DE4221702A1 - Werkzeugmaschine zur hydromechanischen Bearbeitung - Google Patents
Werkzeugmaschine zur hydromechanischen BearbeitungInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Landscapes
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Description
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, mit der
Werkstücke/Werkstoffe nach dem hydromechanischen Prinzip
bearbeitet werden können.
Es ist seit langem bekannt, daß ein mit hoher Geschwin
digkeit, teilweise größer Mach 1 aus einer Düsenöffnung
austretender Flüssigkeitsstrahl beim Auftreffen auf eine
Oberfläche abtragende Wirkungen hervorruft, die heute
in vielfältiger Weise technisch genutzt werden.
Zum Beispiel werden Kanäle nach diesem Prinzip gereinigt,
Farben an Gebäuden und auf Straßen entfernt, sogar Beton
wird bei Sanierungsaufgaben einige Zentimeter tief ab
getragen. Wendet man sehr hohe Arbeitsdrücke an, kann mit
diesem Prinzip sogar bis in Metalle hinein geschnitten
und entgratet werden.
Allerdings erfordert die praktische technische Anwendung
einen erheblichen maschinentechnischen Aufwand, da eine
mobile oder stationäre Maschine/Anlage über mehrere Kom
ponenten verfügen muß, als da sind
- - Zulaufbehälter für das Arbeitsfluid
- - Vordruckpumpe
- - Filter bzw. Filtrationsanlage
- - Hochdruckpumpe
- - Niederdruck- und Hochdruckleitungen
- - Spritzeinrichtungen mit Düsen
- - Manipulatoren
- - Steuereinrichtungen für Maschinentechnik und Bewegung- und Spritzeinrichtungen
- - Fluid-Recycling und ggfs. Entsorgung nach Verwendung
- - Sicherheitseinrichtungen
- - Gehäuse für Spritz- und Schallschutz.
Hiermit wird deutlich, daß eine produktionsintegrierte
Anwendung der hydromechanischen Bearbeitung hohe Inves
titionen sowohl bei der Erstbeschaffung wie auch für
Wartung und Betrieb erforderlich macht, was bisher mit
ursächlich für eine nur auf Nischen beschränkte Ver
breitung dieser Technologie, speziell in der stückzahl
intensiven Teilefertigung, ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Werkzeugmaschi
ne zu schaffen bzw. so zu ergänzen, daß damit eine Nutz
ung des Flüssigkeitsstrahles als Werkzeug zur hydrome
chanischen Bearbeitung großer Teilespektren bei hohen
Stückzahlen kostengünstig möglich wird.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 gelöst.
Während üblicherweise für das hydromechanische Abtragen
Wasser als Arbeitsfluid eingesetzt wird, was im Werk
zeugmaschinenbau korrosionsmäßig auch für die Werkstücke
nicht unbedenklich ist, geht die Erfindung davon aus,
daß die ohnehin in den Maschinen eingesetzten Kühl- und
Schneidflüssigkeiten als Arbeitsfluid auch für die
hydromechanische Bearbeitung Verwendung finden.
Damit wird es ermöglicht, auf derselben Maschine, mit der
bisher lediglich mechanische, vorwiegend spangebende,
aber auch umformende Bearbeitungen durchgeführt werden
konnten, nunmehr auch eine Fülle von hydromechanischen
Bearbeitungen durchzuführen.
Derartige hydromechanische Bearbeitungen können bei
spielsweise sein:
- - Entgraten asphärischer und sphärischer Kreuzbohrungen bei axialer Durchdringung, eine häufig gegebene Aufgabenstellung in der Fertigung von Hydraulikkolben und -nippeln
- - die Verfestigung von Oberflächen bzw. homogene Rauhigkeitsveränderungen an Bereichen, die mit mechanischen Hilfsmitteln schwer oder gar nicht zugänglich sind
- - Entgratung, Reinigung und Spülung spanbehafte ter Bohrungen bzw. Kanäle, beispielsweise solche in Teilen für Drucköl-Schmiersysteme
- - Bearbeiten von Mehrphasen-Werkstoffen, die eine spangebende oder mechanisch umformende Bearbei tung schwer oder gar nicht gestatten, wie z. B. bestimmte Keramiken oder Kunststoffe und deren Verbindung mit Metallen oder anderen Stoffen
- - die Anfertigung von Microbohrungen mit Durch messern von ca. 0,01 bis 2,0 mm sowie entsprech enden Fräsungen in z. B. spannungsfaserkritischen Bereichen, häufig zu finden an Teilen für die Medizin- und Weltraumtechnik, aber auch an Prä zisionsteilen für die Höchstdruckhydraulik
- - Autofrettage an hochbelasteten Hydraulik- und Gaskomponenten nach abgeschlossener spanender Bearbeitung.
In üblichen maschinenbautechnischen Fertigungsstätten,
in denen Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen, liegen
heute die kalkulatorischen Kosten bei etwa 4.000,- DM
pro Quadratmeter. Durch die Erfindung wird den Betrie
ben die Möglichkeit aufgezeigt, praktisch ohne zusätz
lichen Platzbedarf normalerweise sehr viel Raum benö
tigende Bearbeitungen nach dem hydromechanischen Ver
fahren in einer konventionellen Maschine zu integrieren
und damit die Produktivität pro Raum- bzw. Maschinen
einheit wesentlich zu erhöhen.
Am Beispiel eines der heute auf dem Markt angebotenen
üblichen Mehrspindelautomaten wird, wie auch in der
beigefügten Zeichnung gezeigt, beispielhaft die Reali
sierung der erfindungsgemäßen Lösung im folgenden dar
gestellt:
Fig. 1 zeigt unter Ziffer 1 einen solchen Automaten in
voll geschlossener Bauweise in Außenansicht. Auf der
rechten Seite unter 2 befindet sich die Elektro-elek
tronische Steuerung, integriert oder in einem ange
flanschten geschlossenen Kasten. Hinter den Klapp- oder
Schiebetüren 3 liegt der eigentliche Bearbeitungs
raum, in dem mit Kreuzschlitten die Werkzeuge meist
radial gegen die Werkstücke, hier Stangenmaterial, ge
führt werden. Im linken Teil 13 liegt der Antrieb mit
Vorschub etc. Ziffer 4 zeigt das Maschinenbett.
Das Maschinenbett wird nun erfindungsgemäß beispiel
haft als Pumpensumpf 5 gemäß Fig. 2 genutzt, in den
das Arbeitsfluid aus dem Bearbeitungsraum 3 nach z. B.
Kühlung oder Schmierung zurückfließt. Dort wird das
Fluid von einer ausreichend saugfähigen, beispiels
weise im Maschinenbett angebrachten Hochdruckpumpe 7
über ein gleichfalls dort installiertes Filter an
gesaugt und nach Passage der Pumpe über die starren
und/oder flexiblen Leitungen den Strahldüsen 9 oder
über die Kupplungsstücke 10 entweder den Werkzeugen
11 oder den Werkstücken 12 direkt zugeführt.
Eine nicht gezeigte Ausführung könnte darin bestehen,
zwischen Pumpensumpf 5 und Filter 6 eine sogenannte,
vorzugsweise als Kreiselpumpe ausgeführte Vordruck
pumpe zu installieren, damit die Zulaufbedingungen
der Hochdruckpumpe, die vorzugsweise als Reihen- oder
Radialkolben/-plungerpumpe ausgebildet ist, ver
bessert werden. Das Filter 6 ist erforderlich, da die
vorgeschlagenen Hochdruckpumpen in der Regel im Be
reich der Kolben- und Plungerdichtungen abrasiv emp
findlich sind und deshalb im in das Maschinenbett
zurücklaufenden Fluid enthaltene Späne oder sonstige
Partikel vor Zulauf in die Hochdruckpumpe herausge
filtert werden müssen. Die gilt auch und insbesondere,
wenn die Hochdruckpumpe in einer anderen erfindungs
gemäßen Ausführungsform als eine solche mit berührungs
losen Dichtungen oder als reiner Druckübersetzer aus
geführt wird.
Gleichfalls in Fig. 2 ist der Antrieb der Hochdruck
pumpe mit 14 dargestellt, der gemäß Anspruch 3 von der
hier nicht gezeigten Zentralhydraulik der Maschine
hydrostatisch gespeist werden kann.
Mit Ziffer 18 werden in Fig. 2 die mit Anspruch 5 be
zeichneten starren und/oder beweglichen Halterungen
und Führungen gezeigt, die dem die hydromechanische
Bearbeitung ausführenden, aus den Düsen 9 austretenden
Freistrahl 19 gesteuert auf die gewünschte Bearbei
tungsstelle am Werkstück führen.
Mit Ziffer 16 und 17 aus Fig. 2 werden beispielhaft
die in Anspruch 10 angeführten Sender und Empfänger
gezeigt, mit denen mittels Signalübertragung in der
vorgespannten Fluidstrecke zwischen Pumpe 7 und Düse
9 bzw. Kupplungsstück 10 Bearbeitungsdaten ermittelt
bzw. empfangen und dann an die Steuerung 2 zur weiteren
Auswertung weitergeleitet werden.
Derartige Bearbeitungsdaten können beispielsweise mit
Vorschubkräften korrelierende hydraulische Drücke bzw.
hochfrequente Druckschwankungen sein in der erfindungs
gemäßen Anordnung gemäß Anspruch 7, bei der das unter
hohem Druck von beispielsweise 100 bis 4000 bar stehen
de Fluid die Bearbeitungsleistung eines mit Innenbohr
ung versehenen konventionellen spanenden Werkzeuges
unterstützt.
Ziffer 12 in Fig. 2 bezeichnet ein Werkstück mit
Kreuzbohrung, wie es sich vorzüglich für die hydro
mechanische Bearbeitung beispielhaft ergibt.
Über das Kupplungsstück 10 gemäß Anspruch 6 wird dem
Hohlraum das hochgespannte Fluid zugeführt, welches
je nach Querschnittsverhältnissen dann als Freistrahl
19 alleine über die Querbohrung bei verschlossener
Gegenöffnung oder über Querbohrung und axiale Gegen
öffnung austritt. An der Kante zwischen quer- und
Axialbohrung kommt es zu strömungstechnischen Er
scheinungen (Kavitation, Erosion), die zur Entgratung
derartiger mechanisch nur schwer oder gar nicht ent
gratbarer Übergänge führen.
Das Beispiel eignet sich weiter zur Erläuterung der
ebenfalls vorgeschlagenen Autofrettage in der Weise,
daß Quer- und der Kupplung 10 gegenüberliegende Axi
albohrung verschlossen werden und der Hohlraum im
Bereich der Kreuzbohrung kurzzeitig über das Fluid
einem extrem hohen Innendruck ausgesetzt wird, so
daß im Übergangsbereich beider Bohrungen die Fließ
grenze des Werkstoffes erreicht und überschritten
wird, wodurch werkstoff- und bearbeitungsbedingte
Spannungsspitzen abgebaut und das Werkstück höher
belastet werden kann.
In diesem Fall kommt das mit Ziffer 20 in Fig. 2
gezeigte Überströmventil als Druckbegrenzungs- und
Sicherheitsventil zum Einsatz, welches das über
strömende Fluid zurück in den Pumpensumpf 5 ent
leert.
Einen besonderen Vorteil stellt die mit Anspruch 9
ausgeführte Möglichkeit dar, die Hochdruckpumpe 7 im
Falle eines erfindungsgemäß alternativ möglichen
Fremdantriebes auf die normale Arbeitshydraulik der
Maschine aufzuschalten.
Die Maschinen werden üblicherweise mit Hydrauliksyste
men ausgerüstet, deren Arbeitsdrücke im Bereich weniger
hundert bar liegen. Hierdurch sind im Einzelfall not
wendige Bewegungskräfte wie z. B. Vorschubkräfte oder
auch Spannkräfte begrenzt, da nicht in jedem Fall ein
Ausgleich über Flächenverhältnisse möglich bzw. zu auf
wendig ist.
Die erfindungsgemäße Aufschaltung der Hochdruckpumpe
auf die Arbeitshydraulik der Maschine gestattet es nun,
im Einzelfall Kraftspitzen zu erzeugen, die weit über
den normalerweise möglichen liegen, was es ermöglicht,
von da her Bearbeitungsaufgaben zu lösen außerhalb des
vorher üblichen Rahmens.
Die mit Anspruch 1 vorgeschlagene Anwendung der hydro
mechanischen Bearbeitung kommt mit vollgekapselten
Maschinen gemäß Fig. 1 besonders vorteilhaft zur An
wendung, da derartige Maschinen wegen der Kapselung be
reits über den notwendigen Spritz- und Schallschutz
verfügen bzw. dieser nur unwesentlich zu verbessern ist,
um Emissions- und Immissionsgrenzwerte am Aufstellungs
ort zu gewährleisten.
Claims (10)
1. Werkzeugmaschine, insbesondere solche in geschlos
sener Bauweise zur automatisierten mechanischen
Bearbeitung metallischer und nicht metallischer
Werkstoffe, dadurch gekennzeich
net, daß die üblicherweise zur Wärmeabfuhr oder
Bearbeitungsunterstützung eingesetzte Flüssigkeit
(Bohröl, Schneidöl, Spülöl, HFA-Emulsion), im fol
genden das Fluid genannt, gleichzeitig zur hydro
mechanischen Werkstück- bzw. Werkstoffbearbeitung
eingesetzt wird.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das in das Maschinenbett oder eine
außerhalb der Maschine befindliche Auffangwanne
zurückfließende Fluid über ein Filtrationssystem
einer innerhalb oder außerhalb der Maschine ange
ordneten Hochdruckpumpe, vorzugsweise einer Ver
drängerpumpe, zugeführt wird, die eine für die
hydromechanische Bearbeitung erforderliche Ener
giehöhe auf das Fluid überträgt.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe von der
Zentralhydraulik der Maschine, beispielsweise mit
einem hydrostatischen Antrieb, angetrieben wird.
4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das unter hohem Druck stehende
Fluid über flexible und starre Leitungen denselben
Werkzeugträgern zugeführt wird, mittels derer die
Werkzeuge für die üblichen mechanischen Bearbei
tungsvorgänge bewegt oder die Werkstücke selbst
gehalten oder bewegt werden.
5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Werkzeugträger wie z. B.
Schlitten oder Futter mit starren oder beweglich
en Halterungen und Führungen für Hochdruckdüsen
ausgerüstet sind, die wiederum das vorgespannte
Fluid im austretenden Freistrahl auf zu bearbei
tende Stellen leiten.
6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß anstelle von Hochdruckdüsen
hydraulisch dichtende Kupplungsstücke Verwendung
finden, mittels derer eine Verbindung zu Hohl
räumen, beispielsweise Innenbohrungen in Werk
stücken hergestellt wird.
7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die eingesetzten konventio
nellen Werkzeuge wie Bohrer, Fräser und dgl. mit
Innenbohrungen versehen sind, durch die das Fluid
den Bearbeitungszonen mit hohem Druck zugeführt
werden kann.
8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die zur Steuerung der konven
tionellen mechanischen Bearbeitung erforderlichen
Komponenten wie Hydraulik, Pneumatik, Elektrik
und Elektronik gleichzeitig zur Steuerung der
Komponenten und Abläufe der hydromechanischen
Bearbeitung eingesetzt werden.
9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe für den
hydromechanischen Teil bei Fremdantrieb auf die
übliche Arbeitshydraulik aufgeschaltet werden
kann.
10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Hochdruck tragenden
Fluidleitungen Sender und Empfänger eingebaut
sind, die Licht-, Druck- oder Schallwellen in
das vorgespannte Fluid emittieren bzw. solche
Wellen und damit übertragene Signale detektieren.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924221702 DE4221702A1 (de) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | Werkzeugmaschine zur hydromechanischen Bearbeitung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19924221702 DE4221702A1 (de) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | Werkzeugmaschine zur hydromechanischen Bearbeitung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4221702A1 true DE4221702A1 (de) | 1994-01-05 |
Family
ID=6462308
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DE19924221702 Ceased DE4221702A1 (de) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | Werkzeugmaschine zur hydromechanischen Bearbeitung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4221702A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2810267A1 (fr) * | 2000-06-16 | 2001-12-21 | Axiome | Procede d'ebavurage et de traitement de surface par utilisation d'un jet de fluide projete a tres haute pression |
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WO2006021422A1 (de) * | 2004-08-25 | 2006-03-02 | SCHÜTTE, Dieter | Vorrichtung zum einbringen von schnitten in plastisch verformbare lebensmittelvorprodukte, insbesondere in teiglinge |
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DE3719796A1 (de) * | 1987-06-13 | 1988-12-22 | Gehring Gmbh Maschf | Verfahren und werkzeug zum bearbeiten von oberflaechen, insbesondere von laufflaechen von verbrennungsmaschinen |
-
1992
- 1992-07-02 DE DE19924221702 patent/DE4221702A1/de not_active Ceased
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