DE3720566A1

DE3720566A1 - System zur zusaetzlichen anwendung entsorgungsfreier hochdruckschneidoele an werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE3720566A1
Application number: DE19873720566
Authority: DE
Inventors: Joachim Schwindling
Original assignee: Individual
Current assignee: SCHWINDLING, JOACHIM, 7858 WEIL, DE
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1987-11-12
Also published as: DE3720566C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur zusätzlichen Anwendung entsorgungsfreier Hochdruckschneideöle mittels eines dosierten Druckluftimpulses, welcher durch Injektionen eines Schneideöles in ein Aerosol überführt wird und somit äußerst sparsam ergänzend zu anderen Kühlschmierstoffen ohne Beeinträchtigung deren Qualität wirkt.

Bei den heute üblicherweise vorkommenden Zerspannungsvorgängen sind die Werkzeugmaschinen nur für eine Sorte eines Kühlschmierstoffes ausgelegt. Wird ein anderes Kühlschmiermittel benötigt, wird es entweder von Hand oder gar nicht zum Einsatz gebracht. Unter Berücksichtigung, daß sich die Kühlschmierstoffe nicht miteinander mischen dürfen, bzw. sehr stark toxische Komponenten enthalten, wird in den meisten Fällen ein Kompromiß geschlossen, der so aussieht, daß nur ein Kühlschmierstoff eingesetzt wird.

Erfindungsgemäß führt dieses falsche Einsetzen der Kühl- und Schmiermittel zu kürzeren Standzeiten der Werkzeuge und wesentlich schlechteren Qualitäten der bearbeiteten Flächen bis hin zur Zerstörung des Werkzeugs bzw. Werkstücks. Eine Alternative besteht bisher darin, daß von Hand zum Teil hochgiftige Chlorkohlenwasserstoffhaltige Schneidöle eingesetzt werden, welche Mensch und Maschine mit Giftstoffen anreichern, und sich im Kühlmittel der Maschine konzentrieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die es auf einfache Weise ermöglicht, physiologisch und ökologisch unbedenklich den Zerspanungsvorgang bestmöglich zu unterstützen. Erfindungsgemäß wird für ein System der genannten Art vorgeschlagen,

a) daß das umweltfreundliche Schneidöl aus Pflanzenöl, Isopropylalkohol, Kolloidal gelöstem Schwefel und EP-Zusätzen besteht,
b) daß das Schneidöl mittels einer pneumatischen Vorrichtung und einem Injektor auf die zu zerspanenden Stelle und/oder auf das Werkzeug aufgebracht wird.

Da das Schneidöl aus reinem Pflanzenöl und Alkohol besteht, ist die Anwendung für den Menschen und seine Umwelt unbedenklich. Das Pflanzenöl besteht aus gesättigten und ungesättigten Fettsäureglyceriden, denen auch beliebig Glycerinfettsäure-Ester zugefügt werden können. Unter Druck bilden diese Stoffe polare Metallseifen. Kolloidaler Schwefel und EP-Zusätze unterstützen die Schmierwirkung dieser Stoffe, sodaß höchste Schnittdrücke aufgefangen werden. In Zusammenhang mit der Konsistenz der Flüssigkeit wird eine ausreichende Haftung auf der Metalloberfläche erzielt.

Das Aufbringen des Schneidöles gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einfachen Mitteln möglich. Spezialpumpen und Entsorgungseinrichtungen sind bei der Anwendung nicht erforderlich. Bei einer bevorzugten Ausführung der Anwendung des erfindungsgemäßen Schneidöles, wird das Öl über einen Öler in einen Luftstrom, welcher über ein 2/2-Wegeventil impulsgesteuert ist, eingebracht.

Die bisher stark verbreiteten Schneidöle sind nahezu durchwegs Mineralölhaltig, und/oder enthalten giftige Lösungsmittel. Dadurch bedingt ergeben sich gewisse Gefahren, die auch spezielle Vorschriften über den Umgang mit gesundheitsschädlichen, bzw. umweltschädigenden Stoffen erfordern. Die bisher angewendeten Ersatzstoffe verbreitern zwar den Anwendungsbereich, sind jedoch weniger geeignet für den speziellen Einsatz als reines Hochdruckschmiermittel. Wenn man nun wie vorgeschlagen das Schneidöl aus reinem Pflanzenöl und Isopropylalkohol herstellt, ist die Anwendung für den Menschen und seine Umwelt unbedenklich. Das Schneidöl ist absolut mineralölfrei und enthält auch keine giftigen Lösungsmittel (MAK- Wert I-Propanol: 980 mg/m³). Die Zusätze bestehen aus Spuren von NaCl, Schwefel und Natriummetaphosphat. Die Unbedenklichkeit dieser Substanz ist erwiesen, zudem auch die Konzentration an diesen EP-Zusätzen gering ist. Durch die Wechselwirkungen der Komponenten erstreckt sich die Schmierwirkung über den großen Temperaturbereich, der von einem EP-legierten Schneidöl abgedeckt werden sollte.

Kolloidal verteilter Schwefel wirkt fäulnishemmend und verhindert zusammen mit den I-Propanol die Zersetzung des Schneidöl bei längerer Lagerung. In der Natur wird diese Wirkung durch ausreichende Verdünnung aufgehoben, sodaß dann ein natürlicher und schneller Zersetzungsprozeß eintritt.

Bei der Anwendung soll Umweltfreundlichkeit, Qualität und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund stehen. Daher empfiehlt sich die Anwendung in einem System, welches die elektronische Ansteuerung mittels Impuls oder die Betätigung über sonstige Bedienungselemente zuläßt. Dadurch kann erreicht werden, daß eine genau dosierte Menge, die größtmögliche Sparsamkeit bedeutet ohne daß überschüssiges Schneidöl von der Einsatzstelle abtropft oder gar davonfließt, zur Anwendung kommt.

Zusammensetzung der Erfindung:

Pflanzenöl 900 ml:
Schmiergrundlage, bildet Schmieraktive Stoffe
Isopropylalkohol 95 ml:
Erhöht die Kriechfähigkeit des Öles, verhindert bakterielle Zersetzung.
Glycerin 5 ml:
Dispergiermittel, stellt Konsistenz ein.
NaCl 0,5 g/l:
Bildet an der Oberfläche Metallchloride
NaPO₃ 0,5 g/l:
Bildet an der Oberfläche Metallphosphate
Kolloidaler Schwefel 1,0 g/l:
Bildet an der Oberfläche Metallsulfide/ Feststoffe; fäulnishemmende Wirkung
Fettalkoholsulfonate 0,5 g/l:
Emulgierende Wirkung
Ascorbinsäure 0,5 g/l:
Antioxidationsmittel

Im folgenden wird anhand der Zeichnung die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1: Metallseifenmoleküle

Fig. 2: eine erste Ausführungsform einer pneumatischen Einspritzeinrichtung über Elektromagnet angesteuert

Fig. 3: eine zweite Ausführungsform gem. Fig. 2, jedoch über Taster betätigt.

Fig. 4: eine weitere Ausführungsform gem. Fig. 2 mit elektronischen steuerbarem Impulsgeber.

In der Fig. 1 ist eine Fettsäuremetallseife dargestellt. Natürliche pflanzl. Öle bestehen aus Triglyceriden, welche stets über 60% ein oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren enthalten. Am häufigsten sind Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure enthalten. Unter den Bedingungen, wie z. B. beim Gewindeschneiden vorkommen, entstehen unter Druck und Temperatur aus den Glycerinfettsäureestern Glycerin und Metallseifen. Diese Seifen sind verantwortlich für die an sich sonst geringe Schmierfähigkeit der pflanzlichen Öle. Mit der elektrisch geladenen Carboxylgruppe haften sie durch chem. Bindung an der Metalloberfläche. Das unpolare Ende des Moleküls taucht in den Ölfilm ein. Bei den niedrigeren Temperaturen sind diese Metallseifen fest. Steigt die Temperatur jedoch über den Schmelzpunkt hinaus an, hat der kolloidale Schwefel, der auch an den unpolaren Enden der Metallseifen haftet, dadurch, daß die Ordnung der gleichsinnig parallel angeordneten Fettsäuremoleküle zusammenbricht, Zutritt zu der Metalloberfläche. Gleichzeitig können auch die anderen EP-Additive wirken.

Durch das Zusammenwirken von Alkohol, Fettalkoholsulfonate und Metallseifen, wird evtl. vorhandenes Wasser emulgiert und beeinträchtigt daher den Zutritt des Schneidöles nicht. Glycerin bewirkt den Zusammenhang zwischen polaren und unpolaren Medien und verhindert dadurch ein Abtropfen des Schneidöles.

Im Schaltschema gemäß Fig. 2 ist mit 1 ein Öler bezeichnet, der mit einer größeren Düse versehen ist, als sonst in der Pneumatik üblich ist. Diese größere Düse gestattet eine größere Injektion des Öles in die Druckluft. Gefüllt wird der Öler mit Schneidöl gemäß Fig. 1. Das Öl-Aersol gelangt über die Leitung zum Einsatzort. Dies kann auch über eine schon installierte Kühlschmierstoffzuleitung geschehen. Teil 2 ist ein 2/2-Wegeventil über Elektromagnet betätigt mit Federrückstellung und hat die Aufgabe, den Luftstrom über die Dauer des elektrischen Impulses zu ermöglichen, um anschließend selbstätig in den unterbrochenen Zustand zurückzufallen. Teil 3 ist eine herkömmliche Wartungseinheit, bestehend aus einem Wasserabscheider, einem Druckmeßgerät und einem Öler, welcher zweckmäßig mit Glycerin gefüllt werden sollte, um das System mineralölfrei zu halten. P ist ein in der Pneumatik üblicher Druckluftanschluß. Der Öler 1 sollte in einer dem Ölverbrauch entsprechenden Dimension ausgelegt und nicht weniger als 250 ml Volumen haben.

In Fig. 3 ist der Öler 1 und die Wartungseinheit 3 identisch mit den Schaltorganen nach Fig. 2. Das 2/2-Wegeventil 4 wird über die Steuerleitung Z von Grundzustand b in a versetzt und bleibt solange in Stellung a, bis der Steuerdruck in Z unterbrochen wird. Durch Federrückschaltung wird das Ventil 4 in den Grundzustand b versetzt. Das 3/2-Wegeventil mit Federrückstellung 5 wird in dieser Ausführung durch einen Taster betätigt, und beaufschlagt die Steuerleitung Z in Zustand a mit Druck. Die P-Leitungen vom 2/2-Wegeventil 4 und 3/2-Wegeventil 5 sind mit der Wartungseinheit gemäß Fig. 2 verbunden.

Das 3/2-Wegeventil 5 kann auch für alle Betätigungsarten ausgelegt werden. Es ist zweckmäßig, die Luft durch R über einen Geräuschdämpfer austreten zu lassen.

Anhand der Fig. 4 wird nun noch ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem das 2/2-Wegeventil 2 elektronisch regelbar angesteuert wird. Die pneumatische Vorrichtung entspricht Fig. 2. Hinzu kommt die elektronische Schaltung, die einen Impuls durch den Taster b 1 in einen regelbaren Steuerimpuls umwandelt. Der Taster b 1 kann dabei auch durch einen elektrischen Impulsgeber, wie z. B. eine elektronische Steuerung oder Computer, ersetzt werden.

Die Funktionsweise der pneumatischen Einrichtung ist gleich der Vorherigen gem. Fig. 2 und 3. Dabei arbeitet das Schaltorgan wie folgt:

Ist der Taster b 1 geöffnet, bekommt die Basis vom Transistor T 1 über den Widerstand R das Emitterpotential. Der Transistor T 1 sperrt die Emitter-Collektorstrecke und sperrt somit den Transistor T 2. Wird b 1 gedrückt, bekommt die Basis des Transistors T 1 über den Widerstand R 3 positives Potential und der Transistor T 1 öffnet die Emitter-Collektorstrecke. Dadurch wird die Basis des Transistors T 2 angesteuert und dieser öffnet ebenfalls die Emitter-Collektorstrecke. Jetzt kann kräftiger Strom des Transistors T 2 fließen und den Elektromagneten des 2/2-Wegeventil 2 einschalten. Gleichzeitig wird der Kondensator C aufgeladen und entlädt sich langsam über den regelbaren Widerstand R 2. Solange der Kondensator sich entlädt, bekommt die Basis des Transistors T 1 noch genügend positives Potential. Nach Entladung des Kondensators C sperrt der Transistor T 1 und somit auch der Transistor T 2. Der Elektromagnet des 2/2-Wegeventils wird dadurch ausgeschaltet und das System fällt in den ursprünglichen Zustand wieder zurück.

Bei der Anwendung von stark abweichenden Zeitintervallen empfielt es sich, den Kondensator C durch das Zuschalten weiterer Kondensatoren zu ergänzen um somit die Gesamtkapazität zu erhöhen.

Es ist selbstverständlich, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 4 gegenüber den Fig. 2 und 3 den Vorteil hat, daß der Luftdruckimpuls zeitlich regelbar, bei konstanten Eingangssignal, ist. Diese Schaltung läßt sich auch leicht an Ausgänge von CNC Maschinen anschließen.

Es sei wiederholt, daß das erfindungsgemäße Schneidöl genau auf die technologische Anwendung in steuerbaren Systemen abgestimmt ist. Erst die Eigenschaften wie Homogenität, Viskosität, Ungiftigkeit, Umweltfreundlichkeit, Emulgierfähigkeit und EP-Schmierfähigkeit ermöglichen den Einsatz in beschriebener Weise.

Claims

1. System zur zusätzlichen Anwendung von entsorgungsfreien nichtwassermischbarer EP-Kühlschmierstoffen an Werkzeugmaschinen, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Schmiergrundlage des Schneidöles aus reinem Pflanzenöl und Iso-Propanol besteht.
b) daß die Zusammensetzung des Schneidöles auf den technologischen Einsatz abgestimmt ist und als Zusatzstoffe Glycerin, Fettalkoholsulfonate, Schwefel, NaCl, Na PO₃ und Ascorbinsäure enthält.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (1) ein pneumatischer Öler ist, der mit einer größeren Düse versehen ist.

3. System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung mittels pneumatischer Einrichtungen vorgenommen wird, wobei verschiedene Betätigungsarten verwendet werden können.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäigungsart ein elektromagnetisch betätigtes 2/2-Wegeventil (2) ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer über eine elektronische Schaltung regelbar ist wobei als Eingangssignal auch ein elektrischer Impuls verwendet werden kann.

6. System nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gerade soviel Schneidöl zur Anwendung kommt wie nötig.