DE102004043407A1

DE102004043407A1 - Einrichtung für die Schmierung/Kühlung eines Werkzeugs

Info

Publication number: DE102004043407A1
Application number: DE102004043407A
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto Wenhake; Lutz Dr. Höhne
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Schmierung/Kühlung eines Werkzeugs, vorzugsweise Minimalmengenschmierung eines Werkzeugs, bei der das Werkzeug in dem Futter einer Spindel fixiert wird, wobei mindestens ein Leitungselement (10) vorgesehen ist, welches einerseits im Innenbereich des Futters endet und welches am anderen Ende mit Kanälen, Bohrungen oder Hohlräumen (11) innerhalb des Werkzeugs (12) in Strömungsverbindung steht, so dass das Schmiermittel, vorzugsweise in Form eines Aerosols über das Leitungselement (10) in das Innere des Werkzeugs eingeleitet werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Schmierung/Kühlung eines Werkzeugs, vorzugsweise Minimalmengenschmierung eines Werkzeugs, bei der das Werkzeug in dem Futter einer Spindel fixiert ist.
Die Minimalmengenschmierung ist ein viel versprechender Weg in der spanenden und spanlosen Metallbearbeitung, die angewandt wird, um Kosten zu senken, Werkstückoberflächen zu verbessern und die Umwelt zu entlasten. Das Prinzip der Minimalmengenschmierung besteht im Wesentlichen darin, dass man die verwendeten Kühlschmierstoffe meist in Form eines Aerosols in einer auf das unbedingt notwendige Maß reduzierten Menge verwendet. Im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Kühlschmierstofföle und -emulsionen führt die nahezu reststofffreie Verflüchtigung der verwendeten Medien im Bearbeitungsprozess zu einer Reihe von ökologischen und ökonomischen Vorteilen der Minimalschmiertechnik. Das Sonderabfallaufkommen wird vermieden und Kosten für ein Kühlschmierstoff-Handling entfallen weitgehend. Die Entsorgung der verbrauchten Kühlschmierstoffe entfällt. Die Späne lassen sich problemloser recyceln, da kaum Schmierstoff anhaftet. Die Reinigung (Entfettung, etc.) der Werkstoffe entfällt oder ist wesentlich einfacher. Der Fertigungsablauf wird optimiert. Es ergeben sich Kosteneinsparungen, wobei in der Regel die Werkzeugstandzeit um einiges erhöht wird.
Bei der gängigsten Technik der Minimalmengenschmierung wird der Schmierstoff aus einem Vorratsgefäß in eine Dosiereinheit gefördert, die eine definierte Menge Schmierstoff aufnimmt. Der Schmierstoff wird dann zielgerichtet zum Beispiel durch Beschleunigung mit Druckluft aus einer Düse gefördert und auf eine Wirkstelle aufgebracht. Alternativ zu dieser Außenschmierung über Sprühdüsen ist die Innenschmierung durch im Werkzeug angebrachte Kanäle bekannt. Hier treten jedoch Probleme auf beim Schmierstofftransport, wobei es insbesondere durch Versackungsräume in dem das Werkzeug aufnehmenden Futter dazu kommt, dass das Schmiermittel nicht in ausreichender Menge oder nicht rasch genug in die Kanäle des Werkzeugs transportiert wird. Insbesondere bei der Minimalmengenschmierung von Werkzeugen, die durch Handspannung in einer Spindel fixiert werden, sind bislang keine befriedigenden technischen Lösungen bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Einrichtung für die Schmierung/Kühlung eines Werkzeugs, vorzugsweise Minimalmengenschmierung eines Werkzeugs der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die einen ausreichenden und effektiven Schmierstofftransport gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine erfindungsgemäße Einrichtung für die Schmierung/Kühlung eines Werkzeugs gemäß der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Leitungselement vorgesehen, welches einerseits im Innenbereich des Futters endet und welches am anderen Ende mit Kanälen, Bohrungen oder Hohlräumen innerhalb des Werkzeugs in Strömungsverbindung steht, so dass das Schmiermittel, vorzugsweise in Form eines Aerosols über das Leitungselement in das Innere des Werkzeugs eingeleitet werden kann. Die Anmelderin hat festgestellt, dass insbesondere bei der Minimalmengenschmierung von Werkzeugen mit Handspannung ein sehr gutes Ansprechverhalten erzielt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet dabei eine optimale Schmierung der Werkzeugschneide aufgrund der sehr günstigen Strömungsverhältnisse für das Schmiermittel beziehungsweise Schmiermittel-Aerosol.

Vorzugsweise ist erfindungsgemäß mindestens ein Adapter vorgesehen, der einen Endbereich des vorgenannten mindestens einen Leitungselements aufnimmt. Dieser Adapter kann in einer Bohrung einer Spannpatrone für das Futter angeordnet werden. Das Futter, zum Beispiel ein Hydrodehnspannfutter oder Schrumpffutter wird vorzugsweise mittels einer Spannpatrone in der Spindel fixiert. Die Spannpatrone hat eine zentrale Durchgangsbohrung, in der gewöhnlich das Minimalmengenschmiermittel-Aerosol strömt. Diese Bohrung nimmt nun den Adapter auf, wobei in der Regel bei bekannten Vorrichtungen eine Gewindebohrung vorgesehen ist, so dass der Adapter in ein bereits vorhandenes Gewinde eingeschraubt werden kann. Unter anderem dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Lösung sehr kostengünstig umsetzen. Dieser Adapter nimmt dann das Schmiermittel auf und leitet es in das vorgenannte Leitungselement, welches mit dem Adapter verbunden ist. Von dort wird das Schmiermittel durch das Futter in Richtung auf die Kanäle oder Hohlräume des Werkzeugs transportiert. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung steht das dem Werkzeug zugewandte Ende eines Leitungselements mit einer Höheneinstellschraube in Strömungsverbindung, die sich in axialer Richtung an das Leitungselement anschließt. Die Aufgabe dieser Höheneinstellschraube besteht darin, einen Längenausgleich zwischen Werkzeug und Leitungselement zu schaffen. Diese Höheneinstellschraube kann beispielsweise an der dem Leitungselement zugewandten Seite eine Ansenkung haben, die das Leitungselement aufnimmt, wobei durch das axiale Verschieben der Längenausgleich möglich ist. Eine Innenbohrung der Höheneinstellschraube steht mit dem Inneren des Leitungselements in Verbindung und steht andererseits wiederum mit den Kanälen oder Bohrungen innerhalb des Werkzeugs in Strömungsverbindung. Die Verstellung der Höheneinstellschraube kann zum Beispiel über einen Imbus erfolgen. Die Höheneinstellschraube kann beispielsweise in ein Innengewinde des Futters verstellbar eingeschraubt sein, um den Längenausgleich gegenüber dem Leitungselement zu bewerkstelligen. Dadurch, dass das Schmiermittel über den Adapter, das Leitungselement und gegebenenfalls die Höheneinstellschraube in das Werkzeug eingeleitet wird, werden vorhandene Versackungsräume im Futter umgangen. Das Schmiermittel gelangt unmittelbar zum Werkzeug. Das Leitungselement kann an seiner Innenfläche vergleichsweise glatt ausgebildet sein, um einen raschen Schmiermitteltransport ohne Turbulenzen zu begünstigen. Das Leitungselement sollte eine hohe Stabilität aufweisen, wobei sich die Verwendung von Rohren aus Carbonfaser im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders geeignet erwiesen hat.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn man in dem Übergangsbereich zwischen dem Leitungselement und den Kanälen oder Hohlräumen in dem Werkzeug den Eintritt des Schmiermittels in diese Hohlräume dadurch begünstigt, dass man einen Eingangsbereich mit einer konkaven Grundform, vorzugsweise einer Kalottenform schafft. Dadurch wird der Strömungswiderstand beim Eintritt in die meist mehreren Kanäle des Werkzeugs verringert.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die bislang den effektiven Schmiermitteltransport behindernden Versackungsräume umgangen. Diese Versackungsräume ergaben sich im Wesentlichen aus den Volumina im Bereich von Gewinden, zum Beispiel für eine Höheneinstellschraube oder beispielsweise durch Durchmesserdifferenzen zwischen einer Durchgangsbohrung im Futter und dem Durchmesser einer Durchgangsbohrung innerhalb weiterer Bauteile, wie zum Beispiel einer Höheneinstellschraube. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Lösung für Spindeln mit Handspannung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung einer Einrichtung der vorgenannten Art zur Minimalmengenschmierung von Werkzeugen, die durch Handspannung, vorzugsweise mittels Spannpatrone in einer Spindel fixiert werden. Die Verwendung ist erfindungsgemäß vorteilhaft für die Minimalmengenschmierung von Werkzeugen jeglicher Art zur spanenden Bearbeitung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Minimalmengenschmierung von Werkzeugen für die spanende Bearbeitung, in dem eine Einrichtung der vorgenannten Art verwendet wird.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Minimalmengenschmierung eines Werkzeugs, wie zum Beispiel eines Bohrers.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Darstellung zeigt schematisch vereinfacht einen Längsschnitt durch einen Teilbereich eines Futters 17, beispielsweise eines Schrumpffutters, welches mittels Spannpatrone in einer Spindel fixiert wird. Eine zentrale Durchgangsbohrung einer Spannpatrone nimmt einen Adapter 13 auf, der in ein Gewinde 13a in der Durchgangsbohrung 13 einschraubbar ist. Der Adapter 13 hat eine zentrische Bohrung 13b und in axialer Verlängerung dazu eine abgestufte etwas weitere Bohrung, die einen Endbereich eines rohrförmigen Leitungselements 10 aus Carbonfaser aufnimmt. Der Innenquerschnitt dieses Leitungselements steht in Strömungsverbindung mit der zentrischen Bohrung 13b des Adapters 13. Das Leitungselement 10 erstreckt sich durch eine Bohrung in dem Futter 17. Das Futter hat mit Abstand zu der querschnittsweiteren Bohrung, die den Adapter 13 aufnimmt ein Innengewinde 15, welches das Leitungselement 10 über einen Teil seiner axialen Länge konzentrisch umgibt. Dieses Innengewinde 15 dient dazu, eine Höheneinstellschraube 14 aufzunehmen, die in dieses eingeschraubt wird, je nach Bedarf mehr oder weniger weit, so dass sich eine axiale Verschiebung der Höheneinstellschraube 14 im Futter ergibt. Diese Höheneinstellschraube 14 hat eine Ansenkung 16 an dem dem Leitungselement 10 zugewandten Ende, so dass der Endbereich des Leitungselements dort eingesteckt werden kann. Ein Längenausgleich zwischen dem Leitungselement 10 und der Höheneinstellschraube 14 ergibt sich dadurch, dass diese mehr oder weniger weit in das Innengewinde 15 eingeschraubt wird und das Leitungselement 10 mehr oder weniger weit in die Ansenkung 16 hineinragt. Das Leitungselement muss nicht bis zum Anschlag in der Höheneinstellschraube aufgenommen werden, wie man in der Zeichnung erkennt.
Das für die Minimalmengenschmierung verwendete Schmiermittel-Aerosol strömt nun über die Innenbohrung 13b des Adapters und den Innenraum 10a des Leitungselements in die Innenbohrung 14a der Höheneinstellschraube 14, die mit dem anderen Ende des Innenraums 10a des Leitungselements in Strömungsverbindung steht. Am anderen Ende der Höheneinstellschraube tritt das Schmiermittel aus der Bohrung 14a aus und gelangt in die Kanäle 11 in dem Werkzeug 12, welches zum Beispiel ein Bohrer oder dergleichen ist. Um diesen Eintritt des Schmiermittels aus der Bohrung 14a der Höheneinstellschraube in die Kanäle 11 des Werkzeugs zu erleichtern, ist der Eingangsbereich 18 der Kanäle in einer Kalottenform ausgebildet, wie man in 1 gut erkennen kann. Dadurch wird die hier vorteilhafte Verteilung des Schmiermittels von der Bohrung 14a radial weiter nach außen erleichtert und der Eintritt in die Kanäle 11 begünstigt.
Das Leitungselement 10 besteht vorzugsweise aus Carbonfaser und ist folglich für eine hohe Belastung ausgelegt, da Werkzeuge der gezeigten Art beispielsweise mit 15.000 Umdrehungen/Minute arbeiten können. Das Leitungselement 10 ist in seinem Innenraum 10a praktisch völlig glatt, was für die Weiterleitung des Schmiermittel-Aerosols besonders günstig ist. Das Leitungselement 10 schließt einerseits an die Bohrung 13b in dem Adapter 13 an und andererseits an die Bohrung 14a in der Höheneinstellschraube 14, so dass in dem Futter 17 vorhandene Versackungsräume umgangen werden.

10: Leitungselement
10a: Innenraum
11: Kanäle
12: Werkzeug
13: Adapter
13a: Gewinde
13b: Bohrung
14: Höheneinstellschraube
14a: Innenbohrung
15: Innengewinde
16: Ansenkung
17: Futter
18: Eingangsbereich

Claims

Einrichtung für die Schmierung/Kühlung eines Werkzeugs, vorzugsweise Minimalmengenschmierung eines Werkzeugs, bei der das Werkzeug in dem Futter einer Spindel fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leitungselement (10) vorgesehen ist, welches einerseits im Innenbereich des Futters endet und welches am anderen Ende mit Kanälen, Bohrungen oder Hohlräumen (11) innerhalb des Werkzeugs (12) in Strömungsverbindung steht, so dass das Schmiermittel, vorzugsweise in Form eines Aerosols über das Leitungselement (10) in das Innere des Werkzeugs eingeleitet werden kann.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Adapter (13) vorgesehen ist, der einen Endbereich mindestens eines Leitungselements (10) aufnimmt, wobei der Adapter (13) in einer Bohrung einer Spannpatrone für das Futter angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in der Spannpatrone ein Innengewinde aufweist und der Adapter (13) in dieses Innengewinde eingeschraubt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Werkzeug (12) zugewandte Ende eines Leitungselements (10) mit einer Höheneinstellschraube (14) in Strömungsverbindung steht, die sich in axialer Richtung an das Leitungselement (10) anschließt.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höheneinstellschraube (14) gegenüber dem Leitungselement (10) zwecks Längenausgleich axial verschiebbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höheneinstellschraube (14) in ein Innengewinde (15) des Futters einschraubbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höheneinstellschraube (14) mindestens in ihrem einen Endbereich eine Ansenkung (16) aufweist, die das Leitungselement (10) aufnimmt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leitungselement (10) ein Rohr aus Carbonfaser umfasst.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsbereich zu den Kanälen (11) des Werkzeugs (12) eine konkave Grundform, vorzugsweise etwa eine Kalottenform aufweist.
Verwendung einer Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Minimalmengenschmierung von Werkzeugen, die durch Handspannung, vorzugsweise mittels Spannpatrone in einer Spindel fixiert werden.
Verwendung nach Anspruch 10 für die Minimalmengenschmierung von Werkzeugen zur spanenden Bearbeitung.
Verfahren zur Minimalmengenschmierung von Werkzeugen für die spanende Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem eine Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.