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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für Kühlschmiermittel und ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Schleifverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Zuführen von Kühlschmiermittel zu einer Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung, insbesondere zum Zuführen von Kühlschmiermittel bei Schleifvorgängen.
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Die Einkopplung des Kühlschmiermittels hat wesentlichen Einfluss auf das Schleifergebnis und die Standzeit der Scheibe. Das Zusammenwirken von Druck, Volumenstrom, Temperatur und Richtung des Kühlschmiermittelstrahls bestimmen die Kühlwirkung. Die Effizienz der Kühlschmierung wird auch wesentlich von der Düsenform beeinflusst.
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Die wichtigste Aufgabe des Kühlschmierstoffs (KSS) ist die Kühlung des Werkstücks. Das Kühlschmiermittel muss auch die Schleifscheibe kühlen, die Reibung minimieren, die Schleifspäne aus der Schleifzone und der gesamten Maschine abtransportieren und die Porenräume der Schleifscheibe spülen.
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Es ist bekannt, eine Schleifmaschine mit einer Düse auszustatten, die eine oder mehrere Strahlen, Sprühstrahlen oder Ströme eines flüssigen Kühlmittels auf die Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung abgeben kann. Ein solches Kühlen der Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Schleifwerkzeug beeinflusst in vorteilhafter Weise die Qualität des gefertigten Produktes.
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Es ist bekannt, eine Düse derart zu gestalten, dass sie angemessene Mengen an Kühlmittel der Kontaktstelle zwischen einer verhältnismäßig großen Werkstückoberfläche und einer geeignet profilierten Arbeitsoberfläche einer Drehschleifscheibe oder eines ähnlichen Werkzeuges in einer geeigneten Verteilung zuführen kann. Wenn ein spezielles Schleifwerkzeug durch anderes Schleifwerkzeug mit einem sich unterscheidenden Profil ersetzt wird, ist es im Allgemeinen notwendig, die Düse in einem zeitaufwendigen Arbeitsvorgang mit einer andersartigen Düse zu ersetzen, was zum Stillstand der Maschine für lange Zeiträume führen kann.
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Eine weitere Einflussgröße, welche die Qualität der Werkstückkühlung beeinflusst, ist die Dispersion des auf das Werkstück zugeführten Kühlmittelstrahls. Eine Dispersion ist nachteilig, weil sie dazu neigt, mitgerissene Luft zu vermehren. Die Luft neigt dazu, etwas Kühlmittel von dem Schleifgebiet, und daher von der Schleifscheiben- und Werkstückgrenzfläche auszuschließen.
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Es ist auch bekannt, dass die Qualität der Werkstückkühlung verbessert werden kann, indem die Geschwindigkeit des Kühlmittelstrahls an die der Schleifoberfläche der Schleifscheibe angepasst wird.
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Aus
WO 2003/015988 A1 ist eine Düsenanordnung bekannt, die eine Verteilerkammer und eine modulare Stirnplatte umfasst, die abnehmbar an einer in Flussrichtung unteren Seite der Verteilerkammer befestigt ist. Die Vorrichtung umfasst auch wenigstens eine Düse für kohärente Strahlen, um Kühlmittel durch die modulare Stirnplatte zu befördern, und einen innerhalb der Verteilerkammer angeordneten Vorbehandlungsapparat.
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Aus
US 3,917,888 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates bekannt. Dabei wird eine Düse beschrieben, die im Innenraum entgegengesetzt zur Stromrichtung in der gesamten Breite eine mit Löchern versehene Wand beinhaltet. Die Wand fördert die Verteilung der einströmenden Luft oder Flüssigkeit im Innenraum der Düse. Zusätzlich wird ein entgegengesetzt zur Stromrichtung befindliches Sieb zur weiteren Förderung der Verteilung der Flüssigkeit beschrieben.
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Ein häufiger Nachteil bekannter Düsen und Düsenanordnungen liegt darin, dass das Kühlmittel innerhalb der Kammer verwirbelt und der laminare Ausfluss zerstört wird. In den Schleifbereich wird kein reiner Kühlmittelschmierstoff eingebracht, sondern eine Emulsion aus Luft und Kühlmittelschmierstoff. Dadurch leidet die Kühlwirkung erheblich. An den bearbeiteten Werkstücken bilden sich Brandflecken. Es wird dadurch ein geringerer Durchsatz an Werkstücken erzielt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Düse für Schleifanwendungen bereitzustellen, mit der die Schleifleistung erhöht wird und Brandflecke auf dem Werkstück vermieden werden.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Düse für Kühlschmiermittel, die umfasst:
- – eine Anschlusskammer mit einem Kammereinlass und mit einem Prallblech im Innenraum der Anschlusskammer gegenüber dem Kammereinlass, wobei das Prallblech an mindestens zwei Befestigungen in der Anschlusskammer gehalten wird und eine vollständige Platte ist,
- – eine Hauptkammer, die entfernbar mit der Rückseite an die Vorderseite der Anschlusskammer befestigt ist und eine Diffusionsplatte mit Bohrungen aufweist und
- – eine Düsenplatte, die entfernbar mit der Rückseite an die Vorderseite der Hauptkammer befestigt ist und ein an ein Schleifscheibenprofil angepasstes Bohrmuster aufweist.
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Der Kühlschmierstoff kann mit einem Druck bis zu 5 bar eingebracht werden. Mit der erfindungsgemäßen Düse besteht nach einem Abstand von etwa 1 m noch ein laminarer Kühlmittelfluss. In den Schleifbereich wird ein reiner Kühlmittelschmierstoff eingebracht und nicht wie bei bekannten Verfahren mit bekannten Düsen eine Emulsion aus Luft und Kühlschmiermittel.
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Durch die Einkopplung des Kühlschmiermittelstoffes in der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden folgende Vorteile erreicht. Die Abrichtintervalle werden durch weniger abrasiven Kornverschleiß vergrößert. Der Schleifbrand wird vermindert und höhere Abtragsraten werden erzielt. Der bereitgestellte Volumenstrom wird effektiv eingesetzt, wodurch der Gesamtvolumenstrom reduziert wird. Die Menge der eingemengten Luft und dadurch Schaumbildung, Vernebelung und Verdampfung wird minimiert. Eine Schleifscheibe kann mit höheren Schnittgeschwindigkeiten und mit harten Bindungen geschliffen werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich einfach zusammensetzen und kommt mit weniger Kühlmittel aus als bekannte Düsen, weil ein gezielter Strahl hergestellt wird. Es wird ein laminarer Fluss mit extrem wenig Luft erzeugt.
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Das Kühlschmiermittel kommt in die Anschlusskammer. Die Anschlusskammer weist eine Rille für einen O-Ring und Löcher für die Schrauben auf. Die Platte in der Anschlusskammer ist das Prallblech. Das Kühlschmiermittel kommt mit einem großen Volumenstrom von etwa 300 l/m von der Rückseite in die Anschlusskammer rein. Das Kühlschmiermittel strömt erfindungsgemäß mit einem homogenen Fluss durch die gesamte Diffusionsplatte. Mit dem Prallblech gelangt das Kühlschmiermittel nicht gleich in die Hauptkammer und die Diffusionsplatte wird nicht nur mittig beaufschlagt. Das Kühlschmiermittel würde ohne das Prallblech von der Anschlusskammer gleich in die Hauptkammer gelangen und nur in die Mitte der Diffusionsplatte kommen. In der Mitte würde ein viel höherer Volumenstrom als an den Rändern entstehen. Dadurch würde der laminare Strom zusammenbrechen.
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In der Hauptkammer wird erfindungsgemäß ein homogener Druck erzeugt. In der Hauptkammer beruhigt sich das Kühlschmiermittel so, dass es nur noch soweit über die Ausgangsdüsenplatte rausgepresst wird, dass ein laminarer Fluss erhalten wird. In der Hauptkammer bewirkt der homogene Druck, dass sich über das Profil ein gleichmäßiger Strahl aufbaut. Der Strahl ist laminar und geht nicht auseinander. Es wird dadurch erfindungsgemäß kühler geschleift, weil besser gezielt gekühlt wird, insbesondere weil gezielter durch das Profil gekühlt wird.
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Der Q/W Wert kann erfindungsgemäß erhöht werden. Der Q/M Wert bedeutet den Abtrag der Schleifscheibe auf einen Millimeter Schleifscheibenbreite pro Zeiteinheit. Die Pumpleistung und Energie werden reduziert.
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Die erfindungsgemäße Düse bewirkt einen laminaren Fluss, damit entstehen keine Lufteinschlüsse im Kühlmittel, welche als Isolatoren wirken. Es kann kühler geschliffen und die Schleifleistung dadurch erhöht werden. Das Werkstück weist weniger Brandflecke auf.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Diffusionsplatte mit Bohrungen im Boden der Hauptkammer angebracht ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass sich die Bohrungen über die gesamte Innenfläche des Bodens der Hauptkammer erstrecken. Das trägt vorteilhaft zur Beruhigung des Kühlschmiermittels in der Hauptkammer bei.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Größe des Prallblechs mindestens 50% der Innenfläche des Bodens in der Anschlusskammer beträgt. Dadurch wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise der laminare Strom des Kühlschmiermittels bewirkt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Vorderseite der Anschlusskammer und die Vorderseite der Hauptkammer Rillen für O-Ringe aufweisen. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Anschlusskammer, die Hauptkammer und die Düsenplatte Schraubenöffnungen zum Verbinden aufweisen. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Anschlusskammer, die Hauptkammer und die Düsenplatte mit Schrauben in Schraubenöffnungen und O-Ringen in Rillen zu einer Vorrichtung verbunden sind. Die drei Teile des Düsenaufbaus lassen sich vorteilhafterweise wasserdicht verschließen. Dadurch wird jeglicher Verlust an Kühlschmiermittel vermieden und eine umweltbewusste Handhabung der erfindungsgemäßen Düse ermöglicht.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Bohrungen in der Diffusionsplatte einen Durchmesser von 2 mm bis 4 mm aufweisen. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Bohrungen in der Düsenplatte einen Durchmesser von 1 mm bis 3 mm aufweisen. Dadurch wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise der laminare Strom des Kühlschmiermittels bewirkt. Die Düsenplatte wird auch als Ausgangsdüsenplatte oder Homogenisierungsplatte bezeichnet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düse liegt darin, dass die Anschlusskammer mit Prallblech, Hauptkammer und Düsenplatte Aluminium oder legierten Edelstahl enthalten. Aluminium ist in besonderer Weise für die Herstellung der Düsenteile geeignet.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Abgeben eines kohärenten Strahles aus Kühlschmiermittel an eine Schleifscheibe mit einer erfindungsgemäßen Düse für Kühlschmiermittel, wobei
- – eine Düsenplatte mit einem Bohrmuster angepasst an das Schleifscheibenprofil eingesetzt wird,
- – eine gewünschte Kühlschmiermitteldurchflussgeschwindigkeit durch Einstellung eines bestimmten Kühlschmiermitteldruckes bei einem Schleifvorgang eingestellt wird und
- – eine bestimmte Schleifscheibenumfanggeschwindigkeit eingestellt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Kühlschmiermitteldurchflussgeschwindigkeit der Schleifscheibenumfanggeschwindigkeit in etwa entspricht. Mit diesen Geschwindigkeiten werden sehr gute Ergebnisse erzielt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass von der Düse eine laminare Strömung erzeugt wird. Durch die laminare Strömung des Kühlschmiermittels werden sehr gute Ergebnisse an den Werkstücken und ein guter Durchsatz erzielt.
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Eine weitere Lösung der Aufgabe liegt in der Verwendung der erfindungsgemäßen Düse zum Zuführen von Kühlschmiermittel zu einer Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung, insbesondere zum Zuführen von Kühlschmiermittel bei Schleifvorgängen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist nicht vollständig maßstabsgetreu. Die Erfindung wird durch die Zeichnung in keiner Weise eingeschränkt. Es zeigen:
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1 eine räumliche Darstellung von oben auf die Anschlusskammer mit Prallblech,
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2 eine Draufsicht auf die Anschlusskammer mit Prallblech,
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2A eine Querschnittdarstellung durch die Linie B-B in 2,
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3 eine räumliche Darstellung von oben auf die Hauptkammer mit Diffusionsplatte,
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4 eine räumliche Darstellung von unten auf die Hauptkammer mit Diffusionsplatte,
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5 eine Draufsicht auf die Hauptkammer mit Diffusionsplatte,
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5A eine Querschnittdarstellung durch die Linie B-B in 5,
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6 eine räumliche Darstellung von oben auf die Düsenplatte mit einem an ein Schleifscheibenprofil angepasstes Bohrmuster,
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7 eine Draufsicht auf die Düsenplatte,
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7A eine Querschnittdarstellung durch die Linie A-A in 7A,
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8 eine Querschnittzeichnung der Anschlusskammer, Hauptkammer und Düsenplatte,
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9 eine räumliche Explosionsdarstellung von unten auf die Anschlusskammer, Hauptkammer und Düsenplatte und
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10 eine räumliche Explosionsdarstellung von oben auf die Anschlusskammer, Hauptkammer und Düsenplatte.
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1 zeigt eine räumliche Darstellung von oben, 2 eine Draufsicht auf die Anschlusskammer 1 mit Prallblech 2 und 2A eine Querschnittdarstellung durch die Linie B-B in 2. Die Darstellung von oben bedeutet mit Blickrichtung gegen die Auslassrichtung des Kühlschmiermittels. Die Darstellung von unten bedeutet mit Blickrichtung in Auslassrichtung. Die Anschlusskammer 1 weist von der Rückseite 15 einen Kammereinlass 3 auf. Die Anschlusskammer 1 weist von der Vorderseite 14 im Innenraum ein Prallblech 2 auf, das an mindestens zwei Befestigungen 5 gehalten wird. Die Anschlusskammer 1 weist auf der Vorderseite 14 Rillen 4 für O-Ringe auf. Die Anschlusskammer 1 weist Schraubenöffnungen 6 für Schrauben auf. Die Anschlusskammer 1 ist beispielsweise etwa 196 mm breit, etwa 84 mm tief und etwa 55 mm hoch. Das Prallblech 2 befindet sich etwa 15 mm über dem Boden der Anschlusskammer 1. Das Prallblech 2 ist beispielsweise etwa 3 mm dick, etwa 30 mm breit und etwa 140 mm lang. Die Befestigungen 5 haben einen Durchmesser von etwa 24 mm. Das Prallblech 2 ist so über dem Kammereinlass 3 positioniert, dass sich das Kühlschmiermittel in der Anschlusskammer 1 verteilt bevor es auf die Diffusionsplatte 8 in der Hauptkammer 7 trifft, siehe 3. Die Größe des Prallblechs 2 beträgt beispielsweise mindestens 50% der Innenfläche des Bodens in der Anschlusskammer 1.
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3 zeigt eine räumliche Darstellung von oben, 4 eine räumliche Darstellung von unten, 5 eine Draufsicht auf die Hauptkammer 7 mit Diffusionsplatte 8 und 5A eine Querschnittdarstellung durch die Linie B-B in 5. Die Hauptkammer 7 ist entfernbar mit der Rückseite 17 an die Vorderseite 14 der Anschlusskammer 1 befestigt. Der Boden der Hauptkammer 7 weist eine Diffusionsplatte 8 mit Bohrungen 9 auf. Die Diffusionsplatte 8 wird sowohl von der Vorderseite 16 wie von der Rückseite 17 der Hauptkammer 7 gezeigt. Die Bohrungen 9 sind über die gesamte Innenfläche des Bodens der Hauptkammer 7 verteilt. Die Hauptkammer 7 weist Schraubenöffnungen 6 für Schrauben auf. Die Hauptkammer 7 ist beispielsweise etwa 196 mm breit, etwa 84 mm tief und etwa 55 mm hoch. Die Vorderseite 16 der Hauptkammer 7 weist Rillen 4 für O-Ringe auf. Die Bohrungen 9 in der Diffusionsplatte 8 weisen beispielsweise einen Durchmesser von etwa 2,5 mm auf. Die Bohrungen 9 weisen beispielsweise einen Abstand in der Breite von etwa 4,8 mm und in der Länge von etwa 9,6 mm auf.
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6 zeigt eine räumliche Darstellung von oben, 7 eine Draufsicht auf die Düsenplatte 10 mit einem an ein Schleifscheibenprofil angepassten Bohrmuster 13 und 7A eine Querschnittdarstellung durch die Linie A-A in 7A. Die Düsenplatte 10 ist entfernbar mit der Rückseite 19 an die Vorderseite 16 der Hauptkammer 7 befestigt. Das Bohrmuster 11 ist an ein Schleifscheibenprofil angepasst. Das Bohrmuster 11 ist sowohl von der Vorderseite 18 wie von der Rückseite 19 der Düsenplatte 10 dargestellt. Die Düsenplatte 10 weist Schraubenöffnungen 6 für Schrauben auf. Die Ausmaße der Düsenplatte 10 sind denen der Hauptkammer 7 angepasst. Die Bohrungen 9 in der Diffusionsplatte 8 weisen beispielsweise einen Durchmesser von 2,5 mm auf. Die Bohrungen 9 weisen beispielsweise einen Abstand in der Breite von etwa 4,8 mm und in der Länge von etwa 9,6 mm auf. Die Bohrungen 13 in der Düsenplatte 10 weisen einen Durchmesser von etwa 2 mm auf. Das Bohrmuster 11 befindet sich etwa in der Mitte der Düsenplatte. Die Düsenplatte 10 weist eine Mindesthöhe auf. Die Mindesthöhe beträgt beispielsweise etwa 30 mm.
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8 zeigt eine Querschnittzeichnung der Anschlusskammer 1, Hauptkammer 7 und Düsenplatte 10. 9 zeigt eine räumliche Explosionsdarstellung von unten und 10 eine räumliche Explosionsdarstellung von oben auf die Anschlusskammer, Hauptkammer und Düsenplatte. Die Anschlusskammer 1, die Hauptkammer 7 und die Düsenplatte 10 werden mit Schrauben in Schraubenöffnungen 6 und mittels O-Ringen in Rillen 4 wasserdicht zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung abnehmbar miteinander verbunden. Die Anschlusskammer 1, das Prallblech 2, die Hauptkammer 7 und die Düsenplatte 10 bestehen in diesem Beispiel aus Aluminium.
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Beispiel
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Es wurde eine Düsenplatte 10 mit einem Bohrmuster 11 angepasst an das Schleifscheibenprofil einer Schleifscheibe von 400 mm Durchmesser eingesetzt. Eine gewünschte Kühlschmiermitteldurchflussgeschwindigkeit von 25 m/sec wurde eingestellt. Eine Schleifscheibendrehzahl von 1200 min–1 wurde eingestellt. Ein Kühlschmiermitteldruck von 5 bar wird eingestellt. Es wurde ein kohärenter Strahl aus Kühlschmiermittel auf die Schleifscheibe mit der erfindungsgemäßen Düse gebracht. Es wurde von der Düse eine laminare Strömung erzeugt.
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An den Werkstücken wurden keine Brandflecke beobachtet. Es wurde ein hoher Durchsatz an geschliffenen Werkstücken erzielt. Es wurde ein laminarer Ausfluss des Kühlschmiermittels beobachtet.
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Vergleichsbeispiel
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Das Vergleichsbeispiel wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wie das Beispiel. Der einzige Unterschied war, dass eine Flachstrahldüse nach dem Stand der Technik verwendet wurde.
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Es wurden Brandflecke an den Werkstücken beobachtet. Es wurde ein geringerer Durchsatz erzielt. Es wurde beobachtet, dass der laminare Ausfluss des Kühlschmiermittels gestört war.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Düse werden in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1
| Ergebnis | Düse (Erfindung) | Düse (Stand der Technik) |
| Brandflecke an den Werkstücken | Keine | Beobachtet |
| Erzielter Durchatz | Hoch | Geringer |
| Laminarer Strom | Lag über weite Distanz vor | Turbulente Strömung setzte direkt nach Düsenaustritt ein |
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anschlusskammer
- 2
- Prallblech
- 3
- Kammereinlass
- 4
- Rillen für einen O-Ring
- 5
- Befestigungen des Prallbleches
- 6
- Schraubenöffnungen
- 7
- Hauptkammer
- 8
- Diffusionsplatte
- 9
- Bohrungen in der Diffusionsplatte
- 10
- Düsenplatte/Ausgangsdüsenplatte/Homogenisierungsplatte
- 11
- Bohrmuster angepasst an das Schleifscheibenprofil
- 13
- Bohrungen
- 14
- Anschlusskammer von oben oder Vorderseite
- 15
- Anschlusskammer von unten oder Rückseite
- 16
- Hauptkammer von oben oder Vorderseite
- 17
- Hauptkammer von unten oder Rückseite
- 18
- Düsenplatte von oben oder Vorderseite
- 19
- Düsenplatte von unten oder Rückseite
