DE102016218103B3

DE102016218103B3 - Vorrichtung zur Kühlschmierstoff-Versorgung einer Werkzeugscheibe

Info

Publication number: DE102016218103B3
Application number: DE102016218103.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Birenbaum; Timo Boje; Marco Schneider
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-09-22

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Kühlschmierstoff-, kurz KSS, -Versorgung einer Werkzeugscheibe, die für eine Werkstückbearbeitung geeignet ist, bei der die um eine Scheibenachse rotierende Werkzeugscheibe in rotatorischen Eingriff mit dem Werkstück bringbar ist. Die Werkzeugscheibe weist eine Vielzahl n von innerhalb der Werkzeugscheibe verlaufenden, jeweils radial zur Scheibenachse von innen nach außen verlaufenden und in Umfangsrichtung der Werkzeugscheibe verteilt angeordneten Kühlschmierstoffkanälen auf, kurz KSS-Kanäle, die jeweils in einem radial aussen liegenden Bereich der Werkzeugscheibe münden und radial innenliegend eine Eintrittsöffnung besitzen. Die Vielzahl n Eintrittsöffnungen ist längs eines Kreises um die Scheibenachse an einer gemeinsamen Werkzeugscheibenseite verteilt angeordnet. Zudem ist eine KSS-Versorgungseinheit vorgesehen, die seitlich zu den Eintrittsöffnungen angeordnet ist und über die der KSS in eine Anzahl m Eintrittsöffnungen, mit 1 ≤ m < n, zuführbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten seitlich zu den n Eintrittsöffnungen längs der Kreislinie in nicht überlappender Form angeordnet sind. Ferner umfassen die KSS-Versorgungseinheiten jeweils ein kontrollierbares Mengen-durchflussbegrenzendes Element, das für jede KSS-Versorgungseinheit einen variabel vorgebbaren Mengendurchfluß des KSS ermöglicht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlschmierstoff-, im Weiteren abgekürzt mit KSS, Versorgung einer Werkzeugscheibe, die für eine Werkstückbearbeitung geeignet ist, bei der die um eine Scheibenachse rotierende Werkzeugscheibe in rotatorischen Eingriff mit dem Werkstück bringbar ist. Die Werkzeugscheibe weist eine Vielzahl n von innerhalb der Werkzeugscheibe verlaufenden, jeweils radial zur Scheibenachse von innen nach außen verlaufenden und in Umfangsrichtung der Werkzeugscheibe verteilt angeordneten Kühlschmierstoffkanälen auf, kurz KSS-Kanäle, die jeweils in einem radial außen liegenden Bereich der Werkzeugscheibe münden und radial innenliegend eine Eintrittsöffnung besitzen. Die Vielzahl n Eintrittsöffnungen ist längs eines Kreises um die Scheibenachse an einer gemeinsamen Werkzeugscheibenseite verteilt angeordnet. Zudem ist eine KSS-Versorgungseinheit vorgesehen, die seitlich zu den Eintrittsöffnungen angeordnet ist und über die der KSS in eine Anzahl m Eintrittsöffnungen, mit 1 ≤ m < n, zuführbar ist.
Bei der Zerspanung von Werkstücken mit geometrisch bestimmten sowie auch unbestimmten Schneiden entstehen im Bereich der Ineingriffnahme der Schneiden mit dem zu bearbeitenden Werkstück hohe Temperaturen, die sich negativ auf die Schneiden sowie auch die zu bearbeitenden Werkstücke auswirken und letztlich die Standzeit der Werkzeuge verkürzen. Eine Möglichkeit, die Temperaturen im Bereich der Werkzeugschneiden zu reduzieren, besteht in der Kühlung der Schneiden mit Fluiden, das heißt mit Gasen und vorzugsweise mit Flüssigkeiten. Durch die zusätzliche Schmierwirkung und den damit verbundenen Einfluss auf die Spanformung kann die Temperatur im Bereich der Schneiden durch ein zielgerichtetes Einbringen von Flüssigkeit signifikant gesenkt werden. Gase oder Flüssigkeiten, die bei niedrigen Temperaturen auf das zu bearbeitende Werkstück sowie auch das mit dem Werkstück in Eingriff befindliche Werkzeug treffen, können die Zerspankräfte und die Spanform positiv beeinflussen. Durch die niedrigeren Temperaturen verbessert sich zudem das Verschleißverhalten der Schneiden, so dass das Werkzeug länger genutzt werden kann.
Bei ausreichendem Volumenstrom können die Fluide auch zur Entfernung der Späne aus dem Spanraum genutzt werden. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von Werkzeugen mit zielgerichteter Kühlmittelzufuhr eine Steigerung der Produktivität, da aufgrund der Kühlung und Schmierung hohe Schnittgeschwindigkeiten realisiert werden können. Weiterer Vorteil, der mit einer gezielten Kühlstoffzufuhr generiert werden kann, ist die Sicherstellung eines kontrollierten Spanbruches und der dadurch erreichbaren Erhöhung der Prozesssicherheit. Fluide, die die beschriebenen Eigenschaften erfüllen, werden im Weiteren trotz ihrer Vielzahl von Einsatzbereichen und Aufgaben vereinfachend als Kühlschmierstoffe bezeichnet. Der Einsatz von KSS ist bei vielen spanabhebenden Bearbeitungsverfahren Stand der Technik. Es existieren unterschiedliche Möglichkeiten, KSS an die Zerspanstelle zu führen. Bei so genannten werkzeuginternen KSS-Zuführungen wird der KSS über interne Kanäle durch das Werkzeug direkt in die Schnittzone geleitet, um die im Eingriff befindlichen Schneiden effektiv mit KSS zu versorgen. Derartige Verfahren kommen zum Beispiel bei der Bearbeitung mit Drehmaschinen bereits seit einigen Jahren erfolgreich zum Einsatz. Gleichfalls existieren Fräs-, Schleif- und Bohrwerkzeuge mit interner KSS-Zuführung.
Bei scheibenförmigen Werkzeugen, wie beispielsweise Kreissägeblättern und Scheibenfräsern mit größeren Durchmessern hat sich der Einsatz innen gekühlter Werkzeugscheiben bis dato nicht nennenswert durchgesetzt. Hauptursache hierfür ist die geometrische Gestalt derartiger Werkzeuge, die sich durch ein großes Verhältnis aus Werkzeugdurchmesser und Werkzeugbreite auszeichnet, wodurch ein Einbringen von Kühlkanälen nur mit besonderen Bearbeitungs- bzw. Herstellverfahren möglich ist oder einen segmentierten Aufbau des jeweiligen Werkzeuges erfordert, der mit höherem fertigungstechnischem Aufwand und dementsprechenden Kosten einhergeht.
Stand der Technik
Es existieren Werkzeugscheiben mit innenliegenden, radial verlaufenden Kühlschmierstoffkanälen, die allesamt über eine radial innen liegende zentrale Schmierstoffzuführung mit KSS versorgt werden. Dies führt zu einer über den gesamten radialen Umfangsrand der Werkzeugscheibe gleichmäßigen Ausbringung von KSS. In der Regel befindet sich jedoch bei Werkzeugscheiben weniger als die Hälfte der für den Materialabtrag vorgesehenen Werkzeugschneiden in Eingriff mit einem zu bearbeitenden Werkstück, so dass ein großer Anteil des KSS abgeschleudert wird, ohne die Werkzeugschneiden direkt zu kühlen.
In den Druckschriften DE 34 15 498 A1 sowie GB 1 060 580 sind Werkzeugscheiben mit interner Kühlschmierstoffversorgung beschrieben, die eine KSS-versorgung jeweils nur in einem vordefinierten Winkelbereich realisieren, innerhalb dem die Werkzeugscheibe mit ihrem peripheren Umfangsrand mit dem Werkstück in Eingriff zu bringen ist. Die Werkzeugscheibe rotiert hierzu koaxial zu einer stationären Achse, längs der ein KSS-Versorgungskanal verläuft, der im Bereich der drehbar zur stationären Achse positionierten Werkzeugscheibe in eine nutförmige Ausnehmung innerhalb der stationären Achse mündet, die sich in Achsumfangsrichtung längs eines definierten Kreissektors erstreckt. Eine Anspeisung der radial innerhalb der Werkzeugscheibe angeordneten KSS-Kanäle mit KSS erfolgt ausschließlich bei Drehkonstellationen der Werkzeugscheibe, in denen die radialen KSS-Kanäle mit der Ausnehmung innerhalb des Achsumfangs überlappen. Durch die konstruktiv fest vorgegebene Geometrie der Ausnehmung innerhalb der Achse können keine Anpassungen der Kühlschmierstoffversorgung vorgenommen werden, um beispielsweise Veränderungen der zu bearbeitenden Werkstückgeometrie beispielsweise bei fortschreitender Vorschubbewegung der Werkzeuges in das zu bearbeitende Werkstück entsprechend Rechnung zu tragen.
Die Druckschrift US 2006/0288991 A1 offenbart eine innen gekühlte Werkzeugscheibe, die über eine Vielzahl radial verlaufender KSS-Kanäle verfügt, längs der, vorzugsweise am peripheren äußeren Werkzeugscheibenrand, der in Eingriff mit einem jeweils zu bearbeitenden Werkstück kommt, jeweils ein Freigabeelement angeordnet ist, das einen lokalen KSS-Austrag bei Inkontakttreten mit dem Werkstück ermöglicht und ansonsten unterbindet.
Der Druckschrift WO 2015/095907 A1 ist ein innen gekühltes Sägeblatt zu entnehmen, das über eine Vielzahl innerhalb des Sägeblattes verlaufende, jeweils radial zur Scheibenachse von innen nach außen verlaufende und in Umfangsrichtung der Werkzeugscheibe verteilt angeordnete KSS-Kanäle verfügt. Jeder einzelnen KSS-Kanal mündet in einem radial außen liegenden Bereich des Sägeblattes und besitzt eine radial innen liegende Eintrittsöffnung, wobei die Eintrittsöffnungen sämtlicher KSS-Kanäle längs eines Kreises um die Scheibenachse an einer gemeinsamen Sägeblattscheibe verteilt angeordnet sind. Zu Zwecken einer kontrollierten Versorgung der einzelnen KSS-Kanäle mit KSS ist seitlich an den Eintrittsöffnungen eine KSS-Versorgungseinheit angeordnet, über die ein Teil der längs einer Kreislinie angeordneten Eintrittsöffnungen mit KSS versorgt wird. Die KSS-Versorgungseinheit sieht zwei relativ zueinander verdrehbar angeordnete Ringscheibenelemente vor, die jeweils eine teilringförmige Ausnehmung besitzen. Je nach Überlappungsgrad der beiden teilringförmigen Ausnehmungen wird eine große oder kleine Vielzahl der längs der Kreislinie unmittelbar benachbart angeordneten Eintrittsöffnungen mit KSS versorgt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur KSS-Versorgung einer Werkzeugscheibe, die für eine Werkstückbearbeitung geeignet ist, bei der die um eine Scheibenachse rotierende Werkzeugscheibe in rotatorischem Eingriff mit dem Werkstück bringbar ist, mit einer Vielzahl n innerhalb der Werkzeugscheibe sowie radial zur Scheibenachse von innen nach außen verlaufenden und in Umfangsrichtung der Werkzeugscheibe verteilt angeordneten Schmierstoffkanälen, die jeweils in einem radial außen liegenden Bereich der Werkzeugscheibe münden und radial innen liegend eine Eintrittsöffnung besitzen, deren Vielzahl n längs eines Kreises um die Scheibenachse an einer gemeinsamen Werkzeugscheibenseite verteilt angeordnet ist sowie mit einer KSS-Versorgungseinheit, die seitlich zu den Eintrittsöffnungen angeordnet ist und über die das KSS in eine Anzahl m Eintrittsöffnungen, mit 1 ≤ m ≤ n zuführbar ist, derart weiterzubilden, so dass eine KSS-Versorgung von einzelnen oder von einer Vielzahl einzelner KSS-Kanäle mit einer beliebigen räumlichen Lage relativ zur Scheibenachse mit KSS möglich wird. Die KSS-Zuführung und -Verteilung auf die einzelnen KSS-Kanäle soll zudem während des Betriebes der Werkzeugscheibe kontrolliert variiert und an die jeweilige Bearbeitungssituation angepasst werden können. Die KSS-Versorgung soll darüber hinaus kontrolliert mengendosiert vorgenommen werden können. Der hierfür erforderliche konstruktive Aufwand sowie auch die damit verbundenen Herstellungskosten sollen möglichst gering gehalten werden, um ein Erzeugnis mit hoher wirtschaftlicher Akzeptanz, das heißt geringen Erwerbskosten, Verschleiß und Wartungsaufwand anbieten zu können.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Lösungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung zur KSS-Versorgung einer Werkzeugscheibe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten seitlich zu den n Eintrittsöffnungen längs der Kreislinie in nicht überlappender Form angeordnet sind, wobei die KSS-Versorgungseinheiten jeweils ein kontrollierbares Mengendurchfluss begrenzendes Element umfassen, das einen variabel vorgebbaren Mengendurchfluss des KSS ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten separat zur Werkzeugscheibe ausgebildet und weisen jeweils eine Kammer auf, die der Werkzeugscheibe zugewandt offen ausgebildet ist und in Projektion auf die Werkzeugscheibe, das heißt orthogonal zur Werkzeugscheibenfläche, an der die Vielzahl n Eintrittsöffnungen offen münden, jeweils eine lichte Kammeröffnungsweite besitzt, die wenigstens eine Eintrittsöffnung zumindest teilweise zu umfassen vermag. Die Kammer jeder einzelnen KSS-Versorgungseinheit ist von einer Kammerwand umgeben, die eine der Werkzeugscheibenseite zugewandte Stirnseite aufweist, die mit dieser einen unmittelbaren oder mittelbar spaltbehafteten fluiddichten oder zumindest überwiegend fluiddichten Kontakt eingehen. Zudem mündet in die Kammer eine Zuleitung, über die die Kammer mit KSS befüllbar ist. An der in die Kammer mündenden Zuleitung ist jeweils ein Mengen-Durchfluss begrenzendes Element angebracht, durch das die Menge, das heißt die Fluss- bzw. Strömungsrate des in die Kammer einmündenden KSS kontrollierbar ist, beispielsweise im Wege einer Steuerung oder Regelung.
Die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten müssen nicht notwendigerweise in einem gemeinsamen Bauteil integriert sein, vielmehr ermöglicht eine eigenständige Ausbildung der KSS-Versorgungseinheiten jeweils in Form separater Baueinheiten eine individuelle Anordnung relativ zu den längs einer Kreislinie verteilt angeordneten n Eintrittsöffnungen seitlich neben der Werkzeugscheibe.
Durch Vorsehen jeweils eines Mengen-durchflussbegrenzenden Elementes an bzw. längs der in eine Kammer einmündenden Zuleitung ist es möglich, die KSS-Mengenzuführung in jede einzelne Kammer variabel einzustellen, das heißt die KSS-Zuleitung vollständig zu drosseln bis hin zu einer vom jeweiligen Zuleitungsquerschnitt abhängigen maximalen KSS-Durchflussmenge bzw. Fluss- bzw. Strömungsrate zu öffnen.
Eine bevorzugte Ausbildung zur KSS-Versorgung einer Werkzeugscheibe sieht eine Anzahl von KSS-Versorgungseinheiten vor, die sämtliche n Eintrittsöffnungen überdecken. Nicht notwendigerweise ist es erforderlich die Größe und geometrische Ausbildung sämtlicher KSS-Versorgungseinheiten einheitlich zu gestalten. Jede einzelne KSS-Versorgungseinheit weist jedoch eine der Werkzeugscheibenseite einseitig offen ausgebildete Kammer auf, deren lichte offene Weite wenigstens die Größe einer Eintrittsöffnung besitzt, vorzugsweise zwei, drei oder mehr Eintrittsöffnungen gleichzeitig zu überdecken vermag. Auf diese Weise ist es möglich eine KSS-Versorgung in vorgebbar definierten Winkelbereichen oder einzelnen zusammenhängenden oder separaten Umfangsteilbereichen der Werkzeugscheibe vorzunehmen, indem die Mengen-Durchfluss begrenzenden Elemente der KSS-Versorgungseinheiten bedarfsgerecht angesteuert werden. Durch die Ansteuerung der einzelnen Mengen-Durchfluss begrenzenden Elemente, vorzugsweise in Form betätigbarer Ventile, lässt sich die KSS-Ausbringung an die Bearbeitungsaufgabe wie beispielsweise das Durchtrennen von Profilen, Rohren oder Vollmaterialen individuell anpassen. Eine derartige Steuerung bewirkt eine gesteigerte Kühl- und Schmierwirkung sowie erhebliche Einsparung an KSS.
Die lösungsgemäße Vorrichtung zur KSS-Versorgung lässt sich nicht zuletzt aufgrund einer möglichen, klein dimensionierten baulichen Ausgestaltung und einfachen Ansteuerung der einzelnen Ventile in bestehende Maschinen auch nachträglich integrieren und ermöglicht somit eine wirtschaftliche Nachrüstbarkeit.
Als Mengen-Durchfluss begrenzende Elemente kommen grundsätzlich sämtliche einen Fluidfluss, in Form einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung, beeinflussende Elemente in Betracht, die insbesondere den Strömungsquerschnitt einer fluiddurchströmten Zuleitung stufenweise oder variabel zu beeinflussen vermögen. Bevorzugte Mengen-Durchfluss begrenzende Elemente stellen beispielsweise mechanische, elektromotorische, magnetische oder piezoelektrische oder magnetostriktive Ventileinheiten dar.
Die lösungsgemäße Vorrichtung zur KSS-Versorgung einer Werkzeugscheibe lässt sich in zwei unterschiedlichen Ausgestaltungsformen realisieren, nämlich gemäß einer ersten Ausgestaltungsform, bei der die KSS-Versorgungseinheiten stationär zur rotierenden Werkzeugscheibe angeordnet sind, sowie gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform, bei der die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten drehfest mit der Werkzeugscheibe verbunden sind.
Bei der ersten Ausgestaltungsform, sind die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten gegenüber der rotierenden Werkzeugscheibe als stationäre Einheiten ausgebildet, wobei die Stirnseiten der die jeweiligen Kammern der wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten umgebenden seitlich begrenzenden Begrenzungswände mit der rotierenden Werkzeugscheibenseite jeweils einen mit KSS oder sonstigem Dichtmittel gefüllten Zwischenspalt einschließen oder mit der Werkzeugscheibenseite jeweils in einem Gleit- oder Wälzkontakt stehen.
Alternativ oder in Kombination dienen als Schmier- und Kühlmittel und gegebenenfalls zusätzliche als Abdichtung zwischen den stationären KSS-Versorgungseinheiten und der rotierenden Werkzeugscheibe Aerosole als sog. Minimalmengenschmierung. Der sich daraus ergebende effiziente Einsatz von Minimalmengenschmierstoffen reduziert zudem Umweltbelastungen, Gesundheitsrisiken für Maschinenbediener und verringert die Schmierstoffanhaftungen an Werkstücken, Spänen und Maschineninnenraum gegenüber der Überflutung mit KSS deutlich. Zudem erhöht die zusätzliche Schmierung die Werkzeugstandzeit sowie die Produktivität der gesamten Werkzeugmaschine.
Durch die stationäre Anbringung der wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten relativ zur Werkzeugscheibe vereinfacht sich zudem die KSS-Zuführung zu den einzelnen KSS-Versorgungseinheiten, zumal sowohl die Zuleitungen als auch die entsprechenden Ventile stationär gegenüber der drehenden Werkzeugscheibe angebracht sind.
Zur Betätigung der Ventile sind Steuermittel vorgesehen, durch die die Ventile eine kontrolliert vorgebbare Ventilstellung einnehmen. Die Steuermittel sind vorzugsweise stationär angebracht, können jedoch auch je nach Ausbildung der Ventilsteuerung werkzeugscheibenseitig angebracht sein. Handelt es sich beispielsweise um durch magnetische Kräfte betätigte Ventile, kann ein als Permanentmagnet ausgebildetes Steuermittel auch werkzeugscheibenseitig angebracht sein, durch dessen Permanentmagnetfeld die durch magnetische Kräfte betätigbaren Ventile in geeigneter Form aktivierbar sind.
Bei der zweiten Ausgestaltungsform sind die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten an der Werkzeugscheibe fest angebracht und rotieren somit um die Scheibenachse mit. Zur KSS-Versorgung sind die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten über eine längs der Scheibenachse angeordnete Fluid-Drehkupplung mit KSS versorgbar. Vorzugsweise sind genauso viele KSS-Versorgungseinheiten fest an der Werkzeugscheibe angeordnet wie n Eintrittsöffnungen längs der Kreislinie vorgesehen sind, so dass jeder KSS-Versorgungseinheit wenigstens eine Eintrittsöffnung zugeordnet ist. Da jede KSS-Versorgungseinheit über ein Mengen-Durchfluss begrenzendes Element verfügt, das es in geeigneter Weise zu aktivieren bzw. zu betätigen gilt, ist wenigstens ein für die Steuerung oder Betätigung der Mengen-Durchfluss begrenzenden Elemente erforderliches Mittel vorgesehen, das vorzugsweise stationär angeordnet ist. Ein derartiges stationäres Mittel kann beispielsweise in Form wenigstens einer magnetischen, elektrischen oder elektromagnetischen Quelle ausgebildet sein.
Die mitrotierende Anordnung der wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten ermöglicht die spaltfreie Versorgung der Werkzeugscheibe mit unter hohem Druck stehenden KSS. Durch die hohen Speisedrücke, mit der KSS längs der einzelnen Zuleitungen gefördert wird, beeinflusst zudem eine zielgerichtete Ausbringung von KSS in Bereiche der peripheren Werkzeugschneiden an der Werkzeugscheibe die Spanformung bei der Werkstückbearbeitung signifikant. Dies verringert die Kontaktlänge zwischen den Werkzeugschneiden der Werkzeugscheibe und den Spänen und reduziert auf diese Weise die thermische Belastung der Werkzeugschneiden. Darüber hinaus führt der hohe Förderdruck des KSS durch die Zuleitungen in die Kammern und von dort über die KSS-Kanäle an den Werkzeugscheibenrand zu einer signifikanten Steigerung der Kühlleistung, wodurch die Temperaturen im Bereich der Werkzeugschneiden deutlich gesenkt werden können und somit eine Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen sowie eine Steigerung der Schnittgeschwindigkeit gegenüber konventionellen Kühlkonzepten bei gleichbleibenden Werkzeugstandzeiten ermöglicht werden.
Die lösungsgemäße Vorrichtung zur KSS-Versorgung einer Werkzeugscheibe kann insbesondere im Bereich der Zerspanung mit scheibenförmigen Werkzeugen angewendet werden. Besondere Anwendungsvorteile ergeben sich bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen mit geometrisch bestimmten Schneiden und bei großen Werkstücken. Bevorzugte Einsatzbereiche stellen Maschinen dar, wie beispielsweise Kaltkreissägemaschinen oder Fräs-, Schleif- oder Bohrmaschinen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1a, b perspektivische Darstellungen von stationär angebrachten KSS-Versorgungseinheiten relativ zu einer drehenden Werkzeugscheibe,
2 Querschnittsdarstellung einer Werkzeugscheibe,
3 Querschnittsdarstellung durch mehrere in einer Baueinheit integrierten KSS-Versorgungseinheiten,
4 Längsschnittdarstellung durch eine Werkzeugscheibe mit stationär angebrachter KSS-Versorgungseinheit sowie
5a, b Perspektivische Darstellung sowie Längsschnittdarstellung durch eine mitrotierend an eine Werkzeugscheibe angebrachte KSS-Versorgungseinheit.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1a zeigt eine seitliche Ansicht einer Werkzeugscheibe 1, die beispielsweise in Form eines Kreissägeblattes ausgebildet ist und über innen liegende KSS-Kanäle 2 verfügt, die in einer in 2 illustrierten Schnittdarstellung durch eine Werkzeugscheibe 1 zu sehen sind. Die nicht notwendigerweise jedoch vorzugsweise geradlinig radial verlaufenden KSS-Kanäle 2 weisen radial innen liegend jeweils eine Eintrittsöffnung 3 auf, von denen sämtliche n Eintrittsöffnungen 3 längs einer Kreislinie 4 angeordnet sind, die konzentrisch um die Dreh- und Scheibenachse 5 zentriert ist.
Sämtliche Eintrittsöffnungen 3 der KSS-Kanäle 2 münden an einer gemeinsamen Werkzeugscheibenseite 6, wie dies. aus 1a zu entnehmen. Die radial außen liegenden Öffnungen 7 der einzelnen KSS-Kanäle 2 münden in Rotationsrichtung R der Werkzeugscheibe 1 unmittelbar vor einer Werkzeugschneide 8, um eine möglichst optimale Kühl- und Schmierwirkung am peripheren Außenumfang der Werkzeugscheibe 1 in jenen Bereichen zu bewirken, die in unmittelbarem Kontakt mit einem nicht weiter illustrierten Werkstück gebracht werden.
Zur Herstellung der Werkzeugscheibe 1 bietet es sich an in besonders vorteilhafter Weise an die Werkzeugscheibe 1 mit den innenliegenden Kühlkanälen 2 im Rahmen eines generativen Herstellungsverfahrens, wie beispielsweise Lasersintern, zu erzeugen.
Zu Zwecken der KSS-Versorgung sieht die in 1a illustrierte Ausführungsform drei separat ausgebildete KSS-Versorgungseinheiten 9 vor, die seitlich neben der Werkzeugscheibe 1 stationär angeordnet sind. Jede einzelne KSS-Versorgungseinheit 9 verfügt über eine Zuleitung 10, über die KSS in Form eines reinen Kühlgases oder einer Kühl-Schmiermittelflüssigkeit bzw. -emulsion zugeführt wird. Es sei angenommen, dass die Zuleitungen 10 mit einem KSS-Reservoir fluiddicht verbunden sind, aus dem KSS druckbeaufschlagt längs der Zuleitungen 10 zu den einzelnen KSS-Versorgungseinheiten 9 gefördert wird.
Alternativ zu den jeweils als separate Baueinheiten ausgeführten einzelnen KSS-Versorgungseinheiten 9 ist es gleichfalls möglich eine Vielzahl von KSS-Versorgungseinheiten 9 in eine gemeinsame Baueinheit 11 zu integrieren, die in 1b illustriert ist.
In 1b sei angenommen, dass innerhalb des seitlich zur Werkzeugscheibe 1 angeordneten stationären Bauteils 5 KSS-Versorgungseinheiten 9 integriert sind.
3 illustriert einen Längsschnitt durch das einheitliche Bauteil 11, anhand dem die zu jeder KSS-Versorgungseinheit 9 zugeordnete innere Kammer 12 zu sehen ist, die jeweils zur Werkzeugscheibe 1 offen ausgebildet ist. Jede Kammer 12 einer KSS-Versorgungseinheit 9 weist eine lichte Öffnungsweite auf, die in Projektion zur Werkzeugscheibenseite 6 wenigstens eine Eintrittsöffnung 3 bei entsprechender Drehkonstellation zwischen rotierender Werkzeugscheibe 1 und stationärer KSS-Versorgungseinheit 9 zu überdecken vermag.
4 illustriert eine Schnittdarstellung, die eine stationär angeordnete KSS-Versorgungseinheit 9 unmittelbar seitlich angrenzend an eine Werkzeugscheibe 1 darstellt. Die KSS-Versorgungseinheit 9 verfügt über die zur Werkzeugscheibe 1 einseitig offen ausgebildete Kammer 12, in die abgewandt zur Werkzeugscheibe 1 die Zuleitung 10 einmündet. An der Zuleitung 10 ist ein kontrollierbares Drosselventil 13 angebracht, durch das die Mengenzuführung von KSS in die Kammer 12 mengendosiert kontrolliert werden kann.
Die Ausführungsbeispiele gemäß der 1a und b zeigen unterschiedliche Ausbildungen zur stationären Anbringung mehrerer KSS-Versorgungseinheiten 9. Selbstverständlich ist es möglich im Unterschied zu den illustrierten Ausführungsbeispielen längs des gesamten Kreisumfanges der Kreislinie 4 entsprechende KSS-Versorgungseinheiten 9 vorzusehen, so dass gewährleistet ist, dass jeder einzelne KSS-Kanal 2 innerhalb der Werkzeugscheibe 1 bei Bedarf mit KSS versorgt werden kann. In diesem Fall ist es möglich mittels einer zentralen Steuerung, die Einfluss auf sämtliche an den jeweiligen Zuleitungen 10 angebrachten kontrollier- bzw. steuerbaren Ventilen 13 hat, einen KSS-Austrag in jene Winkelbereiche längs des Außenumfanges der Werkzeugscheibe 1 vorzunehmen, die in unmittelbaren Eingriff mit einem jeweils zu bearbeitenden Werkstück gelangen.
Hierbei sind die Kammern 12 der einzelnen KSS-Versorgungseinheiten 9 derart relativ zur Werkzeugscheibe 1 angeordnet, so dass sie abhängig von der Position der Werkzeugscheibe 1 jeweils mit wenigstens einer Eintrittsöffnung 3 oder einer Vielzahl von Eintrittsöffnungen 3 der KSS-Kanäle 2 in der Werkzeugscheibe 1 korrespondieren. Die Abdichtung zwischen den einzelnen KSS-Versorgungseinheiten 9 und der Oberfläche 6 der Werkstückscheibe 1 erfolgt über ein Anpressen auf den scheibenförmigen Grundkörper der Werkzeugscheibe 1 oder über einen definierten Spalt zwischen den einzelnen KSS-Versorgungseinheiten und der Werkzeugscheibe.
Die stationäre Anbringung wenigstens einer, vorzugsweise einer Vielzahl von KSS-Versorgungseinheiten 9 eignet sich vorzugsweise für das Ausbringen von KSS in Form von Gas oder flüssigen Fluiden bei niedrigen Versorgungsdrücken oder ermöglicht die Versorgung eines Winkelbereiches oder mehrerer räumlich getrennter Winkelbereiche längs der Werkzeugscheibe.
Die Verteilung von KSS auf die bzw. längs der KSS-Kanäle erfolgt über die einzelnen kontrolliert ansteuerbaren Ventile 13.
In den 5a und 5b ist ein Ausführungsbeispiel zur KSS-Versorgung einer rotierenden Werkzeugscheibe 1 illustriert, bei dem eine Vielzahl von KSS-Versorgungseinheit 9 fest mit der drehenden Werkzeugscheibe 1 verbunden ist und somit mitrotiert. 5a illustriert eine seitliche Ansicht einer fest an der Werkzeugscheibe 1 angebrachten Baueinheit 11‘, in der entsprechend der Anzahl n an Eintrittsöffnungen 3 genauso viele einzelne KSS-Versorgungseinheiten 9 untergebracht sind. Somit ist sichergestellt, dass grundsätzlich alle KSS-Kanäle 2 individuell und dies unabhängig vom Drehzustand der Werkzeugscheibe 1 mit KSS versorgt werden können. 5b illustriert eine Schnittdarstellung durch die Werkzeugscheibe 1, an der die mitrotierende einheitliche Baueinheit 11‘ seitlich fest angebracht ist.
Die mitrotierende Baueinheit 11‘ verfügt über Kanäle bzw. Zuleitungen 14, deren Austrittsöffnungen 15 mit den Eintrittsöffnungen 3 der KSS-Kanäle 2 korrespondieren.
Die Versorgung des Bauteils 11‘ mit KSS erfolgt über eine Aufnahme für eine Drehdurchführung 16 im Bereich der Rotations- bzw. Scheibenachse 5 der Werkzeugscheibe oder kann alternativ ebenfalls über die Antriebswelle 17 einer Maschine (nicht dargestellt) erfolgen. Zwischen der Aufnahme für die Drehdurchführung 16 und den Austrittsöffnungen 15 sind innerhalb der Baueinheit 11‘ Ventileinheiten 13 zur Steuerung der Durchflussmenge, beispielsweise in Form von Magnetventilen, mechanisch betätigte Ventile, Proportionalventile etc. angeordnet. Die Ventile 13 werden in vorteilhafter Weise von einem nicht mitbewegten Steuerelement 18 mit Kraft, Energie oder Signalen zur Betätigung der jeweiligen Ventile versorgt, siehe 5a. Die Funktion des nicht mitbewegten Steuerelementes 18 kann auch in Form von Blattführungselementen, durch das Maschinengestell oder jedes beliebige ortsfeste Maschinenelement ausgeführt sein.
Beiden vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen zur KSS-Versorgung einer Werkzeugscheibe ist gemein, dass durch eine externe Ansteuerung der den KSS-Versorgungseinheiten zugeordneten Mengendurchfluss begrenzenden Elemente eine individuell vorgebbare Zuführung und Verteilung von KSS längs des gesamten Umfangsrandes der Werkzeugscheibe möglich wird. Dabei kann auch KSS unter hohem Druck und unter Berücksichtigung der jeweiligen zu bearbeitenden Werkstückgeometrie, der Vorschubbewegung sowie anderer Parameter effizient zu den einzelnen Werkzeugschneiden geleitet werden. Das System kann sich durch die Integration in die Maschinensteuerung selbständig an jede beliebige Kombination aus Werkstück und Werkzeuggeometrie sowie Technologieparametern anpassen.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugscheibe
2: KSS-Kanal
3: Eintrittsöffnung
4: Kreis, Kreislinie
5: Scheibenachse, Drehachse
6: Werkzeugscheibenseite
7: Öffnung
8: Werkzeugschneide
9: KSS-Versorgungseinheit
10: Zuleitung
11: Stationäre Baueinheit
11‘: mitrotierende Baueinheit
12: Kammer
13: Mengendurchfluss begrenzendes Element, Ventil
14: Zuleitung
15: Austrittsöffnung
16: Drehdurchführung
17: Welle
18: Steuerelement

Claims

Vorrichtung zur Kühlschmierstoff-, kurz KSS, -Versorgung einer Werkzeugscheibe (1), die für eine Werkstückbearbeitung geeignet ist, bei der die um eine Scheibenachse (5) rotierende Werkzeugscheibe (1) in rotatorischen Eingriff mit dem Werkstück bringbar ist, mit einer Vielzahl n innerhalb der Werkzeugscheibe (1) verlaufenden, jeweils radial zur Scheibenachse (5) von innen nach außen verlaufenden und in Umfangsrichtung der Werkzeugscheibe (1) verteilt angeordneten Kühlschmierstoffkanälen, kurz KSS-Kanäle (2), die jeweils in einem radial außen liegenden Bereich der Werkzeugscheibe (1) münden und radial innenliegend eine Eintrittsöffnung (3) besitzen, deren Vielzahl n längs eines Kreises (4) um die Scheibenachse (5) an einer gemeinsamen Werkzeugscheibenseite (6) verteilt angeordnet ist, sowie mit einer KSS-Versorgungseinheit (9), die seitlich zu den Eintrittsöffnungen (3) angeordnet ist und über die der KSS in eine Anzahl m Eintrittsöffnungen (3), mit 1 ≤ m < n, zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) seitlich zu den n Eintrittsöffnungen (3) längs der Kreislinie (4) in nicht überlappender Form angeordnet sind, und dass die KSS-Versorgungseinheiten (9) jeweils ein kontrollierbares Mengendurchfluss begrenzendes Element (13) umfassen, das einen variabel vorgebbaren Mengendurchfluss des KSS ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) jeweils eine Kammer (12) besitzen, die der Werkzeugscheibe (1) zugewandt offen ausgebildet ist und in Projektion auf die Werkzeugscheibe (1) eine Öffnungsweite besitzt, die wenigstens eine Eintrittsöffnung (3) zumindest teilweise umfasst, und dass in die Kammer (12) eine Zuleitung (14) mündet, an der das Mengendurchfluss begrenzende Element (13) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) als separate Baueinheiten ausgebildet und in einem Abstand längs der Kreislinie (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) gegenüber der rotierenden Werkzeugscheibe (1) als stationäre Einheiten ausgebildet sind und mit der Werkzeugscheibenseite (6) jeweils in einem Gleit- oder Wälzkontakt stehen oder mit dieser einen mit KSS gefüllten Zwischenspalt einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengendurchfluss begrenzenden Elemente (13) über wenigstens ein Steuerelement (18) betätigbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Steuerelement (18) werkzeugscheibenseitig und/oder stationär vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) an der Werkzeugscheibe (1) fest angebracht sind, und dass die wenigstens zwei KSS-Versorgungseinheiten (9) über eine längs der Scheibenachse (5) angeordnete Fluid-Drehkupplung mit KSS versorgbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass maximal n KSS-Versorgungseinheiten (9) fest an der Werkzeugscheibe (1) längs der Kreislinie (4) angeordnet sind, so dass jeder KSS-Versorgungseinheit (9) wenigstens eine Eintrittsöffnung (3) zugeordnet ist, und dass jede KSS-Versorgungseinheit (9) ein Mengendurchfluss begrenzendes Element (13) besitzt, zu dessen Steuerung oder Betätigung ein stationäres Mittel angeordnet ist.
Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengendurchfluss begrenzende Element (13) ein betätigbares Ventil ist.