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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmierung, insbesondere zur
Minimalmengenschmierung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In
modernen Werkzeugmaschinen erfolgt die spanende Metallbearbeitung
mittels einer Minimalmengenschmierung, bei der eine sehr geringe
Menge an Schmierstoff zusammen mit Pressluft dem Bearbeitungsbereich
am Werkstück
unter Druck zugeführt
wird. Der Schmierstoff wird hierbei in mehr oder weniger feine Tröpfchen zerlegt,
die als Aerosol an den Bearbeitungsbereich gelangen. Als Schmierstoff für die Minimalmengenschmierung
kommen vorteilhaft synthetische Esteröle und Fettalkohole in Betracht.
Als Schmierstoffe können
aber auch Stoffe auf Mineralölbasis
eingesetzt werden. Die sehr kleinen Aerosolteile ergeben eine große Oberfläche, die
im Falle einer Explosion oder einer Verpuffung zu einer sehr raschen
Durchzündung
des Schmierstoff/Luft/Sauerstoffgemisches führen. Die Gefahr der Verpuffung
bzw. der Explosion ist besonders bei der Bearbeitung von Leichtmetallen,
insbesondere von Magnesium, besonders groß. Aus diesem Grunde müssen sehr
aufwendige Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen
werden, um im Gefahrenfalle die Explosion oder die Verpuffung so
rasch wie möglich
zum Stillstand zu bringen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
so auszubilden, dass in einfacher und sicherer Weise eine zuverlässige Schmierung
im Bearbeitungsbereich gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird für die
Schmierung, insbesondere für
die Minimalmengenschmierung, nur Stickstoff oder sauerstoffarme Druckluft
verwendet. Stickstoff ist ein inertes Gas, durch das die Gefahr
einer Verpuffung oder gar einer Explosion während der Bearbeitung eines
Werkstückes
gering ist. In der sauerstoffarmen Druckluft ist der Sauerstoffgehalt
verringert und dadurch der Stickstoffgehalt entsprechend erhöht. Der
Anteil an Stickstoff ist so hoch, dass eine optimale Schmierung,
insbesondere bei der Bearbeitung von Leichtmetallen, gewährleistet
ist. Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sogar auf
Explosionsschutzmaßnahmen
verzichtet werden.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung.
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Die
Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
schematischer Darstellung ein ein Werkstück bearbeitendes Werkzeug mit
einer äußeren Schmierstoffzufuhr,
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2 in
einer Darstellung entsprechend 1 ein ein
Werkstück
bearbeitendes Werkzeug mit einer inneren Schmierstoffzufuhr,
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3 in
schematischer Darstellung eine Vorrichtung für eine Minimalmengenschmierung.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken 1 mit Werkzeugen 2 wird
Schmierstoff an die Bearbeitungsstelle herangeführt. Die Werkzeuge 2 können geometrisch
bestimmte Schneiden haben und beispielsweise Fräs-, Dreh-, Bohr- oder Reibwerkzeuge sein.
Für die
Bearbeitung der Werkstücke 1 können aber
auch Werkzeuge mit geometrisch unbestimmter Schneide eingesetzt
werden, wie Schleif-, Hon- oder Läppwerkzeuge. Mit den Werkzeugen 2 können unabhängig davon,
ob sie geometrisch bestimmte oder unbestimmte Schneiden aufweisen,
Trockenbearbeitungen mit Minimalmengenschmierung durchgeführt werden.
Bei einer Minimalmengenschmierung ist der Schmierstoffbedarf bei
der Bearbeitung sehr gering.
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Das
Schmiermedium kann von außen
oder von innen direkt an die Bearbeitungsstelle 3 geleitet werden.
Wie 1 zeigt, wird das Schmiermedium 4 bei
einer äußeren Zufuhr über eine
oder mehrere Düsen 5 von
außen
auf das Werkstück 1 bzw.
das Werkzeug 2 aufgesprüht.
Diese äußere Schmierstoffzuführung ist
besonders beim Sägen,
Bohren und Drehen geeignet. Da das Schmiermedium 4 mit
geringem Abstand von der tatsächlichen
Bearbeitungsstelle 3 auf das Werkzeug 2 und das
Werkstück 1 aufgebracht
wird, ist beim Bohren die Lochtiefe beschränkt, da bei größeren Lochtiefen
eine ausreichende Kühlung
bzw. Schmierung am vorderen Ende des Werkzeuges 2 nicht
ausreichend ist.
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Bei
der inneren Zuführung
kann der Schmierstoff direkt der Bearbeitungsstelle 3 zugeführt werden.
Der Schmierstoff steht darum während
des gesamten Bearbeitungsvorganges an der augenblicklichen Bearbeitungsstelle 3 in
ausreichendem Maße ständig zur
Verfügung.
Durch diese innere Schmiermittelzuführung können auch große Bohrtiefen
problemlos bei der Trockenbearbeitung erreicht werden. Das Werkzeug 2 kann
mit hohen Drehzahlen angetrieben werden, die beispielsweise mehr
als etwa 10.000 U/min betragen können.
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Das
Werkzeug 2 weist für
die innere Kühlmittelzuführung eine
axiale Bohrung 6 auf, die nahe dem freien Ende des Werkzeuges 2 in
schräg
nach außen verlaufende
Kanäle 7 übergeht.
Aus ihnen tritt das Schmiermedium aus dem Werkzeug 2 nach
außen und
trifft direkt auf die Bearbeitungsstelle 3. Die Bohrung 6 ist
an eine Bohrung in der das Werkzeug aufnehmenden Ma schinenspindel
angeschlossen, über die
in bekannter Weise die Kühl/Schmiermittelzuführung erfolgt.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
wird als Schmierstoff reiner Stickstoff verwendet. Da Stickstoff
ein inertes Gas ist, wird insbesondere bei der Leichtmetallbearbeitung
die Gefahr einer Verpuffung oder gar einer Explosion vermieden.
Werkstückbearbeitungsmaschinen,
wie beispielsweise Bearbeitungszentren, befinden sich in einer Maschinenumkleidung,
die während
der Bearbeitung von Werkstücken
auf der Maschine geschlossen ist. Vor allem bei der Bearbeitung
von Leichtmetallen, insbesondere von Magnesium, tritt bei Verwendung
des herkömmlichen
Aerosol/Luft/Druckluftgemisches bei der Minimalmengenschmierung
die Gefahr einer Verpuffung oder gar einer Explosion auf. Bei Verwendung
von Stickstoff als Schmierstoff ist diese Gefahr ausgeschaltet,
zumindest aber erheblich reduziert. Durch die Verwendung des Stickstoffes
als Schmierstoff wird der Arbeitsraum innerhalb der Maschinenumkleidung
inertisiert, so dass gerade bei der Bearbeitung von Leichtmetallen
die Gefahr des Brandes oder der Explosion erheblich verringert ist.
Sollte dennoch eine Verpuffung oder eine Explosion auftreten, dann wird
die Zufuhr des Stickstoffes nicht abgestellt, sondern weitergeführt, damit
so viel Stickstoff wie möglich
in den Arbeitsraum geleitet wird. Der hohe Stickstoffanteil unterstützt den
Löschprozess
im Arbeitsraum der Maschinenumkleidung, so dass der Brand oder die
Explosion innerhalb kürzester
Zeit zuverlässig
unter Kontrolle gebracht werden kann. Der Stickstoff kann innerhalb
der Maschinenumkleidung in Bereiche vordringen, die sonst nicht
frei zugänglich sind,
wie zum Beispiel Nischen, nicht belüftete Ecken und dergleichen.
Diese Bereiche werden somit ebenfalls mit Stickstoff gefüllt und
damit inertisiert. Auf diese Weise wird die Sicherheit beim Betrieb
der Bearbeitungsmaschine in der Maschinenumkleidung enorm erhöht.
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Stickstoff
ist im Gegensatz zu Pressluft trocken, so dass in den Arbeitsraum
der Maschine oder in die Maschinenumkleidung nur wenig Feuchtigkeit transportiert
wird.
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Die
beschriebenen Vorteile kommen besonders dann zum Tragen, wenn der
Stickstoff allein eingesetzt wird. Insbesondere in diesem Fall ist
die Vorrichtung zur Zuführung
des Stickstoffes zum Wirkbereich bzw. zur Bearbeitungsstelle konstruktiv
einfach ausgebildet.
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Aufgrund
der Verwendung des Stickstoffes als Schmiermittel kann auf Explosions-Unterdrückungsmaßnahmen
verzichtet werden, insbesondere im Bereich der Aluminium-Minimalmengenschmierung.
Auch im Filterbereich kann auf Explosions-Unterdrückungsmaßnahmen
verzichtet werden, da in diesem Bereich die gleiche Atmosphäre wie in
der Werkstückbearbeitungsmaschine
herrscht.
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Bei
einer anderen Ausführung
wird mit Druckluft gearbeitet, der Sauerstoff entzogen wird, wodurch
der Anteil an Stickstoff relativ in der Druckluft erhöht wird.
Die Druckluft kann über
einen Kompressor zur Verfügung
gestellt werden. Die Druckluft kann aber auch Druckluftversorgungsleitungen
entnommen werden, die bei den Betreibern der Werkstückbearbeitungsmaschinen
in der Regel vorhanden sind. Die Druckluft wird durch an sich bekannte Einrichtungen
geführt,
mit denen der Sauerstoffgehalt in der Druckluft reduziert werden
kann. So lässt sich
beispielsweise der Sauerstoffanteil in der Druckluft von etwa 20
Vol.-% bis auf beispielsweise nur etwa 5 Vol.-% verringern. Auf
diese Weise entsteht eine sauerstoffarme Druckluft, deren prozentualer Anteil
an Stickstoff entsprechend hoch ist. Die Wirkung dieser sauerstoffarmen
Druckluft entspricht im Wesentlichen der Wirkung bei Verwendung
von reinem Stickstoff.
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Die
Abluft, die außer
dem Stickstoff bzw. der sauerstoffarmen Druckluft noch Späne und dergleichen
enthält,
wird abgesaugt und von den Schmutzteilchen gereinigt. Vorteilhaft
ist es, die gereinigte Abluft unter Berücksichtigung der Reinheit und/oder
der Temperatur zumindest teilweise wieder in den Bearbeitungsraum
zurückzuführen. Dies
hat zum einen den Vorteil, dass der benötigte Schmierstoffanteil verringert
ist und dass zum anderen der Bearbeitungsraum stark durchströmt wird.
Insbesondere durch die stärkere Durchströmung des
Bearbeitungsraumes können
auch Bereiche, wie der Späneförderer oder
andere Aggregate, vom Stickstoff bzw. von der sauerstoffarmen Druckluft
beaufschlagt werden, so dass auch in diesen Bereich ein optimaler
Schutz gewährleistet
ist.
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Bei
dieser Mehrfachnutzung der Abluft muss nur derjenige Anteil an Stickstoff
oder sauerstoffarmer Druckluft zugeführt werden, der durch die Umluftführung verloren
gegangen ist. Dieser Anteil ist aber gering, so dass auch die benötigte Stickstoffmenge
klein gehalten werden kann.
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Es
besteht bei der Rückluftführung die
Möglichkeit,
die gereinigte Abluft vor der Rückführung in die
Werkstückbearbeitungsmaschine
im Hinblick auf die Temperatur zu konditionieren, beispielsweise
zu kühlen,
zu trocknen und dergleichen. Auf diese Weise ist es möglich, im
Bearbeitungsraum die optimalen Schutz- und/oder Schmierbedingungen
zu erreichen.
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Der
Volumenstrom kann darüber
hinaus in Abhängigkeit
des Bearbeitungszyklus im Bearbeitungsraum gesteuert werden, um
die benötigte
Stickstoffmenge so klein wie möglich
zu halten. So ist es beispielsweise möglich, nur den halben Volumenstrom
durch den Bearbeitungsraum strömen
zu lassen, wenn die Werkstückbearbeitungsmaschine
in Betrieb ist. Findet ein Werkstück/Werkzeugwechsel statt, kann
die Zuführung
des Volumenstromes unterbrochen werden. Soll die Maschinenumkleidung
geöffnet
werden, dann kann beispielsweise der volle Volumenstrom eingestellt
werden, damit beim Öffnen der
Maschinenumkleidung keine Schmutzteilchen und dergleichen nach außen gelangen.
Die Verwendung von Stickstoff oder sauerstoffarmer bzw. stickstofferhöhter Druckluft
kann auch bei Laseranlagen ohne weiteres eingesetzt werden, auf
denen beispielsweise Laserschneid- oder Laserschweiß-Arbeiten
durchgeführt
werden. In solchen Fällen
wird die Laseranlage gegebenenfalls so abgedichtet, dass der zugeführte Stickstoff
oder die sauerstoffarme Druckluft ihre Schmier- und/oder Schutzfunktion
ausfüllen
kann. Bei Flachbettmaschinen kann beispielsweise ein Dach aufgesetzt
werden, um die Anlage entsprechend abzudichten.
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3 zeigt
eine beispielhafte Vorrichtung mit einem Kompressor 8,
mit dem Druckluft über
eine Leitung 9 einer Vorrichtung 10 zugeführt wird,
in der der Sauerstoffanteil der Druckluft reduziert und damit der
Stickstoffanteil in der Druckluft relativ erhöht wird. Die sauerstoffarme
bzw. stickstoffangereicherte Druckluft wird dann über wenigstens
eine Leitung 12 einem Verteiler 13 zugeführt, an
den über
wenigstens eine Leitung 14 wenigstens eine Austragdüse 15 angeschlossen
ist. Aus ihr tritt, wie anhand von 1 beispielhaft
erläutert
worden ist, der Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft aus.
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Anstelle
des Kompressors 8 kann die Leitung 9 auch direkt
an die Druckluftversorgungsleitungen innerhalb des Aufstellraums
der jeweiligen Maschine angeschlossen sein.
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Soll
der Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft entsprechend 2 über das
Werkzeug 2 direkt der Bearbeitungsstelle zugeführt werden,
dann ist die Leitung 14 an die in die Maschinenspindel
führende
Zuleitung angeschlossen.
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Insbesondere
innerhalb von Maschinenumkleidungen kann es von Vorteil sein, an
kritischen Stellen zusätzliche
Düsen vorzusehen,
aus denen der Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft in den
Bearbeitungsraum austritt. Es ist dadurch möglich, gezielt bestimmte Bereiche
innerhalb der Maschinenumkleidung mit dem entsprechenden Gas zu beaufschlagen.
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Darüber hinaus
besteht auch die Möglichkeit,
den Stickstoff oder die sauerstoffarme Druckluft der Maschinenumkleidung
zugeordneten Bereichen zuzuführen.
So sind häufig
Schaltschränke
unmittelbar neben der Maschinenumkleidung außerhalb des Bearbeitungsraums
angeordnet. Es bietet sich an, solche Schaltschränke unmittelbar mit dem Gas
zu beaufschlagen, um die Gefahr einer Entzündung oder gar einer Explosion
zu verhindern, zumindest aber erheblich zu verringern.
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Bestehende
Einrichtungen können
mit der beschriebenen Vorrichtung problemlos nachgerüstet werden.