AT500594B1 - Kohärenzstrahldüsen für schleifanwendungen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft die Zufuhr von Kühlmittel zu einer Kontaktsteile zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung und genauer gesagt die Zufuhr von Kühlmittel zu Schleifarbeitsgängen.

Es ist bekannt, eine Schleifmaschine mit einer Düse auszustatten, die einen oder mehrere Strahlen, Sprühnebel oder Ströme eines geeigneten flüssigen Kühlmittels an eine Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung, wie einer rotierenden Schleifscheibe, abgeben kann. Die Düse kann dabei auf die Kontaktstelle gerichtet oder gezielt und beispielsweise über einen Schlauch an eine Kühlmittelquelle angeschlossen werden. Eine derartige Kühlung der Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Schleifwerkzeug wirkt sich günstig auf die Qualität des Endprodukts aus. Das trifft insbesondere bei einer modernen Schleifmaschine zu, bei der das Werkzeug zur Entfernung großer Materialmengen von einem Werkstück bestimmt ist, wo eine unzulängliche Kühlung zu einer Beschädigung der intakten Oberfläche des Werkstücks führen kann.

Es ist weiters bekannt, eine Düse derart auszubilden, dass sie ausreichende Kühlmittelmengen entsprechend verteilt auf die Kontaktstelle zwischen einer relativ großen Oberfläche eines Werkstücks und einer entsprechend profilierten Bearbeitungsfläche einer rotierenden Schleifscheibe od. dgl. leiten kann. Die Düse kann den Erfordernissen hinsichtlich der Abgabe von ausreichenden Kühlmittelmengen in optimaler Verteilung gerecht werden, solange, das betreffende Schleifwerkzeug in der Maschine eingebaut bleibt und solange ein solches Werkzeug im Begriff ist, Material von einer bestimmten Serie von Werkstücken zu entfernen. Wenn das betreffende Schleifwerkzeug gegen ein anderes Werkzeug mit unterschiedlichem Profil ausgetauscht oder ein anderes Profil desselben Werkzeugs in Material entfernenden Kontakt mit einem Werkstück bewegt wird, kann die Düse aber nicht mehr die optimale Wärmeabfuhr von den Werkstücken gewährleisten. Es ist somit im Allgemeinen notwendig, die Düse durch eine andere Düse in einem zeitaufwendigen Arbeitsschritt auszutauschen, was zu längeren Stillstandszeiten der Maschine führen kann. Diese Situation wird verschärft, wenn mehrere verschiedene Profile eines bestimmten Werkstücks mit einem Satz unterschiedlicher Werkzeuge oder mit zwei oder mehr Sätzen unterschiedlicher Werkzeuge behandelt werden sollen. Das erfordert den Ausbau eines zuvor benützten Schleifwerkzeugs aus der Maschine.

Ein weiterer Faktor, der die Qualität der Werkstückkühlung beeinflusst, ist der Streubereich des auf das Werkstück aufgebrachten Kühlmittelstrahls. Die Zerstreuung erweist sich als nachteilig, weil dadurch die Menge an mitgeführter Luft leicht erhöht wird und Luft dazu neigt, Kühlmittel von der Schleifzone (d.h. von der Schleifscheibe/Werkstückoberfläche) femzuhalten. Durch die Zerstreuung kann es auch zu einer Verringerung der Zielgenauigkeit des Kühlmittelstrahls kommen, wodurch Fluid an der Schleifzone vorbeiströmen oder von dieser zurückprallen kann. Die Zerstreuung kann durch den Einsatz von relativ langen geraden Schlauch-/Rohrabschnitten unmittelbar stromaufwärts der Düse verringert werden. Das ist jedoch bei vielen Anwendungen aufgrund des beschränkten Platzangebots bei vielen Schleifmaschinen unpraktisch. In einem Versuch, diese Platzbeschränkung zu umgehen, wurden Beruhigungskammern unmittelbar stromaufwärts der Düse angeordnet. Die relativ große Querschnittfläche der Beruhigungskammer sollte dabei die Geschwindigkeit des Kühlmittels abbremsen und eine Stabilisierung desselben ermöglichen, bevor es aus der Düsenauslassöffnung kommend beschleunigt, damit die Kohärenz bei Anwendungen, bei denen lange, gerade, stromaufwärtige Rohrabschnitte unpraktisch sind, verbessert wird. Die relativ großen Abmessungen derartiger Beruhigungskammern machen es jedoch schwierig, diese nahe genug an der Schleifzone anzuordnen, um bei vielen Anwendungen eine optimale Kühlung zu gewährleisten.

Es wurde allgemein auch gefunden, dass die Werkstückkühlung verbessert werden kann, indem die Geschwindigkeit des Kühlmittelstrahls auf jene der Schleiffläche der Schleifscheibe abgestimmt wird. Zur Erzielung einer Geschwindigkeitsabstimmung und zur Minimierung von Zerstreuung und des Anteils mitgeführter Luft wurde allgemein gefunden, dass der Strahl die Schleifzone innerhalb von etwa 30,5 cm (12 Inch) von der Düse entfernt erreichen sollte. 3 AT 500 594 B1

Es besteht der Bedarf nach einer verbesserten Kühlmitteldüse, die kohärente Strahlen liefern kann und leicht einstellbar ist, um einen optimalen Kühlmittelstrom bei einer Vielzahl von Schleifanwendungen und Abständen von der Schleifzone zu gewährleisten.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Düsenanordnung vorgesehen umfassend Beruhigungsmittel und wenigstens eine Kohärenzstrahldüse, welche an einem stromabwärtigen Ende der Beruhigungsmittel angeordnet ist, wobei die Kohärenzstrahldüse einen stromaufwärtigen Endbereich mit einer Achse und einer Querdimension D, einen mittleren Bereich mit einer axialen Länge von wenigstens ¾ D und einen stromabwärtigen Endbereich mit einer in stromabwär-tiger Richtung abnehmenden Querdimension aufweist, wobei der stromabwärtige Endbereich eine in einem Winkel von wenigstens 30° zur Achse angeordnete Oberfläche aufweist und an einer Austrittsöffnung mit einem Durchmesser d endet, wobei das Verhältnis D:d mindestens etwa 2:1 beträgt.

Weiters kann eine Frontplatte vorgesehen sein, die auswechselbar an einer stromabwärtigen Seite der Beruhigungskammer befestigt ist. Die Anordnung kann auch einen innerhalb der Beruhigungskammer angeordneten Strömungsgleichrichter aufweisen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält eine Düsenanordnung eine Beruhigungskammer mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt in Richtung quer zu einer stromabwärtigen Fluidstromrichtung durch dieselbe, mindestens eine an einem stromabwärtigen Ende der Beruhigungskammer angeordnete Kohärenzstrahldüse und einen hinsichtlich Größe und Gestalt im Wesentlichen an den Querschnitt angepassten und in der Beruhigungskammer angeordneten Strömungsgleichrichter.

Gemäß einem noch anderen Aspekt enthält eine Düsenanordnung eine Beruhigungskammer, die so gestaltet ist, dass Kühlmittel stromabwärts durch diese strömen kann, und eine Mehrzahl von Kohärenzstrahldüsen, die am stromabwärtigen Ende der Beruhigungskammer angeordnet sind.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt enthält eine Düsenanordnung eine Beruhigungskammer, eine an einer stromabwärtigen Seite der Beruhigungskammer auswechselbar befestigbare Hilfsplatte, mindestens eine innerhalb der Platte angeordnete Kohärenzstrahldüse zur Weiterleitung von Fluid aus der Beruhigungskammer durch diese und einen innerhalb der Beruhigungskammer angeordneten Strömungsgleichrichter.

Mit der erfindungsgemäßen Düsenanordnung kann ein kohärenter Kühlmittelstrahl an eine Schleifscheibe abgegeben werden, wobei das nachfolgend beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines gewünschten Kühlmitteldurchsatzes für einen Schleifarbeitsgang und das Erzielen einer Schleifscheibengeschwindigkeit an einer Übergangsfläche von einer Schleifscheibe zu einem Werkstück. Das Verfahren umfasst weiters das Bestimmen eines zur Erzeugung einer auf die Geschwindigkeit der Schleifscheibe abgestimmten Kühlmittelstrahlgeschwindigkeit erforderlichen Kühlmitteldrucks, das Bestimmen einer Düsenabgabefläche, bei welcher der Durchsatz beim Druck erreicht werden kann, und das Bestimmen einer Düsenkonfiguration.

Der vorteilhaft zum Einsatz gelangende Schleifwerkzeugsatz umfasst eine Richtwalze einer derartigen Größe und Gestalt, dass sie einer Schleifscheibe ein Profil geben kann, und ein Richtmodul einer derartigen Größe und Gestalt, dass es an eine Beruhigungskammer koppelbar ist. Das Richtmodul enthält einer Mehrzahl von Kohärenzstrahl-Richtdüsen einer derartigen Größe und Gestalt, dass sie Kühlmittel aus der Beruhigungskammer einer Richtzone der Schleifscheibe zuführen können. Der Werkzeugsatz enthält auch ein Schleifmodul einer derartigen Größe und Gestalt, dass es an eine andere Beruhigungskammer koppelbar ist. Das Schleifmodul enthält eine Mehrzahl von Kohärenzstrahl-Schleifdüsen einer derartigen Größe und Gestalt, dass sie Kühlmittel aus der anderen Beruhigungskammer zu einer Schleifzone der 4 AT 500 594 B1

Schleifscheibe leiten können.

Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen genauer hervor, worin:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kühlmitteldüse des Standes der Technik ist, die einen tangential zu einer rotierenden Schleifscheibe verlaufenden Kühlmittelstrahl erzeugt;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Düse zur Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Querschnittsansicht einer alternativen Düse zur Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 4A und 4B ein Grundriss bzw. eine Vorderansicht einer Beruhigungskammer zur Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind;

Fig. 5A und 5B ein Grundriss bzw. eine Vorderansicht einer zur Verwendung mit der Beruhigungskammer der Fig. 4A und 4B für eine bestimmte Anwendung konfigurierten Austrittsdüsenplatte sind;

Fig. 5C eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Düsenplatte ähnlich der Fig. 5A ist; Fig. 6 ein Grundriss eines Strömungsgleichrichters zur Verwendung mit der Beruhigungskammer der Fig. 4A und 4B ist;

Fig. 7A und 7B perspektivische Ansichten einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von verschiedenen Seiten sind;

Fig. 7C eine Seitenansicht einer Komponente der Ausführungsform der Fig. 7A und 7B ist; und Fig. 8 eine grafische Darstellung der Testergebnisse eines Vergleichs zwischen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und einer Kontrolleinrichtung ist.

Unter Bezugnahme auf die in den angeschlossenen Zeichnungen präsentierten Figuren werden nachstehend die vorliegende Erfindung veranschaulichende Ausführungsformen detailliert beschrieben. Der klaren Darstellung wegen werden in den angeschlossenen Zeichnungen dargestellte Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen und in den Zeichnungen gezeigte ähnliche Merkmale alternativer Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen dargestellt.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mit einer Reihe von modularen Düsenkonfigurationen zur Aufbringung kohärenter Kühlmittelstrahlen mit vorbestimmter Temperatur, Geschwindigkeit sowie vorbestimmtem Druck und Durchsatz in einer praktisch tangentialen Richtung (z.B. Fig. 1) auf eine Schleifscheibe im Rahmen eines Schleifprozesses zwecks Minimierung von thermischen Schäden an dem zu schleifenden Teil versehen und bringen eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Prozesses beispielsweise durch eine höhere Produktivität, eine längere Lebensdauer der Scheibe und eine Reduktion der erforderlichen Endbearbeitung mit sich. Die Öffnung des Düsenaustritts wird so bestimmt, dass sie einen optimalen Strom und eine optimale Geschwindigkeit zur Kühlung des Schleifprozesses gewährleistet. Diese Ausführungsformen können auf vorteilhafte Weise in Schleifverfahren für Präzisionsflächen und Außendurchmesser (O.D.), wie Kriechgangschleifen, Rillenschleifen, spitzenloses Schleifen, sowie für Oberflächenschleifverfahren eingesetzt werden, die für verschiedene Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobil- und Werkzeugbau verwendet werden. Bei vielen dieser Verfahren wird eine Profilschleifscheibe eingesetzt, um der Oberfläche des Werkstücks eine profilierte Gestalt zu geben. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen können somit beim Schleifen von hitzeempfindlichen Materialien wie kriechfesten Legierungen, die üblicherweise bei der Herstellung von Gasturbinen verwendet werden, und gehärteten Stählen von Vorteil sein. Erfindungsgemäße Ausführungsformen gewährleisten derartige kohärente Strahlen durch die Verwendung von speziellen inneren Düsengeometrien, Strömungsgleichrichtern und durch Vorsehen einer Gruppe von modularisierten Düsen zur nominellen Anpassung an das dem Werkstück verliehene Profil. Zu weiteren Aspekten dieser Ausführungsformen gehören spezielle Durchsatz- und Druckbereiche in Abhängigkeit von den Düsengeometrien. Verschiedene vorbestimmte Düsengeometrien befinden sich auf einer auswechselbaren Platte, die zur 5 AT 500 594 B1

Gewährleistung einer einfachen Austauschbarkeit herausnehmbar in ein Kühlmittelsystem eingeführt werden kann.

Der Ausdruck "kohärenter Strahl" oder "Kohärenzstrahl", wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf einen Strahl, der über eine Strecke von 30,5 cm (12 Inch) vom Düsenaustritt weg in der Dicke (z.B. im Durchmesser) um nicht mehr als das Vierfache zunimmt. Der Ausdruck "axial" in Verbindung mit einem hierin beschriebenen Element bezieht sich, wenn nicht anders angegeben, auf eine Richtung in Bezug auf das Element, die im Wesentlichen parallel zur stromabwärtigen Strömungsrichtung durch dieses verläuft, wie die Achse 23 der Düse 22 gemäß Fig. 2. Der Ausdruck "quer" bezieht sich auf eine Richtung, die im Wesentlichen rechtwinkelig zur Achsrichtung verläuft. Der Ausdruck "Querschnitt in Ouerrichtung" bezieht sich auf einen Querschnitt entlang einer sich im Wesentlichen in einem rechten Winkel zur Achsrichtung erstreckenden Ebene.

Die vorliegende Erfindung kann praktisch mit jeder Schleifmaschine verwendet werden, vorausgesetzt, dass der zur Abgabe von Kühlmittel durch die Düsen aufgebrachte Druck so eingestellt werden kann, dass die gewünschten Niveaus wie hierin spezifiziert erreicht werden. Vorteilhaft können verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen Einsparungen bei der Einrichtzeit, die zur Adjustierung der Schleifmaschine, der Schleifscheibe, des Werkstücks, der Richtscheibe und des Kühlmittels für die Durchführung eines Schleifarbeitsgangs erforderlich ist, und eine Reduktion von Brandstellen auf den Werkstücken, eine teilweise Qualitätsverbesserung und eine Erhöhung der Lebensdauer einer Schleifscheibe durch eine verbesserte Effizienz der Richtscheibe bringen.

Zu den potenziellen Vorteilen verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehört die Möglichkeit der Aufstellung einer Düsenanordnung weiter weg (d.h. weiter als 30,5 cm oder 12 Inch) von der Schleifzone, um mechanische Zusammenstöße mit dem Werkstück und der Vorrichtung zu verringern. Bei einigen Ausführungsformen ist es möglich, die Schleifscheibe weniger häufig oder weniger stark als bei herkömmlichen Kühlmittelvorrichtungen abzurichten, die Lebensdauer der Schleifscheibe zu erhöhen und/oder aufgrund eines weniger häufigen Scheibenaustausches kürzere Ausfallszeiten zu verursachen. Eine verbesserte Anwendung des Kühlmittels bewirkt weniger thermische Schäden an den Werkstücken und/oder kann eine höhere Leistung bewirken, als bei der Verwendung von herkömmlichen Kühlmittelvorrichtungen erzielbar ist. Bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist auch die im Kühlmittelsprühnebel mitgeführte Luft eher gering, wodurch bei der Verwendung von Kühlmitteln auf Wasserbasis weniger Schaum entsteht. Aufgrund der relativ niedrigen Zerstreuung des bei diesen Ausführungsformen erzeugten Kühlmittelsprühnebels kommt es auch zu einer verbesserten Zielgenauigkeit des Kühlmittels auf die Schleifzone zwecks besserer Ausnützung des ausgebrachten Kühlmittelstroms. Das verbesserte Dispersionsverhalten verringert im Allgemeinen auch eine Beschlagung durch den Kühlmittelsprühnebel. Darüber hinaus enthalten diese Ausführungsformen modulare Düsen, die rasch ausgetauscht werden können, um Stillstandszeiten der Schleifmaschine während eines Austausches zu verringern.

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 8 eingehender beschrieben. Betrachtet man Fig. 2, so ist eine beispielhafte Kohärenzstrahldüse 20 zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Düse 20 besitzt eine Geometrie enthaltend eine zylindrische Basis 22 mit einer Achse 23 und einem Durchmesser D. Die Basis 22 geht in einen mittleren Abschnitt 24 mit einem Radius von 1,5 D und einer axialen Länge von % D über. Der mittlere Abschnitt geht dann in ein konisches stromabwärtiges Ende 26 über, das in einem Winkel von 30° zur Achse 23 angeordnet ist und einen Auslass mit einem Durchmesser d aufweist. Die Düse 20 weist ein Verhältnis D:d (d.h. ein "Kontraktionsverhältnis") von mindestens etwa 2:1 auf. Diese Düsen 20 können für die meisten Schleifanwendungen mit einem Außendurchmesser von 1 mm (0,040 Inch) bis 2,5 cm (1 Inch) versehen sein. Bei einem bestimmten Fluiddruck steigt der Durchsatz mit zunehmendem Durchmesser um das Quadrat des veränderten Durchmessers, was zu einem relativ hohen Gesamtdurchsatz führt, weshalb eine rechtecki- 6 AT 500 594 B1 ge Düse 20' (wie nachstehend beschrieben) bei einigen Anwendungen erstrebenswerter sein kann. Es kann auch eine Mehrzahl von Düsen 20 gebündelt angeordnet sein, um eine relativ große Schleifbreite zu kühlen, wie nachstehend noch beschrieben wird.

Eine andere Kohärenzstrahldüse, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist die in Fig. 3 gezeigte rechteckige Düse 20'. Die Düse 20' besitzt einen länglichen Querschnitt, der praktisch identisch mit jenem der runden Düse 20 ist. Die Düse 20' weist jedoch statt einer kreisförmigen eine rechteckige Geometrie mit einem Querschnitt in Querrichtung auf. Somit besitzt die Düse 20' einen Austritt, der durch eine Höhe h (die dem Durchmesser d der Düse 20 entspricht) und eine Breite w festgelegt ist. Die Düsen 20' können wirkungsvoll bei Anwendungen zum Einsatz gelangen, bei denen die Schleifzone bzw. der Schnitt eine Breite (d.h. Abmessung der Schleifzone parallel zur Rotationsachse der Schleifscheibe) von 1,3 cm (0,5 Inch) und mehr hat.

Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 5 beschrieben. Wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, ist eine Beruhigungskammer 30, die als Beruhigungsmittel fungiert, so gestaltet, dass sie beim Kammereinlass 34 an ein stromabwärtiges Ende eines herkömmlichen Kühlmittelzuführrohrs 32 gekoppelt werden kann. Eine srromabwärtige Seite 36 der Kammer ist durch eine mit dieser in dichtem Kontakt stehende Düsenplatte 38 (Fig. 5A, 5B, 5C) verschlossen. Die Beruhigungskammer bildet eine relativ große Querschnittsfläche in Querrichtung gegenüber jener des Rohrs 32. Diese große Fläche dient zur Verringerung der Geschwindigkeit von durch den Einlass 32 eintretendem Kühlmittel, damit sich das Kühlmittel vor seinem Austritt aus der Kammer zumindest etwas stabilisieren kann. Die Kammer 30 kann im Wesentlichen jede Geometrie aufweisen, mit der eine derartig große Querschnittsfläche gebildet werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kammer 30 im Allgemeinen geradlinig und weist eine innere Länge L sowie eine durch eine innere Höhe H und Breite W festgelegte Querschnittsfläche auf. Die Höhe H und die Breite W können auf Basis der Größe der bei einer speziellen Anwendung zum Einsatz gelangenden Schleifscheibe bestimmt werden. Beispielsweise kann die Breite W etwa gleich der Breite der Schleifzone/des Schleifschnitts sein, wobei die Höhe H der Kammer ausreichend groß ist, um genügend Düsen 20, 20' entsprechend dem Schleifprofil aufzunehmen. Auf diese Abmessungen wird nachstehend noch genauer eingegangen, z.B. in Zusammenhang mit der Ausführungsform der Fig. 7. Die Länge L ist typischerweise mindestens etwa gleich der größeren Dimension W oder H, kann aber auch größer sein, ohne das Betriebsverhalten der vorliegenden Erfindung negativ zu beeinflussen.

Die Kammer 30 enthält weiters einen sich quer in dieser erstreckenden Strömungsgleichrichter 40. Der Strömungsgleichrichter 40 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 näher beschrieben.

Der Fachmann wird sich darüber klar sein, dass die typischenweise in Schleifmaschinen verwendeten Kühlmittelzuführrohre 32 aufgrund sowohl des bei einer bestimmten Schleifanwendung erforderlichen Kühlmitteldurchsatzes als auch der Kapazität der Kühlmittelzuführpumpe im Allgemeinen mit möglichst kleinem Durchmesser bzw. kleiner Querschnittsfläche gewählt sind.

Wie in den Fig. 5A, 5B und 5C gezeigt, ist die Düsenplatte 38 so gestaltet, dass sie auswechselbar an der Kammer 30 befestigt ist (z.B. mittels durch Gewindelöcher 41 gehender Gewindefixierungen). Die Platte 38 enthält auch eine Mehrzahl von Düsen 20, 20’, die darin in einer vorbestimmten Anordnung vorgesehen sind. Die Konstruktion ermöglicht die Anbringung von verschiedenen Platten 38 mit unterschiedlichen Düsenkonfigurationen 20, 20', die leicht gegen eine allgemeine Beruhigungskammer 30 ausgetauscht werden können (z.B. durch Entfernen der Gewindefixierungen), um als modulare Mittel zur Anpassung an verschiedene Schleifarbeitsgänge zu dienen.

Beispielsweise enthält die Düsenplatte 38 in der Ausführungsform gemäß Fig. 5A vier eng 7 AT 500 594 B1 gekoppelte Düsen 20. Alternativ können bei einer Abänderung dieser Ausführungsform rechteckige Düsen 20' (Fig. 3) anstelle von mehreren runden Düsen 20 in der Platte 38 angeordnet sein, wie in Fig. 5C gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 5B können die Düsen 20, 20’ in diesen sowie anderen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen so eng angeordnet sein, wie es praktisch ist, ohne dass sie einander stören. Beispielsweise können die Düsen 20 derart angeordnet sein, dass die Durchmesser D nebeneinander liegender Düsen einander berühren oder sogar schneiden, wie in Fig. 7C dargestellt.

Die Düsen 20, 20' können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl gut bekannter Techniken, wie maschinelle Bearbeitung, Gießen oder Formen, gefertigt werden. Beispielsweise können die Düsen 20 unter Verwendung eines speziell gestalteten Fräswerkzeugs gefertigt werden.

Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 6 erstreckt sich der Strömungsgleichrichter 40 quer in der Kammer 30 wie in Fig. 4B gezeigt und hat einen Umfang einer derartigen Größe und Gestalt, dass er zwecks gleitender Aufnahme in der Kammer 30 im Wesentlichen zum rechteckigen Querschnitt derselben passt. Der Strömungsgleichrichter kann im Wesentlichen überall in der Kammer 30 angeordnet werden, obzwar er bei vielen Anwendungen am besten in der stromab-wärtigen Hälfte derselben platziert werden kann, wie in Fig. 4B dargestellt. Herkömmliche Kerben, Halterungen oder andere Merkmale (nicht dargestellt) können am Umfang des Strömungsgleichrichters 40 oder innerhalb desselben vorgesehen sein, damit der Strömungsgleichrichter an der gewünschten axialen Stelle innerhalb der Kammer 30 angeordnet werden kann. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, enthält der Strömungsgleichrichter eine Gruppe von Durchgangslöchern 42, die sich gleichmäßig über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche desselben erstrecken. Die Durchgangslöcher können je nach Schleifanwendung mit einer Reihe von Durchmessern versehen sein. Während im Prinzip jede Durchmessergröße verwendet werden kann, kann ein Bereich von etwa 0,16 cm bis 0,064 cm (0,064 bis 0,25 Inch) bei vielfachen Anwendungen zweckmäßig sein. In einer repräsentativen Ausführungsform ist ein Strömungsgleichrichter 40 mit den Abmessungen 5 cm x 10 cm x 0,6 cm (2 Inch x 4 Inch x 0,25 Inch) mit einer Gruppe von Durchgangslöchern 42 mit einem Durchmesser von 0,32 cm (0,125 Inch) vorgesehen, die sich in einem Abstand (Rand zu Rand) von 0,48 cm (0,19 Inch) befinden. Der Strömungsgleichrichter 40 dient somit als Mittel zum Egalisieren des in der Beruhigungskammer vorhandenen Fluids.

Der Strömungsgleichrichter 40 mit entsprechenden Abmessungen wie hierein beschrieben kann zur Egalisierung des Stroms durch eine rechteckige Kammer 30 stromaufwärts entweder einer runden Düse 20 oder einer rechteckigen Düse 20’ verwendet werden. Bei den vorstehenden Ausführungsformen wurde die Erzielung eines kohärenten Strahls mehr als 30,5 cm (12 Inch) von den Düsen 20, 20' entfernt gezeigt. Diese Düsenanordnungen können somit den Kühlanforderungen vieler verschiedener Schleifanwendungen entsprechen, während sie sich weiter weg von der Übergangsfläche Schleifscheibe/Werkstück als in ähnlichen Anordnungen des Standes der Technik befinden.

Außerdem können die Kammer 30 und der Strömungsgleichrichter 40, auch wenn sie mit rechteckigen Querabmessungen dargestellt und beschrieben sind, in verschiedenen Ausführungsformen auf jede andere Art gestaltet sein, z.B. kreisförmige oder nicht kreisförmige Geometrien wie oval, pentagonal oder andere polygonale Formen aufweisen. Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 7 enthalten alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine einstellbare Frontplatte 38', die an der stromabwärtigen Seite der Beruhigungskammer 30 angeordnet ist. Die einstellbare Frontplatte 38' kann als Alternative anstelle der Frontplatte 38 eingesetzt werden, um unterschiedliche Schleifarbeitsgänge zu ermöglichen. Wie dargestellt, enthält die Frontplatte 38' eine gleichmäßige Gruppierung von Durchgangslöchem 42, die sich im Wesentlichen quer über die gesamte Fläche derselben erstrecken. Die Platte 38' begrenzt auch eine Ausnehmung 44 einer derartigen Größe und Gestalt, dass eine im Wesentlichen plane Hilfsplatte 46 darin gleitend aufgenommen werden kann. Wie dargestellt, kann die Hilfsplatte in Querrichtung in die Ausnehmung 44 eingeschoben werden. Einmal aufgenommen 8 AT 500 594 B1 erstreckt sich die Hilfsplatte 46 quer am stromabwärtigen Ende der Kammer 30 in Überlagerung der Platte 38'. Wie in Fig. 7C gezeigt, enthält die Hilfsplatte 46 eine oder mehr Einzeldüse(n) 20 (oder 20', nicht dargestellt), die so positioniert sind, dass sie in der vollständig eingeschobenen Uberlagerungsposition mit den entsprechenden Durchgangslöchern 42 axial fluchten. Auf diese Weise deckt die Hilfsplatte 46 wirkungsvoll jene Löcher 42 ab, die für einen bestimmten Schleifarbeitsgang nicht benötigt werden. Wie ebenfalls gezeigt, können die Hilfsplatte 46 und die Platte 38' eine Halterung, einen Anschlag oder eine Struktur wie einen Kopf 50 aufweisen, wodurch ein weiterer Einschub der Hilfsplatte wirksam verhindert wird, sobald ein erwünschter Punkt erreicht ist, an dem sie vollständig eingeschoben ist.

Vorteilhaft kann ein Laserpointer oder ein anderes geeignetes Zeigegerät von der Platte 38' zum Profil der Schleifscheibe hin abstehen, um zu identifizieren, welche Löcher 42 für einen bestimmten Schleifvorgang auszuwählen sind. Eine Hilfsplatte 46 kann dann mit entsprechenden Düsen 20, 20' angefertigt werden. Auf diese Weise kann eine eigene Hilfsplatte für jedes Schleifprofil zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhaft kann die Konfiguration der Kühlmitteldüse durch einen einfachen Austausch der Hilfsplatte 46 in der Platte 38' an eine Vielzahl von unterschiedlichen Schleifarbeitsgängen angepasst werden (d.h. ohne dass es notwendig ist, andere Komponenten des Kühlmittelsystems, wie die Beruhigungskammer 30 oder Rohrleitungen etc., auszutauschen). Dieser Aspekt der Erfindung erleichtert somit das rasche Einrichten der Kühlmitteldüsen bei guter Wiederholbarkeit für jeden Schleifarbeitsgang, weshalb sie sich besonders gut für Einzelanfertigungen eignet.

Bei einer Abänderung dieser Ausführungsform kann die Frontplatte 38' mit einem offenen Frontabschnitt 48 ausgebildet sein, wie in Fig. 7A mit den Phantomlinien angedeutet ist. Dieser offene Abschnitt 48 kann so einige oder alle Bohrungen 42 überflüssig machen, wobei die Hilfsplatte 46 nach wie vor in Überlagerungseingriff wie oben beschrieben gestützt gehalten wird. Die Ausbildung mit der offenen Front ermöglicht die Anordnung von Düsen 20, 20' unterschiedlicher Größe und Art in einer bestimmten Hilfsplatte 46, um auf vorteilhafte Weise eine größere Flexibilität im Muster und in der Konzentration des Düsenstrahls zu gestatten. So können beispielsweise Düsen unterschiedlicher Größe und Gestalt (z.B. Düsen mit sowohl rundem als auch rechteckigem Profil) verwendet und in der Hilfsplatte 46 an anderen Stellen als an den durch die Lochgruppierung 42 festgelegten angeordnet werden. Dem Fachmann ist klar, dass die Größe des offenen Abschnitts 48 zusammen mit der Größe (einschließlich der Dicke) der Hilfsplatte 46 so festgelegt werden kann, dass die Hilfsplatte 46 der durch den Fluiddruck in der Kammer erzeugten Kraft standhalten kann.

Somit dienen die Platten 38 und 38' wie hierin beschrieben als Mittel zur auswechselbaren Anbringung einer Mehrzahl von Kohärenzstrahldüsen an einer stromabwärtigen Seite der Beruhigungskammer. Darüber hinaus sollte dem Fachmann klar sein, dass die Bohrungen und Düsen, auch wenn die Platte 38’ mit den Bohrungen 42 und die Hilfsplatten 46 mit den Düsen 20, 20' beschrieben sind, vertauscht werden können, ohne vom Geist und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Die Platte 38' kann beispielsweise mit einer Gruppe von Düsen versehen sein, während in der Hilfsplatte ein gewünschtes Lochmuster vorgesehen ist. Bei Verwendung würde die Hilfsplatte nach dem Einschieben einige Düsen wirkungsvoll verschließen und nur jene freigeben, die zur Erzeugung eines gewünschten Düsenstrahlmusters erforderlich sind.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen können Düsen 20, 20', die einer einzigen Beruhigungskammer 30 zugeordnet sind, zur Bildung eines Profils vorgesehen sein. Diese Düsen können gleich groß (z.B. hinsichtlich des Durchmessers) oder verschieden groß sein. (In den Ausführungsformen der Fig. 7A erkennt der Fachmann, dass die maximale Größe der Düsen 20, 20', falls keine Öffnung 48 verwendet wird, durch die Größe der Bohrungen 42 begrenzt ist.) Auf vorteilhafte Weise ermöglicht die Verwendung von verschieden großen Düsen in ein- und derselben Beruhigungskammer 30, dass höher energetische Schleifzonenbereiche (z.B. Schultern und dünne Abschnitte) stärker gekühlt werden als Niedrigenergiebereiche (z.B. flache Oberflächen/Oberflächen parallel zur Achse der Scheibe). 9 AT 500 594 B1

Wie zuvor ausgeführt, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen für jede Schleifanwendung wie Kriechgangschleifen, Planschleifen, Stoßen, Rundschleifen verwendet werden. Bei Innenschleifen und Flachschleifen kann die Düse gewünschtenfalls in einem Winkel zur Schleiffläche in Richtung zur Schleifzone gerichtet werden.

Darüber hinaus erkennt der Fachmann klar, dass erfindungsgemäße Ausführungsformen, auch wenn die Düsenanordnungen der vorliegenden Erfindung zum Kühlen einer Schleifzone bei einer Schleiftätigkeit gezeigt und beschrieben sind, auf ähnliche Weise zur Zuführung von Kühlmittel zu einer Richtzone eines herkömmlichen Richtvorgangs eingesetzt werden können, ohne vom Geist und Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. "Richtzone" bezieht sich auf die Übergangsstelle zwischen der Schleifscheibe und einem herkömmlichen Richtwerkzeug, das bei herkömmlichen Verfahren zum Abrichten von Schleifscheiben verwendet wird.

Kurz beschrieben umfasst ein Abrichtvorgang im Allgemeinen das Aufbringen eines gewünschten Profils auf eine Schleifscheibe durch Bearbeiten der Schleiffläche der rotierenden Scheibe mit einem Einstech- oder querbeweglichen Diamantenabrichtwerkzeug oder mit einem rotierenden Diamantenabrichter. Da die Abrichtzone eine andere als die Schleifzone ist (und sich z.B. typischerweise auf der der Schleifzone gegenüberliegenden Seite der Scheibe befindet), wird/werden eigene Düse(n) verwendet. Sollen tiefe und/oder anderweitig komplizierte Schleifscheibenprofile durch einen derartigen Abrichtvorgang ausgebildet werden, wird üblicherweise eine gerade Kühlmitteldüse als Annäherung an das tatsächlich gewünschte Profil verwendet. Das kann die nachteilige Konsequenz haben, dass an bestimmten Abschnitten der Abrichtzone ungenügend Kühlmittel aufgebracht wird, wodurch es zu einer übermäßig starken Abnutzung des Abrichtwerkzeugs kommen kann, insbesondere für den Fall, dass die Scheibe keramisch, gebundene Sol-Gel-Schleifteilchen aus gesintertem Aluminiumoxid enthält. Die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können jedoch wie hierin beschrieben verwendet werden, um eine in der Abrichtzone zum gewünschten Profil passende Düsenanordnung zu bilden (z.B. unter Verwendung einer passenden Gruppierung von Düsen 20, 20' in einer Platte 38 oder Hilfsplatte 46), die aber kleiner dimensioniert ist, um einen geringeren Durchsatz, wie er für Abrichtvorgänge zweckmäßig ist, zu liefern. (Aus Gründen der Einfachheit kann mit dem Ausdruck "Modul" hierin entweder eine Platte 38 oder eine Hilfsplatte 46 gemeint sein). Beispielsweise kann eine Beruhigungskammer 30 (z.B. mit einer Platte 38') sowohl an der Schleif-als auch an der Abrichtzone vorgesehen sein. Dann kann ein Werkzeugsatz zur Verfügung gestellt werden, der ein erstes Modul (z.B. eine Hilfsplatte 46) mit einem vorkonfigurierten Düsen- oder Bohrungsmuster zur Aufbringung eines gewünschten Strömungsmusters auf die Schleifzone, ein weiteres Modul (z.B. eine Hilfsplatte 46) mit einem vorkonfigurierten Düsenoder Bohrungsmuster zur Aufbringung eines gewünschten Strömungsmusters auf die Abrichtzone und gegebenenfalls eine Richtwalze enthält, die so ausgebildet ist, dass sie der Schleifscheibe ein bestimmtes, erwünschtes Profil (das dem Muster der Hilfsplatten entspricht) aufdrückt. Die Verwendung von Modulen ermöglicht die Anpassung der Konfiguration der Kühlmitteldüsen an eine Vielzahl von unterschiedlichen Schleifarbeitsgängen sowohl an der Schleifzone als auch an der Abrichtzone durch einfaches Einbauen der Module, z.B. durch Anordnen der Hilfsplatten 46 oder Platten 38 an der jeweiligen Beruhigungskammer und gegebenenfalls Einbauen der Richtwalze.

Auch wenn in der vorstehenden Beschreibung Düsenanordnungen in Kombination mit einer einzigen Beruhigungskammer beschrieben sind, sollte klar sein, dass eine einzige Beruhigungskammer unterteilt oder anderweitig in zwei oder mehr Unterkammem aufgeteilt sein kann, ohne vom Geist und Rahmen der Erfindung abzugehen. Eine Beruhigungskammer kann beispielsweise in zwei parallele nebeneinander liegende Abschnitte geteilt sein, die je nach Konfiguration der Düsen in einer daran gekoppelten Hilfsplatte 46 oder Platte 38 selektiv betätigt oder geschlossen werden können.

Nach der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung folgt nun eine Beschreibung der Einrichtung und die Durchführung eines vorteilhaften Verfahrens. Dieses Ver- 10 AT 500 594 B1 fahren wird in Verbindung mit der nachstehenden Tabelle 1 beschrieben.

Tabelle 1_ 100 Bestimmen des gewünschten Kühlmitteldurchsatzes_ 102 Verwenden der Schleifzonenbreite oder_ 104 Verwenden des Energieverbrauchs während des Schleifens_ 106 Bestimmen der Scheibengeschwindigkeit an der Schleifzone (z.B. empirisch)_ 108 Bestimmen des Drucks, der zur Erzeugung einer Kühlmittel-Strahlgeschwindigkeit erfor- derlich ist, die annähernd zur Scheibengeschwindigkeit passt_ 110 Bestimmen der Düsenaustrittsgesamtfläche zur Erzielung des gewünschten Durchsatzes beim bestimmten Druck_ 112 Bestimmen der Düsenkonfiguration_ 114 Anzahl und Abstand von Runddüsen_ 116 Rechteckige Düse_

Der Durchsatz des auf eine Schleifzone aufgebrachten Kühlmittels kann entweder unter Verwendung der Schleifzonenbreite (102) oder unter Verwendung der beim Schleifprozess verbrauchten Energie (104) bestimmt werden (100). So sind zum Beispiel 4 Liter pro Minute pro Millimeter (25 GMP pro Inch) Schleifscheiben-Kontaktbreite im Allgemeinen bei vielen Schleifanwendungen wirksam. Alternativ kann ein auf Energiebasis erstelltes Modell von 8 bis 10 Litern pro Minute pro KW (1,5 bis 2 GPM pro PS) bei vielen Anwendungen genauer sein, da es der Heftigkeit des Schleifvorgangs entspricht.

Wie oben ausgeführt, kann der Kühlmittelstrahl optimal eingestellt werden, um die Schleifzone mit einer Geschwindigkeit zu erreichen, die annähernd jener der Schleiffläche der Schleifscheibe entspricht. Diese Schleifscheibengeschwindigkeit kann empirisch ermittelt werden (106), z.B. durch direkte Messung oder einfache Berechnung unter Heranziehung der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und des Scheibendurchmessers.

Der zur Erzeugung eines Düsenstrahls bekannter Geschwindigkeit erforderliche Druck kann unter Verwendung einer Annäherung der Bernoulli'schen Gleichung, dargestellt als Gl. 1, bestimmt werden (108):

Gl. 1 AP(bar) = SG.Vj(m/s)2 200 oder AP(psi) = SG.Vj(sfpm)2 535824 worin: SG = relative Dichte des Kühlmittels und Vj = Geschwindigkeit des Kühlmittels in Me-tern/Sekunde oder Oberflächenfuß/Minute (d.h. die unter 106 bestimmte Scheibengeschwindigkeit).

Anhand der nachstehenden Tabelle 2 kann die Düsenaustrittsgesamtfläche unter Verwendung des unter 100 bzw. 108 bestimmten Durchsatzes und Drucks bestimmt werden (110). Wie dargestellt ist Tabelle 2 ein Beispiel (in der englischen und metrischen Version) für ein Optimierungsdiagramm, bei dem Druck und Kühlmittelstrahlgeschwindigkeit mit der Größe der Austrittsöffnung auf Basis entweder des Austrittsdurchmessers d einer einzigen Runddüse 20 oder der kombinierten Austrittsfläche einer rechteckigen Düse 20' oder Düsengruppierung in Beziehung gebracht werden. 11 AT 500 594 B1

Tabelle 2 (englisches System; Düsen geschwin digkeit (fpm) Kühlmitteldüsendruck (psi) Durchsatz (GPM) für angeführte Düsenaustrittsdurchmesser d (Inch) oder äquivalente Fläche (Inch2) Was ser Mineralöl 0,003 0,012 0,028 0,049 0,077 0,11 0,15 0,196 Fläche SG= 1,0 SG=0,87 1/16 1/8 3/16 1/4 5/16 3/8 7/16 1/2 Durch messer 4000 30 26 0,6 2 5 10 15 22 30 39 5000 47 41 0,7 3 7 12 19 28 37 47 6000 67 58 1.0 4 8 15 23 33 45 58 7000 91 80 1,0 4 10 17 27 39 52 66 8000 119 104 1,2 5 11 19 30 44 59 78 9000 151 132 1,3 5 12 21 34 50 67 85 10000 187 163 1,5 6 14 24 38 55 74 97 11000 226 196 1.6 7 15 26 42 61 81 104 12000 269 234 1.8 7 16 29 45 65 89 116 13000 315 274 1.9 8 18, 31 49 72 96 123 14000 366 318 2,1 8 19 34 53 76 104 136 15000 420 365 2,2 9 21 36 57 82 111 142 16000 478 416 2,4 10 22 39 61 87 119 155 17000 539 469 2,5 10 23 40 65 94 126 161 18000 605 526 2,7 11 25 44 68 98 134 174 19000 674 586 2,8 11 26 45 72 105 141 180 20000 747 650 3,0 12 27 48 76 109 148 194 12 AT 500 594 B1

Tabelle 2 (metrisches System) Düsen geschwin digkeit (m/s) Kühlmittel düsendruck (bar) Durchsatz (Liter/min) für angeführte Düsenaustrittsdurchmesser d (mm) oder äquivalente Fläche (mm2) Was ser Mineralöl 0,79 3,1 7,1 12,6 28 50 79 113 Fläche SG= 1,0 SG=0,87 1 2 3 4 6 8 10 12 Durch messer 20 2 2 0,9 3,5 8,1 15 33 57 90 129 30 5 4 1,2 5,3 12 22 49 86 134 193 40 8 7 1,5 7,1 16 29 64 115 179 258 50 13 11 1,8 9 20 36 80 144 224 322 60 18 16 2,1 11 24 43 97 172 268 386 80 32 28 2,4 14 32 57 129 229 358 516 100 50 44 2,7 18 40 72 162 287 448 645 120 72 63 3 21 49 86 193 344 537 774 140 98 85 3,8 25 56 100 226 401 627 903 160 128 111 4,5 28 64 115 259 458 716 103 1 180 162 141 5,3 33 73 129 290 516 805 116 0 200 200 174 6,1 35 81 144 323 573 895 128 9

In Kenntnis der Düsenaustrittsgesamtfläche kann die Konfiguration der Düse(n) bestimmt werden (112). Es kann zum Beispiel eine einzige Runddüse 20 oder eine rechteckige Düse 20' verwendet werden (116), oder es kann eine Gruppe/Matrize von Düsen 20 verwendet werden (114).

Wird eine Matrize von Düsen 20 verwendet, kann der Kühlmitteldurchsatz aus einer solchen Matrize als Funktion des Austrittsdurchmessers d und linearen Abstands der Düsen beschrieben werden. (Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "linearer Abstand" auf den Abstand zwischen den Mittelachsen nebeneinander liegender Düsen 20). Für Zwecke der folgenden Berechnungen wird davon ausgegangen, dass die Düsen 20 dicht gepackt sind, d.h. nebeneinander liegende Düsen 20 derart angeordnet sind, dass ihre Außendurchmesser D durch einen Abstand von weniger als etwa 1/4D getrennt sind, wie in Fig. 5B gezeigt. Gegebenenfalls können die Durchmesser D einander schneiden, wie in Fig. 7C gezeigt.

Die Durchsätze für eine Matrize von Y Düsen mit einem Außendurchmesser D (und somit einem Abstand D) und einem Auslass/Austrittsdurchmesser d kann unter Verwendung von Gl. 2 bestimmt werden. (In vielen Anwendungen wird unter Verwendung eines Werts d kleiner oder gleich etwa 1/2D ein ziemlich kohärenter Strahl gebildet). Bei einem Schleifdurchgang, bei dem die Schleifscheibe eine Oberflächengeschwindigkeit von 30 m/s in der Schleifzone (vs) hat und 1 3 AT 500 594 B1 ein Beruhigungskammerdruck von 4,5 bar angewendet wird, können die Durchsätze für eine Mehrzahl von Düsen mit einem Außendurchmesser D von 6 mm (und somit einem Abstand von 6 mm) bei d = 3 mm wie folgt bestimmt werden:

Gl. 2: _ vsxCdx60xd2)OT _ 30x0,9x60x9x3,14 4x1000xD " 24000 = 1,9 Liter/min pro mm Breite worin Cd = Abgabekoeffizient der Düse, der etwa 0,9 für die hierin beschriebenen Düsen 20, 20’ beträgt.

Der spezifische Durchsatz Q'f beträgt daher 1,9 l/min pro mm bei 30 m/s unabhängig von der Düsenanzahl.

Die Ergebnisse für den spezifischen Durchsatz unter Verwendung von Gl. 2 bei vier unterschiedlichen Düsenabständen (d.h. Durchmessern D) sind in der nachstehenden Tabelle 3 für verschiedene Kühlmittelstrahlgeschwindigkeiten dargestellt.

Tabelle 3

Abstand (und D) (mm) 20 m/s 30 m/s 40 m/s 50 m/s 60 m/s Q'f = Q'f = Q'f = D II Q'f = 6 1,3 1,9 2,5 3,2 3,8 10 2,1 3,2 4,2 5,3 6,4 12 2,6 3,8 5,1 6,4 7,6 15 3,2 4,8 6,4 8,0 9,5

Wo die an eine Schleifmaschine angeschlossene Pumpe keinen ausreichenden Druck zuführen kann, um die Geschwindigkeit des Düsenstrahls an die Geschwindigkeit der Scheibe anzupassen, können die Düsenöffnungen (z.B. unter Verwendung von Tabelle 1) so ausgebildet sein, dass sie den erforderlichen Durchsatz bei diesem geringeren Druck unterstützen.

Die folgenden Illustrationsbeispiele sollen bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Selbstverständlich sollten diese Beispiele nicht einschränkend ausgelegt werden.

Beispiel 1 (Kontrolle)

Komponenten für Gasturbinen wurden unter Verwendung einer herkömmlichen Schleifmaschine, die mit einer 100 mm breiten BLOHM®-Kühlmitteldüse mit einer sich verjüngenden Austrittshöhe h von 0,75 mm bis 1,5 mm ausgestattet war und über ein herkömmliches vertikales 25 mm BLOHM®-Rohr mit einem Krümmer stromaufwärts der Düse gespeist wurde, an zwei Stellen geschliffen (Schnitt A und Schnitt B). Die Kühlmittelpumpe wurde auf 400 l/min bei 8 bar eingestellt. Die weiteren Schleifbedingungen waren wie folgt:

Schnitt A 14 AT 500 594 B1 - Schleifbreite 17 mm; - Tischgeschwindigkeit 800 mm/min; - Schnitttiefe 0,5 mm; - Scheibengeschwindigkeit v 30 m/s; - Gesamtabschleifrate 113 mm3/s; - BLOHM®-Düse mit Austrittsfläche von 26 mm2, was gerade der Breite der Schleifzone entsprach. (Zusätzliche Breite der BLOHM®-Düse brachte Stromverlust).

Schnitt B - Schleifbreite 5 mm; - Tischgeschwindigkeit 1000 mm/min; - Schnitttiefe 0,5 mm; - Scheibengeschwindigkeit v 30 m/s; - Gesamtabschleifrate 42 mm3/s; und - BLOHM®-Düse mit Austrittsfläche von 4 mm2, was der Breite der Schleifzone entsprach. (Zusätzliche Breite der BLOHM®-Düse brachte Stromverlust).

Beispiel 2

Die Bedingungen waren im Wesentlichen identisch mit jenen des Beispiels 1 mit der Ausnahme, dass anstelle der BLOHM®-Düsen zwei Kohärenzdüsen 20 verwendet wurden, die jeweils am Ende eines relativ langen (über 30,5 cm oder 12 Inch) und geraden Kühlmittelzuführschlauchs mit einem Durchmesser von 2,5 cm (1 Inch) angeordnet waren. Die Düsen 20 wurden von einer Stelle auf die Schleifzone gerichtet, die sich weiter weg von der Schleifzone befand als die BLOHM®-Düsen. Unter Verwendung der hierin beschriebenen Tabellen wurde der gewünschte Durchsatz für Schnitt A in Übereinstimmung mit der Scheibengeschwindigkeit bei einem Druck von 5 bar mit etwa 136 l/min bestimmt. Der gewünschte Durchsatz für Schnitt B wurde auf ähnliche Weise mit etwa 49 l/min ermittelt. Auf Basis des Durchsatzes hatte die für Schnitt A gewählte Düse 20 einen Durchmesser d von 10 mm bei einer Austrittsfläche von 79 mm2. Die für Schnitt B gewählte Düse 20 hatte einen Durchmesser d von 6 mm bei einer Austrittsfläche von 28 mm2.

Die Schleifscheibe dieses Beispiels 2 erfordertet etwa 50 % weniger Abrichtung als die Schleifscheibe aus Beispiel 1 bei einer entsprechend verlängerten Lebensdauer der Schleifscheibe, einer geringeren Taktzeit und einem minimalen Kühlmittelstromverlust.

Beispiel 3

Eine Düsenanordnung wurde im Wesentlichen wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4A-6 gezeigt und beschrieben mit einer Beruhigungskammer 30 mit einer Breite W = 10 cm (4,0 Inch), einer Länge L = 10 cm (4 Inch) und einer Höhe H = 5 cm (2 Inch) und mit Eckradien R = 1,27 cm (0,5 Inch) hergestellt. Eine Platte 38 wurde an der stromabwärtigen Seite 36 der Kammer 30 befestigt und enthielt vier Düsen 20 mit einem Eintrittsdurchmesser D von 10 mm und einem Austrittsdurchmesser d von 3 mm. Die Düsen 20 wurden in der Mitte der Platte 38 wie in Fig. 5 gezeigt angeordnet. Die Kammer 30 wurde mit einer Einlassöffnung 34 mit einem Durchmesser von 2,5 cm (1 Inch) versehen, die an ein Kühlmittelzuführrohr mit einem Durchmesser von 2,5 cm (1 Inch) angeschlossen wurde. Kühlmittel wurde der Kammer mit 65 psi zugeführt. Die Zerstreuung des von den Düsen 20 abgegebenen Düsenstrahls wurde durch Messung der Sprühnebelhöhe in verschiedenen Abständen von der Platte 38 bestimmt.

Beispiel 4

Die Anordnung von Beispiel 3 wurde mit einem Strömungsgleichrichter 40 versehen, der eine Gruppe von Löchern 42 mit einem Durchmesser von 0,32 cm (0,125 Inch) und einem Mitte-

Claims (9)

1 5 AT 500 594 B1 Mitte-Abstand von 0,48 cm (0,19 Inch) im Wesentlichen wie dargestellt aufwies. Der Strömungsgleichrichter wurde etwa 3,8 cm (1,5 Inch) stromaufwärts der stromabwärtigen Seite 36 der Kammer 30 angeordnet. Die Zerstreuung des Kühlmittelstrahls wurde auf die in Verbindung mit Beispiel 3 beschriebene Weise gemessen. Wie in Fig. 8 dargestellt, zeigen die Ergebnisse des Zerstreuungstests, dass der rechteckige Strömungsgleichrichter von Beispiel 4 die Zerstreuung über einen Bereich von 2,5 cm bis 15.2 cm (1 bis 6 Inch) vom Düsenauslass weg fortlaufend reduziert und in einem Abstand von 15.2 cm (6 Inch) vom Düsenauslass die Zerstreuung um etwa 30 % verringert. Auch wenn sich die verschiedenen hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen auf runde oder rechteckige Düsen 20, 20' beziehen, sollte dem Fachmann klar sein, dass bei Anwendung geeigneter Annäherungen der verschiedenen hierein enthaltenen Dimensionsparameter Düsen von im Wesentlichen jeder Quergeometrie verwendet werden können, mit der Maßgabe, dass sie kohärente Düsenstrahlen wie hierein definiert erzeugen, ohne vom Geist und Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus sollte dem Fachmann klar sein, dass anstelle der erfindungsgemäßen Module (d.h. Platten oder Hilfsplatten) jedes geeignete Mittel verwendet werden kann. Beispielsweise können die Module manuell oder, alternativ, automatisch ausgetauscht werden, zum Beispiel durch eine modifizierte Version eines herkömmlichen Manipulators, wie er allgemein zum automatischen Austausch von Schleifwerkzeugen zwischen aufeinander folgenden Werkstückbehandlungen in einer Schleifmaschine verwendet wird. In der vorangehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben. Selbstverständlich können verschiedene Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden, ohne dabei vom weiteren Sinn und Rahmen der Erfindung abzugehen, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind demgemäß als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten. Patentansprüche: 1. Düsenanordnung zur Abgabe eines Kühlmittels während eines Schleifvorgangs gekennzeichnet durch: a) Beruhigungsmittel und b) wenigstens eine Kohärenzstrahldüse, welche an einem stromabwärtigen Ende der Beruhigungsmittel angeordnet ist, wobei die Kohärenzstrahldüse i) einen stromaufwärtigen Endbereich mit einer Achse und einer Querdimension D, ii) einen mittleren Bereich mit einer axialen Länge von wenigstens ¾ D und iii) einen stromabwärtigen Endbereich mit einer in stromabwärtiger Richtung abnehmenden Querdimension aufweist, wobei der stromabwärtige Endbereich eine in einem Winkel von wenigstens 30° zur Achse angeordnete Oberfläche aufweist und an einer Austrittsöffnung mit einem Durchmesser d endet, wobei das Verhältnis D:d mindestens etwa 2:1 beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsmittel als Beruhigungskammer ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Beruhigungskammer ein in Form und Größe an die Beruhigungskammer angepasster Strömungsgleichrichter angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dass der mittlere Bereich der Düse einen Krüm- 16 AT 500 594 B1 mungsradius von wenigstens 1,5 D aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis D:d kleiner oder gleich 4:1 ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Beruhigungskammer stromabwärtsseitig eine auswechselbare Frontplatte lösbar festgelegt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Kohärenzstrahldüsen innerhalb der Frontplatte angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Frontplatte und der Beruhigungskammer eine auswechselbare Hilfsplatte angeordnet ist, innerhalb welcher eine oder mehrere Kohärenzstrahldüsen angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum lösbaren Koppeln der Düse an die Beruhigungskammer vorgesehen sind, wobei die Kohärenzstrahldüse zur Erzeugung eines Strahls ausgebildet ist, der in der Querdimension über eine Strecke von etwa 30,5 cm vom stromabwärtigen Ende der Düse entfernt um nicht mehr als etwa das Vierfache zunimmt, und dass die Schleifscheibe nicht weiter als 30,5 cm vom stromabwärtigen Ende der Düse angeordnet ist. Hiezu 7 Blatt Zeichnungen