DE19808070B4 - Method and device for cooling and lubricating a machining point on a workpiece - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Kühlen und Schmieren einer Bearbeitungsstelle an einem Werkstück, bei dem
– zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug eine hohe Relativgeschwindigkeit herrscht,
– Werkstoff spanabhebend von dem Werkstück abgetragen wird,
– das Kühlen und Schmieren mit Hilfe eines Gemisches aus Gas, insbesondere aus Luft, und in das Gas eingebrachter Tröpfchen aus einer Schmierstoff-Flüssigkeit, insbesondere Öl, erfolgt,
– die Schmierstoff-Flüssigkeit wird als Bestandteil eines Schmierstoff-Gasstromes in einen Haupt-Gasstrom eingeführt,
– das Einführen erfolgt in einem Bereich des Haupt-Gasstromes, in dem dieser an der Bearbeitungsstelle bereits aus einer ihn dieser Bearbeitungsstelle zuzuführenden Düse ausgetreten ist,
– der Schmierstoff-Gasstrom mündet axial zentral in den Haupt-Gasstrom ein,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Haupt-Gasstrom unter einem höheren Druck als der Schmierstoff-Gasstrom zugeführt wird.Method for cooling and lubricating a machining point on a workpiece, in which
- there is a high relative speed between the workpiece and the machining tool,
- Material is removed from the workpiece by machining,
Cooling and lubricating with the aid of a mixture of gas, in particular of air, and droplets of a lubricant fluid, in particular oil, introduced into the gas,
The lubricant liquid is introduced as part of a lubricant gas stream into a main gas stream,
The introduction takes place in a region of the main gas stream in which it has already exited at the processing point from a nozzle which supplies it to this processing point,
The lubricant gas stream flows axially into the main gas stream,
characterized,
that the main gas flow is supplied at a higher pressure than the lubricant gas flow.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Schmieren einer Bearbeitungsstelle an einem Werkstück nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The The invention relates to a method for cooling and lubricating a processing station on a workpiece according to the preamble of claim 1 and a device to carry this out Process.

Aus DE 37 43 968 C ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem ein den Schmierstoff-Gasstrom umhüllender Haupt-Gasstrom ausschließlich dazu dient, den Schmierstoff-Gasstrom gegenüber der Atmosphäre abzuschirmen. Dabei soll durch eine möglichst gleiche Strömungsgeschwindigkeit der beiden Gasströme eine Verwirbelung des Schmierstoff-Gasstromes in der an den Hauptgasstrom angrenzenden Mantelfläche vermieden werden.Out DE 37 43 968 C For example, a generic method is known in which a main gas stream enveloping the lubricant gas stream serves exclusively to shield the lubricant gas stream from the atmosphere. In this case, turbulence of the lubricant gas flow in the lateral surface adjoining the main gas flow should be avoided by a flow velocity of the two gas streams which is as similar as possible.

Bei einem aus DE 43 18 769 A1 bekannten Verfahren wird die Schmierstoff-Flüssigkeit innerhalb des Gasstromes fein vernebelt, um durch Verdampfen an der Kühlstelle eine besonders hohe Kühlwirkung zu erzielen. Bei diesem Verfahren dringt die Kühlflüssigkeit in verdampfter und/oder kleinster Tröpfchenform aus dem direkten Bereich an der Bearbeitungsstelle in umgebende Atmosphäre ein. Dies ist unerwünscht und insbesondere für sich in der Nähe der Bearbeitungsstelle aufhaltende Personen wegen der Gefahr eines Einatmens gesundheitsschädlich.At one off DE 43 18 769 A1 known method, the lubricant liquid is finely atomized within the gas stream to achieve a particularly high cooling effect by evaporation at the cooling point. In this process, the cooling liquid penetrates in vaporized and / or smallest droplet form from the direct area at the processing site in ambient atmosphere. This is undesirable and, especially for people staying near the processing station, it is harmful to health due to the risk of inhalation.

Bei einer Werkzeugkühlung nach DE 949 613 C tritt ein Flüssigkeitsstrom, das heißt kein als Kernstrom ausgebildeter Schmierstoff-Gasstrom, unter hohem Druck aus einer Düse aus und wird als solcher auf das zu kühlende Werkstück geführt. Dabei wird dieser Flüssigkeitsstrom lediglich von einem mantelförmigen Gasstrom gegen ein Zerstäuben in die Atmosphäre hineingeschützt. Eine Beeinflussung einer Schmierstoff-Tröpfchengröße erfolgt hier nicht.After a tool cooling after DE 949 613 C a liquid flow, that is, no lubricant gas flow formed as a core flow, exits from a nozzle under high pressure and as such is guided onto the workpiece to be cooled. In the process, this liquid flow is protected against sputtering into the atmosphere only by a jacket-shaped gas flow. An influence of a lubricant droplet size does not take place here.

Bei einem gattungsgemäßen Verfahren beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, mit einer möglichst geringen Schmiermittelmenge bei gleichzeitig einem äußerst gesundheitsschonenden Transport- und Auftreffverhalten des tröpfchenförmig geförderten Schmiermittels eine optimale Werkzeug-/Werkstückkühlung zu erhalten.at a generic method employed the invention with the problem with the lowest possible amount of lubricant at the same time as a very health-friendly transport and impact of the droplet-shaped promoted Lubricant to get an optimal tool / workpiece cooling.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren durch die Merkmale von Patentanspruch 1 und für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die Merkmale von Patentanspruch 4 gelöst.These Task is for a method by the features of claim 1 and for a device to carry out the method by the features of claim 4 solved.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, flüssigen Schmierstoff einerseits in einer geringstmöglichen Menge zuzuführen und andererseits in der Form von Tröpfchen in einer solchen Größe, dass diese auf Grund ihrer Schwerkraft absinken und damit nicht als Schwebeteilchen in der Atmosphäre verbleiben können. Mit zunehmender Größe der Tröpfchen sinkt einerseits mit Bezug auf Menschen deren Lungengängigkeit und andererseits nimmt deren Impuls und damit deren Trefferwahrscheinlichkeit zu. Dies bedeutet wiederum eine Verringerung eines sich bildenden Sprühnebels. Die Flüssigkeits-Schmierstoffmenge kann derart gering gewählt werden, dass ein Abtrennen von bei einer spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstückes anfallenden Spänen nicht erforderlich ist. Der Gasstrom dient bei einer spanabhebenden Bearbeitung unter anderem auch zu einem Späneabtransport.The Invention is based on the idea of liquid lubricant on the one hand in the least possible Supply quantity and, on the other hand, in the form of droplets of a size such that these fall due to their gravity and thus not as suspended particles in the atmosphere can remain. As the size of the droplets decreases on the one hand with regard to people whose respiratory activity and on the other hand takes their momentum and thus their hit probability too. This in turn, means a reduction in the formation of a spray. The amount of liquid lubricant can be chosen so low that a cutting off in a machining of a workpiece accumulating chips is not required. The gas stream is used in a cutting Processing among other things also to a chip removal.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments the method according to the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.One embodiment is shown in the drawing.

Diese zeigtThese shows

1 einen Längsschnitt durch eine ein Gemisch aus Kühlgas und Flüssigkeitströpfchen an eine Werkstück-Bearbeitungsstelle führende Düsen-Einrichtung. 1 a longitudinal section through a mixture of cooling gas and liquid droplets leading to a workpiece processing point nozzle means.

Eine Düse 1 besteht aus einem Düsenrohr 2 und einer axial in diesem angeordneten Düsen-Lanze 3. Das Ausströmende der Düsen-Lanze 3 ragt aus der Austrittsöffnung des Düsenrohres 2 nach axial außen heraus. Der betreffende Abstand kann beispielsweise ein Maß von etwa 30 mm einnehmen. Zweckmäßigerweise ist die Düsen-Lanze 3 axial verschiebbar in der Düse 1 gelagert, um den vorgenannten Abstand variieren zu können. Der zu kühlende und schmierende Bearbeitungsbereich an einem spanabhebend bearbeiteten Werkstück ist in der Zeichnung mit einer strichpunktierten Linie 4 angedeutet. Durch den auf die Bearbeitungsstelle auftreffenden Gasstrom werden unter anderem auch die Späneteilchen verstärkt abgeführt.A nozzle 1 consists of a nozzle tube 2 and a nozzle lance axially disposed therein 3 , The outflow end of the nozzle lance 3 protrudes from the outlet opening of the nozzle tube 2 out axially outward. The distance in question can take, for example, a measure of about 30 mm. Conveniently, the nozzle lance 3 axially displaceable in the nozzle 1 stored in order to vary the aforementioned distance can. The processing area to be cooled and lubricated on a machined workpiece is indicated in the drawing by a dot-dash line 4 indicated. Due to the gas stream impinging on the processing site, among other things, the chip particles are increasingly removed.

Der Bearbeitungsbereich 4 kann sich an einem durch einen Drehstahl bearbeiteten Werkstück befinden oder auch an einem Werkstück, das beispielsweise mit einem Fräser bearbeitet wird. Das Material des zu bearbeitenden Werkstückes wird üblicherweise Metall sein.The editing area 4 can be located on a machined by a lathe workpiece or on a workpiece that is processed for example with a cutter. The material of the workpiece to be machined will usually be metal.

Das Düsenrohr 1 ist dicht in die Austrittsöffnung einer Zuleitung 5 eingesetzt. Im Bereich der Zuleitung 5 ist die Düsen-Lanze 3 an eine Zusatzleitung 6 dicht angeschlossen.The nozzle tube 1 is tight in the outlet opening of a supply line 5 used. In the area of the supply line 5 is the nozzle lance 3 to an additional line 6 tightly connected.

Unter Einsatz der vorstehend beschriebenen Einrichtung funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt.Under Use of the device described above works that inventive method as follows.

Aus der Zuleitung 5 strömt Luft als Gas in das Düsenrohr 2 und verläßt dieses an dessen Austrittsöffnung. Der Gasstrom steht innerhalb des Düsenrohres 2 unter einem Druck p1. Außerhalb der Düse 1 herrscht ein Umgebungsdruck p3, der auch für den Bearbeitungsbereich 4 gilt.From the supply line 5 air flows as gas into the nozzle tube 2 and leaves this at the outlet opening. The gas stream is inside the nozzle tube 2 under a pressure p 1 . Outside the nozzle 1 There is an ambient pressure p 3 , which also applies to the processing area 4 applies.

Durch die Düsen-Lanze 3 wird unter einem Druck p2 aus der Zusatzleitung 6 ein Luft-Öl-Nebel-Gemisch geführt, das an dessen Austrittsöffnung in den bereits aus dem Düsenrohr 1 ausgetretenen Gasstrom in geringer Nähe des Bearbeitungsbereiches 4 eintritt.Through the nozzle lance 3 is under a pressure p 2 from the additional line 6 passed an air-oil-mist mixture, which at the outlet opening in the already out of the nozzle tube 1 leaked gas flow in close proximity to the processing area 4 entry.

Das Verhältnis der Drücke p1, p2 und p3 ist derart, daß die Differenz aus p1 und p3 erheblich größer ist als diejenige aus p2 und p3. Aufgrund dieser Druckverhältnisse entstehen beim Austritt des Ö1-Nebelgemisches aus der Düsen-Lanze 3 Öltröpfchen mit Tröpfchendurchmessern, die vorwiegend größer als 3 μm sind. Tröpfchen mit derartigen Durchmessern besitzen die Eigenschaft, schwerkraftbedingt abzusinken. Des weiteren sind solche Tröpfchen nicht lungengängig und besitzen einen rela tiv hohen Impuls. Dadurch entstehen mit derartigen Tröpfchen keine unkontrollierbaren Öl-Nebel.The ratio of the pressures p 1 , p 2 and p 3 is such that the difference between p 1 and p 3 is considerably greater than that of p 2 and p 3 . Due to these pressure conditions arise at the outlet of Ö1-mist mixture from the nozzle lance 3 Oil droplets with droplet diameters that are predominantly greater than 3 microns. Droplets of such diameters have the property of sinking due to gravity. Furthermore, such droplets are not respirable and have a rela tively high pulse. As a result, such droplets do not give rise to uncontrollable oil mist.

Die angegebene Tröpfchengröße besitzt aufgrund einer durch eine relativ große Oberfläche gegebene geringe Oberflächenspannung ein gutes Benetzungsverhalten. Dadurch können sich die Tröpfchen gut an abgetragenen Werkstückteilchen ansetzen.The has indicated droplet size due to a low surface tension given by a relatively large surface area a good wetting behavior. This allows the droplets to do well on worn workpiece particles begin.

Das Gas, das durch das Düsenrohr 1 dem Bearbeitungsbereich 4 zugeführt wird, kann und soll unter einem möglichst hohen Druck stehen. Dieses Gas ist zweckmäßigerweise Druckluft und dient außer einer Kühlung des zu bearbeitenden Werkstückes für den Fall, daß das Werkstück spanabhebend bearbeitet wird, auch zu einer verbesserten Spanabfuhr.The gas flowing through the nozzle tube 1 the editing area 4 is supplied, can and should be under as high a pressure as possible. This gas is expediently compressed air and is used in addition to a cooling of the workpiece to be machined in the event that the workpiece is machined, also to an improved chip removal.

Die beschriebene Düseneinrichtung ist derart aufgebaut, daß durch sie wahlweise neben einem Gas-Flüssigkeitsgemisch auch ausschließlich Kühlflüssigkeit geführt werden kann, wenn zu bearbeitende Materialien an dem Bearbeitungsbereich 4 ein ausschließlich aus Flüssigkeit bestehendes Kühl- und Schmiermedium benötigen. Hierdurch können mit ein und dergleichen Düseneinrichtung problemlos unterschiedliche Kühlverfahren je nach Erfordernis durchgeführt werden.The described nozzle device is constructed in such a way that, in addition to a gas-liquid mixture, it is optionally possible to guide exclusively cooling liquid through it, if the materials to be processed on the processing region 4 require an exclusively liquid existing cooling and lubricating medium. As a result, different cooling methods can be carried out as required with one and the same nozzle device without problems.

Claims (5)

Verfahren zum Kühlen und Schmieren einer Bearbeitungsstelle an einem Werkstück, bei dem – zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug eine hohe Relativgeschwindigkeit herrscht, – Werkstoff spanabhebend von dem Werkstück abgetragen wird, – das Kühlen und Schmieren mit Hilfe eines Gemisches aus Gas, insbesondere aus Luft, und in das Gas eingebrachter Tröpfchen aus einer Schmierstoff-Flüssigkeit, insbesondere Öl, erfolgt, – die Schmierstoff-Flüssigkeit wird als Bestandteil eines Schmierstoff-Gasstromes in einen Haupt-Gasstrom eingeführt, – das Einführen erfolgt in einem Bereich des Haupt-Gasstromes, in dem dieser an der Bearbeitungsstelle bereits aus einer ihn dieser Bearbeitungsstelle zuzuführenden Düse ausgetreten ist, – der Schmierstoff-Gasstrom mündet axial zentral in den Haupt-Gasstrom ein, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt-Gasstrom unter einem höheren Druck als der Schmierstoff-Gasstrom zugeführt wird.Method for cooling and lubricating a machining point on a workpiece, in which - there is a high relative speed between the workpiece and the machining tool, - material is removed from the workpiece by machining, - the cooling and lubricating with the aid of a mixture of gas, in particular of air, and in the gas introduced droplets of a lubricant liquid, in particular oil, takes place, - the lubricant liquid is introduced as part of a lubricant gas stream in a main gas stream, - the introduction takes place in a region of the main gas stream, in the this has already escaped at the processing point from a him this processing point supplied nozzle, - the lubricant gas flow flows axially centrally into the main gas stream, characterized in that the main gas stream is supplied at a higher pressure than the lubricant gas stream. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eintritt des Schmierstoff-Gasstromes in den Haupt-Gasstrom zumindest vorwiegend Schmierstofftröpfchen mit einem Durchmesser von oberhalb 3 μm erzeugt werden.Method according to claim 1, characterized in that upon entry of the lubricant gas stream into the main gas stream at least predominantly lubricant droplets with a diameter of above 3 μm be generated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt des Schmierstoff-Gasstromes in den Haupt-Gasstrom in einem deutlichen Abstand gegenüber der Austrittsöffnung einer den Haupt-Gasstrom freigebenden Düse erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the entry of the lubricant gas stream into the main gas stream at a significant distance from the outlet opening of a the main gas flow releasing nozzle takes place. Düse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem Düsenrohr (2) besteht, durch dessen zentrale Achse eine Düsen-Lanze (3) geführt ist, die mit axialem Abstand aus der Ausströmöffnung des Düsenrohres (2) herausragt.Nozzle for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a nozzle tube ( 2 ), through whose central axis a nozzle lance ( 3 ) is guided, which at an axial distance from the outflow opening of the nozzle tube ( 2 ) stands out. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenlanze (3) an ihrem Austrittsende einen nach radial außen abragenden Ringflansch (7) als Rückströmhindernis für das aus ihr ausströmende Medium aufweist.Nozzle according to claim 4, characterized in that the nozzle lance ( 3 ) at its outlet end a radially outwardly projecting annular flange ( 7 ) as Rückströmhindernis for flowing out of their medium.
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