-
Die Erfindung betrifft eine Bruchtrennvorrichtung zum Bruchtrennen von Werkstücken, insbesondere Motorbauteilen oder Pleueln, sowie ein entsprechendes Bruchtrennverfahren.
-
Es ist eine bekannte Technologie, Motorbauteile, zum Beispiel Pleuel, im Rahmen eines so genannten Crackens oder Brechens zu trennen, um die derart getrennten Teile, beispielsweise einen Pleueldeckel und einen Pleuelfuß, anschließend wieder zu fügen. Damit der Bruchtrennvorgang kontrolliert abläuft, ist es üblich, in das jeweilige Werkstück eine oder mehrere Kerben einzubringen, beispielsweise mithilfe eines Lasers, was z. B. in
DE 10 2007 053 814 A1 beschrieben ist.
-
Aus
DE 10 2008 063 713 A1 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bruchtrennen hervor, bei denen eine Bruchtrennzone anhand eines Kühldorns mit kühlbaren Spreizbacken vor dem Bruchtrennen gekühlt wird.
-
Allerdings hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die zu bearbeiteten Werkstücke nicht in jedem Fall einwandfrei brechen, weil das zu brechende Material des Werkstücks auch eine gewisse Zähigkeit aufweist.
-
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Bruchtrennvorrichtung sowie ein verbessertes Bruchtrennverfahren vorzuschlagen.
-
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Bruchtrennvorrichtung zum Bruchtrennen von Werkstücken, insbesondere Motorbauteilen oder Pleueln vorgesehen, die eine Kühleinrichtung zur Abkühlung des Werkstücks in einer Trennzone und eine Brecheinrichtung zum Bruchtrennen des Werkstücks im Bereich der gekühlten Trennzone aufweist, wobei ein Zuström-Kühlmittelkanal an mindestens einer Auslassöffnung der Kühleinrichtung zum Kühlen der Trennzone ausmündet, wobei die Kühleinrichtung zum lokal begrenzten Kühlen des Werkstücks in der Trennzone mindestens einen Dichtabschnitt zur abdichtenden Anlage an dem Werkstück neben der Trennzone und/oder zum Wegführen des Kühlmittels von der Trennzone des Werkstücks mindestens eine neben der mindestens einen Auslassöffnung des Zuström-Kühlmittelkanals angeordnete Einströmöffnung mindestens eines Abström-Kühlmittelkanals aufweist.
-
Zur Lösung der Aufgabe ist auch ein Bruchtrennverfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken, insbesondere Motorbauteilen oder Pleueln, mit den Schritten:
- – Kühlen einer Trennzone des Werkstücks mit einer Kühleinrichtung, umfassend
- – Ausbringen des Kühlmittels auf die Trennzone über einen Zuström-Kühlmittelkanal, der an mindestens einer Auslassöffnung der Kühleinrichtung zum Kühlen der Trennzone ausmündet,
- – lokal begrenztes Kühlen des Werkstücks in der Trennzone durch abdichtendes Anlegen mindestens eines Dichtabschnitts der Kühleinrichtung an das Werkstück neben der Trennzone und/oder Wegführen des Kühlmittels von der Trennzone des Werkstücks über mindestens einen Abström-Kühlmittelkanal, wobei der mindestens eine Abström-Kühlmittelkanal mindestens eine Einströmöffnung neben der mindestens einen Auslassöffnung des Zuström-Kühlmittelkanals aufweist, und
- – Bruchtrennen des Werkstücks im Bereich der gekühlten Trennzone vorgesehen.
-
Dabei ist es ein Grundgedanke der Erfindung, das zu bearbeitende Werkstück, beispielsweise ein Pleuel, einen Motorblock oder dergleichen, lokal und somit gezielt abzukühlen, so dass das Material quasi lokal versprödet und deshalb leichter bricht. Gegenüber einem Abkühlen des gesamten Werkstücks ist der Energieaufwand wesentlich geringer. Zudem ist ein Werkstück, das vollständig abgekühlt ist, nach dem Bruchtrennen sehr schwierig weiter zu verarbeiten, beispielsweise weil das Werkstück die Kontaktstellen der später eingesetzten Handling- und Bearbeitungssysteme stark kühlt. Es kann dann erforderlich sein, dass man einzelne Maschinenkomponenten, gerade die vorgenannten Kontaktstellen, gezielt wieder beheizt.
-
Stark abgekühlte Werkstück-Oberflächen neigen ferner zur Vereisung, was beispielsweise auch eine Korrosion des Werkstückes zur Folge haben kann. Auch die Weiterverarbeitung, beispielsweise eine spanende Bearbeitung, des Werkstücks wird erschwert, wenn dieses sehr kalt ist. Mithin ist es also vorteilhaft, dass das nur lokal abgekühlte und somit versprödete Werkstück leicht zu brechen bzw. bruchzutrennen ist, jedoch dann wieder ohne großen Aufwand erwärmbar ist, was die Handhabung und Weiterverarbeitung des Werkstücks erheblich erleichtert.
-
Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Bearbeitung von Pleueln. Aber auch Motorblöcke, Stangen und dergleichen andere Werkstücke lassen sich erfindungsgemäß leichter bearbeiten, insbesondere nach dem Bruchtrennen auch besser weiter zu verarbeiten.
-
Das Werkstück lässt sich in der abgekühlten Trennzone leicht brechen, was zum Beispiel auch die erforderliche Kraft der Brecheinrichtung bzw. des Brech-Werkzeugs verringert und das Werkzeug auch schont.
-
Der Dichtabschnitt und/oder die mindestens eine Auslassöffnung und/oder die mindestens eine Einströmöffnung sind vorzugsweise an einem Kühlkanalkörper der Kühleinrichtung angeordnet. In dem mindestens einen Kühlkanalkörper der Kühleinrichtung verläuft zweckmäßigerweise mindestens ein Abschnitt des mindestens einen Zuström-Kühlmittelkanals und/oder ein Abschnitt mindestens einen Abström-Kühlmittelkanals. Der Kühlkanalkörper ist beispielsweise in eine Öffnung des Werkstücks einbringbar oder kann eine Öffnung des Werkstücks schließen. Der Kühlkanalkörper kann auch zur Abdeckung eines Oberflächenbereichs des Werkstücks vorgesehen sein.
-
Der mindestens eine Kühlkanalkörper umfasst beispielsweise eine oder mehrere Rohrkörper, Lanzen oder dergleichen. Der Kühlkanalkörper kann aber auch plattenartig sein, so dass sich der Kühlkanalkörper besonders gut zur Abdeckung einer Oberfläche des Werkstückes eignet. Es versteht sich, dass die Kühleinrichtung auch mehrere Kühlkanalkörper, zum Beispiel Rohrkörper, Deckelkörper, Plattenkörper oder dergleichen umfasst.
-
Ein Vorteil ist es, wenn an dem Dichtabschnitt eine Dichtungsanordnung, beispielsweise eine elastische Dichtung, ein O-Ring oder dergleichen, angeordnet ist. Dies verbessert die Dichtwirkung.
-
Es kann aber auch ein Körper der Kühleinrichtung, zum Beispiel ein Rohr, den Dichtabschnitt aufweisen, wobei dann die vorgenannte Dichtungsanordnung lediglich eine Option darstellt. Der Dichtabschnitt, beispielsweise eine Umfangswand des Rohres, kann direkt am zu bearbeitenden Werkstück, beispielsweise einer Wand eines Pleuels, anliegen und somit verhindern, dass das Kühlmittel aus dem Bereich der Trennzone heraus gelangt.
-
Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise zur Ausbringung des Kühlmittels unter Druck auf die Trennzone des Werkstücks ausgestaltet. Dadurch wird eine Blasenbildung oder Dampfblasenbildung vermieden oder zumindest verringert, die sich ansonsten durch den Temperaturunterschied zwischen einerseits dem Kühlmittel oder Kühlmedium und andererseits der Werkstück-Oberfläche bzw. der Trennzone ergeben würde. Das vorteilhaft weitergebildete Verfahren sieht dazu vor, dass das Kühlmittel unter Druck auf die Trennzone des Werkstücks ausgebracht wird.
-
An dieser Stelle sei bemerkt, dass die Ausbringung des Kühlmittels unter Druck auf das Werkstück nicht nur lokal, also im Bereich der Trennzone erfolgen kann bzw. sich als vorteilhaft erweist, sondern dass es eine an sich eigenständige Erfindung darstellt, ein Werkstück unter Druck zu kühlen, auch insgesamt das ganze Werkstück. Es liegt z. B. im Rahmen dieser Ausgestaltung oder eigenständigen Erfindung, dass man das Werkstück als Ganzes in einer Druckkammer mit dem Kühlmittel beaufschlagt. Dann bilden sich am Werkstück insgesamt keine oder nur wenige Blasen.
-
Beispielsweise ist der Dichtabschnitt der Kühleinrichtung entsprechend ausgestaltet oder die Dichtungsanordnung entsprechend druckdicht, um die Ausbringung des Kühlmittels unter Druck auf die Trennzone des Werkstücks zu ermöglichen. Weiterhin ist vorzugsweise ein Kühlmittel-Druckerzeuger vorgesehen. Es ist auch vorteilhaft, wenn gerade zur Ausbringung des Kühlmittels unter Druck die Kühleinrichtung mit einer ansprechenden Andruckkraft beaufschlagbar ist, mit der die Kühleinrichtung dann mit ihrem Dichtabschnitt oder mit der Dichtungsanordnung an dem Werkstück bzw. der Trennzone des Werkstücks anliegt.
-
Bevorzugt ist es, wenn die Kühleinrichtung zum Ausbringen des Kühlmittels auf die Trennzone in einem flüssigen Zustand ausgestaltet ist. Das Bruchtrennverfahren ist also vorteilhaft dazu ausgebildet, dass das Kühlmittel im flüssigen Zustand auf die Trennzone aufgebracht wird.
-
Das flüssige Kühlmittel, beispielsweise flüssiger Sauerstoff, Stickstoff oder dergleichen, hat einen besseren Wärme- oder Kälte-Übergang bezüglich der Werkstück-Oberfläche. In diesem Zusammenhang ist wiederum vorteilhaft, wenn das Kühlmittel unter Druck steht, so dass die Blasenbildung vermieden wird. Die Wärme- oder Kälteübertragung ist nämlich von der flüssigen zur festen Phase deutlich besser als von der gasförmigen Phase zur festen Phase. Mithin kühlt also das flüssige Kühlmittel das Werkstück in der Trennzone wesentlich besser als ein gasförmiges, beispielsweise in Blasen vorhandenes Kühlmittel.
-
Bevorzugt weist die Bruchtrennvorrichtung eine Regenerationseinrichtung zum Regenerieren bzw. zum Abkühlen des über den Abström-Kühlmittelkanal rückströmenden Kühlmittels und zum Zuführen des derart abgekühlten Kühlmittels zu dem Zuström-Kühlmittelkanal auf.
-
Eine weitere, insbesondere in dieser Konstellation vorteilhafte Maßnahme sieht vor, dass der Abström-Kühlmittelkanal und der Zuström-Kühlmittelkanal Bestandteile eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs bilden.
-
Selbstverständlich sind gegebenenfalls mehrere Abström-Kühlmittelkanäle und/oder Zuström-Kühlmittelkanäle an den geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeschlossen oder bilden einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf und/oder sind an die Regenerationseinrichtung angeschlossen.
-
Beide der oben genannten Maßnahmen tragen dazu bei, dass möglichst wenig Energie verloren geht und zudem mit geringem Aufwand ein frisches, abgekühltes Kühlmittel zum insbesondere lokalen Abkühlen des Werkstücks im Bereich der Trennzone vorhanden ist.
-
Die Kühleinrichtung weist zweckmäßigerweise einen Rohrkörper auf, der in eine Öffnung des Werkstücks einbringbar ist. Der Rohrkörper ist beispielsweise in der Art einer Lanze ausgestaltet. Selbstverständlich kann der Rohrkörper unterschiedliche Querschnittskonturen bzw. Umfangskonturen aufweisen, beispielsweise eine runde Umfangskontur, aber auch eine polygonale. Der Rohrkörper oder die Lanze kann also beispielsweise in ein Bohrloch eines Pleuels eingeführt werden und dort sozusagen von innen die erfindungsgemäße Kühlwirkung herbeiführen.
-
Die mindestens eine Auslassöffnung und/oder die mindestens eine Einströmöffnung sind zweckmäßigerweise an einer Umfangswand des Rohrkörpers angeordnet. So kann beispielsweise das Kühlmittel. nach radial außen aus dem Rohrkörper oder der Lanze ausströmen.
-
Ein Außenumfang und/oder eine Stirnwand des Rohrkörpers sind zweckmäßigerweise mit einer Dichtungsanordnung versehen und/oder bilden den mindestens einen Dichtabschnitt, zumindest aber einen Teil davon. Somit kann also beispielsweise der Außenumfang des Rohrkörpers innen in der Bohrung oder der Öffnung anliegen und dort die Dichtwirkung entfalten.
-
Eine den Zuström-Kühlmittelkanal aufweisende Leitung ist zweckmäßigerweise in einem Innenraum einer den Abstand-Kühlmittelkanal aufweisenden Leitung angeordnet. Somit kann also das Kühlmittel quasi im Innenraum des Abström-Kühlmittelkanals in Richtung des Werkstücks strömen. Die Anordnung ist äußerst kompakt.
-
Der Dichtabschnitt, zum Beispiel eine daran angeordnete Dichtungsanordnung, eine Oberfläche der Kühleinrichtung oder eines Körpers der Kühleinrichtung, umschließt zweckmäßigerweise einen Arbeitsbereich der Kühleinrichtung, an dem die mindestens eine Auslassöffnung und die mindestens eine Einströmöffnung angeordnet sind. Zwischen der Kühleinrichtung und dem Werkstück wird durch den Dichtabschnitt, beispielsweise die Dichtungsanordnung, eine Kühlmittel-Kammer gebildet, wenn die Kühleinrichtung in Kontakt mit dem Werkstück ist. Das Kühlmittel wird somit sehr effizient eingesetzt.
-
Die Kühleinrichtung weist zweckmäßigerweise eine Stecköffnung zum Einstecken oder Durchstecken des Werkstücks auf. Der Zuström-Kühlmittelkanal und/oder der Abström-Kühlmittelkanal – oder mehrere jeweils davon – kommunizieren mit der Stecköffnung zum Einbringen des Kühlmittels in die Stecköffnung oder zum Wegführen des Kühlmittels aus der Stecköffnung. Das Kühlmittel strömt also beispielsweise direkt in die Stecköffnung ein und kommt somit in kühlenden Kontakt mit dem Werkstück.
-
Vorzugsweise ist mindestens eine Verschlusseinrichtung zum Verschließen einer Öffnung des Werkstücks neben der Trennzone vorhanden. Beispielsweise ist die Öffnung eine Bohrung, in die die Kühleinrichtung eintaucht.
-
Bevorzugt umfasst die Verschlusseinrichtung ein von der Kühleinrichtung separates Verschlusselement, zum Beispiel einen Deckel, einen Stopfen oder dergleichen. Das Verschlusselement ist zweckmäßigerweise unabhängig von der Kühleinrichtung, jedenfalls von deren die Auslassöffnung oder die Einströmöffnung aufweisenden Komponente, beweglich, so dass beispielsweise diese Komponente und/oder das Verschlusselement unabhängig voneinander zum Werkstück hin bzw. vom Werkstück weg führbar sind.
-
Die Verschlusseinrichtung umfasst zweckmäßigerweise ein erstes Verschlusselement und ein zweites Verschlusselement zum Verschließen einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung eines Durchtrittskanals des Werkstücks. Beispielsweise werden die beiden Verschlusselemente voneinander entgegengesetzten Seiten des Werkstücks her an die jeweiligen ersten und zweiten Öffnungen herangeführt und verschließen diese Öffnungen.
-
Die Verschlusseinrichtung umfasst zweckmäßigerweise die mindestens eine Auslassöffnung und/oder die mindestens eine Einströmöffnung. Vorzugsweise bildet die Verschlusseinrichtung einen Bestandteil der Kühleinrichtung. Wie erwähnt, ist es möglich, dass beispielsweise ein Verschlusselement der Verschlusseinrichtung einen Kühlmittelkanal aufweist, während das andere Verschlusselement oder die anderen Verschlusselemente sozusagen passiv sind, also keinen Kühlmittelkanal oder eine mit einem Kühlmittelkanal kommunizierende Öffnung aufweisen.
-
Die mindestens eine Auslassöffnung ist zweckmäßigerweise zwischen mindestens zwei Einströmöffnungen angeordnet. Somit kann also beispielsweise das aus der Auslassöffnung ausströmende Kühlmittel am Werkstück entlang strömen und dann über die beiden benachbarten Einströmöffnungen wieder vom Werkstück weg geführt werden. Zwischen der Auslassöffnung und den benachbarten Einströmöffnungen sind zweckmäßigerweise Kanäle oder Nuten vorgesehen, in denen das Kühlmittel von der einen Öffnung zu anderen Öffnung strömen kann.
-
Zweckmäßigerweise ist auch vorgesehen, dass sich die mindestens eine Einströmöffnung ringförmig um die mindestens eine Auslassöffnung erstreckt. Beispielsweise ist die Einströmöffnung innerhalb eines Rings oder Kreisrings von Ausströmöffnungen angeordnet.
-
Das Kühlmittel umfasst zweckmäßigerweise Alkohol oder Stickstoff, insbesondere flüssigen Stickstoff. Bevorzugt ist es, wenn das Kühlmittel nicht oxidierend ist.
-
Die Abkühlung erfolgt zweckmäßigerweise in einem Bereich von beispielsweise 30–80 Kelvin, vorzugsweise 20 bis 50 K. Auch eine Abkühlung um 10 K bis 30 K oder auch nur um etwa 20 K ist vorteilhaft.
-
Die Abkühlung ist zweckmäßigerweise eine Art Schock-Kühlung, d. h. dass das Werkstück in der Trennzone beispielsweise innerhalb von 1 s bis 2 s, evtl. auch 3 bis 4 Sekunden ausreichend gekühlt ist.
-
Bevorzugt bildet die Bruchtrenneinrichtung einen Bestandteil einer größeren Anlage, die beispielsweise auch eine Kerbeinrichtung zum Einbringen von Kerben am Werkstück, beispielsweise mittels eines Lasers, umfasst. Die Bruchtrenneinrichtung kann eine Station einer derartigen größeren Anlage sein oder bilden.
-
Vorzugsweise ist eine Antriebsanordnung zum relativen Verstellen des Werkzeugs und der Kühleinrichtung, insbesondere des mindestens einen Kühlkanalkörpers, zueinander hin und voneinander weg vorhanden, z. B. ein den mindestens einen Kühlkanalkörper antreibender elektrischer und/oder fluidischer Positionierantrieb. Auch für das mindestens eine Verschlusselement ist ein Antrieb vorteilhaft. Ein Bedienereingriff ist mit der Antriebsanordnung nicht nötig oder zumindest erleichtert.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 ein zu bearbeitendes Werkstück mit einer schematisch dargestellten Bruchtrennvorrichtung, die eine Kühleinrichtung aufweist,
-
2 einen Ausschnitt A aus 1 mit einem vorderen Abschnitt der Kühleinrichtung sowie Versorgungsleitungen der Kühleinrichtung,
-
3 eine Querschnittsansicht einer zweiten Bruchtrennvorrichtung mit einer alternativen Kühleinrichtung,
-
4 eine Querschnittsansicht einer dritten Bruchtrennvorrichtung, von der nur ein vorderer Abschnitt ihrer Kühleinrichtung gezeigt ist,
-
5 eine Querschnittsansicht einer vierten Bruchtrennvorrichtung, von der nur ein vorderer Abschnitt ihrer Kühleinrichtung gezeigt ist,
-
6 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 5 einschließlich eines zu trennenden Werkstücks,
-
7 eine Seiten-Querschnittsansicht einer fünften Bruchtrennvorrichtung, von der nur ein vorderer Abschnitt ihrer Kühleinrichtung gezeigt ist, und
-
8 einen Horizontal-Querschnitt durch die Anordnung gemäß 7.
-
Eine in 1 dargestellte Bruchtrennvorrichtung 10 sowie weitere in den 3–8 gezeigte Bruchtrennvorrichtungen 110, 210, 310 und 410 haben teilweise gleiche oder ähnliche Komponenten, die mit denselben Bezugsziffern versehen sind. Soweit sich die Komponenten unterscheiden, sind um jeweils 100 verschiedene Bezugsziffern verwendet.
-
Die Bruchtrennvorrichtung 10 dient zur Bearbeitung eines Werkstücks 90, beispielsweise eines Motorbauteils 91. Dargestellt ist als das Werkstück 90 ein Pleuel 92. Das Pleuel 92 hat einen Pleuelschaft 93, an dessen Längsenden ein großes Auge 94 und ein kleines Auge 95 vorgesehen sind. Im Bereich des großen Auges 94 soll von einem Pleuelfuß 96 ein Pleueldeckel 97 abgetrennt werden. Eine entsprechende Bruchlinie 80 ist in 2 eingezeichnet. Seitlich durchsetzt eine Bohrung 98 den Pleueldeckel 97 sowie den Pleuelfuß 96, in die eine Schraube 82 (schematisch in 1) einschraubbar ist, um den Pleueldeckel 97 am Pleuelfuß 96 zu befestigen.
-
Die Bruchtrennvorrichtung 10 weist beispielsweise eine Kerbeinrichtung 14 zum Einbringen der Kerben 81 auf, zum Beispiel eine Lasereinrichtung. Weiterhin ist eine Brecheinrichtung 11 vorgesehen, von der schematisch zwei Brechwerkzeuge 12, zum Beispiel Brechkeile, dargestellt sind. Die Brechwerkzeuge 12 werden beispielsweise entlang einer Pfeilrichtung 13 an das Werkstück 90 herangeführt, um in die Kerben 81 einzudringen und somit das Werkstück 90 entlang der Bruchlinie 80 oder der Bruch-Trennlinie zu brechen. Um diese Trennung exakt durchzuführen und/oder die Kraft, die zur Betätigung der Brechwerkzeuge 12 nötig ist, gering zu halten, auch wenn beispielsweise die Werkstücke 90 relativ zäh sind und nur schlecht brechen, sind die nachfolgenden Maßnahmen vorgesehen:
Eine Kühleinrichtung 20 dient zur lokalen Abkühlung des Werkstücks 90 im Bereich einer Trennzone 100. Die Trennzone 100 ist beispielsweise neben Bohrung 98 vorgesehen, etwas oberhalb einer Stufe 99 im Innern der Bohrung 98. Dort werden die Brechwerkzeuge 12 von außen und/oder von innen angesetzt.
-
Die Kühleinrichtung 20 umfasst einen Kühlkanalkörper 21, der in der Art einer Lanze oder eines Rohrkörpers ausgestaltet ist. Der Kühlkanalkörper 21 kann mit seinem freien Ende 22 in die Bohrung 98 eingeführt werden. Ein Kopf 23 des Kühlkanalkörpers 21 sitzt dann mit einem radialen Außenumfang, der einen Dichtabschnitt 24 darstellt, an der Stufe 99 abdichtend an. Beispielsweise ist der Kopf 23 im Bereich des Dichtabschnitts 24 konisch schräg, so dass seine Außenkontur an der konisch schrägen Stufe 99 flächig anliegen kann und somit ihre Dichtwirkung entfalten kann.
-
Eine weitere Abdichtung kann dadurch gegeben sein, dass an einem Schaft 25 des Kühlkanalkörpers 21 ein Dichtflansch 26 vorgesehen ist, der an einer oberen Stirnseite bzw. einem Rand einer Öffnung 101 der Bohrung 98 dichtend anliegt. Somit ist also zwischen dem Dichtabschnitt 24 und dem oberen Dichtflansch 26 sozusagen eine Kammer gebildet.
-
In dem Kühlkanalkörper 21 verläuft ein Rohr 27 mit einem Zuström-Kühlmittelkanal 30 für einen Kühlmittel 32, beispielsweise flüssigen Stickstoff. Der Zuström-Kühlmittelkanal 30 mündet im Bereich des Kopfes 23 an mehreren, beispielsweise 3 oder 4 Auslassöffnungen 31 aus. Die Auslassöffnungen 31 sind beispielsweise an der Umfangswand des Rohres 27 vorgesehen. Somit kann das sozusagen ein Zuström-Kühlmittel bildende Kühlmittel 32 aus dem Kühlkanalkörper 21 ausströmen und an die Innenwand der Bohrung 98 gelangen, diese also dort, nämlich im Bereich der Trennzone 100, deutlich abkühlen, zum Beispiel um 10–30 K.
-
Das ausströmende Kühlmittel 32 wird jedoch sozusagen wieder aufgefangen, indem es nämlich in Einströmöffnungen 41 eines Abström-Kühlmittelkanals 40 einströmt. Der Abström-Kühlmittelkanal 40 ist in einem Rohr 28 vorgesehen.
-
Das Rohr 27 ist im Innenraum des Rohres 28 angeordnet. Somit strömt also das Zuström-Kühlmittel 32 quasi innerhalb des Rohres 27 zum Kopf 23 oder Ende 22 des Kühlkanalkörpers 21 vor, tritt dort aus den Auslassöffnungen 31 aus, um das Werkstück 90 lokal, nämlich im Bereich der Trennzone 100 zu kühlen und wird quasi direkt wieder aufgefangen, nämlich durch die Einströmöffnung 41.
-
Das Rohr 27 ist konzentrisch im Rohr 28 angeordnet. Das Rohr 27 steht vor das Rohr 28 vor, wobei in dem vorstehenden Abschnitt 33 die Auslassöffnungen 31 vorgesehen sind. Die Einströmöffnung 41 verläuft ringförmig um den Zuström-Kühlmittelkanal 30 bzw. das Rohr 27 herum. Das Rohr 28 ist nämlich stirnseitig offen, so dass ein Zwischenraum zwischen seiner Umfangswand 29 und dem Rohr 27 die Einströmöffnung 41 begrenzt.
-
Die übrigen Komponenten der Kühleinrichtung 20 sind nur schematisch angedeutet, so zum Beispiel eine beispielsweise flexible Leitung 37, durch die das Zuström-Kühlmittel 32 in den Zuström-Kühlmittelkanal 30 eingespeist wird. Die Leitung 37 kommuniziert beispielsweise mit einem Speicher 34 zur Bereitstellung des Kühlmittels 32.
-
Der Abström-Kühlmittelkanal 40 ist über eine Leitung 43 ebenfalls mit dem Speicher 34 verbunden, so dass über den Abström-Kühlmittelkanal 40 rückströmendes Abström-Kühlmittel 42 in den Speicher 34 zurückgeführt wird.
-
Am Speicher 34 ist beispielsweise ein Kühlaggregat 35 zum Abkühlen des Abström-Kühlmittels 42, also sozusagen zum Regenerieren des Kühlmittels 42 zu einem abgekühlten Zuström-Kühlmittel 32, vorgesehen. Das Kühlaggregat 35 bildet also z. B. einen Bestandteil einer Regenerationseinrichtung 38.
-
Zweckmäßigerweise ist eine Pumpe 36 vorgesehen, mit der das Kühlmittel 32 unter Druck gesetzt werden kann, so dass es mit Druck aus den Auslassöffnungen 31 ausströmen und somit im flüssigen Zustand bleibt, wenn es in kühlenden Kontakt mit dem Werkstück 90 bzw. der Innenwand der Bohrung 98 im Bereich der Trennzone 100 gelangt.
-
Das Kühlmittel 32 bleibt unter Druck, auch wenn es aus den Auslassöffnungen 31 ausgeströmt ist. Der Dichtflansch 26 verschließt nämlich die Bohrung 98 bzw. die obere Öffnung 101 der Bohrung 98. Der Kühlkanalkörper 21 begrenzt also im Innenraum der Bohrung 98 sozusagen eine Kühlkammer oder Kühlmittel-Kammer 103.
-
Es versteht sich, dass auch zusätzliche Dichtmaßnahmen vorgesehen sein können, so zum Beispiel eine nicht dargestellte Ringdichtung an der unteren, der Öffnung 101 zugewandten Unterseite des Dichtflansches 26. Weiterhin können selbstverständlich auch an anderer Stelle Dichtungen vorgesehen sein, beispielsweise eine am Außenumfang des Dichtabschnitts 24 vorgesehene Dichtung 44 oder eine optional an der Umfangswand 29 vorgesehene Dichtung 45. Die Dichtungen 44 und 45 sind z. B. Bestandteile einer Dichtungsanordnung 49.
-
Der Kühlkanalkörper 21 bildet sozusagen ein Verschlusselement 46 zum Verschließen der oberen Öffnung 101 und, indem er mit dem Dichtabschnitt 24 an der Stufe 99 anliegt, gleichzeitig ein unteres Verschlusselement. Als alternative oder ergänzende Maßnahme ist es vorteilhaft, wenn ein weiteres, separat vom Kühlkanalkörper 21 bewegliches Verschlusselement 47 zum Verschließen der unteren Öffnung 101 der Bohrung 98 vorgesehen ist. Beispielsweise kann von unten her, was mit einem Pfeil 48 angedeutet ist, das Verschlusselement 47, das z. B. als eine Art Stopfen ausgestaltet ist, in die Bohrung 98 eingeführt werden und diese so von unten her verschließen.
-
Die entsprechenden Antriebe 50, 51, Stellelemente oder dergleichen, mit denen die Kühleinrichtung 20 von oben her in die Bohrung 98 und/oder das Verschlusselement 47 von unten her in die Bohrung 98 einführbar sind, sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und für den Fachmann ohnehin offensichtlich.
-
Es versteht sich, dass eine entsprechende Handlingeinrichtung, zum Beispiel ein Roboter oder ein sonstiges Handhabungsgerät, auch beispielsweise das zu bearbeitende Werkstück, zum Beispiel das Pleuel 92, an die Kühleinrichtung 20 heran führen kann, so dass diese ortsfest bleibt, also das Werkstück relativ zu Kühleinrichtung bewegt wird.
-
Mit einer in 3 dargestellten Kühleinrichtung 120 einer Bruchtrennvorrichtung 110 kann eine beispielsweise eine Platte 191 aufweisendes oder durch eine Platte 191 gebildetes Werkstück 190 in erfindungsgemäßer Weise bearbeitet werden.
-
Ein Kühlkanalkörper 121 der Kühleinrichtung 120 weist einen Rohrabschnitt 127 auf, in dem ein Zuström-Kühlmittelkanal 130 zur Führung eines Zuström-Kühlmittels 32 verläuft. An dem Kühlkanalkörper 121 ist ein Dichtflansch 126 vorgesehen, der nach radial außen vor den Rohrabschnitt 127 vorsteht und zum verschließen einer Öffnung 101 eines Durchgangskanals oder einer Durchtrittsöffnung 198, zum Beispiel einer Bohrung, des Werkstücks 190 dienen. An der Unterseite des einen Dichtabschnitt 124 bildenden Dichtflansches 126 ist vorzugsweise eine Dichtung 145 vorgesehen, die an einer Oberseite 104 des Werkstücks 190 anliegt und somit die obere Öffnung 101 verschließt. Der Kühlkanalkörper 121 bildet also ein oberes Verschlusselement 146, das die Öffnung 101 verschließt.
-
Ein unteres Verschlusselement 147 ist im Prinzip baugleich wie das obere Verschlusselement 146. Dementsprechend ist ein Rohrabschnitt 128 vorgesehen, der einen Abström-Kühlmittelkanal 140 umfasst. Der Dichtflansch 126 dichtet die untere Öffnung 102 der Durchtrittsöffnung 198 ab. Das untere Verschlusselement 147 liegt an einer Unterseite 105 des Werkstücks 190 an.
-
Die beiden im Prinzip Kühlkanalkörper bildenden Verschlusselemente 146 und 147 sind beispielsweise an einen Kühlmittel-Speicher in der Art des Speichers 34 angeschlossen, zum Beispiel über flexible Leitungen ähnlich wie die Leitungen 37, 43 (nicht dargestellt).
-
Damit das Zuström-Kühlmittel 32 direkt in eine relativ kleine, schmale Trennzone 100 des Werkstücks 190 gelangt und nicht etwa die Durchtrittsöffnung 198 als Ganzes kühlt – was selbstverständlich auch möglich wäre – stehen vor die beiden Verschlusselemente 146 und 147 jeweils rohrartige Kanalabschnitte 150 vor, die in die Durchtrittsöffnung 198 eindringen. Zwischen den in die Durchtrittsöffnung 198 eingeführten Kanalabschnitten 150 bleibt ein Zwischenraum 151, durch den das Kühlmittel 32 an den Innenumfang der Durchtrittsöffnung 198 gelangen kann, dort wo später die Bruchlinie 80 verlaufen soll.
-
Das Kühlmittel 32 wird sozusagen sofort wieder abgesaugt, indem es nämlich in den gegenüberliegenden Kanalabschnitt 150 des unteren Verschlusselements 147 einströmt und von dort aus der Trennzone bzw. dem zu kühlenden Bereich des Werkstücks 190 weggeführt wird. Somit strömt also stets frisches, entsprechend kühles Kühlmittel 32 nach und wird nach seiner Erwärmung bzw. dem Wärmeübertritt vom Werkstück 190 in das Kühlmittel 32 als ein Abström-Kühlmittel 42 wieder aus der Trennzone 100 weggeführt.
-
Aus der Zeichnung sieht man deutlich, dass die Trennzone 100 schmal ist, so dass eine exakte Bruchlinie 80 herbeiführbar ist, wenn beispielsweise von außen her die Brecheinrichtung 11 auf das Werkstück 190 einwirkt (schematisch dargestellt).
-
Bei der in 4 dargestellten Bruchtrenneinrichtung 210 ist ein Kühlkanalkörper 221 vorgesehen, der eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Kühlkanalkörper 21 hat. Ein inneres Rohr 227 ist sozusagen in einem äußeren Rohr 228 konzentrisch angeordnet. Die bei den Rohre 227 und 228 sind stirnseitig offen, so dass dadurch die Auslassöffnung 231 sowie die diese ringförmig umgebende Umfangswand 229 des Rohres 228 eine Einlassöffnung 241 für das rückströmende Kühlmittel 42 gebildet ist.
-
Die Rohre 227, 228, mithin also der Kühlkanalkörper 221, kann beispielsweise auf ein Werkstück 290, zum Beispiel eine Platte 291, stirnseitig oder frontseitig aufgesetzt werden, allerdings mit einem stirnseitigen Abstand 53, so dass das aus der Aus lassöffnung 231 ausströmende Kühlmittel 32 direkt auf die Werkstück-Oberfläche 204 und somit die Trennzone 100 des Werkstücks 290 gelangen kann. Von dort wird das Kühlmittel 42 quasi direkt wieder abgesaugt bzw. es kann von der Trennzone 100 wieder Wegströmen, nämlich in die Einströmöffnung 241 hinein und durch den Abström-Kühlmittelkanal 40 beispielsweise in einem nicht dargestellten Speicher in der Art des Speichers 34 zurück strömen.
-
Nun wäre es denkbar, dass allein schon durch die relativ nahe Anordnung von Auslassöffnung und Einströmöffnung das Kühlmittel 32 nur den lokal begrenzten Bereich der Trennzone 100 des Werkstücks 290 kühlt. Bevorzugt ist jedoch eine einen Dichtabschnitt 224 bildende Anordnung getroffen, nämlich ein Dichtflansch 226, der am Außenumfang des äußeren Rohres 228, nämlich dessen Umfangswand 229, angeordnet ist. An einer Stirnseite des Dichtflansches 226 ist eine Dichtung 245 vorgesehen, die beispielsweise in einer Vertiefung oder Nut 253 angeordnet ist.
-
An dieser Stelle sei bemerkt, dass selbstverständlich der Kühlkanalkörper 221 eine Ringform oder Kreisringform aufweisen kann, ebenfalls der Dichtflansch 226. Darauf kommt es jedoch nicht an, das heißt je nach gewünschter Geometrie der Trennzone 100 können selbstverständlich auch andere Querschnitts Geometrien vorgesehen sein.
-
Der Dichtflansch 226 sowie das oberseitig angeordnete Rohr 228, 227 begrenzen einen Kühlmittel-Kammer 103 oberhalb des Werkstücks 290 bzw. an dessen Oberfläche, in der das Kühlmittel 32 eingekammert ist, also nicht in die Atmosphäre entweichen kann. Dadurch ist der Verbrauch ein Kühlmittel sehr eingegrenzt und sparsam.
-
Der Kühlkanalkörper 221 bildet sozusagen ein oberes Verschlusselement.
-
Eine Bruchtrennvorrichtung 310 gemäß 5, 6 umfasst beispielsweise einen Kühlkanalkörper 321, der ebenfalls zum ansetzen auf eine Werkstück-Oberfläche gedacht ist, nämlich beispielsweise auf die Oberfläche einer Platte 391, die ein Werkstück 390 darstellt.
-
Ein Kühlkanalkörper 321 einer Kühleinrichtung 320 umfasst ein Kanalelement 323, das einen Kanal 322 begrenzt. Der Kanal 322 verläuft beispielsweise unterhalb einer oberen Wand 325 des Kühlkanalkörpers 321. Etwa quer mittig ist ein Rohrabschnitt 327 vorgesehen, in dem ein Zuström-Kühlmittelkanal 330 mündet in den sozusagen einen Querkanal bildenden Kanal 322 aus, so dass das Kühlmittel 32 vom Rohrabschnitt 327 durch den Kanal 322 zu den Querenden oder Längsenden des Kühlkanalkörpers 321 strömen kann, wo es dann durch in Rohrabschnitten 328 vorgesehene Abström-Kühlmittelkanäle 340 aus dem Kühlkanalkörper 321 wieder ausströmt.
-
Der Kühlkanalkörper 321 ist beispielsweise auf die Oberseite 304 der Platte 391 aufsetzbar. Dann liegt eine von einer Deckwand 326 abstehende Umfangswand 329 mit seiner Stirnseite an der Oberseite 304 des Werkstücks 390 auf und bildet somit einen Dichtabschnitt 324. Die Wände 326, 329 begrenzen den Kanal 322 oberseitig und seitlich.
-
Selbstverständlich könnte am Dichtabschnitt 324 eine Gummidichtung oder dergleichen anderes dicht Material an Dichtanordnung vorgesehen sein. Jedenfalls ist die Trennzone 100 durch die Kühlkanalkörper 321 in eine Kammer 103 quasi eingekammert, so dass das Kühlmittel 32 bzw. abströmende Kühlmittel 42 nicht in die Atmosphäre gelangen kann, also ein sparsamer Verbrauch gegeben ist.
-
Selbstverständlich kann auch an einer Unterseite oder gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 390 in sinngemäßer Weise ein weiterer Kühlkanalkörper 321' angelegt werden, so dass das Werkstück 390 quasi von beiden Seiten her lokal gekühlt wird, bevor eine Brecheinrichtung 11 den Bruchtrennvorgang einleitet, z. B. von der Oberseite 304 des Werkstücks 90 her.
-
Eine in 7 und 8 dargestellte Bruchtrennvorrichtung 410 weist einen Kühlkanalkörper 421 einer Kühleinrichtung 420 auf, der eine Stecköffnung 455 zum Einstecken oder durchstecken eines Werkstückes aufweist, beispielsweise eines Werkstückes 490, das eine Stange 491 umfasst oder dadurch gebildet ist.
-
Der Kühlkanalkörper 421 ist sozusagen zweiteilig, denn er umfasst ein erstes und ein zweites Verschlusselement 446, 447, in denen jeweils ein Kühlkanal verläuft, nämlich ein Zuström-Kühlmittelkanal 430 und ein Abström-Kühlmittelkanal 440. Die Verschlusselemente 446 und 447 sind z. B. durch Antriebe 450, 451 zueinander hin und voneinander weg bewegbar, was durch Pfeile 456 angedeutet ist.
-
Die beiden Verschlusselemente 446 und 447, die die Stecköffnung 455 sozusagen seitlich begrenzen (oben und unten ist die Stecköffnung 455 offen, so dass man das Werkstück 490 prinzipiell auch durch die Stecköffnung 455 durchstecken oder in diese einstecken könnte) sind beispielsweise in der Art von Zangen oder Gabeln ausgestaltet. Jedenfalls mündet der Zuström-Kühlmittelkanal 430 in der Stecköffnung 455 mit einer Auslassöffnung 431 aus, so dass das Kühlmittel 32 das Werkstück 490 von außen her oder an seinem Außenumfang entlang umströmen kann, bis sozusagen als Abström-Kühlmittel 42 in eine Einströmöffnung 441 des Abström-Kühlmittelkanals 440 ein strömt.
-
Die Verschlusselemente 446, 447 sind gabelförmig. Zwischen Schenkeln 457 der Verschlusselemente 446, 447 und dem Werkstück 490 bzw. der Stange 491 bleibt ein Strömungskanal 458 frei, durch den das Kühlmittel 32 strömen kann und dabei das Werkstück 490 umflutet bzw. umströmt.
-
Zwischen den Schenkeln 457 ist ein Rohrabschnitt 227, 228 vorgesehen, in dem der Zuström-Kühlmittelkanal 430 und der Abström-Kühlmittelkanal 440 verläuft.
-
Eine vorteilhafte Maßnahme sieht vor, dass beispielsweise an einem oberen und/oder unteren Einsteckbereich der Stecköffnung 455 eine Dichtung 459 vorgesehen ist, so dass das den Strömungskanal 458 durchströmende Kühlmittel 32 sozusagen eingekammert ist, d. h. dass eine Kammer 103 begrenzt ist. Die Dichtungen 459 sind beispielsweise Bestandteile einer Dichtungsanordnung und/oder definieren einen Dichtabschnitt 424 der Kühleinrichtung 420.
-
Wenn die beiden Formschlusskörper oder Verschlusselemente 446, 447 voneinander entfernt sind (Pfeile 456) oder das Werkstück 490 aus der Stecköffnung 455 entfernt ist, kann beispielsweise die Brecheinrichtung 11 mit ihren Brechwerkzeuge 12 von dem Außenumfang des Werkstücks 490 her auf dieses einwirken und es entlang einer schematisch geradlinig eingezeichneten Bruchlinie 80 brechen.
