）とのうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記スマートコンポーネントは、解析データを保存できる、好ましくは非揮発性データメモリ（１２４）を有していることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
加工機械用のマイクロ潤滑装置（１０）を駆動するための方法であって、
ａ）請求項１〜８の何れか一項に記載のマイクロ潤滑装置（１０）を準備するステップと、
ｂ）前記マイクロ潤滑装置（１０）を作動させるステップと、
ｃ）前記マイクロ潤滑装置（１０）の機能状態を前記スマートコンポーネントを用いて監視するステップと、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するスピンドルを有する加工機械用のマイクロ潤滑装置であって、
ａ）加工機械の回転するスピンドルに圧縮空気と潤滑剤を供給して工具の近傍の混合室内で合流させることができるロータリー継ぎ手と、
ｂ）供給される潤滑剤の量を調量できる調量弁（４６）と、を具備するマイクロ潤滑装置に関する。
【０００２】
本発明は更に加工機械用のマイクロ潤滑装置を駆動するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
手工業及び工業の製造分野では、成形目的のための工作物の切削加工が非常に重要な意味を持っている。ここでは極めて多種多様な材料、特に鋼などの金属材料に、例えばフライス加工、穿孔加工、研削、旋削及びこれに類するものが適用される。
【０００４】
切削加工法においては、しばしば工作物と工具との接触面を潤滑剤（たいてい種々の添加物を加えたオイル、以下では潤滑剤とオイルという概念は同義として用いる）で潤滑及び／又は冷却することが必要である。
【０００５】
このために、潤滑剤を、圧縮空気を用いてたいていは工具を通り抜けて加工機械の切削区域に送入するマイクロ潤滑装置がますます多く使われている。これは従来潤滑剤・水エマルジョンで潤滑しているのに比べて有利である。なぜなら、エマルジョンの潤滑効果はより小さいからである。それゆえマイクロ潤滑では必要とされる潤滑剤の量は著しく少なく、しかもより多量の加工においてより高い切削効果が達成される。更に、発生する切り屑が潤滑剤で汚れる度合いが少ない。
【０００６】
このような装置は、例えば特許文献１及び特許文献２により知られている。
【０００７】
しかしながら、従来公知のマイクロ潤滑装置は、潤滑剤と空気の一定の比率を制御及び監視するための装置コストが比較的高いことが短所である。例えばオイル圧力と温度を高い装置コストで一定に保たなければならない。このために種々の潤滑剤の粘性の変化を較正によって補償しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願第１９７２５３４５Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願第１０３４９６４２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それゆえ本発明の課題は、制御及び監視に関して改善されたマイクロ潤滑装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は本発明により、
ｃ）ロータリー継ぎ手及び／又は調量弁がスマートコンポーネントとして構成されている、冒頭に記載した装置によって解決される。
【００１１】
発明者は、マイクロ潤滑装置にスマートコンポーネントを使用することにより、制御と監視のための、及びとりわけ種々のコンポーネントの保守のためのコストが著しく上昇することなく、潤滑剤と空気の比率をより良好にコントロールできることを認識した。
【００１２】
スマートコンポーネントという概念で、付属の検知ユニット及び電子ユニットを装備された要素と理解すべきである。この場合、加工機械で通常のやり方とは異なり、要素の適正な機能又は他のパラメータは直接に要素で検出され、上位のシステム制御の別個のセンサを介することはない。その代わりにスマートコンポーネントを制御及び監視するための論理及びインテリジェンスが直接コンポーネントに関係付けられる。特に本来のセンサ信号の解析は直接付属の電子ユニットで行われ、電子ユニットの方では相応の通信データ及び最終結果、例えば要素が故障した際のエラーコードのみを上位のシステム制御に伝達する。
【００１３】
そうすることによって上位のシステム制御はシンプルになる。なぜなら、そこでは要素の正確な構造や内部の機能状態に関する情報を保有する必要がないからである。個々の要素に関する専門知識を要素自体に統合することにより、全装置の設置、操作及び保守が簡単になる。
【００１４】
好ましくは、調量弁は、調量弁の運転状態を独自に検出及び解析できる、固有のマイクロプロセッサを備えた付属の検知・制御ユニットを有している。
【００１５】
この場合、検知・制御ユニットは、調量弁の開放時に調量弁の磁気コイルを通る電流推移を検出できる回路、特にシャント又はホールセンサを有することができる。マイクロプロセッサはこの電流推移を解析して、調量弁に生じている潤滑剤圧力及び／又は潤滑剤の粘性を決定することができる。このようにすると潤滑剤圧力又は粘性を決定するための外部のセンサ又は測定装置は必要なくなる。更に、導線が磁気コイルに及ぼす電気的影響は事前に較正することなく補償できる。
【００１６】
検知・制御ユニットは、潤滑剤圧力及び／又は潤滑剤の粘性に応じて調量修正を行い、特に調量弁の開放時間を調節するように装置することができる。このようにして上位のシステム制御は、加工機械の他のパラメータ、例えば使用する工具、加工される材料、切断速度などのみ基づいて、潤滑剤に対して所望される調量を調量弁に伝えることができる。この場合、スマートコンポーネントに付属している論理が、潤滑剤圧力及び／又は粘性が変化しても所望の調量が維持されるように働く。
【００１７】
ロータリー継ぎ手も、ロータリー継ぎ手の運転状態を独自に検出及び解析できる、固有のマイクロプロセッサを備えた付属の検知・制御ユニットを有することができる。
【００１８】
この場合、ロータリー継ぎ手の検知・制御ユニットは、以下のセンサ、即ち進入する空気圧のための空気圧センサと、空気漏れ圧力のための空気圧センサと、オイル圧力センサと、光学的オイル漏れセンサと、回転数計と、振動センサと、温度センサとのうち少なくとも１つを含むことができる。以下に詳しく説明するように、各々のセンサはロータリー継ぎ手を監視する際に他のセンサの部分範囲をカバーする。それゆえこれらすべてのセンサが設けられていると特別有利である。
【００１９】
スマートコンポーネントは、解析データを保存できる、好ましくは非揮発性データメモリを有することができる。そうすることによって、例えばベアリング障害を示唆する振動周波数の振幅を保存する場合は、特に摩耗に関して求めた値の時間的推移を監視できる。
【００２０】
以下に本発明を実施形態に基づき図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】回転工具を有する加工機械におけるマイクロ潤滑装置の模式図である。
【図２】ロータリー継ぎ手と調量弁を有するマイクロ潤滑装置の構造ユニットの正面図である。
【図３】図２に示された構造ユニットの平面図である。
【図４】構造ユニットを制御するための制御カードである。
【図５】図２と図３に示された構造ユニットの左側面図である。
【図６】図５に示された切断線Ａ−Ａに沿った構造ユニットの部分断面図である。
【図７】構造ユニットの背面図である。
【図８】図７に示された切断線Ｂ−Ｂに沿った構造ユニットの部分断面図である。
【図９】図７に示された切断線Ｃ−Ｃに沿った構造ユニットの部分断面図である。
【図１０】図７に示された切断線Ｄ−Ｄに沿った構造ユニットの部分断面図である。
【図１１】調量弁における典型的な電流推移のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、詳しく記述されない加工機械、例えばＣＮＣフライス盤におけるマイクロ潤滑装置の例として、全体を１０で表したマイクロ潤滑装置を示す。
【００２３】
破線の垂直線１２で表現されているように、加工機械は模式的にほぼ静止部１４と回転部１６に区分される。
【００２４】
回転部１６は、加工機械の運転進行中に回転するすべてのコンポーネントを含んでいる。
【００２５】
それらは、とりわけスピンドル１８、スピンドルと結合された受取りユニット２０、及び本来の加工工具２４、例えばドリル又はフライスが保持される工具ホルダ２２である。
【００２６】
加工機械の静止部１４には、スピンドル１６のための図示されない駆動装置が配置されている。更に、加工機械のタイプに応じて加工される工作物をスピンドル１８若しくは加工工具２４に対して相対的に動かすか、又は逆にスピンドル１８若しくは加工工具２４を工作物に対して相対的に動かす駆動装置が設けられている。そうである限り「静止」という概念は、あくまでも回転するスピンドル１８との関係において理解すべきである。なぜなら、静止部１４も、例えばＸＹＺ台上を工作物に対して相対的に動くからである。
【００２７】
マイクロ潤滑装置１０は、加工機械の静止部１４において、まず入口側で圧縮空気が供給される空気圧ユニット２６を有する。空気圧ユニット２６は出口側で圧縮空気を可変な空気圧で供給する。そのために空気圧ユニット２６は、検知・制御ユニット２８と接続されている。
【００２８】
更に進むと、空気圧ユニット２６は空気バルブ３０と接続されている。
【００２９】
空気バルブ３０は下流側でロータリー継ぎ手３２と接続されており、ロータリー継ぎ手３２は、圧縮空気が回転するスピンドル１８の空気案内路３４に引き渡されるように構成されている。スピンドル１８の空気案内路３４には、受取りユニット２０及び工具ホルダ２２内の対応する空気案内路３６、３８が接続している。
【００３０】
更に、マイクロ潤滑装置１０は、加工機械の静止部１４にオイル送出器４０を有しており、これにより図示されていない貯蔵オイルから可変なオイル圧力が形成される。ここに示された例では、オイル送出器４０は入口側で基準圧力管４２を介して空気圧ユニット２６と接続されていて、オイル送出器４０に対する基準圧力ポイントを確定するようになっている。
【００３１】
ただし、基準圧力ポイントは専ら電子的経路でオイル送出器４０に伝達されることもできる。このためにオイル送出器４０は、付属の検知・制御ユニット４４とも接続されている。
【００３２】
オイル送出器４０は出口側で、好ましくは非比例急速弁として形成された電気制御可能な調量弁４６と接続されている。この場合、接続は調量弁４６の前にあるオイル中に気泡が入るのを避けるためにオイル送出器４０に戻るリング管４８を含んでいる。
【００３３】
調量弁４６は、出口側でロータリー継ぎ手３２とも接続されており、このロータリー継ぎ手３２はオイルが回転するスピンドル１８のオイル案内路５０内の圧縮空気から切り離して引き渡されるように構成されている。
【００３４】
対応する別のオイル案内路５２及び５４は、空気案内路３４、３６、３８から分離されて受取りユニット２０及び工具ホルダ２２に進む。
【００３５】
最初に工具ホルダ２２内に混合室５８が配置されており、その中でオイルと圧縮空気が一緒にされる。混合室５８は工具２４自体の１本以上の流路と接続している混合室出口を有しており、オイルは工具２４の切断区域まで案内されて、そこで潤滑剤噴霧６０として流出する。
【００３６】
潤滑剤噴霧６０中のオイルの割合は実質的に調量弁４６を用いて制御できる。これは調量弁４６の開放パルス時間と閉鎖パルス時間の比率を変えることによって行われる。
【００３７】
本発明によりロータリー継ぎ手３２及び調量弁４６は、スマートコンポーネントとして実施されている。これは、これらのコンポーネントは固有の付属の検知・制御ユニット６２及び６４を具備していることを意味する。この場合、検知・制御ユニット６２及び６４はそれぞれ固有のマイクロプロセッサを有しており、このマイクロプロセッサが検知ユニットの出力信号を処理し、相応の通信信号を上位のシステム制御６６に伝達する。
【００３８】
システム制御６６は、本明細書の例では制御コンピュータ６８、オペレータインターフェース７０及びインターネットアクセス７２を含んでいる。ここで個々のコンポーネントはデータ接続７４（例えばイーサネット（登録商標）又はＷＬＡＮ）によって連結されている。
【００３９】
マイクロ潤滑装置１０の本質的なコンポーネントとして、構造ユニット８０であるロータリー継ぎ手３２と調量弁４６は、図２〜図１０に再度より正確に表現されている。
【００４０】
図２でこの構造ユニット８０は側面図で表現されており、加工機械の回転部１６に向いたロータリー継ぎ手３２は図面の左に配置されている。
【００４１】
この図では、ロータリー継ぎ手３２における圧縮空気接続部８２と、調量弁４６におけるオイル接続部８４が見て取れる。
【００４２】
更に、付属の検知・制御ユニット６４は構造ユニット８０の一部であるため、ロータリー継ぎ手３２には直接データ接続部８６が設けられている。
【００４３】
これと反対に、調量弁４６に対しては構造ユニット８０から独立した制御カード８８が設けられており（図４参照）、調量弁４６の制御カード接続部９０と接続されている。制御カード８８自体は、電源接続部９２、調量弁４６の制御カード接続部９０と接続されるバルブ接続部９４、及びまたデータ接続７４に統合するためのデータ接続部９６を含んでいる。
【００４４】
図５と図７には切断線が表示されており、これらの切断線に対応する断面図が図６、図８、図９及び図１０に表現されている。これらの断面図にはロータリー継ぎ手３２及び付属の内蔵検知・制御ユニット６４の詳細が示されている。
【００４５】
検知・制御ユニット６４は、オイル案内路１００の回りに横断方向に配置された基板９８を有している。
【００４６】
基板９８は、分岐部材１０４を介してオイル流路１００と接続されたオイル圧力センサ１０２を支持している。
【００４７】
更に、基板９８は反対側に、圧縮空気接続部８２と直接接続している第１の空気圧センサ１０６を支持している。第２の空気圧センサ１０８は、漏れ室１１０と接続しており、この漏れ室１１０内には、ロータリー継ぎ手３２の図示されていないベアリング要素を軸方向でまとめて保持している溝付き丸ナット１１２が配置されている。
【００４８】
更に、基板９８は温度センサ１１４、振動センサ１１６、及び光学的オイル漏れセンサ１１８を支持している。この場合、光学的オイル漏れセンサ１１８は漏れ室１１０の縁部に配置されていて、存在するオイルによる光の反射の変化を測定する。このオイルは、運動漏れ室１１０内で溝付き丸ナット１１２の回転運動と、それに伴う空気の回転運動に基づいて縁部から押しのけられたものである。
【００４９】
最後に、基板９８はコイル１２０を支持している。コイル１２０は磁化された溝付き丸ナット１１２と協働して、ロータリー継ぎ手３２の回転数を決定し、及びアクティブな電子コンポーネントに供給するためのエネルギーを得る。電子コンポーネントにはマイクロコントローラ１２２及び非揮発性データメモリ１２４、例えばフラッシュＲＡＭも含まれる。
【００５０】
加工機械の運転時にマイクロ潤滑装置１０は、以下の通り作動する。
【００５１】
空気バルブ３０が開くと、それによって圧縮空気がロータリー継ぎ手３２、スピンドル１８及び受取りユニット２０を通って工具ホルダ２２の混合室５８に到達する。
【００５２】
次にオイルを添加するために、調量弁４６が加工機械の加工パラメータに応じて短いパルスで開く。この調量弁４６は電気的に制御可能なソレノイド弁であり、弁要素が閉じた状態で生じているオイル圧力によって弁座に押し付けられる。
【００５３】
図１１は、開放電圧が印加されたときのソレノイド弁のコイルにおける電流推移を示す。最初に、電流ＩはＩ＝ＩＦで十分な磁力が達成されるまで上昇し、そこで弁要素は弁座から持ち上がる。この力はバルブ弁要素に生じているオイル圧力に比例する。
【００５４】
弁要素が弁座から持ち上がった後、弁要素の反対側にも同様にオイル圧力が生じており、それによって弁要素を動かすために必要な力が再び減少する。次に、運動によって生み出された磁気反力に基づいて、電流Ｉは弁要素がその終端停止位置に移動する間にコイルに戻る。弁要素がそこに到達すると、電流は再び一定の最大値に上昇する。
【００５５】
この場合、弁要素が弁座から持ち上がって終端停止位置で止まるまでに必要とされる時間ｔｓは、弁要素がその中を動く潤滑剤の粘性に比例する。というのは、弁要素の両側に生じているオイル圧力に基づき、動いている弁要素に実質的に粘性に起因する制動力と、事前に知られている弁のばね力が作用するからである。
【００５６】
制御カード８８内に含まれている調量弁４６のための検知・制御ユニット６２は、コイルにおける電流推移を検出するための回路、例えばシャント回路を有する。検知・制御ユニット６２のマイクロプロセッサは両反転ポイント１３０及び１３２を求めて、調量弁４６の前にあるオイル圧力及び潤滑剤の粘性を決定する。
【００５７】
更に、弁要素の静止状態で弁要素の動きにつながらない微少な一定の電流が導入されることにより、検知・制御ユニット６２を用いてコイルにおける抵抗を求めることができる。その際に高抵抗電流回路によってコイルにおける電圧降下が求められるが、これはやはりコイルの抵抗に比例する。次にこの抵抗が温度を求めるために解析される。
【００５８】
更に、検知・制御ユニット６２は調量弁４６の誤挙動を認識できる。例えば顕著に上昇した電流の流れは調量弁４６のコイル内の短絡を示唆し、或いは電流が流れなければケーブルの破損を示唆することがある。
【００５９】
求められた情報は検知・制御ユニット６２によって、オイル圧力、粘性及び温度に応じて直接調量弁４６において調量修正を行うために使用される。このようにしてシステム制御６６の制御論理はスリムに保つことができる。しかしまたこれらの情報は、データ接続部９６を通してシステム制御６６に伝達でき、システム制御６６も同様にこれらの情報に応じて他のパラメータ、例えば使用する工具と加工速度及び／又は空気圧との相互作用によりオイルの調量を制御し、又はオイル送出器４０におけるオイル圧力を変化させる。
【００６０】
調量弁４６の検知・制御ユニット６２は、電流推移が通常の電流推移から逸脱していることを認識し、部材がまもなく故障することが示唆される場合に、インターネットアクセス７２により製造者にエラーメッセージを送ることさえできる。製造者はそれに応えて前もって交換部品の供給を準備できる。
【００６１】
ロータリー継ぎ手３２の監視は、ロータリー継ぎ手３２の機械的部分にフランジ止めされている付属の検知・制御ユニット６４を介して行われる。この場合、ロータリー継ぎ手の監視は、第一にベアリング障害を認識することである。
【００６２】
このために振動センサがロータリー継ぎ手３２のハウジングで振動を測定する。解析において適当なフィルタリングを施すことにより、振動からボールベアリングによって標準的に引き起こされる周波数を求めることができる。当該周波数の変化はボールベアリングの破損を示唆することがある。それゆえマイクロコントローラ１２２は、解析の実際の結果を、既にデータメモリ１２４に保存されている結果又は基準と比較する。必要に応じて検知・制御ユニット６４はここでもインターネットアクセス７２を通して相応のメッセージをマイクロ潤滑装置１０の運用者又は製造者に送り、場合によって保守点検を促す。
【００６３】
温度ベアリング障害の場合にボールベアリングの温度が上昇するので、ベアリング障害を認識するために温度センサ１１４も援用できる。発生する熱はハウジングを通して基板９８上に配置されている温度センサ１１４に伝えられ、温度センサ１１４は同時に電子ユニットの過熱を認識する。
【００６４】
ロータリー継ぎ手３２から流出する圧縮空気とオイルの漏れ量も同様に、ロータリー継ぎ手の状態、特に静止部から回転部への移行箇所の密封性に関する情報を与える。第１の空気圧センサ１０６により、圧縮空気接続部８２に生じている空気圧が測定される。第２の空気圧センサ１０８は空気漏れを決定することができるが、その際に空気漏れは圧縮空気接続部８２における空気圧及び回転数との関係で評価される。なぜなら、空気圧が高く回転数が小さいと漏れが多くなるからである。
【００６５】
ロータリー継ぎ手３２の検知・制御ユニット６４は、これらすべての情報から残りの寿命を計算して、システム制御６６に、又は場合により直接製造者に伝える。
【００６６】
内部エネルギー供給により検知・制御ユニット６４はケーブル接続なしに自給自足的に運転でき、例えば保守点検時など一時的にのみ分離される。このようにしてケーブルのない通信接続も実現可能である。スピンドル１８の短い停止時間はアキュムレータ１２１によって橋渡しされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2018522742.tif 000018
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2018522742.tif 000020
2018522742.tif 000021
2018522742.tif 000022
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