AT414170B

AT414170B - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der eigenschaften von schmierstoffen

Info

Publication number: AT414170B
Application number: AT0165803A
Authority: AT
Inventors: Wilhelm Dr Hoeflinger; Bernhard Neumann
Original assignee: Allg Unfallversicherungsanstal
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2006-09-15
Also published as: ATA16582003A; DE102004050372A1

Description

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Die gegenständliche Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung der Eigenschaften von Kühlschmierstoffen hinsichtlich der Auswirkungen in deren Verwendung bei spanabhebenden Erzeugungsvorgängen. 5 Die bei spanabhebenden Erzeugungsverfahren verwendeten Kühlschmierstoffe dienen einerseits dazu, die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auftretende Reibung zu vermindern und andererseits dazu, die beim Erzeugungsverfahren auftretende Wärme abzuführen. Die Auswahl der Kühlschmierstoffe erfolgt dabei dahingehend, durch welchen Kühlschmierstoff diesen Erfordernissen vermutlich optimal entsprochen wird. Es ist demgegenüber bisher nicht io bekannt, die Eigenschaften von Kühlschmierstoffen bei bestimmten Erzeugungsvorgängen hinsichtlich von vorgegebenen Kriterien zu überprüfen. Von besonderem Interesse dabei sind einerseits das Ausmaß der Erzeugung von Emissionen in die Atmosphäre und andererseits deren Kühlwirkung. 15 Der gegenständlichen Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche eine standardisierte Ermittlung der Eigenschaften von Kühlsschmierstoffen hinsichtlich der Wirkungen in deren Verwendung bei spanabhebenden Erzeugungsvorgängen ermöglicht wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass Erzeugungsvorgänge simuliert werden, indem ein beheizter, rotierender Probekörper mit Kühl-20 Schmierstoff beaufschlagt wird und dass die Auswirkungen des Kühlschmierstoffes, insbesondere hinsichtlich von dessen Kühlwirkung bzw. des Übertrittes von Anteilen desselben in die Atmosphäre, gemessen werden.

Vorzugsweise wird der Kühlschmierstoff mittels mindestens einer Düse auf den Probekörper 25 aufgebracht und wird die Menge des pro Zeiteinheit auf den Probekörper aufgebrachten Kühlschmierstoffes gemessen. Weiters wird vorzugsweise der Probekörper beheizt, wobei insbesondere die diesem in einer Zeiteinheit zugeführte Wärmeenergie sowie dessen Temperatur gemessen werden. Hierdurch kann die Kühlwirkung des Kühlschmierstoffes ermittelt werden. Zudem wird vorzugsweise die den Probekörper umgebende Luft abgesaugt und werden die in 30 der abgesaugten Luft enthaltenen flüssigen Anteile des Kühlschmierstoffes in Bezug auf deren Konzentration sowie auf deren Größenverteilung und die gasförmigen Anteile in Bezug auf deren Konzentration gemessen.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist ein mittels 35 eines Antriebes rotierbarer Probekörper vorgesehen, welcher mit einer Heizung, insbesondere mit einer Heizpatrone, sowie mit mindestens einem Temperaturfühler ausgebildet ist und ist mindestens eine Zuführvorrichtung vorgesehen, über welche dem Probekörper Kühlschmierstoff zuführbar ist. Dabei kann die Zuführeinrichtung für den Kühlschmierstoff eine Leitung enthalten, an deren Ende mindestens eine Düse vorgesehen ist, und in welcher ein Mengenmessgerät 40 vorgesehen ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Probekörper topfförmig ausgebildet, wobei sich der Heizkörper und der Temperaturfühler, welche feststehend sind, im Innenraum des Probekörpers befinden. Weiters kann der Probekörper an seiner Außenwandung mit einer 45 Profilierung ausgebildet sein und kann die als Antriebsstutzen ausgebildete Antriebswelle des Probekörpers mit Kühlrippen versehen sein.

Vorzugsweise ist der rotierbare Probekörper in einem weitgehend geschlossenen Gehäuse angeordnet, an welches mindestens eine Einrichtung zur Messung der in der abgesaugten Luft so enthaltenen Anteile an Kühlschmierstoff angeschlossen ist. Dabei kann ein vom Gehäuse wegführender Absaugkanal mit Geräten zur Messung der Konzentration und der Größenverteilung der in der abgesaugten Luft enthaltenen flüssigen Anteile sowie der Konzentration der gasförmigen Anteile an Kühlschmierstoff ausgebildet sein. Vorzugsweise ist weiters ein Traggestell für den Rotationskörper vorgesehen, an welchem der Rotationskörper in unterschiedliche Lagen 55 einstellbar ist. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich die mindestens 3

AT 414 170 B eine Düse für die Aufbringung des Kühlschmierstoffes auf den Probekörper an der Absaugleitung, welche vorzugsweise mit einem Ansaugtrichter ausgebildet ist.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten 5 Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in schematisierter Darstellung;

Fig. 2 eine in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthaltene Einrichtung, in einem vertikalen io Schnitt;

Fig. 3 die Einrichtung gemäß Fig. 2, im Schnitt nach der Linie lll-lll der Fig. 2; die Fig. 4 und 5 einen Teil der Einrichtung gemäß Fig. 2, in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen;

Fig. 6 eine Ausführungsvariante der Fig. 1, und 15 Fig. 7 eine Einrichtung, welche zur Aufbringung von Kühlschmierstoff auf einen Probekörper und zur Absaugung von Anteilen an Kühlschmierstoffen dient.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein mittels Rollen verfahrbares Traggestell 1 für ein Gehäuse 11 auf, innerhalb dessen sich eine Einrichtung 2 zur Simulierung von spanabheben-20 den Erzeugungsvorgängen, welchen ein Kühlschmierstoff zugeführt wird, befindet. Der Einrichtung 2 ist ein Antriebsmotor 3 zugeordnet, welchem ein Getriebe 31 nachgeschaltet ist, mit welchem ein Teil der Einrichtung 2 auf Rotation kuppelbar ist. Weiters ist eine Einrichtung 4 vorgesehen, welche dazu dient, der Einrichtung 2 einen Kühlschmierstoff zuzuführen. Die Einrichtung 4 enthält eine Zufuhrleitung 41 für den Kühlschmierstoff, eine Förderpumpe 42, welche 25 durch eine Steuereinheit 43 gesteuert wird, ein Mengenmeßgerät 44 und eine Düse 45, über welche der Kühlschmierstoff der Einrichtung 2 zuführbar ist.

Das Gehäuse 11 ist weiters mit einer Ansaugöffnung 12 ausgebildet, durch welche in das Innere des Gehäuses 11 Luft einströmt. Weiters befindet sich unterhalb der Einrichtung 2 ein Auf-30 fangbehälter 13. Zudem ist das Traggestell 1 mit mindestens einem Querträger 14 und mindestens einem Steher 15 ausgebildet, an welchen Bauteile der Einrichtung 2 und des Antriebes 3 befestigt sind.

Weiters ist eine Einrichtung 5 vorgesehen, durch welche aus dem Inneren des Gehäuses 11 35 flüssige und gasförmige Anteile des Kühlschmierstoffes enthaltende Luft abgesaugt wird. Die Einrichtung 5 besteht aus einer Absaugleitung 51, einer Pumpe 52, einer Leitung 52a zu einem Filter 53 und einer Ausgangsleitung 54. In der Absaugleitung 51 befindet sich ein Fühler 55 zur Mengenmessung des in der Leitung 51 strömenden Mediums. Zudem geht von der Absaugleitung 51 eine Leitung 56 ab, durch welche mittels einer Pumpe 57 Proben der abgesaugten Luft 40 entnommen werden. An diese Leitung 56 schließen ein Meßgerät 58 für die Messung von flüssigen Bestandteilen der in der abgesaugten Luft enthaltenen Anteile an Kühlschmierstoff und ein Meßgerät 59 für die Messung von in der abgesaugten Luft enthaltenen gasförmigen Anteile an Kühlschmierstoff an. 45 Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt:

Der Einrichtung 2, durch welche mittels eines beheizten Rotationskörpers ein spanabhebender Erzeugungsvorgang simuliert wird, wird über die Düse 45 ein Kühlschmierstoff zugeführt. Durch die Einrichtung 2 wird ein Teil des Kühlschmierstoffes zerstäubt, wodurch er in Form von flüssi-50 gen Bestandteilen und gasförmigen Bestandteilen in die im Gehäuse 11 befindliche Atmosphäre Übertritt. Der restliche Kühlschmierstoff gelangt in den Auffangbehälter 13.

Durch die Absaugeinrichtung 5 wird die im Inneren des Gehäuses 11 befindliche Luft mittels der Pumpe 52 abgesaugt und über das Filter 53 und die Ausgangsleitung 54 in die freie Atmosphä-55 re geleitet. Durch das Filter 53 werden die in der abgesaugten Luft enthaltenen Anteile an Kühl- 4

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Schmierstoff entfernt. Aus der abgesaugten Luft werden Proben entnommenen, welche auf die in diesen enthaltenen flüssigen und gasförmigen Anteile an Kühlschmierstoff überprüft werden, wobei die flüssigen Anteile hinsichtlich ihrer Konzentration und ihrer Größenverteilung sowie die gasförmigen Anteile hinsichtlich ihrer Konzentration ausgewertet werden. 5

Hierdurch ist es möglich, durch eine Simulation von spanabhebenden Erzeugungsvorgängen die Auswirkungen des Kühlschmierstoffes hinsichtlich seines Übertrittes in die Atmosphäre zu überprüfen und zu bewerten. io In analoger Weise ist es auch möglich, mit dieser Vorrichtung mittels einer Simulation von spanabhebenden Erzeugungsvorgängen die Auswirkungen des Kühlschmierstoffes hinsichtlich von dessen Kühlung zu bewerten. Dafür wird der Probekörper erhitzt und werden die diesem pro Zeiteinheit zugeführte Wärmeenergie sowie dessen Temperatur gemessen. 15 Nachstehend ist anhand der Fig. 2 und 3 die Einrichtung 2 zur Simulierung von spanabhebenden Erzeugungsvorgängen erläutert:

Die Einrichtung 2 besteht aus einem am Querbalken 14 des Traggestelles 1 angeordneten feststehenden zylindrischen Körper 21, welcher mit Heizpatronen 22 ausgebildet ist, welche 20 über Leitungen 23 gespeist werden. Zudem sind in diesem Körper 21 mehrere Temperaturfühler 24 angeordnet, welche über Leitungen 24a an ein Auswertgerät angeschlossen sind. In seinem unteren Bereich ist der zylindrische Körper 21 mit einer sehr dünnen Wand 21a ausgebildet, um hierdurch einen hohen Wärmeübergangswiderstand zu bewirken. 25 Der zylindrische Körper 21 ist von einem hohlzylindrischen Körper 25 umgeben, welcher nachstehend als Probekörper bezeichnet ist. Dieser Probekörper 25 ist mittels eines Stutzens 26 und eines Konuskörpers 27 mit dem Getriebe 31 kuppelbar. Der Probekörper 25 ist an seiner Mantelfläche mit Vorsprüngen 25a ausgebildet. Weiters ist der Stutzen 26 mit Kühlrippen 26a ausgebildet. 30

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist wie folgt:

Der zylindrische Körper 21 wird mittels der Patronen 22 beheizt, wobei die zugeführte Heizleistung gemessen wird. Weiters wird mittels der Wärmefühler 24 dessen Temperatur gemessen. 35 Da der Probekörper 25 den zylindrischen Körper 21 eng umschließt, wird er durch den zylindrischen Körper 21 gleichfalls erhitzt. Der Probekörper 25 wird mittels des Motors 3 über das Getriebe 31 in Rotation versetzt. Um zu verhindern, daß die Kupplung zwischen dem Probekörper 25 und dem Getriebe 31 überhitzt wird, ist der Probekörper 25 an seinem Stutzen 26 mit den Kühlrippen 26a ausgebildet. Durch die Düse 45 wird auf den Probekörper 25 ein Kühl-40 Schmierstoff aufgebracht, wobei dessen Menge pro Zeiteinheit gemessen wird.

Durch die Rotation des beheizten Probekörpers 25 wird ein spanabhebender Erzeugungsvorgang simuliert, durch welchen in die umgebende Atmosphäre flüssige und gasförmige Anteile des Kühlschmierstoffes übertreten. Diese Anteile werden in weiterer Folge hinsichtlich der 45 Konzentration und Größenverteilung der flüssigen Anteile und hinsichtlich der Konzentration der gasförmigen Anteile bestimmt. Hierdurch können die Auswirkungen des Kühlschmierstoffes in Abhängigkeit von der Art des Kühlschmierstoffes, der Art von dessen Aufbringung, nämlich des Abstandes der Düse vom Probekörper, der Düsenform, der Menge an aufgebrachtem Kühlschmierstoff pro Zeiteinheit, der Austrittsgeschwindigkeit des Kühlschmierstoffes, der Richtung so desselben in Bezug auf den Probekörper, weiters in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Probekörpers, der aufgebrachten Heizleistung sowie der Temperatur des Probekörpers gemessen werden. Somit wird es ermöglicht, Kriterien festzulegen, um die Auswirkungen des Einsatzes von Kühlschmierstoffen, insbesondere hinsichtlich des Übertrittes von flüssigen und gasförmigen Anteilen in die Atmosphäre, und von dessen Kühlwirkung, zu überprüfen. 55 Dadurch können die Parameter so gewählt werden, dass minimale Emissionen verursacht

Claims

5 AT 414 170 B werden bzw. eine optimale Kühlung erzielt wird. Wie dies in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, kann die Oberfläche des Probekörpers 25 auch glatt oder mit einer sich kreuzenden Riffelung 25b ausgebildet sein. 5 Wie dies weiters in Fig. 6 dargestellt ist, können der Probekörper 25 und die diesem zugeordneten Heizkörper 22 innerhalb des Traggestelles 1 mittels eines Sockels 16 in beliebigen Lagen angeordnet sein. Ebenso kann die Absaugleitung 51 innerhalb des Traggestells 1 in unterschiedliche Lagen einstellbar sein. 10 In Fig. 7 ist weiters ein Absaugtrichter 51a dargestellt, welcher mit Zuleitungen 41a für den Kühlschmierstoff kombiniert ist. Auch durch die besondere Ausbildung des Ansaugstutzens der Absaugleitung 51 und die gegenseitigen Lagen der Düsen 45 und der Absaugleitung 51 kann die Bildung von Emissionen beeinflusst werden. 15 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ermittlung der Eigenschaften von Kühlschmierstoffen hinsichtlich der Aus-20 Wirkungen in deren Verwendung bei spanabhebenden Erzeugungsvorgängen, dadurch gekennzeichnet, dass Erzeugungsvorgänge simuliert werden, indem ein beheizter, rotierender Probekörper (25) mit Kühlschmierstoff beaufschlagt wird und daß die Auswirkungen des Kühlschmierstoffes, insbesondere hinsichtlich von dessen Kühlwirkung bzw. des Übertrittes von Anteilen desselben in die Atmosphäre, gemessen werden. 25
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlschmierstoff mittels mindestens einer Düse (45) auf den Probekörper (25) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 30 Menge des pro Zeiteinheit auf den Probekörper (25) aufgebrachten Kühlschmierstoffes gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (25) beheizt wird. 35
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (25) erhitzt wird und dass die diesem in einer Zeiteinheit zugeführte Wärmeenergie sowie dessen Temperatur gemessen werden.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Probekörper (25) umgebende Luft abgesaugt wird und daß die in der abgesaugten Luft enthaltenen flüssigen und gasförmigen Anteile des Kühlschmierstoffes gemessen werden.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der abgesaugten 45 Luft enthaltenen flüssigen Anteile des Kühlschmierstoffes in Bezug auf deren Konzentrati on sowie auf deren Größenverteilung und die gasförmigen Anteile in Bezug auf deren Konzentration gemessen werden.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, so dadurch gekennzeichnet, dass ein mittels eines Antriebes (3) rotierbarer Probekörper (25) vorgesehen ist, welcher mit einer Heizung, insbesondere mit einer Heizpatrone (22), und mit mindestens einem Temperaturfühler (24) ausgebildet ist und dass mindestens eine Zuführeinrichtung (4) vorgesehen ist, über welche dem Probekörper (25) Kühlschmierstoff zu-führbar ist. 55 6 AT 414 170 B
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (4) für den Kühlschmierstoff eine Leitung (41) enthält, an deren Ende mindestens eine Düse (45) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (41) für den Kühlschmierstoff ein Mengenmeßgerät (44) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (25) topfförmig ausgebildet ist, wobei sich der Heizkörper (22) und der Tem- io peraturfühler (24), welche feststehend sind, im Innenraum des Probekörpers (25) befinden.
12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (25) an seiner Außenwandung mit einer Profilierung (25a) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die als Antriebsstut zen (26) ausgebildete Antriebswelle des Probekörpers (25) mit Kühlrippen (26a) versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der 20 rotierbare Probekörper (25) in einem weitgehend geschlossenen Gehäuse (11) angeordnet ist, an welches mindestens eine Einrichtung (58, 59) zur Messung der in der abgesaugten Luft enthaltenen Anteile an Kühlschmierstoff angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Gehäuse 25 (11) zur Messeinrichtung führender Absaugkanal (51) mit Geräten (58, 59) zur Messung der Konzentration und der Größenverteilung der in der abgesaugten Luft enthaltenen flüssigen Anteile sowie der Konzentration der gasförmigen Anteile an Kühlschmierstoff ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Traggestell (14, 15, 16) für den Rotationskörper (25) vorgesehen ist, an welchem der Rotationskörper (25) in unterschiedliche Lagen einstellbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich 35 die mindestens eine Düse (45) für die Aufbringung des Kühlschmierstoffes auf den Probekörper (25) an der Absaugleitung (51) befindet, welche vorzugsweise mit einem Ansaugtrichter (51a) ausgebildet ist. 40 Hiezu 6 Biaft Zeichnungen 45 50 55