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1. Gebiet der Erfindung
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Dieser Erfindung betrifft das Zuführen von Kühlmittel zu einer Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung, und insbesondere das Zuführen von Kühlmittel bei Schleifvorgängen.
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2. Hintergrundinformation
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Es ist bekannt (siehe 1), eine Schleifmaschine mit einer Düse auszustatten, die eine oder mehrere Strahlen, Sprühstrahlen oder Ströme eines geeigneten flüssigen Kühlmittels auf die Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zur Materialentfernung, wie z. B. einer Drehschleifscheibe, abgeben kann. Die Düse kann auf die Kontaktstelle gerichtet oder gezielt werden und ist mit einer Kühlmittelquelle verbindbar, zum Beispiel über einen Schlauch. Ein solches Kühlen der Kontaktstelle zwischen einem Werkstück und einem Schleifwerkzeug beeinflusst in vorteilhafter Weise die Qualität des gefertigten Produktes. Das gilt besonders für eine moderne Schleifmaschine, wo von dem Werkzeug erwartet wird, dass es große Mengen an Material von einem Werkstück entfernt, wobei unangemessenes Kühlen die Oberflächenunversehrtheit des Werkstückmaterials schädigen kann.
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Des Weiteren ist aus
DE 41 29 492 A1 bekannt, eine Düse derart zu gestalten, dass sie angemessene Mengen an Kühlmittel der Kontaktstelle zwischen einer verhältnismäßig großen Werkstückoberfläche und einer geeignet profilierten Arbeitsoberfläche einer Drehschleifscheibe oder eines ähnlichen Werkzeuges in einer geeigneten Verteilung zuführen kann. Die Düse kann den Anforderungen bezüglich des Abgabe von angemessenen Mengen an Kühlmittel in einer optimalen Verteilung so lange genügen, wie das spezielle Schleifwerkzeug in der Maschine installiert bleibt und so lange, wie sich ein solches Werkzeug in dem Verfahren zum Entfernen von Material von einer speziellen Serie von Werkstücken befindet. Wenn das spezielle Schleifwerkzeug durch ein anderes Werkzeug mit einem sich unterscheidendem Profil ersetzt wird, oder wenn ein anderes Profil des gleichen Werkzeuges zur Materialentfernung in Kontakt mit einem Werkstück gebracht wird, kann die Düse nicht länger optimale Hitzeentnahme von dem Werkstück gewährleisten. Es ist daher im Allgemeinen notwendig, die Düse in einem zeitaufwendigen Arbeitsvorgang mit einer andersartigen Düse zu ersetzen, was zum Stillstand der Maschine für lange Zeiträume führen kann. Diese Situation wird verschlimmert, wenn mehrere verschiedene Profile eines bestimmten Werkstückes von einer Gruppe von verschiedenen Werkzeugen oder von zwei oder mehr Gruppen von verschiedenen Werkzeugen zu bearbeiten sind. Dies erfordert das Entfernen eines vorher benutzten Schleifwerkzeuges von der Maschine.
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Eine weitere Einflussgröße, die die Qualität der Werkstückkühlung beeinflusst, ist die Dispersion des auf das Werkstück zugeführten Kühlmittelstrahls. Es hat sich gezeigt, dass eine Dispersion nachteilig ist, weil sie dazu neigt, mitgerissene Luft zu vermehren, und Luft dazu neigt, etwas Kühlmittel von dem Schleifgebiet (d. h. der Schleifscheiben-/Werkstückgrenzfläche) auszuschließen. Dispersion neigt auch dazu, die Zielgenauigkeit des Kühlmittelstrahls zu verringern, wodurch das Fluid das Schleifgebiet verfehlen und/oder davon abprallen kann. Die Dispersion kann verringert werden, indem verhältnismäßig lange, gerade Abschnitte des Schlauches/der Rohrleitung direkt oberhalb der Düse benutzt werden. Dies ist jedoch in vielen Anwendungen auf Grund der Platzeinschränkungen vieler Schleifmaschinenanlagen unmöglich. In einem Versuch, diese Einschränkungen zu überwinden, wurden Verteilerkammern in Flussrichtung direkt oberhalb der Düse angeordnet. Die relativ große Querschnittfläche des Plenums sollte die Geschwindigkeit des Kühlmittels verringern und ihm erlauben, sich vor der Beschleunigung von der Düseausgangsöffnung zu stabilisieren, um die Kohärenz in den Anwendungen zu verbessern, in denen lange, gerade, in Flussrichtung obere Rohrabschnitte unmöglich sind. Die verhältnismäßig erhebliche Größe solcher Verteilerkammern macht es in vielen Anwendungen schwierig, sie nah genug an dem Schleifgebiet zu positionieren, um ein optimales Kühlen zur Verfügung zu stellen.
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Es wurde allgemeinen auch herausgefunden (
DE 2 322 403 ), dass die Qualität der Werkstückkühlung verbessert werden kann, indem die Geschwindigkeit des Kühlmittelstrahls an die der Schleifoberfläche der Schleifscheibe angepasst wird. Um eine Geschwindigkeitsanpassung zu erreichen, und um die Dispersion und die mitgerissene Luft zu minimieren, wurde allgemein herausgefunden, dass der Strahl das Schleifgebiet ab der Düse innerhalb von ungefähr 30,5 cm (12 Zoll) erreichen sollte.
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Aus
DE 89 15 689 U1 ist eine Weitstrahl-Düsenanordnung bekannt, die eine Verteilerkammer aufweist, an deren Stirnende eine Vielzahl von konisch zulaufenden Düsen angeordnet ist.
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In
DE 2 322 403 A wird eine Einrichtung zur Kühl- und Schmiermittelzufuhr beim Schleifen mit Doppelkegelscheiben offenbart, welche ausgangsseitig Düsenplatten mit unterschiedlicher Düsenkonfiguration aufweisen kann.
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Eine Kühlvorrichtung für eine Schleifmaschine ist auch aus
DE 41 29 402 A1 bekannt, die einen bewegbar angeordneten Düsenträger mit mehreren verschiedenen Düsenköpfen aufweist. Durch Drehen des Düsenträgers kann jeweils eine ausgewählte Düse oder Düsenanordnung zur Kontaktstelle von Schleifscheibe und zu bearbeitendem Werkstück ausgerichtet werden.
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Ein Vorrichtung zum Abgeben von flüssigem Kühlmittel ist in der
DE 28 04 982 C2 beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen Kopfbehälter, in den eine Düse mit einem Führungseinsatz eingesetzt ist.
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Es besteht Bedarf an einer verbesserten Kühlmitteldüse, die geeignet ist, kohärente Strahlen zur Verfügung zu stellen, und die auf einfache Weise anpassbar ist, um in einer Vielheit von Schleifanwendungen und Abständen von dem Schleifgebiet einen optimalen Kühlmittelfluss zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Düsenanordnung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Die Düsenanordnung umfasst eine Verteilerkammer, eine modulare Stirnplatte, die entfernbar an einer in Flussrichtung unteren Seite der Verteilerkammer befestigt ist, und wenigstens eine Düse für kohärente Strahlen, welche innerhalb der Stirnplatte angeordnet ist und zum Weiterleiten von Fluid durch die modulare Stirnplatte dient. Die Düse für kohärente Strahlen hat einen Proximalendabschnitt mit einer flussabwärts gerichteten Achse und in Querrichtung eine Abmessung D und weist weiterhin einen Distalendabschnitt auf, der in Flussabwärtsrichtung in der Querabmessung abnimmt und bei einem Auslass mit einem Durchmesser d endet, wobei das Verhältnis D:d mindestens 2:1 ist. Weiterhin umfasst die Düsenanordnung einen innerhalb der Verteilerkammer angeordneten Vorbehandlungsapparat mit einer Vielzahl von Löchern, wobei sich der Vorbehandlungsapparat quer zu einer flussabwärts führenden Richtung des Fluidflusses durch die Verteilerkammer erstreckt, und wobei der Vorbehandlungsapparat einen Umfang hat, der so dimensioniert und geformt ist, dass er zum inneren Querschnitt der Verteilerkammer zum Zwecke einer gleitenden Aufnahme passt, wobei der Vorbehandlungsapparat in einer gewünschten axialen Lage mittels eines Befestigungsmittels positioniert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Düsenanordnung gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt. Die Düsenanordnung umfasst eine Verteilerkammer, eine modulare Karte, die entfernbar an einem in Flussrichtung unteren Ende der Verteilerkammer befestigbar ist, wenigstens eine Düse für kohärente Strahlen, die innerhalb der Karte angeordnet ist, um Fluid von der Verteilerkammer dadurch zu befördern, eine Stirnplatte mit wenigstens einer Öffnung, wobei die Öffnung in axialer Ausrichtung mit der Düse anordenbar ist; und einen innerhalb der Verteilerkammer angeordneten Vorbehandlungsapparat mit einer Vielzahl von Löchern, wobei der Vorbehandlungsapparat sich quer zu einer flussabwärts führenden Richtung des Fluidflusses durch die Verteilerkammer erstreckt, und wobei der Vorbehandlungsapparat einen Umfang hat, der so dimensioniert und geformt ist, das er zum Innenraum der Verteilerkammer zum Zwecke einer gleitenden Aufnahme passt, wobei der Vorbehandlungsapparat in einer gewünschten axialen Lage mittels eines Befestigungsmittels positioniert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine hierin beschriebene Düsenanordnung zum Kühlen einer Schleifscheibe verwendet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Verteilerkammer einen nicht-kreisförmigen Querschnitt in Richtung quer zur Fluidflussabwärtsrichtung dadurch. Der innerhalb der Verteilerkammer angeordnete Vorbehandlungsapparat ist so dimensioniert und geformt ist, dass er im Wesentlichen mit dem Querschnitt übereinstimmt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat die Düsenanordnung eine Vielzahl von Düsen für kohärente Strahlen, die an einem unteren Ende der Verteilerkammer angeordnet sind.
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Wie weiter oben beschrieben, umfasst die Düsenanordnung in einem Aspekt der Erfindung eine Verteilerkammer, eine modulare Karte, die abnehmbar an eine in Flussrichtung untere Seite der Verteilerkammer befestigbar ist, wenigstens eine Düse für kohärente Strahlen, die innerhalb der Karte angeordnet ist, um Fluid von der Verteilerkammer dadurch zu leiten, und einen innerhalb der Verteilerkammer angeordneten Vorbehandlungsapparat.
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Die hierin beschriebenen Düsenanordnungen können zur Durchführung eines Verfahrens zum Abgeben eines kohärenten Strahles von Schleifkühlmittel an eine Schleifscheibe verwendet werden. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer gewünschten Durchflussgeschwindigkeit von Kühlmittel für einen Schleifvorgang, und das Erhalten einer Schleifscheibengeschwindigkeit an der Grenzfläche von einer Schleifscheibe und einem Werkstück. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Bestimmen des notwendigen Kühlmitteldruckes, um einen Kühlmittelstrahl mit einer Geschwindigkeit zu erzeugen, der mit der Geschwindigkeit der Schleifscheibe zusammenpasst, das Bestimmen einer Düsenabflussfläche, die geeignet ist, die Durchflussgeschwindigkeit bei dem Druck zu erreichen, und die Bestimmung einer Düsenkonfiguration.
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Die hierin beschriebenen Düsenanordnungen können Teil einer Schleifwerkzeugausrüstung sein, die eine Richtwalze umfasst, die dimensioniert und geformt sind, um einer Schleifscheibe ein Profil zu verleihen, und ein Richtmodul, das dimensioniert und geformt ist, um mit der Verteilerkammer verbunden zu werden. Das Richtmodul kann, wie oben beschrieben, eine Vielzahl von Richtdüsen für kohärente Strahlen umfassen, die dimensioniert und geformt sind, um Kühlmittel von der Verteilerkammer dem Richtgebiet der Schleifscheibe zuzuführen. Die Ausrüstung umfasst auch ein Schleifmodul, das dimensioniert und geformt ist, um mit einer anderen Verteilerkammer verbunden zu werden. Das Schleifmodul umfasst eine Vielzahl von Schleifdüsen für kohärente Strahlen, die dimensioniert und geformt sind, um ein Schleifgebiet der Schleifscheibe mit Kühlmittel von dem anderen Plenum zu versorgen.
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Die oben aufgeführten und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher ersichtlich, wobei:
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1 ist eine Seitenrissansicht einer Kühlmitteldüse nach dem Stand der Technik, die einen Kühlmittelsprühstrahl tangential auf einer drehenden Schleifscheibe führt;
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2 ist eine schematische Querschnittansicht einer Düse, die in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
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3 ist eine schematische, perspektivische Querschnittansicht einer weiteren Düse, die in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
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4A ist eine Draufsicht und 4B eine Seitenrissansicht einer Verteilerkammer, die in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
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5A ist eine Draufsicht und 5B eine Seitenrissansicht einer Ausgangsdüsenplatte, die zur Benutzung mit der Verteilerkammer von 4A und 4B in einer spezielle Anwendung konfiguriert ist;
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5C ist eine Ansicht ähnlich zu der aus 5A von einer weiteren Ausführungsform der Düsenplatte;
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6 ist eine Draufsicht eines Flussvorbehandlungsapparates, der zur Benutzung mit der Verteilerkammer von 4A und 4B konfiguriert ist;
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7A und 7B sind perspektivische Ansichten, von unterschiedlichen Seiten, einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7C ist eine Seitenrissansicht eines Bestandteils der Ausführungsform von den 7A und 7B; und
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8 ist eine graphische Darstellung der Testergebnisse, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kontrollgerät vergleichen.
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Die veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail beschrieben, wobei auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Figuren Bezug genommen wird. Zur Klarheit der Darstellung sind die gleichen Elemente, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, mit den gleichen Bezugsnummern versehen, und ähnliche Elemente, die in unterschiedlichen Ausführungsformen in den Zeichnungen gezeigt werden, sind mit ähnlichen Bezugsnummern versehen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit einer Reihe von modularen Düsenkonfigurationen zur Verfügung gestellt, um kohärente Kühlmittelstrahlen in einer gewissermaßen tangentialen Richtung (z. B. 1) bei vorbestimmter Temperatur, Geschwindigkeit, Durchflussgeschwindigkeit und vorbestimmten Druck einer Schleifscheibe in einem Schleifprozess zuzuführen, um thermischen Schaden in dem Teil, das geschliffen wird, zu minimieren, und zielen darauf ab, die Prozessökonomie zu verbessern, wie zum Beispiel durch höhere Produktivität, längere Scheibenlebenszeit und verminderte Abrichtanforderungen. Die Düsenausgangsöffnung wird so festgesetzt, dass ein optimaler Fluss und eine optimale Geschwindigkeit zur Verfügung gestellt wird, um den Schleifvorgang zu kühlen. Diese Ausführungsformen können in vorteilhafter Weise benutzt werden in Oberflächenpräzisions- und Außendurchmesserschleifverfahren, wie zum Beispiel Kriechgangschleifen, Nutenschleifen, spitzenloses Schleifen und Oberflächenschleifen, wie sie in verschiedenen Raumfahrt-, Automobil- und Werkzeugherstellungsanwendungen angewandt werden. Viele dieser Verfahren benutzen eine profilierte Schleifscheibe, um der Oberfläche des Werkstückes eine profilierte Form zu verleihen. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen können daher beim Schleifen wärmeempfindlicher Materialien, wie zum Beispiel Kriechfestigkeitslegierungen, in üblicher Weise in der Gasturbinenherstellung benutzt, und gehärtetem Stahl, vorteilhaft sein. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen solche kohärente Strahlen durch die Benutzung von speziellen internen Düsengeometrien und Flussvorbehandlungsapparten zur Verfügung, und durch das Zurverfügungstellen einer Anordnung von modularisierten Düsen, um das Profil, das dem Werkstück gegeben wird, entsprechend anzupassen. Weitere Aspekte dieser Ausführungsformen enthalten spezielle mit der Düsengeometrie zusammenhängende Durchflussgeschwindigkeits- und Druckbereiche. Verschiedene vorbestimmte Düsengeometrien werden innerhalb einer modularen Schlüsselkarte angeordnet, die für eine einfache Austauschbarkeit entfernbar an ein Kühlmittelsystem angeschlossen ist.
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Wenn in dieser Schrift der Ausdruck „kohärenter Strahl” benutzt wird, ist damit ein Sprühstrahl gemeint, der von dem Düsenausgang ab über eine Entfernung von ungefähr 30,5 cm (12 Zoll) in der Breite (z. B. dem Durchmesser) nicht mehr als auf das Vierfache anwächst. Wenn hierin der Ausdruck „axial” in Verbindung mit einem Bestandteil benutzt wird, bezieht er sich, sofern es nicht anders definiert wird, auf die Richtung relativ zu dem Bestandteil, die im Wesentlichen parallel zur Flussrichtung dadurch ist, wie zum Beispiel Achse 23 der in 2 gezeigten Düse 22. Der Ausdruck „quer” bezieht sich auf die Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zur axialen Richtung ist. Der Ausdruck „transversaler Querschnitt” bezieht sich auf einen Querschnitt entlang einer Ebene, die im wesentlichen orthogonal zu der axialen Richtung ist.
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Die vorliegende Erfindung kann gewissermaßen mit jeder Schleifmaschine benutzt werden, vorausgesetzt, dass der angelegte Druck, um Kühlmittel durch die Düse abzugeben, so eingestellt werden kann, dass die gewünschten, hierin gelehrten Werte erreicht werden. In vorteilhafter Weise kann durch verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Zeit gespart werden, die für den Aufbau benötigt wird, um die Schleifmaschine, die Schleifscheibe, das Werkstück, die Abrichtscheibe und das Kühlmittel zur Durchführung eines Schleifvorgangs zu justieren, und weiterhin kann eine Verminderung von Werkstückverbrennungen, eine Verbesserung in der Stückqualität und eine Verlängerung der Schleifscheibenlebenszeit durch eine verbesserte Leistung der Abrichtscheiben erreicht werden.
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Mögliche Vorteile verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen, dass die Düsenanordnung weiter entfernt von dem Schleifgebiet positioniert werden kann (d. h. weiter als 30.5 cm bzw. 12 Zoll), um eine mechanische Behinderung mit dem Werkstück und der Befestigung zu vermindern. Einige Ausführungsformen gestatten es, dass die Schleifscheibe seltener abgerichtet werden muss, oder in geringeren Mengen, als solche, die konventionelle Kühlmitteleinrichtungen benutzen, dass die Schleifscheibenlebenszeit erhöht wird und/oder dass dank seltenerem Scheibenwechsel weniger Stillstandzeit verursacht wird. Eine verbesserte Kühlmittelzuführung neigt dazu, zu geringeren thermischen Schaden am Werkstück zu führen, und/oder kann zu einer höheren Ausbeute führen als sie bei Benutzung konventioneller Kühlvorrichtung erreichbar wäre. Erfindungsgemäße Ausführungsformen neigen auch dazu, die mitgerissene Luft im Kühlmittelsprühstrahl zu reduzieren, um die Schaumbildung zu vermindern, wenn wasserbasierte Kühlmittel benutzt werden. Die relativ geringe Dispersion des in diesen Ausführungsformen erzeugten Kühlmittelsprühstrahls neigt dazu, das Kühlmittel für eine verbesserte Benutzung des zugeführten Flusses besser auf das Schleifgebiet zu zielen. Diese verbesserte Dispersion reduziert im Allgemeinen auch das Vernebeln des zerstäubten Kühlmittelstrahles. Darüber hinaus umfassen diese Ausführungsformen modulare Düsen, die schnell gewechselt werden können, um die Stillstandzeit der Schleifmaschinen während des Wechselns zu reduzieren.
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Mit Bezug auf die 2–8 wird die vorliegende Erfindung nun genauer beschrieben. In 2 ist eine beispielhafte Düse 20 für kohärente Strahle gezeigt, die nützlich in der vorliegenden Erfindung ist. Die Düse 20 weist eine Geometrie auf, die eine zylindrische Basis 22 umfasst, die eine Achse 23 und einen Durchmesser D hat. Basis 22 geht über in (d. h. fügt sich zusammen mit) einen gerundeten Mittelabschnitt 24, der einen Radius von 1,5 D und eine axiale Länge von 3/4 D hat. Der Mittelabschnitt geht in ein kegelförmiges Distalende 26 über, das zu einem Winkel von 30° zur Achse 23 angeordnet ist, und das einen Auslass mit Durchmesser d hat. Die Düse 20 weist ein Verhältnis (d. h., ein „Verengungsverhältnis”) D:d von mindestens 2:1 auf. Diese Düsen 20 können für die meisten Schleifanwendungen einen Ausgangsdurchmesser von 1 mm (0,040 Zoll) bis 2,5 cm (1 Zoll) aufweisen. Bei einem gegebenen Fluiddruck wächst die Durchflussgeschwindigkeit mit dem Quadrat der Durchmesservergrößerung, was zu einer verhältnismäßig hohen Gesamtdurchflussgeschwindigkeit führt, was eine rechteckige Düse 20' (unten beschrieben) in einigen Anwendungen wünschenswerter macht. Eine Vielzahl von Düsen 20 kann nahe zusammen angeordnet werden, um eine verhältnismäßig große Schleifbreite zu kühlen, wie weiter unten noch beschrieben wird.
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Eine weitere, zur Benutzung in der vorliegenden Erfindung geeignete Düse für kohärente Strahlen ist die in 3 gezeigte Düse 20'. Düse 20' weist einen Längsquerschnitt auf, der gewissermaßen identisch zu dem der runden Düse 20 ist. Düse 20' weist jedoch in Querrichtung eine rechteckige, anstatt einer runden, Querschnittsgeometrie auf. Daher hat die Düse 20' einen durch die Höhe h (der dem Durchmesser d der Düse 20 entspricht) und einer Breite w definierten Ausgang. Düsen 20' können wirkungsvoll in Anwendungen benutzt werden, in denen das Schleifgebiet oder der Schnitt eine Breite von 1,3 cm (0,5 Zoll) und mehr aufweist (d. h., Abmessung des Schleifgebietes parallel zur Rotationsachse der Schleifscheibe).
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In den 4–6 ist eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in den 4A und 4B gezeigt, ist eine Verteilerkammer 30, die als Verteilerkammermittel dient, so konfiguriert, dass sie am Kammereinlass 34 an das abschließende (d. h. das in Flussrichtung untere) Ende eines konventionellen Kühlmittelversorgungsrohres 32 angeschlossen ist. Eine in Flussrichtung untere Seite 36 der Kammer wird mit einer Düsenplatte 38 (5A, 5B und 5C), die in abdichtendem Kontakt damit steht, geschlossen. Die Verteilerkammer weist in Querrichtung eine in Relation zu der des Rohres 32 verhältnismäßig große Querschnittsfläche auf. Diese große Fläche dient dazu, die Geschwindigkeit des Kühlmittels, das durch den Einlass 32 hineinkommt, zu vermindern und ermöglicht es dem Kühlmittel, sich vor dem Verlassen der Kammer zumindest teilweise zu stabilisieren. Kammer 30 kann im Wesentlichen jede Geometrie aufweisen, die geeignet ist, diese große Querschnittsfläche zur Verfügung zu stellen. In der gezeigten Ausführungsform ist die Kammer 30 hauptsächlich geradlinig mit einer inneren Länge L und einer Querschnittsfläche, die durch die innere Höhe H und Breite W definiert ist. Die Höhe H und die Breite W können auf Basis der Größe der Schleifscheibe, die in der entsprechenden Anwendung benutzt wird, bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Breite W ungefähr gleich sein wie die Breite des Scheifgebietes/-schnittes, wobei die Höhe H der Kammer ausreichend groß sein sollte, um genügend Düsen 20, 20' Raum zu bieten, um zum Profil, das geschliffen wird, zu passen. Diese Abmessungen werden weiter unten noch detaillierter besprochen, d. h. mit Bezug auf die Ausführungsform von 7. Die Länge L ist typischerweise mindestens ungefähr gleich wie die größere der beiden Größen W oder H, kann aber auch größer sein, ohne dabei das Leistungsverhalten der vorliegenden Erfindung nachteilig zu beeinflussen.
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Kammer 30 umfasst auch einen Flussvorbehandlungsapparat 40, der sich darin quer erstreckt. Der Vorbehandlungsapparat 40 wird weiter unten mit Bezug auf 6 noch detaillierter besprochen.
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Der Fachmann wird erkennen, dass die typischerweise in Schleifvorrichtungen benutzten Rohrleitungen 32 zur Kühlmittelversorgung im Allgemeinen mit einem Durchmesser/einer Querschnittsfläche gewählt werden, der/die so klein wie möglich ist, basierend sowohl auf den Anforderungen an die Kühlmitteldurchflussgeschwindigkeit in einer speziellen Schleifanwendung als auch der Kapazität der Kühlmittelversorgungspumpe.
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Wie in den 5A, 5B und 5C gezeigt, wird die Düsenplatte 38 so konfiguriert, dass sie entfernbar an die Kammer 30 befestigt werden kann (d. h., mit Verbindungselementen mit Gewinde, die durch die Bolzenlöcher 41 ragen). Die Platte 38 umfasst auch eine Vielzahl von Düsen 20, 20', die darin in einer vorbestimmten Anordnung angeordnet werden. Dieser Aufbau ermöglicht die Bereitstellung von verschiedenen Platten 38 mit verschiedenen Düsenkonfigurationen 20, 20', die einfach ausgetauscht werden können (d. h. durch das Entfernen der Verbindungselemente mit Gewinde), mit einer gemeinsamen Verteilerkammer 30, um als modulare Mittel zur Anpassung an verschiedene Schleifvorgänge zu dienen.
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Zum Beispiel, in der Ausführungsform von 5A, umfasst die Düsenplatte 38 vier miteinander eng in Verbindung stehende Düsen 20. Alternativ hierzu können in einer Abwandlung dieser Ausführungsform rechteckige Düsen 20' (3) anstatt mehrerer runder Düsen 20 in Platte 38 angeordnet sein, wie in 5C gezeigt. Bezugnehmend auf 5B, können die Düsen 20, 20' in diesen und anderen, weiter unten besprochenen Ausführungsformen, so nahe angeordnet sein, wie es machbar ist, ohne dass sie sich gegenseitig behindern. Zum Beispiel können die Düsen 20 so angeordnet sein, dass sich die Durchmesser D benachbarter Düsen berühren oder sich sogar überschneiden, wie in 7C gezeigt.
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Düsen 20, 20' können unter Benutzung jeglicher Anzahl von wohlbekannten Techniken gefertigt werden, wie zum Beispiel spanende oder spanabhebende Formgebung, Gießen oder spanlose Formgebung. Zum Beispiel können die Düsen 20 in angenehmer Weise mit einem speziell geformten Rändelwerkzeug gefertigt werden.
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In 6 erstreckt sich der Flussvorbehandlungsapparat 40 quer innerhalb der wie in 4B gezeigten Verteilerkammer 30, wobei er einen Umfang hat, der so dimensioniert und geformt ist, dass er zum inneren, im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt der Kammer 30 zum Zwecke einer gleitenden Aufnahme passt. Der Vorbehandlungsapparat kann im Wesentlichen überall innerhalb der Kammer 30 angeordnet werden, obwohl er in vielen Anwendungen in optimaler Weise in der in Flussrichtung unteren Hälfte davon angeordnet wird, wie in 4B gezeigt. Herkömmliche Zahnungen, Feststellvorrichtungen oder andere Mittel (nicht gezeigt) können auf oder in der Umgebung des Vorbehandlungsapparats 40 angeordnet werden, um den Vorbehandlungsapparat in einer gewünschten axialen Stelle innerhalb der Kammer 30 zu positionieren. Wie in 6 gesehen werden kann, umfasst der Vorbehandlungsapparat eine Anordnung von durchführenden Löchern 42, die sich gleichmäßig entlang der nahezu gesamten Oberfläche davon erstrecken. Die Löcher können, je nach Schleifanwendung, eine Reihe von Durchmessern aufweisen. Während im Wesentlichen jeglicher Größendurchmesser benutzt werden kann, kann der Bereich von 0,16 cm bis 0,64 cm (0,064 Zoll bis 0,25 Zoll) in einer Vielfalt von Anwendung hilfreich sein. In einer typischen Ausführungsform weist ein 5 cm × 10 cm × 0,6 cm (2 Zoll × 4 Zoll × 0,25 Zoll) großer Vorbehandlungsapparat 40 eine Anordnung von 42 durchführenden Löchern 42 mit einem Durchmesser von 0,32 cm (0,125 Zoll) auf, die 0,48 cm (0,19 Zoll) voneinander beabstandet sind (von Rand zu Rand). Der Vorbehandlungsapparat 40 dient folglich als ein Mittel zur Behandlung von innerhalb der Verteilerkammer vorhandenem Fluid.
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Der Flussvorbehandlungsapparat 40 von entsprechenden Abmessungen, wie sie hier besprochen sind, kann benutzt werden, um den Fluss durch eine rechteckige Kammer 30 oberhalb von entweder der runden Düse 20 oder einer rechteckigen Düse 20' zu behandeln. Mit den vorherigen Ausführungsformen konnte in einer Entfernung von mehr als 30.5 cm (12 Zoll) von den Düsen 20, 20' ein kohärenter Strahl geliefert werden. Diese Düsenanordnungen sind daher in der Lage, die Kühlanforderungen in vielen verschiedenen Schleifanwendungen zu erfüllen, wobei sie weiter weg von der Schleifscheiben-/Werkstückgrenzfläche angeordnet werden können als ähnliche Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik.
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Darüber hinaus, obwohl Kammer 30 und Vorbehandlungsapparat 40 mit rechteckigen Querabmessungen gezeigt und beschrieben werden, können sie auch in verschiedenartigen Ausführungsformen in anderen Formen gestaltet sein, z. B. in kreisförmigen oder nicht-kreisförmigen Geometrien, wie z. B. ovalen, pentagonalen oder anderen polygonalen Formen. Wie in 7 gezeigt, umfassen andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine programmierbare Stirnplatte 38', die auf der in Flussrichtung unteren Seite der Verteilerkammer 30 angeordnet ist. Die programmierbare Stirnplatte 38' kann als eine Alternative zum Austauschen der Frontplatte 38 benutzt werden, um eine Anpassung an verschiedene Schleifvorgänge vorzunehmen. Wie gezeigt, umfasst die Stirnplatte 38' eine gleichmäßige Anordnung von durchführenden Löchern 42, die sich nahezu über die gesamte Oberfläche davon erstrecken. Platte 38' definiert auch eine Aussparung 44, die so dimensioniert und geformt ist, um eine im Wesentlichen plane modulare Karte 46 gleitend aufnehmen zu können. Wie gezeigt, kann die Karte in Querrichtung in die Aussparung 44 eingeführt werden. Ist die Karte 46 einmal aufgenommen, erstreckt sie sich quer am in Flussrichtung unteren Ende der Kammer 30 in Superposition mit der Platte 38'. Wie in 7C gezeigt, umfasst die Karte 46 eine oder mehr einzelne Düsen 20 (oder 20', nicht gezeigt), die so positioniert sind, dass sie bei vollständig eingeführter, überlagerter Ausrichtung in axialer Richtung mit den entsprechenden durchführenden Löchern 42 abgestimmt sind. Auf diese Weise deckt die Karte 46 auf effektive Weise die Löcher 42 ab, die nicht für einen speziellen Schleifvorgang benötigt werden. Wie ebenfalls gezeigt, kann die Karte 46 und Platte 38' eine Feststellvorrichtung, Anschlag oder eine Struktur, wie zum Beispiel von Kopf 50 zur Verfügung gestellt, umfassen, die wirkungsvoll eine weitere Einführung der Karte verhindert, wenn einmal ein gewünschter Punkt vollständiger Einführung erreicht ist.
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In vorteilhafterweise kann ein Laserpointer oder ein anderes geeignetes Zeigegerät von der Platte 38' in Richtung des Profils der Schleifscheibe projizieren, um zu identifizieren, welche der Löcher 42 für einen gegebenen Schleifvorgang auszuwählen sind. Eine Karte 46 mit den entsprechenden Düsen 20, 20' kann dann geformt werden. Auf diese Weise kann eine einzelne Karte für jedes Profil, das geschliffen wird, zur Verfügung gestellt werden. In vorteilhafterweise kann die Kühlmitteldüsenkonfiguration an vielfältige, verschiedene Schleifvorgänge angepasst werden, indem einfach die Karten 46 innerhalb der Platte 38' ausgetauscht werden (d. h. ohne die Notwendigkeit, andere Kühlsystemkomponenten wie zum Beispiel die Verteilerkammer 30 oder die Rohrleitung etc. wechseln zu müssen). Folglich vereinfacht dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung den schnellen und leicht wiederholbaren Aufbau der Kühlmitteldüsen für jeden Schleifvorgang, was daher besonders für kleine Produktionsmengen geeignet ist.
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In einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann die Stirnplatte 38' mit einem offenen Stirnteil 48 hergestellt werden, wie es in Phantomdarstellung in 7A gezeigt ist. Dieses offene Teil 48 kann demnach einige oder alle Löcher 42 ersetzen, wobei es noch immer die Karte 46 in einem überlagertem Eingriff, wie oben beschrieben, stützt und hält. Das offene-Ende Design erlaubt, dass Düsen 20, 20' von verschiedener Größe und Art innerhalb einer bestimmten Karte 46 angeordnet werden können, um in vorteilhafter Weise eine größere Flexibilität in der Form und der Konzentration des Sprühstrahles zuzulassen. Zum Beispiel können Düsen unterschiedlicher Größe und Form (z. B. Düsen von sowohl runden wie rechteckigen Umrisses) benutzt werden, und können an anderen Stellen innerhalb der Karte 46 angeordnet werden, als denen, die durch die Anordnung von Löchern 42 bestimmt sind. Der Fachmann wird erkennen, dass die Größe des offenen Teils 48 zusammen mit der Größe (einschließlich Dicke) der Karte 46 bestimmt werden kann, so dass die Karte 46 in der Lage ist, der durch den Fluiddruck innerhalb der Kammer erzeugten Kraft standzuhalten.
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Wie hierin beschrieben, dienen die Platten 38 und 38' also als Mittel zum entfernbaren Befestigen einer Vielzahl von Düsen für kohärente Strahlen an eine in Flussrichtung untere Seite besagter Verteilerkammer. Darüber hinaus, auch wenn Platte 38' so beschrieben wurde, dass sie Bohrungen 42 aufweist, und die Karten 46 die Düsen 20, 20', sollte der Fachmann erkennen, dass die Bohrungen und die Düsen umgekehrt angeordnet werden können ohne dabei von der Idee und dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Platte 38' eine Anordnung von Düsen aufweisen, während die Karte ein gewünschtes Muster von Bohrungen aufweist. Während der Benutzung würde die Karte nach Einführung einige der Düsen wirksam schließen und nur die öffnen, die benötigt werden, um ein gewünschtes Sprühstrahlmuster zu erzeugen.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen können die einer einzelnen Verteilerkammer zugeordneten Düsen 20, 20' angeordnet sein, um ein Profil zu bilden. Diese Düsen können von gleicher Größe (d. h. Durchmesser) oder von unterschiedlicher Größe sein (in der Ausführungsform gemäß 7A wird der Fachmann erkennen, dass die maximale Größe der Düsen 20, 20' durch die Größe der Bohrungen 42 begrenzt ist, sofern nicht eine Öffnung 48 benutzt wird). Vorteilhafter Weise erlaubt der Gebrauch von Düsen verschiedener Größe in der selben Verteilerkammer 30, dass Bereiche des Schleifgebietes von höherer Energie (z. B. Ränder und dünne Abschnitte) mehr gekühlt werden als Bereiche von geringer Energie (z. B. Oberflächen, die flachparallel zur Scheibenachse sind).
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Wie oben erwähnt können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen für jegliche Schleifanwendung benutzt werden, wie zum Beispiel Kriechgangschleifen, Oberflächenschleifen, Schlitzen, Rundschleifen. In den Fällen von inwendigem und flachem Schleifen, kann der Strahl, wenn gewünscht, auf das Schleifgebiet in einem Winkel zur Oberfläche gesteuert werden, die geschliffen wird.
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Darüber hinaus, auch wenn die Düsenanordnungen der vorliegenden Erfindung zum Kühlen eines Schleifgebietes in einem Schleifvorgang gezeigt und beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass Ausführungsformen der Erfindung in ähnlicher Weise benutzt werden können, um Kühlmittel einem Abrichtgebiet in einem herkömmlichen Abrichtvorgang zuzuführen, ohne dabei von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das „Abrichtgebiet” bezieht sich auf die Grenzfläche zwischen der Schleifscheibe und einem herkömmlichen Richtwerkzeug, wie es in herkömmlichen Schleifscheibenabrichtvorgängen benutzt wird.
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In knappen Worten betrifft Abrichten im Allgemeinen das Anwenden von einem gewünschten Profil auf eine Schleifscheibe, indem auf die Schleifoberfläche der Rotationsscheibe mit einem Diamantschlag- bzw. -vorschubabrichtgerät oder mit einer Rotationsdiamantrichtvorrichtung eingewirkt wird. Da sich das Abrichtgebiet von dem Schleifgebiet unterscheidet (z. B. typischerweise auf der dem Schleifgebiet gegenüberliegenden Scheibenseite), wird eine gesonderte Düse(n) benutzt. Wenn tiefe und/oder ansonsten komplexe Scheibenprofile durch einen solchen Abricht-/Richtvorgang geformt werden sollen, ist es üblich, dass eine gerade Kühlmitteldüse als eine Annäherung des tatsächlich gewünschten Profiles benutzt wird. Ungünstiger Weise kann dies in Bereichen des Abrichtgebietes zu einer ungenügenden Kühlmittelanwendung führen, und kann übermäßige Abrichter-/Richterabnutzung verursachen, besonders, wenn die Scheibe gesintertes Sol-Gel-Keramik-Aluminiumoxidschleifmittel umfasst. Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können jedoch, wie hier beschrieben, benutzt werden, um eine Düsenanordnung zur Verfügung zu stellen, die das gewünschte Profil (z. B. durch den Gebrauch einer Anpassanordnung von Düsen 20, 20' in einer Platte 38 oder Karte 46) in dem Abrichtgebiet anpasst, die aber dimensioniert ist, um eine geringere, für Abrichtvorgänge geeignete Durchflussgeschwindigkeit bereitzustellen (Aus Bequemlichkeit soll sich der Begriff „Modul” im Folgenden entweder auf Platte 38 oder Karte 46 beziehen). Zum Beispiel kann eine Verteilerkammer 30 (z. B. mit einer Platte 38') sowohl am Schleifgebiet, als auch am Abrichtgebiet zur Verfügung gestellt werden. Eine Einrichtung kann dann zur Verfügung gestellt werden, die ein erstes Modul (z. B. eine Karte 46) mit einem Muster von Düsen oder Bohrungen umfasst, die vorkonfiguriert sind, um ein gewünschtes Flussmuster einem Schleifgebiet zuzuführen; ein weiteres Modul (z. B. Karte 46) mit einem Muster von Düsen und Bohrungen, die vorkonfiguriert sind, um ein gewünschtes Flussmuster dem Abrichtgebiet zuzuführen; und optional eine Richtwalze, die konfiguriert ist, um einer Schleifscheibe ein bestimmtes gewünschtes Profil (das dem Muster der Karten entspricht) zu verleihen. Der Gebrauch der Module ermöglicht es, dass der Kühlmitteldüsenaufbau sowohl an das Schleifgebiet als auch an das Abrichtgebiet an vielfältige, verschiedene Schleifvorgänge angepasst werden kann, indem die Module einfach z. B. durch das Anordnen der Karten 46 oder Platten 38 an ihre jeweiligen Verteilerkammern, und optional, durch das Installieren der Richtwalze installiert werden.
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Auch wenn die vorangegangene Diskussion mit einer einzelnen Verteilerkammer verbundene Düsenanordnungen beschreibt, sollte erkannt werden, dass eine einzelne Verteilerkammer partitioniert oder ansonsten in zwei oder mehr Unterkammern aufgeteilt werden kann, ohne dabei von der Idee und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann eine Verteilerkammer in zwei parallele, Seite an Seite angeordnete Teile aufgeteilt werden, die je nach der Konfiguration der hieran in einer Karte 46 oder Platte 38 angeschlossenen Düsen einzeln geöffnet oder geschlossen werden können.
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Nach der Beschreibung zahlreicher erfindungsgemäßen Ausführungsformen, folgt nun eine Beschreibung deren Aufbaus und des Betriebes. Dieses Verfahren wird in Verbindung mit unten stehender Tabelle 1 beschrieben. Tabelle 1
| 100 Bestimme die gewünschte Kühlmitteldurchflussgeschwindigkeit |
| 102 Benutzen der Breite von dem Schleifgebiet, oder |
| 104 Benutzen der verbrauchten Leistung während dem Schleifen |
| 106 Bestimme die Scheibengeschwindigkeit am Schleifgebiet (z. B. empirisch) |
| 108 Bestimme den benötigten Druck, um eine Kühlmittstrahlgeschwindigkeit zu erzeugen, die ungefähr zur Scheibengeschwindigkeit passt. |
| 110 Bestimme die gesamte Fläche des Düsenauslasses, um die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit bei einem bestimmten Druck zu erhalten. |
| 112 Bestimme die Konfiguration der Düse(n) |
| 114 Anzahl und Abstand von runden Düsen |
| 116 Rechteckige Düse |
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Die Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmittels, das dem Schleifgebiet zugeführt wird, kann bestimmt werden 100 entweder mit Hilfe der Breite des Schleifgebietes 102, oder mit Hilfe der beim Schleifprozess verbrauchten Leistung 104. Zum Beispiel sind 4 Liter pro Minute pro mm Breite des Schleifscheibenkontaktes (25 GPM pro Zoll) im Allgemeinen wirkungsvoll in vielen Schleifanwendungen. Alternativ dazu kann ein leistungsbasiertes Model von 8–10 Litern pro min pro KW (1,5 bis 2 GPM pro Spindelpferdestärken) in vielen Anwendungen genauer sein, da es sich auf die Härte des Schleifvorgangs bezieht.
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Wie oben besprochen, kann der Kühlmittelstrahl in optimaler Weise so eingestellt werden, dass er das Schleifgebiet mit einer Geschwindigkeit erreicht, die annähernd gleich zu der der Schleifscheibe an der Schleifoberfläche ist. Diese Schleifscheibengeschwindigkeit kann empirisch bestimmt werden 106, d. h. durch direkte Messung, oder durch eine einfache Berechnung, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe und der Scheibendurchmesser benutzt werden.
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Der benötigte Druck, um einen Strahl bekannter Geschwindigkeit zu erzeugen, kann mit Hilfe einer Näherung der Bernoulli'schen Gleichung, gezeigt in Gleichung (1), bestimmt werden
108: Gl. 1:
wobei SG = volumenbezogene Masse des Kühlmittels und v
j = Geschwindigkeit des Kühlmittels in Metern/Sekunde oder Oberflächenfuss/Minute (sfpm; d. h. die in
106 bestimmte Scheibengeschwindigkeit) ist.
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Mit Hilfe von unten stehender Tabelle 2, kann die Gesamtfläche des Auslasses der Düse(n) bestimmt werden
110, wobei die unter
100 und
108 bestimmte Durchflussgeschwindigkeit und der unter
100 und
108 bestimmte Druck benutzt wird. Wie gezeigt ist Tabelle 2 ein Beispiel (in englischer und metrischer Version) einer Optimierungstabelle, die Druck und Kühlmittelstrahlgeschwindigkeit zur Größe der Ausgangsöffnung auf Basis von entweder dem Ausgangsdurchmesser d einer einzelnen runden Düse
20, oder der kombinierten Ausgangsfläche einer rechteckigen Düse
20' oder einer Anordnung von Düsen, in Beziehung setzt. Tabelle 2 (englisch)
Tabelle 2 (metrisch)
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Mit Kenntnis der genauen Auslassfläche der Düse(n) kann die Konfiguration der Düse(n) bestimmt werden 112. Zum Beispiel kann eine einfache runde Düse 20 oder eine rechteckige Düse 20' benutzt werden 116, oder eine Anordnung/Rastermuster von Düsen 20 kann benutzt werden 114.
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Wenn ein Rastermuster von Düsen 20 benutzt wird, kann die Kühlmitteldurchflussgeschwindigkeit von einem solchem Rastermuster als eine Funktion des Ausgangsdurchmessers d und geradlinigem Abstand der Düsen beschrieben werden (der Ausdruck „linearer Abstand” bezieht sich, so wie er hier benutzt wird, auf die Entfernung zwischen den Mittelachsen benachbarter Düsen 20). Zum Zwecke der folgenden Berechnungen wird angenommen, dass die Düsen 20 eng beisammen angeordnet sind, d. h., benachbarte Düsen werden so angeordnet, dass eine Entfernung von weniger als ungefähr ¼ D ihre äußeren Durchmesser D trennt, wie es zum Beispiel in 5B gezeigt ist. Wahlweise können die Durchmesser D sich überschneiden, wie in 7C gezeigt.
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Die Durchflussgeschwindigkeiten für ein Rastermuster von Y Düsen mit einem äußeren Durchmesser D (und demnach einem Abstand von D) und einen Auslass-/Ausgangsdurchmesser d können mit Hilfe von Gleichung 2 bestimmt werden. (In vielen Anwendungen wird ein angemessen kohärenter Strahl geformt, indem ein Wert von d benutzt wird, der geringer oder gleich ungefähr ½ D ist). Zum Beispiel: In einem Schleifvorgang, in dem die Schleifscheibe eine Oberflächengeschwindigkeit (v
s) in dem Schleifgebiet von 30 m/s hat, und ein Plenumdruck von 4,5 bar benutzt wird, können die Durchflussgeschwindigkeiten für eine Vielzahl von Düsen mit einem äußeren Durchmesser D von 6 mm (und demnach einem Abstand von 6 mm) und d von 3 mm wie folgt bestimmt werden: Gl. 2:
wobei C
d = Schüttkoeffizient der Düse, der ungefähr 0,9 für die hierin beschriebenen Düsen
20,
20' ist.
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Daher, ist die spezifische Durchflussgeschwindigkeit Q' = 1,9 l/min bei 30 m/s, ungeachtet der Anzahl der Düsen.
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Die Ergebnisse der spezifischen Durchflussgeschwindigkeit nach Gleichung 2 für vier einzelne Düsenabstände (d. h. Durchmesser D) sind für verschiedene Kühlmittelstrahlgeschwindigkeiten unten in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
| Abstand (und D) (mm) | 20 m/s | 30 m/s | 40 m/s | 50 m/s | 60 m/s |
| Q'f = | Q'f = | Q'f = | Q'f = | Q'f = |
| 6 | 1.3 | 1.9 | 2.5 | 3.2 | 3.8 |
| 10 | 2.1 | 3.2 | 4.2 | 5.3 | 6.4 |
| 12 | 2.6 | 3.8 | 5.1 | 6.4 | 7.6 |
| 15 | 3.2 | 4.8 | 6.4 | 8.0 | 9.5 |
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Wenn die an der Schleifmaschine angebrachte Pumpe nicht in der Lage ist, einen ausreichenden Druck bereitzustellen, um die Strahlgeschwindigkeit an die Scheibengeschwindigkeit anzupassen, dann können die Öffnungen der Düse(n) so gemacht werden (z. B. mit Hilfe von Tabelle 1), dass die benötigte Durchflussgeschwindigkeit bei diesem geringeren Druck bereitgestellt wird.
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Die folgenden veranschaulichenden Beispiele sollen bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung zeigen. Es versteht sich, dass diese Beispiele nicht beschränkend auszulegen sind.
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Beispiel 1 (Kontrolle):
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Gasturbinenbestandteile wurden an zwei Stellen geschliffen (Schnitt A und Schnitt B), wobei eine herkömmliche Schleifmaschine benutzt wurde, ausgestattet mit einer 100 mm breiten Kühlmitteldüse mit einer spitz zulaufenden Ausgangshöhe h, die zwischen 0,75 mm und 1,5 mm variiert, und versorgt von einem herkömmlichen 25 mm vertikalen Rohr mit einem Kniestück in Flussrichtung oberhalb der Düse. Die Kühlmittelpumpe wurde mit 400 Litern/min bei 8 bar betrieben. Zusätzliche Schleifparameter waren:
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Schnitt A:
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- – Schleifbreite von 17 mm;
- – Tischgeschwindigkeit von 800 mm/min;
- – Schnitttiefe 0,5 mm;
- – Scheibengeschwindigkeit v von 30 m/s;
- – Gesamte Entfernungsrate von 113 mm3/s;
- – Düse hatte eine Ausgangsfläche von 26 mm2, genau entsprechend der Breite des Schleifgebietes (Die zusätzliche Breite der Düse erzeugte vergeudeten Fluss).
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Schnitt B:
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- – Schleifbreite von 5 mm;
- – Tischgeschwindigkeit von 1000 mm/min;
- – Schnitttiefe 0,5 mm;
- – Scheibengeschwindigkeit v von 30 m/s;
- – Gesamte Entfernungsrate von 42 mm3/s; und
- – Düse hatte eine Ausgangsfläche von 4 mm2, entsprechend der Breite des Schleifgebietes (Die zusätzliche Breite der Düse erzeugte vergeudeten Fluss).
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Beispiel 2:
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Die Parameter waren im Wesentlichen identisch zu denen aus Beispiel 1, außer dass die Düsen aus Beispiel 1 durch zwei kohärente Düsen 20 ersetzt wurden, wobei jede am Ende eines verhältnismäßig langen (größer als 30,5 cm oder 12 Zoll) und geraden, 2,5 cm Durchmesser (1 Zoll) Kühlmittelzuführungsschlauch angeordnet wurde. Die Düsen 20 wurden auf das Schleifgebiet gerichtet von einer Stelle, die entfernter von dem Schleifgebiet ist, als bei den Düsen aus Beispiel 1. Die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit für Schnitt A wurde mit Hilfe der obigen Tabellen auf 136 Liter/Minute festgelegt, darauf fußend, sie der Scheibengeschwindigkeit bei 5 bar Druck anzupassen. Die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit für Schnitt B wurde in ähnlicher Weise auf 49 Liter/Minute festgelegt. Auf Basis der Durchflussgeschwindigkeit hatte die Düse 20, die für Schnitt A gewählt wurde, einen Durchmesser d von 10 mm, resultierend in einer Ausgangsfläche von 79 mm2. Die Düse 20, die für Schnitt B gewählt wurde, hatte einen Durchmesser d von 6 mm, resultierend in einer Ausgangsfläche von 28 mm2.
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Die Schleifscheibe in diesem Beispiel 2 benötigte ungefähr 50% weniger Abrichten als die Schleifscheibe von Beispiel 1, resultierend in einer entsprechenden Steigerung in der nutzbaren Lebenszeit der Schleifscheibe, reduzierter Zykluszeit, und minimalen verschwendetem Kühlmittelfluss.
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Beispiel 3:
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Eine Düsenanordnung wurde im Wesentlichen so hergestellt, wie sie oben mit Bezug auf die 4A–6 gezeigt und beschrieben wurde, mit einer Verteilerkammer 30, die eine Breite W = 10 cm (4,0 Zoll), eine Länge L von 10 cm (4 Zoll), und eine Höhe H = 5 cm (2 Zoll), mit Kantenradien R von 1,27 cm (0,5 Zoll). Eine Platte 38 wurde an die in Flussrichtung untere Seite 36 der Kammer 30 befestigt, und umfasst vier Düsen 20 mit einem Eingangsdurchsmesser D von 10 mm und einem Ausgangsdurchmesser d von 3 mm. Die Düsen 20 wurden mittig in der Platte 38 angeordnet, wie in 5 gezeigt. Die Kammer 30 wurde mit einer Einlassöffnung 34 von 2,5 cm (1 Zoll) Durchmesser versehen, die an die Kühlmittelversorgungspumpe von 2,5 cm (1 Zoll) Durchmesser angeschlossen wurde. Die Kammer 30 wurde mit Kühlmittel bei 448 kPa (65 psi) versorgt. Die Dispersion des von den Düsen 20 abgegebenen Strahles wurde bestimmt, indem die Höhe des Sprühstrahles in verschiedenen Entfernungen von Platte 38 gemessen wurde.
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Beispiel 4:
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Die Vorrichtung aus Beispiel 3 wies, im Wesentlichen wie gezeigt, einen Vorbehandlungsapparat 40 auf mit einer Anordnung von Löchern 42 von 0,32 cm Durchmesser (0,125 Zoll), und einem Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt Abstand von 0,48 cm (0,19 Zoll). Der Vorbehandlungsapparat wurde ungefähr 3,8 cm (1,5 Zoll) in Flussrichtung oberhalb der in Flussrichtung unteren Seite 36 der Kammer 30 angeordnet. Die Dispersion des Kühlmittelstrahles wurde so gemessen, wie es unter dem Beispiel 3 beschrieben wurde.
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Wie in 8 gezeigt, lassen die Ergebnisse der Dispersionstest erkennen, dass der rechteckige Vorbehandlungsapparat von Beispiel 4 über einen Bereich von 2,5 cm bis 15,2 cm (1 bis 6 Zoll) die Dispersion von dem Düsenauslass beständig reduziert, und die Dispersion in einem Abstand von 15,2 cm (6 Zoll) von dem Düsenauslass um 30 Prozent verringert.
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Auch wenn sich die verschiedenen hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen auf runde oder rechteckige Düsen 20, 20' beziehen, sollte der Fachmann erkennen, dass Düsen von nahezu jeglicher Quergeometrie benutzt werden können, wenn geeignete Näherungen der verschiedenen hierin enthaltenen Dimensionsparameter benutzt werden, sofern sie kohärente Strahlen erzeugen, wie sie hierin abgegrenzt wurden, ohne dass dabei von der Idee und dem Umfang der Erfindung abgewichen wird.
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Darüber hinaus sollte der Fachmann erkennen, dass jegliche geeignete Mittel benutzt werden können, um die Module (d. h. die Platten oder Karten) der vorliegenden Erfindung auszutauschen. Zum Beispiel können die Module manuell ausgewechselt werden, oder andernfalls können sie automatisiert ausgetauscht werden, wie z. B. von einer modifizierten Version eines herkömmlichen Roboters, der üblicher Weise verwendet wird um automatisch Schleifwerkzeuge zwischen aufeinander folgenden Behandlungen eines Werkstückes in einer Schleifmaschine auszutauschen.
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In der vorangegangenen Beschreibung wurde die Erfindung mit Bezug auf besondere exemplarische Ausführungsformen davon beschrieben. Es wird offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran gemacht werden können, ohne dabei von der breiteren Idee und dem Umfang der Erfindung, wie sie in den nun folgenden Ansprüchen dargelegt werden, abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind demgemäß eher in einem illustrativen als in einem beschränkenden Sinn zu verstehen.
Tabelle 2 (metrisch)
