-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bearbeitungswerkzeug mit einer Kühlvorrichtung, die einen thermoakustischen Effekt verwendet.
-
2. Beschreibung des Stands der Technik
-
Eine Drehung einer Drehwelle eines Bearbeitungswerkzeugs veranlasst einen Lagerabschnitt dazu, Wärme zu erzeugen. In einigen Bearbeitungswerkzeugen wird eine Kühlvorrichtung verwendet, um den Lagerabschnitt zu kühlen, um ein Verklemmen der Drehwelle zu verhindern, das aus einer thermischen Ausdehnung des Lagerabschnitts resultiert, das durch die Wärmeerzeugung verursacht wird. Siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2003-117770 (
JP 2003-117770 A ).
-
Eine Kühltechnik, die einen thermoakustischen Effekt verwendet, ist in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2000-205677 (
JP 2000-205677 A ) offenbart.
-
Die in
JP 2003-117770 A beschriebene Technik weist eine Kühlvorrichtung auf, um kühlendes Öl bzw. Kühlöl zu kühlen, das den Lagerabschnitt kühlt. Energie ist erforderlich, um die Kühlvorrichtung zu betreiben.
-
JP 2000-205677 A beschreibt eine Technik, die auf eine Kühlung angewendet wird, die einen thermoakustischen Effekt für Behausungen, Warenhäuser, landwirtschaftliche Treibhäuser und fahrzeuginterne Kühler verwendet, aber offenbart kein Anwendungsverfahren, das für Bearbeitungswerkzeuge verwendbar ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bearbeitungswerkzeug zu bieten, auf das ein thermoakustischer Effekt angewendet wird, um einen Energieverbrauch zu reduzieren.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Bearbeitungswerkzeug folgendes auf:
eine Ringleitung, die mit einem Arbeitgas gefüllt ist;
einen ersten Stapel, der in der Ringleitung vorgesehen ist und zwischen einem ersten Hochtemperaturwärmetauscher und einem ersten Niedertemperaturwärmetauscher liegt, wobei der erste Stapel eine Vielzahl von leitenden Kanälen in einer Wärmeübertragungsrichtung hat;
einen zweiten Stapel, der in der Ringleitung vorgesehen ist und zwischen einem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher und einem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher liegt, wobei der zweite Stapel eine Vielzahl von leitenden Kanälen in der Wärmeübertragungsrichtung hat;
eine thermoakustische Vorrichtung, die den ersten Hochtemperaturwärmetauscher erwärmt, um einen Temperaturgradienten zwischen gegenüberliegenden Enden des ersten Stapels zu erzeugen, und eine spontane Erregung erzeugt und dadurch eine stehende Welle und eine laufende Welle bzw. Wanderwelle erzeugt, die es dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher ermöglicht, gekühlt zu werden; und
zumindest eine Fluidzuführvorrichtung, die ein Fluid zu dem Bearbeitungswerkzeug zuführt.
-
Der erste Niedertemperaturwärmetauscher wird unter Verwendung eines ersten Fluids gekühlt, das von der Fluidzuführvorrichtung geliefert wird.
-
Der erste Hochtemperaturwärmetauscher wird unter Verwendung eines zweiten Fluids erwärmt, wobei eine Temperatur von diesem durch ein Absorbieren von Abgaswärme von einer Bestandteilsvorrichtung des Bearbeitungswerkzeugs angehoben wird, wenn das zweite Fluid die Bestandteilsvorrichtung kühlt.
-
Der zweite Niedertemperaturwärmetauscher wird durch einen thermoakustischen Effekt gekühlt, der durch den Temperaturgradienten erzeugt wird, der zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher erzeugt wird.
-
Ein drittes Fluid wird durch den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher gekühlt.
-
In dem Bearbeitungswerkzeug gemäß dem Aspekt wird der erste Hochtemperaturwärmetauscher der thermoakustischen Vorrichtung durch das zweite Fluid erwärmt, wobei die Temperatur von diesem durch ein Abgas von der Bestandteilsvorrichtung des Bearbeitungswerkzeugs erhöht wird. Eine spontane Erregung tritt dann auf, um die stehende Welle und die laufende Welle zu erzeugen, was es dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher ermöglicht, gekühlt zu werden. Der zweite Niedertemperaturwärmetauscher, der auf eine geringe Temperatur gekühlt wird, wird verwendet, um das dritte Fluid zu kühlen, welches dann verwendet wird, um eine Komponente zu kühlen. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch zum Kühlen verwendet.
-
Das Bearbeitungswerkzeug gemäß dem Aspekt kann derart gestaltet sein, dass der zweite Hochtemperaturwärmetauscher unter Verwendung des ersten Fluids gekühlt wird, das von der Fluidzuführvorrichtung geliefert wird.
-
Gemäß dem Aspekt wird der zweite Hochtemperaturwärmetauscher gekühlt, um den thermoakustischen Effekt zu verstärken. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches es dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher ermöglicht, auf eine geringere Temperatur gekühlt zu werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Das Vorangehende und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Beispielsausführungsformen mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen ersichtlich werden, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu repräsentieren, und wobei:
-
1 ein schematisches Diagramm ist, das die allgemeine Konfiguration eines Bearbeitungswerkzeugs einer ersten Ausführungsform abbildet;
-
2 ein Diagramm ist, das Details eines Kühlmechanismus der ersten Ausführungsform abbildet;
-
3 ein Diagramm ist, das Details eines Kühlmechanismus einer zweiten Ausführungsform abbildet;
-
4 ein Diagramm ist, das Details eines Kühlmechanismus einer dritten Ausführungsform abbildet;
-
5 ein Diagramm ist, das Details eines Kühlmechanismus einer vierten Ausführungsform abbildet;
-
6 ein Diagramm ist, das Details eines Kühlmechanismus einer fünften Ausführungsform abbildet; und
-
7 ein Diagramm ist, das Details eines Kühlmechanismus einer sechsten Ausführungsform abbildet.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend basierend auf einem Beispiel beschrieben werden, in dem die Ausführungsform auf ein Bearbeitungswerkzeug angewendet ist, das ein Schneiden bzw. Fräsen unter Verwendung eines Drehwerkzeugs durchführt.
-
Wie in 1 abgebildet ist, hat ein Bearbeitungswerkzeug 1 auf einem Bett 2 ein Werkstück W und ein Werkzeug 4, das durch eine Hauptspindel 3 drehbar gestützt wird. Das Werkstück W und die Hauptspindel 3 können relativ zueinander durch eine Förder- bzw. Vorschubvorrichtung bewegt werden, die in den Zeichnungen nicht abgebildet ist. Das Bearbeitungswerkzeug 1 hat eine Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5, die ein Lagerkühlfluid zu einem Lager zuführt, um die Hauptspindel 3 daran zu hindern, sich thermisch auszudehnen, wenn die Hauptspindel 3 Wärme als ein Ergebnis einer Drehung des Werkzeugs 4 erzeugt. Das Bearbeitungswerkzeug 1 hat eine Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6, die ein Bearbeitungsfluid zuführt, um das Werkstück W, das bearbeitet wird, und das Werkzeug 4 zu kühlen, und eine Düse 9, die das Bearbeitungsfluid zu einem Bearbeitungspunkt zuführt. Das Bearbeitungswerkzeug 1 hat ferner eine thermoakustische Vorrichtung 7, um das Lagerkühlfluid zu kühlen. Das Bearbeitungswerkzeug 1 hat außerdem eine Steuervorrichtung 8, die den Betrieb des Bearbeitungswerkzeugkörpers, der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 und der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 steuert.
-
2 bildet Details der thermoakustischen Vorrichtung 7 und eines Hauptspindelkühlkreises in der ersten Ausführungsform ab.
-
Die thermoakustische Vorrichtung 7 weist eine Ringleitung 71, die mit einem Arbeitsgas, wie zum Beispiel Helium oder Neon, gefüllt ist, einen ersten Stapel 73, der auf einer Seite der Ringleitung 71 vorgesehen ist und zwischen einem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 und einem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 liegt, und einen zweiten Stapel 76 auf, der auf der anderen Seite der Ringleitung 71 vorgesehen ist und zwischen einem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und einem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74, der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der erste Stapel 73 haben eine Vielzahl von leitenden Kanälen, mit denen der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 und der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der erste Stapel 73 in einer axialen Richtung der Ringleitung 71 in Verbindung sind. Der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75, der zweite Niedertemperaturwärmetauscher 77 und der zweite Stapel 76 haben eine Vielzahl von leitenden Kanälen, mit denen der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 und der zweite Niedertemperaturwärmetauscher 77 und der zweite Stapel 76 in der axialen Richtung der Ringleitung 71 in Verbindung sind. Darüber hinaus weisen der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74, der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72, der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 und der zweite Niedertemperaturwärmetauscher 77 einen Kanal auf, der in der axialen Richtung orthogonal ist, und ermöglichen einem Fluid, durch den Kanal hindurchzutreten, um einen effizienten Wärmeaustausch zu ermöglichen.
-
Wenn der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 erwärmt wird und der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 gekühlt wird, um einen Temperaturgradienten zwischen den entgegengesetzten Enden des ersten Stapels 73 zu erzeugen, tritt eine spontane Erregung auf, die eine stehende Welle und eine laufende Welle bzw. Wanderwelle in dem Arbeitsgas erzeugt. Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen und den zweiten Stapel 76 erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, wird Wärme in einer Richtung entgegengesetzt zu der Laufrichtung der Wellen übertragen. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 verringert sich unterhalb der Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75.
-
Die Hauptspindel 3 stützt eine Spindel 34 über Lager 33, die in einem Gehäuse 32 vorgesehen sind, das durch einen Hauptkörper 31 derart gehalten wird, dass die Spindel 34 drehbar ist. Die Spindel 34 hält das Werkzeug 4 an einer Spitze der Spindel 34 und wird durch einen Motor gedreht, der in den Zeichnungen nicht abgebildet ist. Eine Drehung der Spindel 34 verursacht Reibung zwischen der Spindel 34 und den Lagern 33, um Wärme zu erzeugen, welche die Temperatur des Gehäuses 32 anhebt. Die Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 führt ein Lagerkühlfluid zu der Hauptspindel 3 über eine Leitung 51, den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 und eine Leitung 36 zu. Eine Nut ist in einem Außenumfang des Gehäuses 32 derart ausgebildet, dass das Lagerkühlfluid, das über die Leitung 36 zugeführt wird, entlang des Außenumfangs des Gehäuses 32 zirkuliert und dann zu einer Leitung 35 hin abgegeben wird. Zu dieser Zeit zieht das Lagerkühlfluid die Wärme von dem Gehäuse 32, um dessen Temperatur angehoben zu bekommen, und wird ein Hochtemperaturlagerkühlfluid. Das Hochtemperaturlagerkühlfluid erwärmt dann den ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 über die Leitung 35 und kehrt zu der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 über eine Leitung 52 zurück.
-
Die Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 führt das Bearbeitungsfluid zu dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 über eine Leitung 61 und zu dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 über eine Leitung 62 zu. Normalerweise wird die Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 durch Luft gekühlt und das Bearbeitungsfluid ist im Wesentlichen bei Raumtemperatur.
-
In der vorangehend beschriebenen Leitungskonfiguration werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur durch das Bearbeitungsfluid gekühlt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 wird auf eine hohe Temperatur durch das Hochtemperaturlagerkühlfluid erwärmt, welches das Lagerkühlfluid ist, dessen Temperatur erhöht ist. Als ein Ergebnis wird ein Temperaturgradient zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 erzeugt, was zu einer spontanen Erregung des Arbeitsgases führt, in dem Wellen erzeugt werden.
-
Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen, um den zweiten Stapel 76 zu erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, fällt die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 unter die Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 fällt unter die Raumtemperatur, um ein Kühlen des Lagerkühlfluids zu ermöglichen, um über den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 zu der Hauptspindel 3 zugeführt zu werden.
-
In der vorangehend beschriebenen Struktur wird Abgaswärme, die durch die Hauptspindel 3 erzeugt wird, verwendet, um ein Kühlen des zu der Hauptspindel 3 zuzuführenden Lagerkühlfluids zu ermöglichen. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch benötigt, um die Hauptspindel 3 zu kühlen.
-
Das Beispiel der Hauptspindel 3, die ein Rolllager als das Lager 33 verwendet, wurde dargestellt. Jedoch, falls ein hydrostatisches Lager als das Lager verwendet wird, kann Öl, das von einer Lagertasche abgegeben wird, als ein Hochtemperaturfluid verwendet werden.
-
Nun wird eine zweite Ausführungsform basierend auf 3 beschrieben.
-
Die zweite Ausführungsform verwendet eine Abgaswärme von der Hauptspindel 3, um das Bearbeitungsfluid zu kühlen. Die Struktur bzw. der Aufbau der Hauptspindel 3, der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5, der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 und der thermoakustischen Vorrichtung 7 sind ähnlich zu den Strukturen dieser Komponenten in der ersten Ausführungsform. Das Lagerkühlfluid wird von der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 zu der Hauptspindel 3 über die Leitung 53 gefördert. Das Lagerkühlfluid zieht die Wärme von dem Gehäuse 32, um dessen Temperatur angehoben zu bekommen, und wird ein Hochtemperaturlagerkühlfluid. Das Hochtemperaturlagerkühlfluid erwärmt dann den ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 über die Leitung 35 und kehrt zu der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 über die Leitung 52 zurück. In der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 wird das Lagerkühlfluid durch Luft nahe an die Raumtemperatur hin gekühlt.
-
Das Bearbeitungsfluid, das von der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 aus gefördert wird, wird über die Leitung 61 zu dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72, über die Leitung 62 zu dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und über eine Leitung 65 zu dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 zugeführt. Das Bearbeitungsfluid, das durch den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 getreten ist, wird durch eine Leitung 91 zu der Düse 9 zugeführt und kühlt in einem Bearbeitungsabschnitt das Werkzeug 4 und das Werkstück W.
-
In der vorangehend beschriebenen Leitungskonfiguration werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur durch das Bearbeitungsfluid gekühlt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 wird durch das Hochtemperaturlagerkühlfluid auf eine hohe Temperatur erwärmt, welches das Lagerkühlfluid ist, dessen Temperatur angehoben ist. Als ein Ergebnis wird ein Temperaturgradient zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 erzeugt, um eine spontane Erregung zu verursachen, was entsprechend Wellen erzeugt.
-
Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen, um den zweiten Stapel 76 zu erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, fällt die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 und die Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauchers 77 fällt unter die Raumtemperatur, um ein kühlendes Bearbeitungsfluid zu ermöglichen, um über den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden.
-
In der vorangehend beschriebenen Struktur wird Abgaswärme, die durch die Hauptspindel 3 erzeugt wird, verwendet, um ein Kühlen des Bearbeitungsfluids zu ermöglichen, um zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch zum Kühlen des Bearbeitungsfluids braucht.
-
Nun wird eine dritte Ausführungsform basierend auf 4 beschrieben.
-
Die dritte Ausführungsform weist eine Luftzuführvorrichtung 11 anstelle der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 in der ersten Ausführungsform auf. Abgaswärme von der Hauptspindel 3 wird verwendet, um das Lagerkühlfluid zu kühlen, das zu der Hauptspindel 3 zugeführt wird. Die Strukturen der Hauptspindel 3, der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 und der thermoakustischen Vorrichtung 7 sind ähnlich zu den Strukturen dieser Komponenten in der ersten Ausführungsform. Das Lagerkühlfluid wird von der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 zu der Hauptspindel 3 über die Leitung 51, den zweiten Niedertemperaturwärmetemperaturtauscher 77 und die Leitung 36 gefördert. Das Lagerkühlfluid zieht die Wärme von dem Gehäuse 32, um dessen Temperatur angehoben zu bekommen, und wird ein Hochtemperaturlagerkühlfluid. Das Hochtemperaturlagerkühlfluid erwärmt dann den ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 über die Leitung 35 und kehrt zu der Lagerkühlfluidzuführvorrichtung 5 über die Leitung 52 zurück.
-
Luft im Wesentlichen bei Raumtemperatur, die von der Luftzuführvorrichtung 11 ausgefördert wird, tritt durch den ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 über eine Leitung 111 und den zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 über die Leitung 112 und wird nachfolgend an die Atmosphäre emittiert.
-
In der vorangehend beschriebenen Leitungskonfiguration werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur durch Luft gekühlt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 wird auf eine hohe Temperatur durch das Hochtemperaturlagerkühlfluid erwärmt, welches das Lagerkühlfluid ist, dessen Temperatur angehoben bzw. erhöht ist. Als ein Ergebnis wird ein Temperaturgradient zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 erzeugt, um eine spontane Erregung zu verursachen, was dementsprechend Wellen erzeugt.
-
Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen, um den zweiten Stapel 76 zu erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, fällt die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 unter die Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 fällt unter die Raumtemperatur, um ein Kühlen des Lagerkühlfluids zu ermöglichen, um über den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 zu der Hauptspindel zugeführt zu werden.
-
In der vorangehend beschriebenen Struktur wird Abgaswärme, die durch die Hauptspindel 3 erzeugt wird, verwendet, um ein Kühlen des Lagerkühlfluids zu ermöglichen, um zu der Hauptspindel 3 zugeführt zu werden. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch benötigt, um die Hauptspindel 3 zu kühlen.
-
Nun wird eine vierte Ausführungsform basierend auf 5 beschrieben.
-
Anstelle des Lagerkühlfluids für die Hauptspindel 3 in der ersten Ausführungsform verwendet die vierte Ausführungsform das Bearbeitungsfluid, dessen Temperatur nach einem Kühlen des Bearbeitungsabschnitts erhöht ist, als das Hochtemperaturbearbeitungsfluid. Die Strukturen der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 und der thermoakustischen Vorrichtung 7 sind ähnlich zu den Strukturen dieser Komponenten in der ersten Ausführungsform. Das Bearbeitungsfluid, das durch die Düse 9 zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt ist, kühlt das Werkzeug 4 und das Werkstück W und hat seine Temperatur erhöht. Das Hochtemperaturbearbeitungsfluid wird dann in einer Bearbeitungsfluidaufnahme 10 gesammelt, erwärmt den ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 über eine Leitung 101 und kehrt anschließend zu der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 über eine Leitung 64 zurück. Das Bearbeitungsfluid, das von der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 aus gefördert ist, zirkuliert durch den ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 über die Leitung 61 und durch den zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 über die Leitung 62 und kehrt dann über die Leitung 64 zu der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 zurück.
-
Das Bearbeitungsfluid, das durch den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 hindurchgetreten ist, wird durch die Leitung 91 zu der Düse 9 zugeführt und kühlt in dem Bearbeitungsabschnitt das Werkzeug 4 und das Werkstück W.
-
In der vorangehend beschriebenen Leitungskonfiguration werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur durch das Bearbeitungsfluid gekühlt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 wird auf eine hohe Temperatur durch das Hochtemperaturbearbeitungsfluid erwärmt, dessen Temperatur erhöht ist. Als ein Ergebnis wird ein Temperaturgradient zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 erzeugt, um eine spontane Erregung zu verursachen, wodurch Wellen erzeugt werden.
-
Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen, um den zweiten Stapel 76 zu erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, fällt die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 unter die Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 fällt unter die Raumtemperatur, um ein Kühlen des Bearbeitungsfluids zu ermöglichen, um über den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden.
-
In der vorangehend beschriebenen Struktur wird Abgaswärme, die durch den Bearbeitungsabschnitt erzeugt wird, verwendet, um ein Kühlen des Lagerkühlfluids zu ermöglichen, um zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch benötigt, um den Bearbeitungsabschnitt zu kühlen.
-
Nun wird eine fünfte Ausführungsform basierend auf 6 beschrieben.
-
In der fünften Ausführungsform werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 eher durch Luft als durch das Bearbeitungsfluid wie in der vierten Ausführungsform gekühlt. Die Strukturen der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 und der thermoakustischen Vorrichtung 7 sind ähnlich zu den Strukturen dieser Komponenten in der ersten Ausführungsform. Das Bearbeitungsfluid, das durch die Düse 9 zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt wird, kühlt das Werkzeug 4 und das Werkstück W und hat dessen Temperatur erhöht. Das Hochtemperaturbearbeitungsfluid wird in der Bearbeitungsfluidaufnahme bzw. dem Bearbeitungsfluidsammler 10 gesammelt, erwärmt den ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 über die Leitung 101 und kehrt dann zu der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 über die Leitung 64 zurück. Das Bearbeitungsfluid, das von der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 aus gefördert ist und durch die Leitung 65 und den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 hindurchtritt, wird durch die Leitung 91 zu der Düse 9 zugeführt und kühlt in dem Bearbeitungsabschnitt das Werkzeug 4 und das Werkstück W.
-
Luft im Wesentlichen bei Raumtemperatur, die von der Luftzuführvorrichtung 11 aus gefördert wird, tritt durch den ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 über die Leitung 111 und den zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 über die Leitung 112 und wird anschließend zu der Atmosphäre hin emittiert.
-
In der vorangehend beschriebenen Leitungskonfiguration werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur durch Luft gekühlt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 wird auf eine hohe Temperatur durch das Hochtemperaturbearbeitungsfluid erwärmt, dessen Temperatur erhöht ist. Als ein Ergebnis wird ein Temperaturgradient zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 erzeugt, um eine spontane Erregnung zu verursachen, was entsprechend Wellen erzeugt.
-
Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen, um den zweiten Stapel 76 zu erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, fällt die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 unter die Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 fällt unter die Raumtemperatur, um ein Kühlen des Bearbeitungsfluids zu ermöglichen, das über den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77, die Leitung 91 und die Düse 9 zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt wird.
-
In der vorangehend beschriebenen Struktur wird Abgaswärme, die durch den Bearbeitungsabschnitt erzeugt wird, verwendet, um ein Kühlen des Bearbeitungsfluids zu ermöglichen, um zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch zum Kühlen des Bearbeitungsfluids benötigt.
-
Nun wird eine sechste Ausführungsform basierend auf 7 beschrieben.
-
In der sechsten Ausführungsform wird der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 eher durch Hochtemperaturluft als durch das Hochtemperaturbearbeitungsfluid wie in der fünften Ausführungsform erwärmt. Die Strukturen der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 und der thermoakustischen Vorrichtung 7 sind ähnlich zu den Strukturen dieser Komponenten in der ersten Ausführungsform. Luft, die das Innere eines Steuerpaneels 81 kühlt, das eine Komponente der Steuervorrichtung 8 ist, hat deren Temperatur erhöht. Die Hochtemperaturluft erwärmt dann den ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 über eine Leitung 82 und wird dann zu der Atmosphäre hin emittiert.
-
Das Bearbeitungsfluid, das von der Bearbeitungsfluidzuführvorrichtung 6 aus gefördert wird und durch die Leitung 65 und den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 tritt, wird gekühlt. Das Bearbeitungsfluid wird dann durch die Leitung 91 zu der Düse 9 zugeführt und kühlt in dem Bearbeitungsabschnitt das Werkzeug 4 und das Werkstück W.
-
Luft im Wesentlichen bei Raumtemperatur, die von der Luftzuführvorrichtung 11 aus gefördert wird, tritt durch den ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 über die Leitung 111 und den zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 über die Leitung 112, und wird dann zu der Atmosphäre hin emittiert.
-
In der vorangehend beschriebenen Leitungskonfiguration werden der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 und der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur durch Luft gekühlt. Der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 wird auf eine hohe Temperatur durch die Hochtemperaturluft erwärmt, deren Temperatur erhöht ist. Als ein Ergebnis wird ein Temperaturgradient zwischen dem ersten Niedertemperaturwärmetauscher 72 und dem ersten Hochtemperaturwärmetauscher 74 erzeugt, um eine spontane Erregung zu verursachen, was dementsprechend Wellen erzeugt.
-
Wenn die Wellen entlang der Ringleitung laufen, um den zweiten Stapel 76 zu erreichen, der zwischen dem zweiten Hochtemperaturwärmetauscher 75 und dem zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77 liegt, fällt die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 unter die Temperatur des zweiten Hochtemperaturwärmetauschers 75. Das heißt, die Temperatur des zweiten Niedertemperaturwärmetauschers 77 fällt unter die Raumtemperatur, um ein Kühlen des Bearbeitungsfluids zu ermöglichen, um über den zweiten Niedertemperaturwärmetauscher 77, die Leitung 91 und die Düse 9 zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden.
-
In der vorangehend beschriebenen Struktur wird Abgaswärme, die durch den Bearbeitungsabschnitt erzeugt wird, verwendet, um ein Kühlen des Bearbeitungsfluid zu ermöglichen, um zu dem Bearbeitungsabschnitt zugeführt zu werden. Dementsprechend kann ein Bearbeitungswerkzeug vorgesehen werden, welches lediglich einen geringen Energieverbrauch zum Kühlen des Bearbeitungsfluids benötigt.
-
Neben den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen kann ein gewünschter Abschnitt unter Verwendung irgendeiner Leitungskonfiguration gekühlt werden, in der der erste Hochtemperaturwärmetauscher 74 durch ein Beliebiges von den Gegenständen erwärmt wird, die aus Gruppe A ausgewählt sind: das Hochtemperaturlagerkühlfluid; das Hochtemperaturbearbeitungsfluid; und die Hochtemperaturluft, der erste Niedertemperaturwärmetauscher 72 durch ein Beliebiges von den Gegenständen gekühlt wird, die aus Gruppe B ausgewählt sind: das Lagerkühlfluid; das Bearbeitungsfluid; und Luft, der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 durch ein Beliebiges von den Gegenständen gekühlt wird, die aus Gruppe C ausgewählt sind: das Lagerkühlfluid; das Bearbeitungsfluid; und Luft, und der zweite Niedertemperaturwärmetauscher 77 ein Beliebiges von den Gegenständen kühlt, die aus Gruppe D ausgewählt sind: das Lagerkühlfluid; das Bearbeitungsfluid; und Luft. Es ist außerdem wünschenswert, dass der zweite Hochtemperaturwärmetauscher 75 eher durch natürliche Wärmestrahlung in einem Umfeld, in dem die thermoakustische Vorrichtung 7 angeordnet ist, gekühlt wird als durch das Fluid gekühlt zu werden.
-
Das Kühlen der Hauptspindel 3 und das Kühlen des Bearbeitungsfluids wurden beschrieben. Jedoch kann der zu kühlende Abschnitt ein beliebiger anderer Abschnitt des Bearbeitungswerkzeugs sein, wie zum Beispiel eine Förderschraube oder eine Werkstückabmessungsmessvorrichtung.
-
Alternativ kann Hochtemperaturluft verwendet werden, deren Temperatur durch eine elektrische Kühlausrüstung, wie zum Beispiel einen Motor oder eine elektrische Heizeinrichtung erhöht ist.
-
Ein Bearbeitungswerkzeug weist eine thermoakustische Vorrichtung 7 und eine Fluidzuführvorrichtung auf, verwendet Abgaswärme von einer Bestandteilsvorrichtung des Bearbeitungswerkzeugs, um einen Wärmetauscher, der in der thermoakustischen Vorrichtung 7 enthalten ist, aufgrund eines thermoakustischen Effekts zu kühlen. Dementsprechend wird ein Kühlfluid gekühlt, das verwendet wird, um ein Lager und einen Bearbeitungspunkt zu kühlen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2003-117770 A [0002, 0004]
- JP 2000-205677 A [0003, 0005]
