DE1916696A1 - Verfahren zum Kuehlen von Werkzeugen - Google Patents

Description

Patentanwalt«! 1 Q 1 C C q C

Dipl. Ihm- Wafer Meissner j 3 I ö O 3 O

Dipl. In₁". I ■ --crt Tischer

Büro :·^^η^" Lunchen, den 1. April 1969

München 2, Ta*⁷¹ _/ik ·. - ^A

D. Ζώ-ϋυ-ι-ώ "und i^iL P. uiiiTJi¹ äIiSb Cincinnati, Uhio/UoA

Verfahren zum Kühlen von werkzeugen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von .verkzeugen, insbesondere von spanabhebenden werkzeugen von «werkzeugmaschinen.

Für einen typischen, spanabhebenden BearbeitungsVorgang, bei dem Material von einem Werkstück, etwa einer otange von bestimmter Läng©» Material abzunehmen iat, um die Gestalt und/oder die Dimensionen der ütange zu verändern oder ihre iSndbearbeitung vorzunehmen, wird das werkstück in eine Maschine eingesetzt und relativ gegenüber einem werkzeug bewegt. Bei dieser Relativbewegung des 'Werkstücks gegenüber dem Werkzeug wird das Material durch Abschaben, Abspanen, Schleifen usw· vom fterkstüd^abgenomnien. Die relative Bewegung kann dadurch bewirkt werden, daß das .Werkstück gegenüber einem im wesentlichen feststehenden Y/erkzeug bewegt wird. Ein solcher JBe arbeitungs-Vorgang findet beispielsweise auf Drehbänken statt, wo das Werkstück zentriert eingespannt und gedreht wird, und ein spanabhebendes Werkzeug so angestellt wird, daß seine Schneidkante mit dem Umfang des Werkstücks in Kontakt kommt. Andererseits kann die relative Bewegung auch durch Bewegen eines Werkzeugs gegenüber einem im wesentlichen feststehenden v7erkstück erzeugt

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werden, wie dies bei bohrmaschinen der Fall ist,' wo das bohrwerkzeug um seine Achse umläuft und in das¹ /ei*kstück eindringt. ■ ~ ' -

Unabhängig von der jtrt der Urzeugung der relativen Bewegung zum opanahlieben, also durch Bev/egen von werkzeug- oder werkstück oder von beiden, entsteht beim iipanabheben erhebliche viäriue. jjiese wärme v;ird durcJi zwei Faktoren ex*2;eugt, nämlich durch ,.leibung zwischen werkstück und ..erkzeug, die an der Berührungsstelle des ,.-erkstücks n»it der jerkzeugschneidkante entsteht, und durch Deformation des die Oberflächenschicht bildenden Laterials des Merkstücks_} wenn aus dieser üchicht die öpäne gebildet werden. Die ,»ärniemenge erhöht sich bei größerer 'werkstückhärte, fortschreitendem Jtumpfv/erden des ,yerkzeugs, höherer i.elativgeschv/indigkeit zwischen ».ic line id kante und Werkstück und größerer ^chnittiefe; .iird die an der Berührungsfläche von .,erkstück/Uerkzeug ei^zeugte ./arme nicht abgeführt, steigt die temperatur des ./erkzeugs, insbesondere die seiner Schneidkante auf einen hohen '.Vert an. liohe './erkzeugtemperaturen sind aber bekanntlich aus einer Anzahl von Gründen unerwünscht. Ein Hauptgrund ist, daß hohe Temperaturen zu erhöhter Abnutzung des »erkzeugs führen, .del steigender Temperatur der ochneidkante wird die Abnutzung unverhältnismäioig' schnell größer. Beispielsweise verändert äich die Abnutzung bei-der Bearbeitung bestimmter werkstoffe direkt mit der Temperatur bis zur zwanzigsten lotenz. Dies bedeutet, daß sich ein bei 816 G arbeitendes werkzeug unter gleichen !bedingungen neunmal schneller abnutzt als dasselbe Werkzeug bei'7o'5°0V Die wichtigste Folge dieser erhöhten ,ierkzeugabnutzung ist die verkürzte Lebensdauer des ,/erkzeugs, wodurch uie \ierkzeugkosten und die otillstandszeiten der Maschinen erhöht werden.

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i/be mäßig liolie ooluieidkantentempera türen ergeben, abgesehen vcii der erhöhten ..-erkzeugabnutzung, auch eine thermische Beeinträchtigung, des »ierkstücks, führen zu einer verminderten Festigkeit uesselben und verschlechtern axe Überflächenbeschaffenheit "und das .aussehen des Merkstücks.

bisher i/urue die Temperatur der uchneiclkante des Werkzeugs dadurch reduziert, duiJ auf die Außenflächen von werkzeug und "iierkctück i"eichlich flüssige Kühlmittel aufgegeben wurden. Lblichex'weitie wurde hiex^u ein Kühlmitte Is tr aiii mittels einer Düse od. d{jl. ü^eL^cn ^^ie -i3ex*ührunijs"flache von n/erkytück/jerkzeug theoretisch \;ird die beim οχ.·anabheben an der .beruh-

i.-ex'kstück/.iei'kzeu^ ex^aeu^te war rue auf uie Kühlflüssi{j;keit übertrafen, die dann von der Berührungsfläche absurüiat, 30 daß aer .jchneidkante laufend «änue entzogen lind ihre Temperatur ei^niedrijjt wird.

^sjeüä.ß iot jedoch dieses Kühlen dex· ./ex'kzeugsclineidkanten bei werkzeugmaschinen durch äuisere Einwirkung eines flüssiv,en ivülilmittels aus einex' Reihe von Gründen nicht voll zufriedenstellend. Der Hauptgrund liegt darin, daß bei diesem "Kühlverfahren bestenfalls ein niedriger ..ärmeübergangskoeffiz-ient von etvja 56j8 bis 56öo V/E/h/m^/^G ex'rbichbar ist.

daraus folgende stax'ke iieschränkung der übertragenen .*ilrmemenge, die niit einer bestimmten 3panabhebungsgrüße bei einer bestimmten Kombination von werkzeug und '».erkstück ab^efiUirt wird, begrenzt auch entsprechend die erreichbare Verringerung der Temperatur der bchnexdkante des Werkzeugs. Dax^über hinaus ist ein Kühlen durch äußere Zuführung von Kühlflüssigkeit oberhalb -.Temperaturen von -427° nicht sehr wirksam und ist bei Temperaturen von 760 und mehr so unwirksam, daß es im allgemeinen nicht angewendet wird, .«eitere Faktoren tragen nach zu der Unwirksam-

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keit dieser Flüssigkeitskühlung bei, u.a. die Bildung der Späne, die das Vordringen des flüssigen Kühlmittels "bis zur Berührungsfläche von vV'orks tück/werkzeug behindern bzw. blockieren.

/Zusätzlich zu der schlechten Wirksamkeit des Kühle ns mittels äußerlich einwirkender Kühlflüssigkeit zu wesentlicher Temperaturerniedrigung der schneidkante, insbesondere bei hohen ochneidkantentemperaturen, ist dieses Verfahren noch deswegen unerwünscht, weil es zu einer Verunreinigung des Werkstücks und der Umgebung führt, .bekanntlich verhindert die äußerlich zugeführte Kühlflüssigkeit auch die Oxydation der Späne, die dadurch am werkzeug festschweißen. Dies erhöht noch die werkzeugabnutzung, und auch die erforderlichen Sehneidkräfte müssen um den Jetrag größer sein, der zum Abscheren dor .Anschweißungen erforderlich ist, aie dann noch wieder zusätzliche Späne ergeben, Schließlich unterliegt das werkzeug bei der äußerlieh einwirkenden Kühlflüssigkeit einer außerordentlich großen, zyklischen Temperatxiränderung, da das Werkzeug einmal in einem Zentrum auf das werkstück einwirkt und dabei einen LSchne id Vorgang ausführt, während es dann vom .werkstück zurückgezogen und in die Ausgangsstellung für den nächsten schnitt zurückgeführt wird. Während des SehneidVorgangs steigt die '.Temperatur des Werkzeugs, weil hierbei 'wärme erzeugt wird, während beim Hückführen die Temperatur sinkt, v/eil hierbei keine Wärme erzeugt wird, wogegen in der ganzen Zeit laufend und. gleichmäßig der Kühlflüssigkeitsstrom auf das merkzeug einwirken kann. Die dadurch bedingten zyklischen l'enperaturschwankungen bedeuten eine Schockwirkung für das werkzeug, die unter IJmständen beispielsweise im Fall von Karbidwerkzeugen, zu Rissen oder Brüchen führen kann.

Einige Wachteile des Kühlens mittels äußerlich zugeführter Kühlflüssigkeit können durch ein Kühlverfahren vermieden werden,

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bei dem ein Kühlmittel in Dampfform unter Druck von etwa 6 at in eine Bohrung des spanabhebenden Werkzeugs eingeführt wird« Das dampfförmige Kühlmittel wird aus der Bohrung durch öffnungen ausgesprüht, die hinter der Schneidkante liegen und in die Atmosphäre führen_β Die Expansion des Dampfes bei der Druckverminderung an den Öffnungen absorbiert die Wärme des Werkzeugs. Diese Dampfkühlung bewirkt, da der Dampf viel kalter als die meisten flüssigen Kühlmittel ist, höhere wärmeübertragungswerte als bei der Kühlung mittels Flüssigkeiten. Alle Nachteile der Flüssigkeitskühlung werden jedoch dadurch; nicht beseitigt. Ferner sind bei diesem Verfahren auch zahlreiche Einrichtungen wie Verdampfer, Druckregler, steuerventile usw. erforderlich, um den Dampf zu erzeugen und dem Werkzeug zuzuführen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum. Kühlen von spanabhebenden We-rkzeugen zu schaffen, das wirksamer als die bisherigen Verfahren ist, insbesondere bei hohen Temperaturen, und deren viele Machteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein flüssiges Kühlmittel durch eine Bohrung, einen Hohlraum od_e dgl. des Werkzeugs einer dicht an der Schneidkante des Werkzeugs befindlichen Kühlzone zugeführt und das verdampfte Kühlmittel aus der Kühlzone wieder abgeführt wird, das dann entweder in der Atmosphäre oder in Berührung mit einem anderen Teil des Werkzeugs kondensiert.

Bei diesem gewissermaßen .Zwei-Phasen-Kühlsystem wird die Wärme von der Schneidkante durch die Kühlmittelverdampfung an

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der inneren wärme empfangenden Fläche und die nachfolgende ■■-".■ Abführung des verdammen kühlmittels zu einer enbfernten Stelle wirksam auf das Kühlmittel übertragen, so daß eine : erheblich größere Verminderung der Temperatur der -ochneid-: kante des Werkzeugs bewirkt wird, als dies bisher möglich gewesen ist. -.-■■■ ■"*■"■■"■

Bei einer Ausf ührungaform der Erfindung ist der ilohlraum des Werkzeugs abgeschlossen und vorzugsweise mit kapillaren Littein versehen, v/obei das verdampf bare Kühlmittel flüssig ■ ist. Die kapillaren Littel ergeben ein wirksames Fördern der Flüssigkeit von einer wärmeübertragenden bzw. wärmeabgebenden Fläche des Hohlraums, die entfernt von der Schneidkante liegt, zur wärmeempfangenden Fläche des Werkzeugs. Die verdampfbare Flüssigkeit wird also durch die kapillaren Littel zur wärme-, empfangenden Fläche in der Nähe der Schneidkante gefülirt., wo sie verdampft wird, so daß vom «/erkzeug wärme entnommen und damit die Schneidkante gekühlt wird. Infolge eines Druckunt.erschieds im Hohlraum strömt der Flüssigkeitsdainpf zur v/ärnieubertragenden Fläche, die an dem von der Schneidkante abgewendeten Ende des Hohlraums liegt, wo der Dampf kondensiert. Dieses-Verfahren der Flüssigkeitszufuhr mit der anschließenden Verdampfung an der wärmeempfangenden Fläche neben der schneidkante und dem dann folgenden liückfluß des Dampfes mit anschließender Kondensation an der von der «ochneidkante entfernt 1 legend en wärmeübertragenden Fläche ergibt eine sehr wirksame, innere.Zwei-Phasen-Kühlung zur Verringerung der Temperatur eines spanabhebenden Werkzeugs.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel· der Erfindung ist der Hohlraum mit wenigstens einer Cffnung versehen', durch die sowohl die Flüssigkeit zugeführt' als auch der Dampf aufgeführt wird. Vorzugsweise ist jedoch der Hohlraum mit zwei^sOffnun-

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gen versehen. I)Ui¹CiI die eine Öffnung wird die verdampfbare Flüssigkeit für die Verdampfung an der wärmeempfangenden Fläche zugeführt, während die andere öffnung zum abführen des Flüssigkeitsdampfes in die Atmosphäre dient..

riiii iumpt vorteil der Erfindung, bei der das Kühlen der ,.Schneidkante des ..erkzeugb durch innere üiv/ei -I has en -Kühlung erfolgt, liegt uarin, daß „värme Übertragungskoeffizienten von l?G8o bis 115 600 ..E/h/m /⁰G erreicht werden, im Gegensatz zum üblichen äußerlichen Kuhlen mit xäi'meübergangskoeffizienten von 56,8 bis ^>6'oo .#E/h/iü /⁰O. Die gemäß der Erfindung erreichbaren Wärme übe r tr c. gungskoeffizienten führen zu einer erheblichen Herabsetzung der ochneidkantentemperatur. Es wird beispielsweise festgestellt, daß bei Temperaturen von 427 ^ eine Temperaturverminderunt; von cl2L°0 erhalten v/ird gegenüber einer Temperaturvercinderung von 111°C bei der üblichen außenkühlung mit Flüssigkeiten. Da sicli die Lebensdauer eines Werkzeuge mit sinkender Betriebstemperatur stark erhöht, bewirkt eine Temperaturverminderung um 222⁰O, obwohl dieser viert nur das Dopjjelte gegenüber dem »vert von 111°0 beim üblichen Kühlen darstellt, eine Erhöhung der Lebensdauer eines Werkzeugs iua ein Vielfaches gegenüber der beim üblichen Kühlen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß infolge des kühlens im Innern des Werkzeugs eine Beeinträchtigung des Werkstücks durch das Kühlmittel ausgeschlossen ist. Auch wird eine Oxydation der iJpäne nicht verhindert, so daß kein .anschweißen der bpäne vorkommt^ Eemer ist es ein Vorteil der Erfindung, daß vorhandene bzw. übliche Werkzeugmaschinen recht einfach auf das Kühlverfahren der Erfindung umgestellt werden können. Kostspielige imderungen sind also nicht erforderliche Jarüber hinaus werden nur geringe Kühlmittelmengen benötigt,

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eine kostspielige und umfangreiche luinpvorrichtung ist ebenfalls nicht notwendig. Audi kann ein gemeinsames. Kühlmittel beim opanabheben verschiedener werkstoffe verwendet werden, so daß ein Bereithalten einer Anzahl verschiedener Kühlmittel entfällt, üchließlich kann bei Anwendung der Kühlung gemäß der Erfindung die Temperatur beim 3panabheben hoch sein, beispielsweise oberhalb von 76o°G liegen, während die bisher übliche Kühlung bei solchen Temperaturen so unwirksam wurde, daß sie gewöhnlich, nicht angewendet worden ist.

Die. Zeichnung veranschaulicht jiusführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausfuhrurigfjform in perspektivischer .ansicht;

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Teil des Werkzeugs nach Fig. 1;

Fig. 3 einen ochnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2j

Fig. 4,5,6,7 und 8 weitere üusführungsbeispiele im Schnitt und in Ansicht bzw. perspektivischer Ansicht.

In Fig. 1 bis 3 ist die Zwei-Miasen-Lühlung gemäß der Erfindung zum Kühlen eines Drehst a lals einer. Drehbank veranschaulicht. Der Drehstahl 1o sitzt in einem v/erkzeughalter 12 und ist en ein werkstück 14 angestellt, das zwischen Opitzen 18,2ö gehalten v;ird und in Richtung des Pfeils 16 umläuft. Der Drehstahl 1o besteht aus einem Gchaft 22 von im wesentlichen rechteckigen querschnitt mit einem inneren Ende 24 und einem äußeren Ende 26. Das innere Ende 24 ist verschiebbar in eine Öffnung

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des Werkzeughalters 12 eingesetzt^ die einen dem Schaft 22 entsprechenden querschnitt hat, jedoch etwas größer ist als das iinde 24 des Schafts 22. Infolge des Gleitsitzes dieses jindes 24· in der Öffnung 28 kann der Drehstahl 1o wahlweise in verschiedenen Stellungen, in seiner Längsachse gesehen, eingestellt werden. Zur Befestigung des Drehatahls 1o dienen zwei in das obere Ende des Werkzeughalters 12 eingeschraubte Schrauben 3o, die den Drehstahl 1o in der Jeweiligen Stellung innerhalb der öffnung 28 festklemmen.

Bas äußere Ende 26 des Drehstahls 1o hat eine dreieckförmige Aussparung 34 mit senkrechten Seitenwänden 34A und 34B sowie mit einer Bodenfläche 340. In die Aussparung >4 ist ein entsprechend geformtes dreieckiges Karbidplättchen 4o eingesetzt, das eine zwischen seiner oberen Fläche 4oA und seiner Vorderfläche 4oB gebildete Schneidkante 48 aufweist. Das Iiarbidplättchen 4o wird in der Aussparung 34- durch eine Klemmplatte gehalten, die auf die obere fläche 4oA des Karbidplättchens einwirkt und durch eine Schraube 44 festgezogen wird, welche durch ein Loch der Klemmplatte 42 durchgeht und in das äußere Ende 26 des Drehstahls 1o eingeschraubt ist. \venn das Karbidplättchen 4o in die Aussparung 34 eingesetzt ist, liegen seine Seitenflächen 4o0 und 4oD dicht an den Seitenwänden 34A und 34B der Aussparung 34 an, während die untere Fläche 4oE des Karbidplättchens 4o ebenso satt auf der Bodenfläche 34G der Aussparung 34 ruht. Die Schneidkante 48 ragt über die Längskante 38 des Schafts 22 des Drehstahls 1o hinaus.

Der Drehstahl 1o gemäß Fig. 1 bis 3 weist ferner einen inneren Hohlraum 5o bzw. eine Kammer auf. Dieser Hohlraum enthält eine erste, innere bzw. wärmeempfangende Fläche bzw. einen Bereich 52, der in Wärmetausch mit der Sohneidkante des Karbidplättchens 4o steht, da ein dichter physikalischer

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Kontakt zwischen der unteren Fläche 4oi3 ues karbidplättchens 4-0 imd der Bodenfläche 34C der Aussparung 34 vorhanden ist. Der wärmeeuyafangende Bex^eich 52 ist ferner flüssigkeitsdicht gegenüber der Schneidkante 48 des Drehstahls 1o durch das zwischen beiden befindliche ia-aterial des Drehstahls 1o und des Karbidplättchens 4o abgeschlossen. Der Hohlraum 5° enthält ferner eine zweite, äußere bzw. wärme abgebende Fläche bzw. einen .dereich 54, der entfernter von der schneidkante 48 des Drehstahls 1o liegt als der wärine empfangende Bereich 52· Der Hohlraum 5o kann praktischerweise durch eine ,üackbohrung 56 gebildet v/erden, die von der Stirnseite 37 des Schafts 22 in

P das äußere Ende 26 eingebohrt wird, so daß der wärmeabgebende Bereich 54 des Hohlraums 50 an der Stirnseite 37 offen ist. Zusätzlich zur waagerechten Bohrung 56 ist eine senkrechte, die erstere schneidende Sackbohrung 58 vorhanden, die von unten her eingebohrt und durch einen stopfen 60 verschlossen ist« Oben endet die i3ackbohrun_ü· 58, vgl. Fig. 3, dicht unterhalb der Bodenfläche 34G der Aussparung 34 bzw. der unteren Fläche 4oE des Karbidplättchens 4o. Die Sackbohrung 58 kann auch durch eine durchgehende Bohrung ersetzt v/erden, die dann an der unteren Flache 4oE des Karbidplättchens 4o endet. Der entsprechende Teil dieser Fläche 4oE, der die Bohrung abschließt, bildet dann zusammen mit der anschließenden Fläche des Hohlraums 5o den wärmeempfangenden Bereich 52. Bei dieser Ausführung mit durcb,-

P gehender senkrechter Bohrung wird der Wärmetaüsch zwischen der üchneidekante 48 und dem Bereich 52 verbessert, die Festigkeit des Drehstahls 4o kann jedoch etwas verringert sein.

Innerhalb des Hohlraums 5o befindet sich vorzugsweise ein kapillares Mittel bzw. ein Docht 62, der sich über die, ganze Länge des Hohlraums 5© erstreckt und dessen inneres Ende 62A mit dem wärme empfangenden Bereich 52 neben der unteren Fläche 4oE

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des Karbidplättcnens 4o in Kontakt ist, während sein äußeres Ende 62B aus dem uohlraum 5o neben dem wärme abgebend en Bereich 54- herausrajjt. Der Locht 62 bestellt vorzugsweise aus einem Köper-Drahtgewebe mit I2o Laschen aus rostfreiem Draht (Dutch twill Iäaterial) in 1·^Λοχτα eines öchlauchs.

Unterhalb des Drehstalils 1o ist eine wanne 7o vorgesehen, aus der das -lieraüsragende Ende 6ZB des Dochts 62 mit Flüssigkeit versorgt wird. Die Wanne 7o ist vorzugsweise am äußeren Ende 26 des Drehstahls-1p befestigt und mit einer Zuführung für die Flüssigkeit 72 versehen, .als Flüssigkeit wird vorzugsweise 'Nasser mit einem Susatz an jiostschutzmittel verwendet. Der Wasserspiegel in der «-anne 7o wird durch bekannte Lit te 1, beispielsweise durch einen ochwimmer, oberhalb des Endes 62B des Dochts 62 konstant gehalten«

Während des betriebs der Drehbank wird das '.nasser aus der wanne 7o durch die I.apillarv/irkuiig des Dochtes 62 über die waagerechte und die staikrechte bohrung 56 bzw. S8 dem v/armeemi^f angenden Bereich ¹Yd des Hohlraums 5o zugeführt. Infolge des öpanabhebens mittels des Drehstahls 1o v/erden die Schneidkante 48 sowie die benachbarten Teile des.Rarbidplattchens ^o und des äußeren iSndes 26 des Schaftes 22 auf eine temperatur erwärmt, die oberhalb der Verdampfungstemperatirr des Wassers liegt, so daß das dem v/ärmeempfangenden Bereich 52 zugeführte "wasser verdampft. Der in diesem Bereich 52 entstehende wasserdampf strömt infolge der sich im Hohlraum 5o bildenden Druckdifferenz durch den Hohlraum 5o aui:i v;ärmeabgebenden Bereich 5^» wo er in die ii-tmo sphäre entwe icht.

Die fortlaufende Zufuhr verdampfbarer Flüssigkeit (Wasser) aus der wanne '}'o zum wärmeempfangenden Bereich 52 des Hohlraums 5o mittels des Dochtes 62 verbunden mit der laufenden Verdampfung

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der züge führten Flüssigkeit im wärme enrpf engenden Bereich 52 und das anschließende Entweichen des Flüssigkeitsdampfes durch das äußere Ende der waagerechten Sackbohrung 56 nahe dem wärmeabgebenden Bereich"5^ bewirkt eine fortlaufende und hochwirksame Kühlung der /.schneidkante 4-8 des Karbidplättchens 4o. Die Wirksamkeit der Kühlung ergibt sich aus den außerordentlich hohen Wärmeübergangskoeffizienten, die durch die Verdampfung der Flüssigkeit im wärmeempfangenden Bereich 52 des Hohlraums 5o bedingt sind, kit dem Kühlverfahren gemäß der Erfindung sind Wärmeübergangskoeffizienten von 568o bis 28 Aoo V/E/h/m^d/°O erreichbar. Diesen Werten stehen Werte von 56,8 bis 568o WE/h/ m /⁰C bei der üblichen Kühlung gegenüber.

belbstverständlich können im Rahmen des Erfindungsgedankens zahlreiche Abänderungen der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1-3 vorgenommen werden_o Obwohl bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein Docht 62 dazu dient, die verdampfbare Flüssigkeit dem Bereich 52 des Hohlraums 5o zuzuführen, können Dochte bzw. allgemein gesehen kajjillare kittel gewünschtenfalls auch weggelassen werden. Die verdampfbare Flüssigkeit wird dann dem Bereich 52 des Hohlraums 5o durch .jchwerkraft oder unter Druck zugeführt. Die kapillaren kitte1 können in verschiedener Form'vorgesehen v/erden. Beispielsweise kann der Docht 62, der hier aus einem Köper-Drahtgewebe mit I2o Laschen aus einem rostfreien Draht (Dutch twill Laterial) ^fin Form eines Schlauches besteht, aus anderen stoffen mit verschiedenen i^uerschnitten hergestellt werden." Es können beispielsweise andere jjoröse, kapillare kittel, wie Gewebe aller ürt und übliche Dochte mit anderen Maschenweiten benutzt werden. Ferner kann der Querschnitt der kapillaren Liittel V-förmig, oval, flach usw. sein, ■wenn der Querschnitt der kapillaren kittel V-förmig ist, wirkt das kapillare Mittel wie eine kulde bzw. eine Kinne' zum Zuführen der verdampfbaren Flüssigkeit zum wärmeempfangenden Bereich 52

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des Hohlraums 5o. Wird kapillares material als solches be- nutzt, so sollte es nichtkorrodierend gegenüber der verdampfbaren Flüssigkeit 72 sein. Ferner soll das kapillare i.ittel, wenn es in den Hohlraum eingesetzt wird,, nicht ein solches Volumen haben, daß der Hohlraum übermäßig eingeschränkt wird," wodurch das 'Entweichen des Flüssigkeitsdampfes in die Atmosphäre unnötig behindert würde, »/ird der Hohlraum 5o übermäßig durch ein erhöhtes Volumen des kapillaren Mittels beschränkt, so wird das Entweichen des Flussigkeitsdainpfes und damit die Wirksamkeit der Wärmeübertragung im Öystem vermindert.

Der Hohlraum 5o braucht weder einen kreisförmigen querschnitt zu haben, noch braucht er durch sich schneidende waagerechte und senkrechte Bohrungen hergestellt zu werden. Eine ganze Heihe von Formen des Hohlraums ist möglich, um die hier gestellten Forderungen zu erfüllen. Beim Festlegen der Form des Hohlraums 5o soll dieser zur Erzielung optimaler Ergebnisse einen v/ärmeeinpf angenden Bereich 52 haben, der so groß wie möglich ist und so dicht wie möglich an der Schneidkante 48 liegt, wobei ferner die Gesamtstruktur so sein soll, daß eine Üchichtverdampfung der verdampfbaren Flüssigkeit vermieden wird, ochließlich soll der Gesamtaufbau genügend Festigkeit haben, damit er die Beanspruchungen während der Bearbeitung des Werkstücks aushält.

Als verdampfbare Flüssigkeit 72 können zahlreiche Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemische benutzt werden. Obwohl sich Wasser zum Kühlen von werkzeugen mit Schneidkantentemperaturen von etwa 76o°0 als gut geeignet erwiesen hat, können andere verdampfbar© Flüssigkeiten benutzt werden. 6o sind beispielsweise organische Flüssigkeiten wie iithyl- und Methylalkohol und Fluorkohlenstoffe, wie das unter dem Namen Freon bekannte Kühlmittel, θinsetzbar. Gegebenenfalls kann die verdampfbare Flüssigkeit

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in gekühlten Sustand zugeführt v/erden, um den Wärmeübergang zu erhöhen. Bei der auswahl der verdampfbaren Flüssigkeit ist nuJTzu beachten, daß die Flüssigkeit bei der Temperatur verdampft, auf die der wärme einpfangende Bereich 52 infolge der beim Spanabheben erzeugten und auf ihn übertragenen wärme, koiimit. Vorzugsweise sollte jedoch die verdampfbare Flüssigkeit eine hohe latente Verdampfungswärme und eine hohe Cbez-flachenspannung haben.

Der in Fig. 4 als "weiteres Ausführungsbeispiel der ICrfindung im Xängsschnitt dargestellte Drehstahl 8o weist einen Schaft 84 mit einem äußeren iinde 82 auf, an dem die schneidkante 86 ausgebildet ist, die gegen ein umlaufendes Werkstück 8p angestellt wird. Das innere Ende 88 des schaftes 84 ist mittels einer Schraube 92 an einem Werkzeughalter 92 befestigt. Der Drehstahl δο enthält einen Hohlraum 94 mit einem ersten bzw. wärmeempfangenden Bereich 96, der im wärmetausch mit der Schneidkante 86 steht und gegenüber dieser flüssigkeitsdicht abgetrennt ist. Ferner enthält der Hohlraum 94 einen zweiten bzw. wärmeabgebenden Bereich 98, der von der Schneidkante 86 weiter entfernt liegt als der Bereich 96. Der Hohlraum 94 ist nur chematisch dargestellt und kann durch zahlreiche Bearbeitungsverfahren gebildet werden. Diese Verfahren sind bekannt und brauchen daher im einzelnen nicht beschrieben zu werden* Der wärmeempfangende Bereich 96 liegt möglichst dicht an der äußeren stirnwand 87_s die sich an die Schneidkante 86 anschließt, soweit dies mit der Festigkeit, des Werkzeugs gegenüber den beim Spanabheben entstehenden Kräften vereinbar ist.

Die Innenfläche des Hohlraums 94 ist mit einem fcapillarsn Mittel 1oo, beispielsweise mit einer Ilaschenware, ausgekleidet, die in dichter Berührung mit den. Flächen der Bereiche 96 und steht. Das kapillare Mittel 1oö bewirkt auch hier die Zuführung

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einer verdampfbaren Flüssigkeit 1o2 zum wärmeempfangenden Bereich 96 aus einem Vorrat, der in der Nähe des wärmeabgebenden Bereichs 98 vorhanden ist.

Im Betrieb wird die am äußeren Ende 82 des Drehstahls 8o, insbesondex^e an der ochneidkante 86, beim Spanabheben entstehende Wärme durch das äußere Ende 82 zum wärmeempf angenden Bereich 96 des Hohlraums 94 geführt. In diesem wärme empfangenden Bereich 96 wird die durch das kapillare Littel 1oo aus dem Vorrat 1o2 beim wärmeabgebenden Bereich 98 zugeführte verdampfbare Flüssigkeit vei'daiüpft, wobei die «arme vom äußeren Ende des Jrehbtahls 8o abgezogen wird. Der Flüssigkeitsdampf strömt dann infolge einer Druckdifferenz im xiohlraum 94- zum andex-en Ende derselben, wo er in dem wärmeabgebenden Bereich 98 kondensiert, der auf einer Temperatur unterhalb des Kondensationspunktes der Flüssigkeit gehalten wird, indem ein Kühlmittelstrahl 1o6, beispielsweise ein Druckluftstrahl, auf die Außenseite 1o8 des Drehotahls üo gerichtet wird. Die auf den wärmeabgebenden Bereicü ¹Ju infolge der kondensation übertragene wärme wird dabei uurch die anliegende ,<and 1o4- des Drehstahls geleitet und vom Kühlmittelstrahl "1o6 abgeführt, der gegen die Außenfläche 1o8 am inneren Ende 84- der> Drehütahls Bo gerichtet ist.

Die verdampfbare Flüssigkeit geht nach der kondensation im wärmeabgebenden Bereich 98 in den Vorrat 1o2 zurück, von wo sie dann durch die kapillare \uirkung des kapillaren Mittels 1oo zum wärmeempfangenden Bereich 96 des Hohlraums ^M zurückkehrt« Der aus Verdampf;mg, Dampfabführung, Kondensation und Flüssigkeitszuführung bestehende Zyklus beginnt dann von neuem, so daß eine kontinuierliche Wärmeabfuhr von hoher v/irksamkeit von der schneidkante 86 zum Kühlmittelstrahl 1o6 gewährleistet ist. Die

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Wärmeübertragung von der Schneidkante 86 kann durch Benutzung von flüssigen ketallen 'als.verdampfbares Fluidum verbessert v/erden, beispielsweise sind flüssiges Natrium, flüssiges Lithium oder andere flüssige Metalle mit hoher spezifischer Wärme anwendbar.

Fig. 5,6,7A und 7^, 8A und SB veranschaulichen vier weitere Ausführungsbeisjjiele der Erfindung. In diesen Figuren sind für gleiche Seile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 4- benutzt. Die Abänderungen des Drehstahls nach Fig. 4, die in Fig. 5»6, 7-k und 7Ü, sowie 8Λ und 8B dargestellt sind, ergeben Zwei-Phasen-Kühlsysteiue, die im Gegensatz zu dem abgeschlossenen Zwei-Phasen Kühlsystem nach Fig. 4 als "offene uysteine" bezeichnet werden können. In Fig. 5 mündet ein Kanal 12o mit einem Ende an der äußeren Fläche 1o8 des inneren Endes 88 des Drehstahles 8o und mit dem anderen Ende an der Fläche des wärmeabgebenden Bereichs 98 des Hohlraums 94-· lter Kanal I2o ermöglicht das Entweichen der verdampften Flüssigkeit, die im wärmeempfangenden Bereich 96 verdampft worden ist, in die Atmosphäre. Ferner kann durch den Kanal 12o eine Leitung 122 für die Zufuhr verdampfbarer Flüssigkeit aus einem Vorratstank (nicht dargestellt) in das Innere des Hohlraums 94- geführt werden, so daß in dem wärmeeiapfangenden Bereich 96 eine fortlaufendeVerdampfung stattfindet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist zusätzlich zum Kanal 12o noch ein zweiter Kanal 13o vorgesehen, dessen unteres Enue mit dem Hohlraum 94- an einer Stelle dicht am wärme empfangenden Bereich 96 in Verbindung steht und der an seinem anderen Ende zur Atmosphäre führt. Um eine Verstopfung des als Dampfauslaß dienenden Kanals 13o durch angesammelte Späne zu vermeiden, kann eine Abschirmung (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Der Kanal I^o kann auch in einer senkrechten Seitenwand des Hohlraums 94 vorgesehen werden. Bei dieser Ausführungsform wird die

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verdampfbare Flüssigkeit durch den Kanal i£o in den Hohlraum eingeleitet, so daß dem wärmeempfangenden Bereich 96 eine bestimmte Menge verdampfbarer Flüssigkeit zugeführt wird. Der im wärmeempfangenden Bereich 96 erzeugte Flüssigkeitsdampf entweicht durch den Kanal 1Jo in die Atmosphäre, Dadurch, daß die verdampfte Flüssigkeit hier an einer Gtelle neben dem wärmeempfangenden bereich 96 abgeht, wird ein Vorwärmen der verdampfbaren Flüssigkeit auf ihrem weg vom Einlaßkanal 12o zum wärmeempfangenden Bereich 96 auf ein Minimum reduziert.

Der Hohlraum 9¹^ 3er Ausführungsform nach Fig. ?A und 7B ist mit einer Uffming 14o am inneren Ende 88 versehen, die über ein Itohr 141 mit einem Schlauch 142 für die Zufuhr von Flüssigkeit verbunden ist. Ferner ist eine Öffnung 144 vorgesehen, deren eines Ende im Hohlraum 94 in der Nähe des äußeren Endes 82 mündet und die mit ihrem anderen Ende zur Atmosphäre führt. Die Öffnung 144 liegt etwa in der Mittelebene des Hohlraums 9^ zwischen seiner unteren Wand 145 und seiner oberen V<and 146.

Im Betrieb wird dem Hohlraum 94 über den Schlauch 142 und das Rohr 141 Flüssigkeit zugeführt, so daß sie unter Druck in das kapillare Mittel 1oo gelangt und dann durch das kapillare kittel 1oo dem warmeempfangenden Bereich 15ο des Hohlraums zugeführt wird. In diesem Bereich 15o wird die'verdampfbare Flüssigkeit durch die von der !Schneidkante 86 übertragene Wärme verdampft, so daß die Temperatur der Schneidkante 86 verringert wird. Der Flüssigkeitadampf entweicht dann durch die Öffnung 144 in die Atmosphäre¹« '

Die Öffnung 144 dient außer als Auslaß für den Flüssigkeitsdampf auch als tfberlauf für unverdampfte Flüssigkeit, die dem Hohlraum 94 durch den Schlauch 142 zufließt« Im praktischen Betrieb wird der aus dem Schlauch 142 kommende Flüssigkeitsstrom

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so einreguliert, daß aus der Öffnung 144 ganz wenig unver- / dampfte Flüssigkeit herauströpfelt. Dieses Flüssigkeitstropfeinstellt eine ,anzeige dafür dar, daß dem kapillaren Mittel für die Zuführung zum wärmeempfangenden Bereich I5o eine genügende und richtige Menge verdampfbarer Flüssigkeit zufließt.

Der Drehstahl 80 nach Fig» 3A und 8B hat ein inneres Ende 88 zum Einklemmen in einem .»erkzeughalter (nicht dargestellt) und ein äußeres Ende 82, das in einer oberen Ecke desselben mit einer Ausnehmung 166 versehen ist, die etwa der Ausnehmung ~4 nach Fig. 1 bis 3 entspricht. In der ausnehmung 166 sitzt ein Karbidplättchen 168 mit Schneidkante 86 entsprechend dem Karbidplättohen 4o nach Fig. 1 bis 3. Oberhalb des Karbidplättrchens 168 befindet sich ein fc'-panzerteiler 170. Der bpanzerteiler 17o und das K&rbidj)lättchen 168 sind gemeinsam in der Ausnehmung 166 durch eine Klammer 172 befestigt.

Das äußex'e Ende I08 des Drehstahls 80 ist mit einem Hohlraum 94 versehen, der einen wärmeempfangenden Bereich 175» zu dem auch die Bodenfläche des Karbidplättchens 168 gehört, und einen wärmeabgebenden Bereich enthält, der im wesentlichen durch eine Öffnung 176-gebildet wird, die den Hohlraum 94 mit der Atmosphäre verbindet. Die öffnung 176 liegt etwa in der Lütte1-ebene des Hohlraums 94, der außerdem mit einer öffnung 178 versehen ist, über die der Hohlraum 94 mit dem Ende eines Rohres 179 verbunden ist, das am Ende 82 des Drehstahls 80 befestigt ist. Das andere Ende des Hohres 179 ist zur Atmosphäre hin offen. In das Rohr 179 und den Hohlraum 94 ist ein rohrförmiges kapillares iwittel I00 eingesetzt, das sich zv/ischen dem wärmeempfangenden Bereich 175 an einem Ende des Hohlraums und einer Stelle außerhalb der Öffnung I80 des üohres 179 erstreckt.

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Im Betrieb wird verdampfbare Flüssigkeit von einem Fallrohr 185 zugeführt, das oberhalb des Endes 182 des kapillaren kittels 1oo angeordnet ist. Die herabfallende Flüssigkeit wird vom kapillaren Liltel 1oo zum wärmeempfangenden Bereich 175 des Hohlraums geführt, wo die verdampf bare Flüssigkeit durch die wärme verdanpft wird, die von der .üchneidkante 86 des Karbidplättchens 168 aus übertragen wird. Der Flüssigkeitsdampf entv;eicht aus deiu Hohlraum über die öffnung 176 in die Atmosphäre.

Auch hier dient die öffnung 176 nicht nur als Auslaß für den Flüösigkeitsdampf, sondern auch als überlauf für unverdampfte Flüssigkeit, die vom Fallrohr 185 über das kapillare Littel 1oo dem Hohlraum 9^ zugeführt wird. Im praktischen Betrieb wird die Flüssigkeitszufuhr vom Fallrohr 185 so einreguliert, daß aus der öffnung 176 ganz wenig unverdampfte Flüssigkeit herauströpfelt. Dieses Flüssigkeitströpfeln ist eine Anzeige dafür, daß eine genügend unü richtige Zufuhr von verdampfbarer Flüssigkeit zum wärmeempfangenden gereich 175 des Hohlraums 94- stattfindet.

Die bei den jiusführungsformen nach Fig. 5»6,7A und 7B, OA und 8B benutzte vei'dampfbare Flüssigkeit ist wie bei der Ausführungsform nach Fig» 1 bis 3 vorzugsweise V/asser, obwohl, wie bereits gesagt, auch andere Flüssigkeiten benutzt werden können. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4- wird vorzugsweise flüssiges Natrium, Kalium usw. benutzt. Wasser ist hier wegen der hohen Drücke nicht empfehlenswert, die sich in einem geschlossenen ,J^stem nach Art der Fig. 4- ergeben.

Die Erfindung wurde aus Gründen der Einffachheit in ihrer .anwendung bei einem Kühlsystem zur Kühlung von Drehrtählen bei Drehbänken beschrieben, iielbstverständlich ist die Erfindung zum Kühlen von allen anderen Arten von spanabhebenden bzw.

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schneidenden Werkzeugen anwendbar. Beispielsweise können .
kemäß der Erfindung aucli Bohrer, Fräser usw. gekühlt werden, bchließlich kann die Erfindung sogar zum Kühlen von !Formwerkzeugen, wie »Stempeln, Gesenken usw. angewendet werden.

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Claims (6)

1. ^Patentansprüche

   Verfahren zum Külilen von 'werkzeugen, insbesondere s?janabhebenden Werkzeugen von »<erkzeugniaschinen, dadurch gekennzeichnet ,daß ein flüssiges Kühlmittel durch eine Bohrung, einen Hohlraum od. dgl» des Werkzeugs einer dicht an der (.-.schneidkante des Werkzeugs befindlichen Kühlzone zugeführt und das verdampfte Kühlmittel aus der Kühlzone wieder abgeführt wird, das dann entweder in der Atmosphäre oder in Berührung mit einem anderen ie11 des Werkzeugs kondensiert»
2. 2. Werkzeug zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine innere Bohrung, einen Hohlraum (5°,94), der zu einer Kühlzone (52,96) innerhalb des «erkzeugs (io) führt, die dicht an der bohneidkante (4-0,86) liegt, und durch Mittel zum Zuführen eines flüssigen Kühlmittels zur Kühlzone (52,96).
3. 3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Jkittel zum Zuführen des flüssigen Kühlmittels ein Docht (54-) vorgesehen ist.
4. 4·. werkzeug nach Anspruch 3, * da -durch g e kennze ichnet, daß der Docht (54-) aus gewirkten, gewebten oder verdrillten Drähten eines^nicht korrodierenden Iuetalls besteht₀
5. 5. Werkzeug zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennze ichnet durch einen mit verdampfbaren,

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   flüssigen Kühlmittel gefüllten, abgeschlossenen Hohlraum (94-)·
6. 6. Werkzeug zur Ausführung des "Verfahrens nach .ünsprueh 1, g e k e η η ζ e i c h η e t durch einen xiohlraum (SW-) mit einem Einlaß (12o), für flüssiges Kühlmittel in einer Wand des Werkzeugs und einen AuslaiS (15°) für verdaiai^ftes Kühlmittel in " einer anderen wand.

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