EP0794036A1 - Maschine zum Polieren und/oder Schleifen - Google Patents

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EP0794036A1
EP0794036A1 EP97102385A EP97102385A EP0794036A1 EP 0794036 A1 EP0794036 A1 EP 0794036A1 EP 97102385 A EP97102385 A EP 97102385A EP 97102385 A EP97102385 A EP 97102385A EP 0794036 A1 EP0794036 A1 EP 0794036A1
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EP
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machine
liquid
supercritical
valve
tube
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Roland Henneborn
Peter Holz
Michael Lechner
Wolfgang Volker
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Messer Griesheim GmbH
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Messer Griesheim GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
    • B24B23/026—Fluid driven
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B55/00—Safety devices for grinding or polishing machines; Accessories fitted to grinding or polishing machines for keeping tools or parts of the machine in good working condition
    • B24B55/02—Equipment for cooling the grinding surfaces, e.g. devices for feeding coolant

Definitions

  • the invention relates to a machine according to the preamble of claim 1.
  • a machine of the applicant which comprises a polishing wheel and a cold gas supply for cooling the surface to be polished or to be ground, the cold gas supply preferably opening into a gas outlet which is arranged in the axis of rotation of the polishing wheel .
  • the device is preferably operated with N 2 as the cold gas, which is stored in liquid form, evaporated and fed to the gas outlet via the cold gas supply.
  • the nitrogen In order to ensure an optimal operating temperature of the cold gas, which essentially depends on the material properties of the surface to be treated, the nitrogen must be heated at a complex temperature. It is also known to operate such a machine with CO 2 as the cold gas, which has a temperature of -78 ° C. during the evaporation of liquid CO 2 .
  • This temperature is advantageous for the operation of such machines, since it usually exactly meets the requirements for cooling.
  • the machine used according to the prior art is preferably operated with N 2 , since this gas can be conducted in lines without problems. For this it is accepted that the vaporized nitrogen is brought to the desired temperature by supplying energy.
  • N 2 has been preferred because CO 2 has the property of forming liquid-gaseous phase, CO 2 snow during its phase transition, which clogs the pipes and the gas outlet. This significantly impedes the operation of the machine and limits the operating time.
  • the invention is therefore based on the object of providing a machine for polishing and grinding, with which treatment of surfaces with CO 2 as cold gas is possible without problems.
  • a polishing disc 2 as a processing tool is set in rotation by a gear 3 which is driven by a compressed air motor 4.
  • a gas supply 5 leads into the axis of rotation and opens into a valve, which essentially consists of an adjusting device 11, a tube 6, a valve spindle 12 arranged within the tube 6, and an expansion nozzle 7.
  • the gas supply 5 and the valve is shown in more detail.
  • the gas supply 5 opens into the tube 6, the upper end of which is closed via a pressure disc 9 and a stuffing box 10 with the aid of the adjusting device 11, which is designed as a union nut with which the valve spindle 12 is moved axially within the tube 6 via the thread 8 can.
  • the expansion nozzle 7 has an outlet tapering opening 13, an aperture 14 and a pressure screw 15.
  • the liquid or supercritical CO 2 flows from a riser bottle, a high-pressure, medium-pressure low-pressure tank or a pipeline into the machine 1 via the gas supply 5.
  • the valve which regulates the flow rate of liquid or supercritical CO 2 is run through.
  • the liquid or supercritical CO 2 enters the tube 6 and exits through the expansion nozzle 7. Due to the sudden expansion, the liquid or supercritical CO 2 evaporates and goes into the gas phase. It has a temperature of -78 ° C, which is very suitable for cooling sensitive surfaces. It is characteristic that no impermissible pressure losses occur in the gas supply 5 and the tube 6. As a result, there can be no disturbing CO 2 snow formation in these lines, which blocks the supply of CO 2 and clogs the gas paths. The relaxation takes place only in the nozzle area.
  • the expansion nozzle 7 is arranged in the immediate vicinity of the working area of the processing tool. It is preferably located in the axis of rotation of the polishing disc 2. However, arrangements are also conceivable in which the expansion nozzle 7 is introduced into the region of the polishing disc 2 in such a way that it rotates with the polishing disc 2. Of course, several relaxation nozzles 7 can also be attached. Control cones or interchangeable openings which are tapered on the outlet side are suitable for opening the expansion nozzle 7. Pinholes can also be used. When using a control cone, the gas throughput can be adapted to the polishing or grinding task to be solved.
  • the diameter of the valve spindle 12 and the inside diameter of the tube 6 are dimensioned such that the liquid or supercritical CO 2 does not relax in the interior of the tube 6.
  • the dimensions of the valve spindle 12 and the tube 6 are preferably chosen so that the annular gap between the inner surface of the tube 6 and the outer surface of the valve spindle 12 is approximately 0.2 to 2 mm. In this case, a pressure drop can only take place at the outlet of the still liquid or supercritical CO 2 from the pipe 6 and the flow paths of the liquid or supercritical CO 2 are thus kept clear.
  • the expansion nozzle 7 For the machining of surfaces that place special demands on the machining temperature, it is possible to equip the expansion nozzle 7 with a temperature sensor which has the current one Measures temperature and controls a heating device, preferably a small heating coil, which is arranged in the region of the expansion nozzle 7. This allows the environment of the expansion nozzle 7 to be tempered.
  • a temperature sensor which has the current one Measures temperature and controls a heating device, preferably a small heating coil, which is arranged in the region of the expansion nozzle 7.
  • a heating device preferably a small heating coil

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Abstract

Nach dem Stand der Technik sind Maschinen bekannt, die zur Kühlung der zu bearbeitenden Oberfläche eine Gaszufuhrleitung aufweisen, die in einen Gasaustritt mündet, welcher sich in unmittelbarer Nähe der Polierscheibe befindet. Beim Einsatz von CO2 als Kühlgas können in der Leitung sowie im Gasaustritt Verstopfungen auftreten, die auf Schneebildung des CO2 zurückzuführen sind. Um Verstopfungen zu vermeiden, sind der Maschine (1) Mittel (5) zur Zufuhr des flüssigen oder überkritischen CO2 zugeordnet, die ein Ventil (11,12) zur Regulierung der Durchflußmenge des CO2 mit einer Entspannungsdüse (7) umfassen, wobei das Ventil (11) innerhalb der Maschine (1) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-PS 39 10 590 ist eine Maschine der Anmelderin bekannt, welche eine Polierscheibe und eine Kaltgaszufuhr zur Kühlung der zu polierenden oder zu schleifenden Oberfläche umfaßt, wobei die Kaltgaszufuhr vorzugsweise in einen Gasaustritt, der in der Rotationsachse der Polierscheibe angeordnet ist, mündet. Das Gerät wird bevorzugt mit N2 als Kaltgas betrieben, der in flüssiger Form bevorratet, verdampft und über die Kaltgaszufuhr dem Gasaustritt zugeführt wird. Um eine optimale Betriebstemperatur des Kaltgases, die im wesentlichen von den Materialeigenschaften der zu behandelnden Oberfläche abhängt, zu gewährleisten, muß der Stickstoff aufwendig temperiert werden. Es ist auch bekannt, eine solche Maschine mit CO2 als Kaltgas zu betreiben, das bei der Verdampfung von flüssigem CO2 eine Temperatur von -78°C aufweist. Diese Temperatur ist für den Betrieb solcher Maschinen vorteilhaft, da sie in der Regel den Erfordernissen an Kältebedarf genau gerecht wird. Die nach dem Stand der Technik eingesetzte Maschine wird jedoch vorzugsweise mit N2 betrieben, da dieses Gas problemlos in Leitungen geführt werden kann. Dafür wird in Kauf genommen, daß der verdampfte Stickstoff durch Zufuhr von Energie auf die gewünschte Temperatur gebracht wird. Obwohl das CO2 den tatsächlichen Anforderungen an die Betriebstemperatur wesentlich näher kommt und die Herstellung des Rohstoffes flüssiges CO2 wesentlich weniger Energie verbraucht, wurde bisher N2 bevorzugt, da CO2 die Eigenschaft hat, bei seinem Phasenübergang flüssig-gasförmig, CO2 -Schnee zu bilden, der Leitungen und den Gasaustritt verstopft. Der Betrieb der Maschine wird dadurch erheblich behindert und die Betriebsdauer eingeschränkt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum Polieren und Schleifen zu schaffen, mit der eine Behandlung von Oberflächen mit CO2 als Kaltgas störungsfrei möglich ist.
  • Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 ist die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Mit der Maschine ist es nunmehr möglich, hochempfindlichen Materialien, wie Lackoberflächen oder Kunststoffe mit einer CO2 -Kühlung zu polieren und/oder zu schleifen, ohne daß Verstopfungen der Gaszufuhr oder des Gasaustrittes mit CO2 -Schnee zu Störungen im Arbeitsprozeß oder zu einer vorzeitigen Beendung der Behandlung führen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Zeichnungen zeigen die erfindungsgemäße Maschine in schematischer Form.
  • Es zeigt:
    • Fig.1:
    Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Maschine,
    Fig.2:
    Einen Ausschnitt der Maschine in Figur 1, in dem die Gaszufuhr und der Gasaustritt dargestellt sind,
    Fig.3:
    Einen Querschnitt durch den Gasaustritt.
  • In der in Figur 1 dargestellten Maschine 1 wird eine Polierscheibe 2 als Bearbeitungswerkzeug durch ein Getriebe 3 in Rotation versetzt, das durch einen Druckluftmotor 4 angetrieben wird. In die Rotationsachse führt eine Gaszufuhr 5, die ein ein Ventil mündet, welches im wesentlichen aus einer Einstelleinrichtung 11, einem Rohr 6, innerhalb des Rohrs 6 angeordneter Ventilspindel 12 und einer Entspannungsdüse 7 besteht.
  • In Figur 2 ist die Gaszufuhr 5 und das Ventil genauer dargestellt. Die Gaszufuhr 5 mündet in das Rohr 6, dessen oberes Ende über eine Druckscheibe 9 und eine Stopfbuchse 10 mit Hilfe der Einstelleinrichtung 11 verschlossen ist, welche als Überwurfmutter ausgebildet ist, mit welcher über das Gewinde 8 die Ventilspindel 12 axial innerhalb des Rohrs 6 bewegt werden kann. Die Entspannungsdüse 7 weist eine ausgangs konisch zulaufende Öffnung 13, eine Blende 14 und eine Druckschraube 15 auf.
  • In Figur 3 sind die ausgangs konisch zulaufende Öffnung 13, die Blende 14, die Druckschraube 15, das Rohr 6 und die Gaszufuhr 5 dargestellt.
  • Bei Betrieb strömt das flüssige oder überkritische CO2 aus einer Steigrohrflasche, einem Hochdruck-, Mitteldruck- Niederdrucktank oder einer Rohrleitung über die Gaszufuhr 5 in die Maschine 1. Dabei wird das Ventil durchlaufen, welches die Durchflußmenge an füssigem oder überkritischem CO2 reguliert. Das flüssige oder überkritische CO2 gelangt in das Rohr 6 und tritt über die Entspannungsdüse 7 aus. Durch die schlagartige Entspannung verdampft das flüssige oder überkritische CO2 und geht in die Gasphase über. Es hat dabei eine Temperatur von -78°C, die für die Kühlung von empfindlichen Oberflächen sehr gut geeignet ist. Charakteristisch ist dabei, daß keine unzulässigen Druckverluste in der Gaszufuhr 5 und dem Rohr 6 auftreten. Dadurch kann es in diesen Leitungen nicht zu einer störenden CO2-Schneebildung kommen, die die Zufuhr von CO2 blockiert und eine Verstopfung der Gaswege hervorruft. Die Entspannung findet lediglich im Düsenbereich statt.
  • Die Entspannungsdüse 7 ist unmittelbar in der Nähe des Arbeitsbereiches des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet. Vorzugsweise befindet sie sich in der Rotationsachse der Polierscheibe 2. Es sind jedoch auch Anordnungen denkbar, bei denen die Entspannungsdüse 7 in den Bereich der Polierscheibe 2 derart eingebracht ist, daß sie mit der Polierscheibe 2 eine Rotationsbewegung vollzieht. Selbstverständlich können auch mehrere Entspannungsdüsen 7 angebracht sein. Als Öffnung der Entspannungsdüse 7 kommen Regelkegel oder austauschbare, ausgangsseitig konisch zulaufende Öffnungen in Frage. Es können auch Lochblenden eingesetzt werden. Bei Einsatz eines Regelkegels kann der Gasdurchsatr der jeweilig zu lösenden Polier- oder Schleifaufgabe angepaßt werden.
  • Erfindungsgemäß kommt es jedenfalls darauf an, daß der Durchmesser der Ventilspindel 12 und die lichte Weite des Rohres 6 so bemessen sind, daß das flüssige oder überkritische CO2 sich nicht im Innern des Rohres 6 entspannt. Die Dimensionen der Ventilspindel 12 und des Rohres 6 werden dabei vorzugsweise so gewählt, daß der Ringspalt zwischen der Innenfläche des Rohres 6 und der Mantelfläche der Ventilspindel 12 ca. 0,2 bis 2 mm beträgt. In diesem Fall kann ein Druckabfall erst am Austritt des noch flüssigen oder überkritischen CO2 aus dem Rohr 6 erfolgen und die Fließwege des flüssigen oder überkritischen CO2 werden so sicher freigehalten.
  • Durch den Einsatz von CO2 kann auch bei der Ausgestaltung der Gaszufuhr 5 auf hochisolierte Materialien, wie sie beim Einsatz von flüssigem Stickstoff zur Anwendung kommen, verzichtet werden. Für flüssiges oder überkritisches CO2 können flexible Kunststoffleitungen eingesetzt werden, die eine leichtere Handhabung und größere Beweglichkeit der Maschine 1 ermöglichen. Eine aufwendige thermische Isolierung ist nicht nötig.
  • Für die Bearbeitung von Oberflächen, die spezielle Erfordernisse an die Bearbeitungstemperatur stellen, ist es möglich, die Entspannungsdüse 7 mit einem Temperaturfühler auszustatten, welcher die aktuell vorliegende Temperatur mißt und ein Heizeinrichtung, vorzugseise eine kleine Heizwendel, steuert, welche im Bereich der Entspannungsdüse 7 angeordnet ist. Dadurch kann eine Temperierung der Umgebung der Entspannungsdüse 7 erfolgen. Jedoch wird eine solche Ausführungsform eine Variante für besondere Fälle darstellen, da der Vorteil des nunmehr verbesserten Einsatzes von CO2 gerade darin liegt, daß es apparativ möglich ist, mit CO2 zu arbeiten, welches eine Temperaturregelung weitgehend überflüssig macht, da das frisch verdampfte CO2 eine Temperatur aufweist, die erfahrungsgemäß zu besonders idealen Betriebsbedingungen führt.

Claims (7)

  1. Maschine (1) zum Polieren und/oder Schleifen mit einem eine Relativbewegung gegenüber dem Werkstück auszuführenden Bearbeitungswerkzeug, bei dem dem Bearbeitungswerkzeug Mittel zur Zufuhr von flüssigem oder überkritischem CO2 zugeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mittel zur Zufuhr des flüssigen oder überkritischen CO2 ein Ventil zur Regulierung der Durchflußmenge des CO2 mit einer Entspannungsdüse (7) für das flüssige oder überkritische CO2 umfassen und daß das Ventil innerhalb der Maschine angeordnet ist.
  2. Maschine (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ventil (8) ein Rohr (6) aufweist, durch das eine im Durchmesser kleiner als die Lichte Weite des Rohres (6) dimensionierte Ventilspindel (12) verläuft, dem eine Blende (14) zugeordnet ist, daß die konisch zulaufende und mittels der Ventilspindel (12) zu öffnende und verschließbare Entspannungsdüse (7) eine sich ausgangs verbreiternde Öffnung (13) trägt und daß der Durchmesser der Ventilspindel (12) und die lichte Weite des Rohres (6) so bemessen sind, daß das flüssige oder überkritische CO2 sich nicht im Innern des Rohres (6) entspannt.
  3. Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Entspannungsdüse (7) unmittelbar in Nähe der Arbeitsfläche des Bearbeitungswerkzeugs angeordnet ist.
  4. Maschine (1) mit einem rotierend angetriebenen Bearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mittel zur Zufuhr des flüssigen oder überkritischen CO2 koaxial innerhalb einer das Bearbeitungswekzeug tragenden Hohlspindel angeordnet sind.
  5. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Bereich der Entspannungsdüse (7) eine Heizeinrichtung angeordnet ist, deren Wärmeabgabe von einem Temperaturfühler gesteuert wird.
  6. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das flüssige oder überkritische CO2 dem Ventil durch einen flexiblen Kunststoffschlauch zugeführt wird.
  7. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ringspalt zwischen der Innenfläche des Rohres (6) und der Mantelfläche der Ventilspindel (12) 0,2 bis 2 mm beträgt.
EP97102385A 1996-03-07 1997-02-14 Maschine zum Polieren und/oder Schleifen Expired - Lifetime EP0794036B1 (de)

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ATE192684T1 (de) 2000-05-15
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