DE3007709A1 - Einrichtung zum zufuehren von kuehlmittel bei werkzeugen - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel bei Werkzeugen.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
• Sprühnebelgeräte verschiedenster Bauart sind allgemein bekannt Lackspritzpistolen und Parfümzerstäuber sind die populärsten Anwendungsfälle. Sprtlhnebelgeräte werten auch dafür verwendet, Kühl flüssigkeit in fein zerstäubter Form an die Arbeitszone von Werkzeugen zu bringen.
• Bei sehr schnell rotierenden Werkzeugen, insbesondere Schleifscheiben, tritt Jedoch der am Umfang des Werkzeugs mitgerissene und somit mitrotierende Luftmantel derart nachteilig in Erscheinung, daß er die Kühlflüssigkeit ablenkt. Herkömmliche SprUhnebelgeräte können daher nur bei verhältnismäßig langsam rotierenden und damit unwirtschaftlich arbeitenden Werkzeugen eingesetzt werden, oder sie dienen zur Allgemeinkühlung des Werkstücks.
• Bei Schleifscheiben ist es wichtig, Kühlmittel unmittelbar an die Schneidzone zu bringen, um stumpf gewordene Körner und Verunreinigungen zu entfernen und auch die Schleifscheibe selbst wirkungswoll zu kühlen, damit keine zerstörenden Temperaturspannungen zwischen dem relativ kalten Scheibenkern und dem sich aufheizenden Außenmantel entstehen. Da somit Schleifscheit)en die höchsten Anforderungen hinslchtlicl einer wirkungsvollen Kühlung stellen und auch die am schnellsten rotierenden Werkzeuge darstellen, beziehen sich die folgenden Ausführungen vorwiegend auf den Einsatz einer Kühlmittelzuführeinrichtung bei Schleifscheiben. Es versteht sich, daß eine hierfür ausreichende Einrichtung im Zusammenhang mit weniger anspruchsvollen Werkzeugen auch verwendbar ist.
• Da herkömmliche Sprühnebelgerate diesen Anforderungen nicht genügen, wurden verschiedene Systeme entwickelt, bei denen das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit als Flüssigkeitsstrahl durch den die Schleifscheibe umgebenden Luftmantel geschossen wird.
• So arbeitet die sogenannte Hochdruckausspülung mit einem Druck von 250 bar bei einem Lüsendurchmesser von o,8 mm und erreicht eine Strah kreft von etwa 14 Nß Nachteilig ist der sehr hohe Energieverbrauch und der trotz der Minidüse erhebliche Kühlmitteldurchsatz. Es ist hierbei aus Energlegründen nicht möglich, die gesamte Scheibenbreite anzustrahlen, sondern es muß der dünne Strahl hin- und hergeführt werden.ties führt zu ständig unterschiedlich scharfen Scheibenzonen und damit zu ungleichmäßigen Oberflächen am Werkstück. Die Feinfilterung der Flüssigkeit, die spezielle Hochdruckpumpe und der Nachstell- und Bewegungsmechanismus für die Düse sind aufwendig und teuer, und alle diese Teile sind einem starken Verschleiß ausgesetzt.
• Ausgehend von der Erkenntnis, daß durch die Einwirkung eines kalten Kühlstrahles auf die noch mit glühenden Metallpartikeln durchsetzte Schleifscheibe nach Art eines thermischen Abschreckeffektes eine weitgehend zufriedenstellende Standzeitverbesserung der Schleifscheibe zu erreichen ist, wurden Mitteldruckverfahren entwickelt. Sie arbeiten mit 16 bar oder 5 bar und haben Düsendurchmesser von etwa 2 mm. Dennoch ist der Aufwand noch beträchtlich, Feinfilter und Düsenbewegung#smechanis#en sind hier auch erforderlich und auch der Düsenverschleiß ist relativ hoch.
• Ausgehend von dieser Situation liegt somit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, welche mit dem geringsten Aufwand an Gerät und Energie gestattet, Kühlmittel wirksam und zuverlässig an die Arbeitszone von sehr schnell rotierenden Schleifsiheiben zu bringen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Austrittsöffnung des im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Sprühnebelgeräts eine Uberschalldüse angesetzt wird.
• Als Überschalldüse in diesem Sinn ist eine Düsenstruktur zu verstehen, die wenigstens annähernd nach den bekannten Beme&-sungsregeln von LAVAL gestaltet ist(vgl."Hütte 1", 28.Auflage, Seiten 484 bis 491).
• Mit dieser Ergänzung wird somit das an sich bekannte und äußerst einfache Sprühnebelgerät so modifiziert, daß es einen neuen anspruchsvollen Anwendungsbereich finden kann. Der aus der Überschalldüse austretende Nebelstrahl erreicht nämlich eine so hohe Geschwindigkeit (Mach 1 bis 2 Je nach Luftdruck), bei der die einzelnen Flüssigkeitströpfchen über einen so hohen Impuls verfügen, daß sie wie hochenergetische Geschosse den störenden Luftmantel durchschlagen(Impuls=MasseGeschwindigkeit)l.
• Da praktisch das gesamte geförderte Kühlmittel zur Arbeitszone gelangt kann der Hühlmitteldurhsatz auf etwa den zwanzigsten Teil bekannter Mitte drucksysteme reduziert werden. er Nebelstrahl hat einen burchmesser von etwa io bis 20 mm (beim empfohlenen Mündungsabstand von der Schleifscheibe),so daß diese Scheibenoreite kontinuierlich gekühlt wird. Zufolge des bringen Energieverbrauches lEt es einfach möglich, mehrere erfindungsgemäße Einrichtungen nebeneinander zu reihen, um auch extrem brelte Schleifscheiben zu kühlen.
• Sprilhnebelgeräte sind extrem einfach und robust. Das Kühlmittel kann (je nach bekannter Bauart) in die Mischkammer gedrückt oder durch den Luftstrahl hineingesaugt werden. Es können sämtliche bekannten Kühlschmiermittel, die mehr oder weniger aggressiv sind, und a.lch Öle mit Viskositäten bis ca. 20 cSt eingesetzt werden. Feinfilterung des Kühlmittels entfällt.
• Die Austrittsenergie cles Sprühnebels an der Austrittsöffnung der Mischkammer ist nach der LAVAL-Formel über den Eingangsluftdruck problemlos :;o einzustellen, daß die am Ausgang der Uberschalidüse austretenden Kühlmitteltröpfchen gerade eine ausreichende kinetische Energie erhalten, um den gewünschten Kühleffekt herbeizufüljren. Unnötig hoher Luftdruck und Luftverbrauch läßt sich somit vermeiden.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zufolge der genau dosierbaren Strahlgeschwindigkeit und der geringen i?3Uss#gkeitsmenge je Zetteinheit eine besonders geringe hrafteinwirkung auf die Sc#leifscheibe erzielt wird. So ist es insbesondere bei innenschleifspindeln ein bedeutenaer Vorteil, wenn die Spindelwelle vom Kühlmittelstrahl wenig lii radiale Richtung belastet wird, weil dann ein größerer Teil ihrer Steifigkeit für den Arbeitsdruck ausgenutzt werden kann, mit dem sie gegen ein Werkstück angestellt wird.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung hat keinerlei empfindliche Teile in der Nähe der Schleifscheibe und ist daher dem dort herrschenden rauhen Klima bestens gewachsen.
• ver Strahlabstand zur Scheibe braucht nicht besonders genau eingehalten zu werden - Unterschiede von bis zu 40 mm sind zulässig -, so daß ein aufwendiger Nacnstellmechanismus meist entbehrlich ist.
• Sinne fertigungstechnisch besonders gUn:#t:ige Bauart ergeben die merkmale des Anspruchs 2.
• Zweckmäßigerweise sollten dabei gemäß Anspruch 3 die Sinsatzteile lösbar angeordnet werden, um so Jinen raschen Austausch bewerkstelligen zu können.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichrung dargestellten Ausführungsbeispi eles nAt,er erläutert.
• In einem Gehäuseblock 1, der zweckmäßig im Gußverfahren hergestellt wird, sind koaxial zueinander ausgerichtete bohrungen 2 und 3 vorgesehen, die jeweils von auL#en in eine zwischen ihnen ausgesparte Mischkammer 4 münden. In diese führt außerdem eine weitere Bohrung 5, die ebenfalls nach außen recht und dort ein Anschlußrohr 6 aufnimmt, auf as ein Kühlmittelzufuhrschlauch 7 aufgesteckt ist. Dieser Schlauch 7 führt, wie dies mit der strichlierten Leitung 7' angedeutet ist, in einen mit Kühlmittel 8 gefüllten Behälter 9.
• In die Bohrung 2 wird von außen her eine als einsatzteil ausgebildete Luftdüse 10 eingesteckt und mit einer Klemmschraube 14 die in eine Gewindebohrung 12 im Gehäuseblock 1 eingeschraubt ist, festgeklemmt. An der Außenseite ist die Luftdüse 10 mit einer an sich bekannten Anschlußarmatur 13 versehen, an die ein Druckluftschlauch 14 angeschlossen wird. Dieser ist mit einer nicht besonders dargestellten Druckluftquelle bekannter Art verbunden. In den Bereich der Mischkammer 4 mündet die Luftdüse 10 mit einer Düsenöffnung 15.von etwa 2 bis 3 mm durch messer.
• Bis hierher entspricht der Aufbau dem eines bekannten Sprühnebelgerätes und kann auch den bekannten Systemen entsprechend variiert werden.
• In die Bohrung 3 ist nun eine als Einsstzteil gestaltete Überschalldüse 16 eingesteckt und mit einer Klemmschraube 17, die in eine Gewindebohrung 18 im Gehäuseblock 1 eingeschraubt ist, festgeklemmt.
• Die Länge dieser Uberschalldüse 16, sowie der Durchmesser ihrer Bohrung 19 bestimmen sich nach den Bemessungsregeln von LAVA, auf die eingangs schon verwiesen wurde.
• Im Betriebs zustand der Einrichtung gelangt Druckluft in Pfeilrichtung 20 über den Druckluftschlauch 14, die Anschlußarmatur 13, die Luftdüse 10 und deren Düsenöffnung 15 in die Mischkammer 4 und bildet dort in Randzonen einen Unterdruck, der über die Bohrung 5, das Anschlußrohr 6 und den Schlauch 7, 7' Kühlmittel ansaugt. Dieses wird in der Mischkammer 4 mit dem Luftstrahl verwirbelt und bildet mit der Luft einen Nebelstrahl 21, dessen Ausbreitung strichliert angedeutet ist.
• Diese strichliert angedeutete Strahlausbreitung entspri#ht i Rahmen zeichnerischer Genauigkeit etwa der nach JVAL eur deF Beschleunigungseffekt maßgeblichen und durch die Überschalldüse 16 zu erzwingenden Strahlform. Demnach müßte also die Uberschalldüse 16 genau genommen eine leicht gekrümmt zur Miechkammer 4 hin sich verengende Bohrung aufweisen.
• Tatsächlich aber haben Versuche gezeigt, daß eine gerade Bohrung 19 einen durchaus tragbaren Kompromiss darstellt, da sie einerseits besonders einfach herstellbar ist und der LAVAL-Effekt dennoch weitgehend unvermindert erhalten bleibt.
• Maßgeblich dafür ist einerseits, wie die Zeichnung erkennen läßt, daß der Durchmesser der Bohrung 19 im äußeren Endbereich 22 dem Strahldurchmesser nach LAVAL wenigstens annähernd angeglichen ist. Andererseits macht sich folgender effekt vorteilhaft bemerkbar. Ein Teil der Turbulenzströme aus der Mischkammer 4 wird nämlich am Rand des scharfen Nebelstrahlkernes 21 in die Bohrung 19 mitgerissen und bildet im inneren Bohrungsbereich 23 einen aus Turbulenzströmen gebildeten Luftpolstermantel mit zum Endbereich 22 hin abnehmender Polsterstärke. Dieser Luftpolstermantel gleicht somit im Bohrungsbereich 23 den dort an sich zu großen Durchmesser der Bohrung 19 wirkungsvoll aus.
• Eine in vorstehend dargelegter Weise im Sinne einer fertigungstechnischen Vereinfachung gestaltete Düse kann somit eindeutig als Uberschalldüse angesprochen werde-, da letztendlich ihre Wirksamkeit im Gesamtsystem ausschlaggebend ist.
• Die Druckluftzufuhr kann über ein Elektromagnetventil problemlos geSchaltet werden, womit der-Betrieb der Einrichtung in einfachster Weise z.B. mit einer Schleifmaschinensteuerunq gekoppelt werden kann.
• Sowohl in die Druckluftzuleitung als auch in die Kühlmittelzufuhrleitung können Reduzierventile etc. eingeschaltet werden, um den Flüssigkeitsgehalt des Sprühnebels optimal einstellen zu können.

Claims (3)

1. ansprüche 1) Einrichtung zum Zufuhren von Kühlmittel an die arbeitszone von Werkzeugen, insbesondere rotierenden Werkzeugen, wie Schleifscheiben oder dergleichen, umfassend ein Sprühnebelgerät mit einer an eine Druckluftquelle anschließbaren Luftdüse, die in eine Mischkammer mündet, welche Mischkammer über eine Zufuhrleitung mit einem Kühlmittelreservoir kommuniziert und mit einer der Luftdüse gegenüberliegenden wustrittsöffnung in der Mischkammer für den Luft-Kühlmittel-Sprühnebel dadurch gekennzeichnet, daß an die Austrittsöffnung der Mischkammer (4) eine Uberschalidüse (16) angesetzt ist.
2. 2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (4) in einem Gehäuseblock (1) eingeformt ist, daß zwei Jeweils von außen in die Ntschkammer mündende und koaxial zueinander ausgerichtete Bohrungen (2,3) im Gehäuseblock (1) vorgesehen sind, in welche einerse:ts die Luftdüse (10) und andererseits die ÜbersehalidUse (1@) als EinsatzteiLe einsteckbar sind, wobei der die Luftdtüse (10) enthaltende Einsatzteil außerhalb des Gehäuseblocks (1) nit einer Anschlußarmatur (13) für einen Uruckluftschlauch (14) versehen ist und daß eine dritte von außen seitlich in die Mischkammer (4) mündende Bohrung (5) im Gehäuseblock (1) vorgesehen ist, die außen zum snschlua an einen Kühlmitteizufuhrschlauch (7) eingerichtet ist.
3. 3) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzteile (10,16) lösbar im Gehäusebiock (1) festlegbar sind.