EP2789397B1

EP2789397B1 - Werkstückbeöler und Verfahren zum Beölen von Werkstücken

Info

Publication number: EP2789397B1
Application number: EP14001260.0A
Authority: EP
Inventors: Hary Kosciesza; Robert Holtwick
Original assignee: Technotrans SE
Current assignee: Technotrans SE
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: DE102013006331A1; EP2789397A1; ES2693464T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstückbeöler zum Beölen von Werkstücken sowie ein Verfahren zum Beölen von Werkstücken, um die Reibung an einem Stanz-, Tiefzieh- oder Umformwerkzeug zu vermindern.
Bei einem Umform- oder Stanzprozess muss ein Werkstück, wie beispielsweise ein Blechband (coil) oder eine Platine vor der Bearbeitung mit einem Befettungsmittel oder einem Zieh- und Umformöl benetzt werden, um die Reibung bei dem nachfolgenden Umform- und Stanzprozess zu verringern. Hierdurch wird einerseits die Qualität der gestanzten und umgeformten Bauteile erhöht und andererseits wird auch die Lebensdauer der Stanz- und Umformwerkzeuge erhöht.
Hierzu gibt es gemäß dem Stand der Technik Kontaktbeöler und kontaktlose Beöler. Kontaktbeöler weisen in der Regel Filz- oder Bürstenwalzen auf. Bei kontaktlosen Befettungsanlagen wird das Zieh- und Umformöl auf das Werkstück aufgesprüht. Um einen gleichmäßig dünnen Ölfilm auf das Werkstück aufzutragen, arbeiten die auf dem Markt befindlichen Anlagen mit sogenannten Zweistoffdüsen, die einen Nebel aus Druckluft und dem Schmieröl erzeugen. Dabei muss überschüssiges Nebelvolumen über Absaugvorrichtungen abgesaugt werden, um zu verhindern, dass zu viel Ölnebel in die Umgebung gelangt.
DE 198 06 254 A1 offenbart einen Nebelgeneratorkopf mit einer stromab liegenden Gasdüse zum Zerstäuben der zu vernebelnden Flüssigkeit.
GB 2 144 058 A offenbart eine Vorrichtung zum Beölen von Metallblechen, die eine Beölungskammer mit zwei Sprüheinheiten aufweist.
Die Aufgabe besteht in der Schaffung einer neuartigen Vorrichtung zum dosierten Aufbringen von Umformöl bzw. eines Befettungsmittels auf Werkstücke sowie eines korrespondierenden Verfahrens, womit ein gleichmäßiger Schmierfilm mittels einer einfachen Vorrichtung auf dem Werkstück erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird ein Werkstückbeöler zum Beölen von Werkstücken mit zumindest einer Sprühvorrichtung zum Abgeben von Schmiermittel und zumindest einem Ablenkblech zum Ablenken des Schmiermittelstrahls und/oder Zerstäuben des Schmiermittels sowie einem Auffangmittel zum Sammeln und Abführen von überschüssigem Schmiermittel zur Verfügung gestellt. Die Sprühvorrichtung weist vorzugsweise zumindest eine Sprühdüse auf, deren Austrittsquerschnitt beispielsweise kreisförmig oder rechteckförmig ausgebildet sein kann.
Erfindungsgemäß wird das Befettungsmittel indirekt auf das Werkstück aufgebracht, indem der Sprühstrahl auf einer speziell konstruierten Fläche bzw. Wand bzw, Ablenkblech geführt und/oder reflektiert wird. Dabei wird nur ein geringer Teil der Sprühstrahlmenge auf das Werkstück aufgetragen, während ein Großteil der Sprühstrahlmenge über ein Auffangmittel und/oder eine Rinne seitlich von dem Werkstück abgeführt wird. Die abgeführte Menge des Befettungsmittels bzw. Umformöls kann dem Prozess wieder zugeführt werden.
Aufgrund der Reflexion des Sprühstrahls an der Ablenkfläche bzw. einem Ablenkblech werden kleinste Flüssigkeitströpfchen erzeugt. Dadurch kann die Einstoffdüsentechnik eingesetzt werden, bei der lediglich das Sprühöl von der Sprühvorrichtung abgegeben wird. Das Erzeugen eines Nebels mittels Druckluft (sogenannte Zweistoffdüse) kann deshalb vermieden werden.
Da eine überschüssige Menge an Schmiermittel abgeführt werden kann, muss der Querschnitt der Austrittsöffnung der Sprühvorrichtung nicht an die Form des Werkstücks angepasst werden. Nichtsdestotrotz ist eine Aufbringung eines sehr dünnen und gleichmäßigen Ölfilms mit minimaler Menge insbesondere bei Mikrobauteilen möglich.
Vorzugsweise sind die zumindest eine Sprühvorrichtung, das Ablenkblech und das Auffangmittel in einer gemeinsamen Kammer untergebracht. Weiter bevorzugt umfasst das Auffangmittel zumindest eine Ablaufrinne.
Vorzugsweise ist das Ablenkblech gegenüber einer Werkstückoberfläche in einem Winkel von etwa 60° bis etwa 120° angeordnet.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Sprühvorrichtung gegenüber einer Werkstückoberfläche in einem Winkel von etwa 30° bis etwa 70° angeordnet und/oder schwenkbar.
Durch Schwenken der Sprühvorrichtung bezüglich des Auftreffwinkels auf dem Ablenkblech kann die Benetzung des Werkstücks gezielt gesteuert werden. Darüber hinaus kann ein Winkel des Ablenkblechs gegenüber der Werkstückoberfläche verändert werden und/oder auch die Form bzw. Ausgestaltung des Ablenkblechs, um die Benetzung zu optimieren. Das Ablenkblech kann anstelle einer geschlossenen Oberfläche auch als Lochblech ausgebildet sein, um die Menge an reflektierten Flüssigkeitströpfchen variieren zu können. Ferner kann der Ausstoss der Sprühvorrichtung verändert werden, und zwar insbesondere über den angelegten Druck, die Frequenz bzw. Taktung und/oder die Öffnungszeiten der Sprühdüse.
Durch geeignetes Einstellen dieser Parameter kann ein optimales Ergebnis insbesondere unter Anwendung einer Einstoffdüse erzielt werden. Die Verwendung einer Zweistoffdüse zum Zerstäuben des Umformöls sowie eine aufwendige Absaugung des erzeugten Nebels ist somit nicht erforderlich.
Weiter bevorzugt werden nur etwa 10% bis etwa 20% des von der zumindest einen Sprühvorrichtung abgegebenen Schmiermittels auf das Werkstück aufgebracht und das überschüssige Schmiermittel wird über das Auffangmittel abgeführt. Hierdurch kann ein sehr dünner und gleichmäßiger Schmierfilm auf das Werkstück aufgetragen werden. Erfindungssgemäß ist die Sprühvorrichtung eine Einstoffdüse. Vorzugsweise ist die Düse mit einem Druck von etwa 300 kPa bis etwa 600 kPa beaufschlagt.
Vorzugsweise erzeugt die Sprühvorrichtung ein im wesentlichen elliptisches oder rechtwinkliges Sprühmuster und/oder die Düse weist einen Düsenaustrittswinkel von etwa 40° bis etwa 140° auf, insbesondere etwa 110° bis etwa 120°.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Beölen von Werkstücken vor dem Stanzen und/oder Umformen mit folgenden Schritten zur Verfügung gestellt:

Anordnen zumindest einer Sprühvorrichtung;
Besprühen eines Ablenkblechs oder einer Wand oder dergleichen mit der zumindest einen Sprühvorrichtung;
Anordnen des Werkstücks zumindest teilweise im Bereich des abgelenkten Sprühstrahls und/oder zumindest teilweise im Bereich abgelenkter Tröpfchen; und
Abführen von überschüssigem Schmiermittel.

Vorzugsweise wird das Werkstück des weiteren kontinuierlich oder diskontinuierlich bzw. getaktet durch den abgelenkten Fluidregen hindurchbewegt, um einen gleichmäßig dünnen Fluidfilm aufzutragen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkstückbeölers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Werkstückbeölers von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines Werkstückbeölers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Werkstückbeölers von Fig. 3.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird ein Werkstück W über einen Einführschlitz 42 in eine Kammer 40 eingeführt, um innerhalb der Kammer 40 mit dem Sprühöl bzw. Befettungsmittel beschichtet zu werden. Als Werkstück W ist in Fig. 1 und 2 ein Band gezeigt, das über den Einführschlitz 42 eingeführt und nach der Beölung über einen Austrittsschlitz 44 aus der Kammer 40 herausgeführt wird. Bei Hindurchführen eines Bandmaterials (Werkstück W) mit gleichbleibender Konfiguration durch die Kammer 40, kann ein kontinuierlicher Beölungsvorgang vorteilhaft durchgeführt werden. Zu bearbeitendes Bandmaterial mit beispielsweise sich in Längsrichtung verändernder Konfiguration kann vorzugsweise diskontinuierlich besprüht werden.
Das Werkstück W kann in seiner Bewegungsrichtung auch vom Ausführschlitz 44 zu dem Einführschlitz 42 bewegt werden.
Es kann jedoch auch jedes andere Werkstück W, wie beispielsweise eine Platine oder dergleichen, innerhalb der Kammer 40 mit Sprühöl beschichtet werden.
Innerhalb der Kammer 40 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Paar Sprühvorrichtungen 10, 10 angeordnet, eine Sprühvorrichtung 10 oberhalb des Werkstücks W und eine Sprühvorrichtung 10 unterhalb des Werkstücks W. Die ganze in Fig. 1 gezeigte Anordnung kann jedoch auch um 90° gedreht werden, so dass das Band als Werkstück W mit seiner Breite entlang der Vertikalen ausgerichtet ist. In diesem Fall wäre eine der Sprühvorrichtungen 10 auf der rechten Seite und eine der Sprühvorrichtungen 10 auf der linken Seite des Bands angeordnet.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Breite des Bands jedoch im wesentlichen entlang der Horizontalen, so dass eine der Sprühvorrichtungen 10 oberhalb des Bands und eine der Sprühvorrichtungen 10 unterhalb des Bands angeordnet ist. Es versteht sich, dass auch mehrere Sprühvorrichtungen 10 oberhalb und unterhalb des Bands bzw. rechts und links davon angeordnet sein können.
Vorzugsweise ist jede der Sprühvorrichtungen 10, 10 schwenkbar, so dass durch Einstellen des Schwenkwinkels der Sprühvorrichtungen 10,10 eine Beschichtung des Werkstücks W mit dem Umformöl gesteuert werden kann, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Innerhalb der Kammer 40 ist darüber hinaus eine Ablenkfläche bzw. Wand bzw. ein Ablenkblech 20 angeordnet. Dieses Ablenkblech 20 ist gegenüber der Oberfläche des Werkstücks W in einem Winkel von etwa 60° bis etwa 120° angeordnet. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ablenkblech 20 im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Werkstücks W angeordnet. Dieses Ablenkblech 20 wird direkt mit der Sprühvorrichtung 10 mittels des Sprühstrahls S mit Umformöl besprüht. Durch Reflexion des Sprühstrahls S werden feinste Flüssigkeitströpfchen erzeugt, die sich auf dem in der Umgebung des reflektierten Sprühstrahls S befindlichen Werkstücks W niederschlagen.
Dabei wird jedoch ein großer Teil des Sprühstrahls S von einer ersten Ablaufrinne 30 aufgenommen, die gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet ist, um den größten Teil des Sprühstrahls S seitlich an dem Werkstück W vorbei zu leiten und in einen Bodenabschnitt der Kammer 40 abtropfen zu lassen. In anderen Worten wird der größte Teil des Sprühstrahls S von der ersten Ablaufrinne 30 aufgenommen und über deren Neigung gegenüber der Horizontalen in einen Bereich unterhalb des Werkstücks W abgeleitet.
Das abgeleitete Umformöl kann nach eventueller Filterung dem Prozess wieder zugeführt werden. Somit wird das Werkstück W lediglich unmittelbar durch feinste reflektierte Tröpfchen des Sprühstrahls S mit einem Flüssigkeits- bzw. Fluidfilm des Umformöls benetzt. Auf diese Weise kann selbst mit einer verhältnismäßig großen Sprühvorrichtung 10 ein minimaler und sehr dünner Fluidfilm auf das Werkstück W aufgetragen werden. Dies ist insbesondere in der Mikrobearbeitung von Kleinbauteilen sowie in der Elektrotechnik von großem Vorteil, weil das Umformöl nach erfolgtem Umform- oder Stanzprozess wieder entfernt werden muss und darüber hinaus ein zu dicker Fluidfilm den Stanz- und/oder Umformprozess negativ beeinflussen kann.
Vorzugsweise ist ein der ersten Ablaufrinne 30 zugewandter Abschnitt des Ablenkblechs 20 als ein abgewinkelter Abschnitt 22 ausgebildet, der eine Zufuhr des größten Teils des Sprühöls in die erste Ablaufrinne 30 erleichtert, beispielsweise durch Adhäsion des Sprühöls an der Oberfläche des Ablenkblechs 20 sowie dessen abgewinkelten Abschnitts 22.
Weiter bevorzugt ist im Bereich des Einführschlitzes 42 eine zweite Ablaufrinne 32 angeordnet, die ein Austreten von Fluid bzw. Flüssigkeit aus der Kammer 40 verhindert und ebenfalls gegenüber der Horizontalen geneigt ist, um das aufgenommene Fluid zu einem Bodenabschnitt der Kammer 40 abzuleiten.
Das Ablenkblech 20 sowie die erste Ablaufrinne 30 befinden sich weiter bevorzugt im Bereich des Austrittsschlitzes 44. Auf diese Weise wird der reflektierte Teil des Sprühstrahls S im wesentlichen in einem zentralen Abschnitt der Kammer 40 auf das Werkstück W aufgebracht.
Die Sprühvorrichtung 10 ist vorzugsweise schwenkbar in einem Winkel von etwa 30° bis etwa 70° gegenüber einer Oberfläche des Werkstücks W. Durch Einstellen eines geeigneten Winkels innerhalb des genannten Bereichs kann ein auf die Werkstückoberfläche aufgebrachter Fluidfilm optimiert werden.
Eine weitere Optimierung des Fluidfilms erfolgt durch Einstellen des Fluiddrucks der Sprühvorrichtung 10 im Bereich von etwa 300 kPa bis etwa 600 kPa.
Auf diese Weise kann der Fluidfilm optimiert werden durch Einstellen des Winkels des Ablenkblechs 20 in dem Bereich von etwa 60° bis etwa 120° sowie des Schwenkwinkels der Sprühvorrichtung 10 im Bereich von etwa 30° bis etwa 70° sowie durch Einstellen des Drucks der Sprühvorrichtung 10 in dem genannten Druckbereich.
Bei der Sprühvorrichtung 10 handelt es sich vorzugsweise um eine Einstoffdüse, die nur das Fluid ohne Zumischung von Druckluft oder einem anderen Gas zuführt, und darüber hinaus handelt es sich vorzugsweise um eine Flachstrahldüse, die ein elliptisches oder rechteckiges Sprühmuster erzeugen kann. Je nach Art des zu beölenden Werkstücks W kann jedoch auch eine andere Düse, wie beispielsweise eine Zapfendüse, Lochdüse, Mehrfachlochdüse oder dergleichen eingesetzt werden.
Die Sprühdüse der Sprühvorrichtung 10 und/oder die Sprühvorrichtung 10 an sich können auch drehbar ausgebildet. Die Drehebene liegt dabei senkrecht zur Sprührichtung. Bei rechteckförmiger Ausgestaltung der Sprühdüse kann durch eine entsprechende Drehung das elliptische bzw. rechteckige Sprühmuster verschwenkt werden, mit der Folge, dass die horizontale Erstreckung des Sprühmusters verringert und die vertikale Erstreckung des Sprühmusters vergrößert werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit dem vorgeschlagenen Werkstückbeöler unterschiedliche Werkstücke W bearbeitet werden sollen.
In den Figuren 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel durch das Anordnen einer dritten Ablaufrinne 34, die eine geschlossene Oberfläche haben kann oder auch als Lochblech ausgestaltet sein kann, die im Wesentlichen in einem zentralen Bereich der Kammer 40 angeordnet ist. Durch das Anordnen dieser dritten Ablaufrinne 34 kann die aufgebrachte Fluidmenge weiter minimiert werden. Darüber hinaus kann ein Austreten von Fluid durch den Einführschlitz 42 besser verhindert werden.
Die Ablaufrinne 34 kann oberhalb sowie als weitere Ablaufrinne 34 auch unterhalb des Werkstücks W in Form eines Raumteilers vorgesehen sein und sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Kammer 40 sowie vom Boden bzw. der Decke der Kammer 40 bis kurz vor das Werkstück W erstrecken. Dadurch kann das Raumvolumen für reflektierte Flüssigkeitströpfchen begrenzt werden.
Des weiteren ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Ablenkblech 20 einstückig mit der ersten Ablaufrinne 30 ausgebildet. Auch kann das Ablenkblech 20 mit der Ablaufrinne 30 Teil der Kammerwandung sein oder auch die Kammerwandung als Ablenkblech dienen, an welcher eine Ablaufrinne 30 zusätzlich montiert oder ausgebildet ist. Hierdurch kann die Anzahl der Komponenten verringert werden und eine Baugröße der Kammer 40 ebenfalls verkleinert werden.
Ansonsten ist das zweite Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 genauso wie das erste Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aufgebaut, so dass die mit den gleichen Bezugszeichen gezeigten Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels genauso wie jene des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut sind und auch entsprechend wirken.

Bezugszeichenliste

10: Sprühvorrichtung
20: Ablenkblech
22: abgewinkelter Abschnitt
30: erste Ablaufrinne
32: zweite Ablaufrinne
34: dritte Ablaufrinne
40: Kammer
42: Einführschlitz
44: Austrittsschlitz
S: Sprühstrahl
W: Werkstück

Claims

Werkstückbeöler zum Beölen von Werkstücken (W) mit zumindest einer Sprühvorrichtung (10) zum Abgeben von Schmiermittel sowie einem Auffangmittel zum Sammeln und Abführen von überschüssigem Schmiermittel,
gekennzeichnet durch
zumindest ein Ablenkblech (20) zum Ablenken des Schmiermittelstrahls (S) und/oder Zerstäuben des Schmiermittels, um das Schmiermittel indirekt auf das Werkstück (W) aufzubringen,
wobei die Sprühvorrichtung (10) eine Einstoffdüse ist.
Werkstückbeöler nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Sprühvorrichtung (10), das Ablenkblech (20) und das Auffangmittel in einer gemeinsamen Kammer (40) untergebracht sind.
Werkstückbeöler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Auffangmittel zumindest eine Ablaufrinne (30, 32, 34) umfasst.
Werkstückbeöler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ablenkblech (20) gegenüber einer Werkstückoberfläche in einem Winkel von etwa 60° bis etwa 120° angeordnet ist.
Werkstückbeöler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zumindest eine Sprühvorrichtung (10) gegenüber einer Werkstückoberfläche in einem Winkel von etwa 30° bis etwa 70° angeordnet ist und/oder schwenkbar ist.
Werkstückbeöler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei etwa 10% bis etwa 20% des von der zumindest einen Sprühvorrichtung (10) abgegebenen Schmiermittels auf das Werkstück (W) aufgebracht werden und das überschüssige Schmiermittel über das Auffangmittel abgeführt wird.
Werkstückbeöler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sprühvorrichtung (10) mit einem Druck von etwa 300 kPa bis etwa 600 kPa beaufschlagt ist.
Werkstückbeöler nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sprühvorrichtung (10) ein im wesentlichen elliptisches oder rechtwinkliges Sprühmuster erzeugt und/oder die Düse einen Düsenaustrittswinkel von etwa 40° bis etwa 140°, insbesondere etwa 110° bis 120°, aufweist.
Verfahren zum Beölen von Werkstücken (W) vor dem Stanzen und/oder Umformen mit den Schritten:
Anordnen zumindest einer Sprühvorrichtung (10) mit einer Einstoffdüse;

Abführen von überschüssigem Schmiermittel;

gekennzeichnet durch

Besprühen eines Ablenkblechs (20) mit der zumindest einen Sprühvorrichtung (10); und

Anordnen des Werkstücks zumindest teilweise im Bereich des abgelenkten Sprühstrahls und/oder zumindest teilweise im Bereich abgelenkter Tröpfchen, um das Schmiermittel indirekt auf das Werkstück (W) aufzubringen.
Verfahren nach Anspruch 9, des Weiteren mit dem Schritt des kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Bewegens des Werkstücks (W).