EP4401922A1 - Kühlvorsatz für eine arbeitsmaschine - Google Patents

Kühlvorsatz für eine arbeitsmaschine

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Publication number
EP4401922A1
EP4401922A1 EP22789878.0A EP22789878A EP4401922A1 EP 4401922 A1 EP4401922 A1 EP 4401922A1 EP 22789878 A EP22789878 A EP 22789878A EP 4401922 A1 EP4401922 A1 EP 4401922A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
housing
shaft
attachment
tool
Prior art date
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Pending
Application number
EP22789878.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nina Uppenkamp
Axel ROSSBACH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4401922A1 publication Critical patent/EP4401922A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/20—Devices for cleaning or cooling tool or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25F5/008—Cooling means
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/12—Cooling and lubrication
    • B23B2250/125—Improving heat transfer away from the working area of the tool by conduction

Definitions

  • the invention relates to a cooling attachment for detachable attachment to a working machine which has a shaft in which a rod-shaped workpiece is guided in a rotating or hammering manner and emerges from the shaft at a free end.
  • the invention relates to a device consisting of the work machine in combination with the cooling attachment according to the invention and a method for operating said device.
  • Work machines within the meaning of the present invention are in particular needle embossers, which are designed to emboss a data matrix or a code into a workpiece, in particular a forged workpiece, after the forging process for the purpose of simplified traceability.
  • working machines within the meaning of the invention can also be drills or cordless screwdrivers that drive a typically interchangeable tool, for example a screwdriver, a chisel or an embossing die.
  • a typically interchangeable tool for example a screwdriver, a chisel or an embossing die.
  • the work machine can be operated in a rotating or hammering mode. Chisels or dies are typically hammered while screwdrivers are typically rotary.
  • the cooling attachment disclosed there serves in particular to cool a hand-held power tool and in particular to cool steel needles emerging from a shank of the hand-held power tool, which are used for embossing or for removing surfaces from workpieces.
  • the cooling attachment disclosed there has all the features according to the preamble of patent claim 1 .
  • the cooling attachment disclosed there has an outer housing in which continuous slots are arranged for a cooling medium to exit or enter.
  • the housing is preferably formed from less heat-conducting material, in particular from plastic.
  • the cooling attachment In addition to the outer housing, it also has an inner housing that surrounds a work area of the working machine.
  • the inner housing is made of a material that conducts heat relatively well, which ensures adequate dissipation of the frictional heat from said working area of the working machine.
  • the cooling attachment known from the German Offenlegungsschrift is only designed to direct the cooling medium either from the end close to the working machine to the free end of the housing and there to the tool to be cooled, or in the opposite direction. This has the disadvantage that the cooling effect is not particularly high.
  • the cooling medium when the cooling medium is conducted to the tool to be cooled, it emerges from the cooling attachment in the vicinity of the workpiece to be machined and cools the workpiece.
  • the invention is based on the object of further developing a known cooling attachment for a working machine, a known device consisting of the working machine with the cooling attachment according to the invention, a known method for operating said device and a method for producing the cooling attachment in such a way that the cooling of the working machine and of the tool driven by it is improved or made more effective, but at the same time cooling of the workpiece to be machined is prevented as far as possible.
  • a second cooling duct running in the longitudinal direction of the housing is formed within the housing for conducting the cooling medium from the free end of the housing shaft to at least one outlet opening, which is also formed at the end of the housing close to the working machine, and that at the free End of the housing shaft at least one connecting hole between the two cooling channels is provided for diverting the cooling medium from the first into the second cooling channel.
  • the flow of the cooling medium in the return line can advantageously be controlled by the flow of the Affected cooling medium in the feed line, are advantageously swirled, whereby their cooling effect on the tool, d. H. in particular an embossing pin is improved. This then also reduces the wear on the tool and increases its service life.
  • the tool for example the needle of a needle embosser, can heat up to several 100°C when processing still warm forged workpieces. Because the tool therefore requires particularly strong cooling, it is advantageous if the preferably turbulent cooling medium with the improved cooling effect is routed first to the tool to be cooled and only then to the machine to be cooled by the double channel routing and deflection claimed in the invention. Through the second or (return) channel, the cooling medium is advantageously also routed past the area of the working machine where the drive of the working machine, which is heating up and is cooled in this way, is seated.
  • the claimed deflection has the significant advantage that the cooling medium in the area of the tool to be cooled - at least apart from small leakage losses - does not escape from the cooling attachment and cools down the machined workpiece there in an undesirable manner, but is diverted into the return line.
  • the Return line, ie the second cooling channel ends at at least one outlet opening, which according to the invention is formed at the end of the housing close to the working machine, ie opposite to the free end and thus at a great distance from the possibly hot workpiece to be machined. In this respect, undesired cooling of the workpiece is effectively prevented by the formation of the outlet openings there.
  • the said advantageous turbulence of the cooling medium is advantageously achieved according to the invention - in addition to the said deflection - in that the at least one connecting bore is preferably designed in the form of a plurality of nozzle openings arranged in a ring, which do not point to the central longitudinal axis of the cooling attachment, but are each directed tangentially to the edge of a bore in the housing of the cooling attachment through which the tool exits to the outside of the cooling attachment.
  • This causes a circular, eddy-like flow of the cooling medium, which improves its cooling effect. After absorbing the heat from the tool, the cooling medium thus heated flows within the second cooling channel to the outlet opening.
  • a plurality of outlet openings are distributed over the circumference of the housing in order to realize the largest possible cross section for the outlet opening.
  • the large cross section is particularly advantageous in connection with a conical design of at least one of the outlet openings in order to draw in the heated cooling medium through the first and the second cooling channel and to transport it outside of the cooling attachment.
  • a blower for introducing the cooling medium through the inlet openings into the cooling ducts or for sucking the cooling medium through the inlet opening into the cooling ducts is advantageously unnecessary with this conical configuration of the outlet openings. That flowing through the second cooling channel
  • the cooling medium advantageously provides thermal insulation of the working machine, i.e. for example the dot peen from the radiant heat of the possibly still hot workpiece, in particular a forging, and on the other hand this internal flow of the cooling medium also protects the cooling attachment itself from said radiant heat.
  • a configuration of the housing shaft according to the invention in such a way that its free end tapers conically towards the longitudinal axis of the housing offers the advantage that the cooling medium in this area can also flow from the radially further outward cooling channel through the at least one connecting bore to the longitudinal axis of the housing and thus also to the emerging from the shaft of the machine tool to be cooled is directed.
  • This effect of the conical end of the housing shank does not conflict with the cooling medium being directed tangentially onto the tool to be cooled, given a corresponding alignment of the connecting bores.
  • the cooling attachment according to the invention has a cavity for accommodating at least part of the working machine.
  • This cavity is formed at the free end of the housing by a bore, the cross section of which essentially corresponds to the cross section of the tool emerging there.
  • the bore is larger than the cross-section of the tool only to the extent that the tool can be moved through the bore without friction, but is not unnecessarily larger.
  • the gap between the tool and the housing of the tool should be as small as possible cooling attachment to ensure that only as little cooling medium as possible can escape from the housing through this gap, see above: Leakage losses.
  • the exit of the cooling medium through the gap is also ensured by the above-described circular eddy-like flow of the cooling medium and the suction that is generated by the conical large outlet openings in the upper area of the cooling attachment.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 14 for operating the device according to the invention and the method according to claim 17 for producing the cooling attachment according to the invention.
  • the cooling attachment according to the invention is particularly advantageously produced using the 3D printing process.
  • the cooling attachment is geometrically optimized according to the additive process/production restrictions, so that it can be used almost directly from the printer. This means that no supporting structures are required, which later have to be laboriously removed, and only a threaded hole for the air connection will be required as a mechanical post-processing. Otherwise, the advantages of the methods correspond to the advantages mentioned above with reference to the claimed cooling attachment and the claimed device.
  • FIG. 1 shows the cooling attachment according to the invention in a perspective external view
  • FIG. 2 shows the device according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 3 shows the device according to the invention at its free end in an enlarged view of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows the device according to the invention in a cross section.
  • FIG. 1 shows the cooling attachment 100 according to the invention in a perspective external view.
  • the cooling attachment has a housing 110 with a shaft 112 .
  • the housing with the housing shank is formed with a cavity 160 for releasably receiving a work machine 200, also typically having a shank 210; see FIG. 2.
  • the free end of the housing shaft 112 preferably tapers conically towards the longitudinal axis L of the cooling attachment.
  • the housing 110 of the cooling attachment 100 has an inlet opening 122 and preferably a plurality of outlet openings 126 for a cooling medium for cooling the working machine 200 that may be accommodated and one of the shaft 210 of the working machine and the rod-shaped tool 300 emerging from the housing shaft 112; see figure 2.
  • FIG. 2 shows the device 400 according to the invention, which shows the cooling attachment 100 according to the invention when it is placed on the working machine 200.
  • the device 400 means the work machine 200 when this is accommodated in the cavity 160 of the cooling attachment 100 .
  • the shank 210 of the working machine 200 is then also received by the shank 112 of the housing 110 and the tool 300 driven by the working machine 200 emerges at the free end 114 of the housing shank 112 from a bore 162 there.
  • the tool 300 is rotationally driven by the work machine 200 or hammered up and down along the longitudinal axis L of the housing 110 which coincides with the longitudinal axis of the shank 210 of the work machine.
  • a first cooling channel 120 extending in the longitudinal direction of the housing is formed in the outer wall of housing 110 of the cooling attachment for conducting a coolant from inlet opening 122 at the end near the working machine 116 to the free end 114 of the housing shank for cooling the rod-shaped tool 300 there.
  • a connecting bore 150 which is preferably in the form of a plurality of annularly arranged nozzle openings in order to direct the incoming cooling medium there after the Redirect hitting the tool 300 to be cooled into a second cooling channel 130 .
  • the nozzle openings are preferably not directed centrally to the longitudinal axis L of the housing or the tool 300, but tangentially to the edge of the bore 162 or tangentially to the tool 300, for example the needle of a needle embosser.
  • the tangential direction of the nozzle openings and thus of the coolant flow causes turbulence and thus advantageously an improved cooling effect of the coolant flow.
  • the second cooling channel 130 leads the cooling medium from the free end 114 back to the end 116 of the housing 110 close to the working machine so that it can exit from the outlet openings 126 there.
  • the Outlet openings 126 are preferably designed conically in order to suck the cooling medium through the inlet opening 122 and the first cooling duct 120 into the second cooling duct 130 .
  • the first cooling duct 120 and the second cooling duct 130 are preferably each designed as an annular duct and they preferably run coaxially to one another. While the first cooling channel 120 is formed entirely within the wall of the housing 110 , the second cooling channel 130 is only partially delimited by a wall that is radially removed from the longitudinal axis L of the housing 110 as part of the housing 110 .
  • the second cooling channel of the cooling attachment is open towards the longitudinal axis L of the housing at another part that is located radially further inwards, i. H. not limited by the housing 110 itself. Instead, the delimitation of the second cooling channel is formed there by the outer surface of the working machine 200 and in particular its shaft 210 itself. That is, while the cooling medium in the second cooling channel 130 flows to the outlet openings 126, it automatically flows along the working machine 200 and its shaft 210 and in this way cools these parts.
  • FIG. 3 shows the free end of the housing shaft 114 according to FIG. 2 in an enlarged view.
  • the tool 300 can be seen as it emerges from the free end 114 of the housing shank in order to machine the workpiece 500 .
  • FIGS. 3 and 4 show that the bore 162 has a cross section which essentially corresponds to the cross section of the tool 300 passing through there.
  • the gap between the tool 300 and the edge of the bore 162 should be designed as small as possible, so that the cooling medium is prevented as far as possible from escaping through this gap. In this way, according to the invention, undesired cooling of the workpiece 500 to be machined is prevented in particular.
  • Figure 4 shows the introduction of the cooling medium through the inlet opening 122 into the first cooling duct 120 designed as an annular duct.
  • Figure 4 shows a cross section through the cooling attachment according to the invention not only in a plane in the area of the end 116 of the housing close to the working machine at the level of the inlet opening 122, but also in a plane in the free end 114 of the housing shaft 112.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlvorsatz (100) zum lösbaren Befestigen an einer Arbeitsmaschine (200), die einen Schaft (210) aufweist, in dem ein stabförmiges Werkzeug (300) rotierend oder hämmernd geführt ist und an einem freien Ende aus dem Schaft austritt. Der Kühlvorsatz weist ein Gehäuse (110) auf, das die Arbeitsmaschine (200) und insbesondere deren Schaft und das dort austretende Werkzeug (300), letzteres nur teilweise, umfängt. Innerhalb des Gehäuses ist ein erster Kühlkanal (120) ausgebildet zum Leiten eines Kühlmediums von einer Einlassöffnung zu dem aus dem freien Ende (114) des Gehäuseschaftes austretenden Werkzeug. Um die Kühlung von insbesondere dem Werkzeug zu verbessern ohne gleichzeitig das von dem Werkzeug zu bearbeitende Werkstück mitzukühlen, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass an dem freien Ende des Gehäuseschaftes mindestens eine Verbindungsbohrung (150) zwischen dem ersten Kühlkanal (120) und einem zweiten Kühlkanal (130) vorgesehen ist zum Umleiten des Kühlmediums aus dem ersten in den zweiten Kühlkanal.

Description

Kühlvorsatz für eine Arbeitsmaschine
Die Erfindung betrifft einen Kühlvorsatz zum lösbaren Befestigen an einer Arbeitsmaschine, die einen Schaft aufweist, in dem ein stabförmiges Werkstück rotierend oder hämmernd geführt ist und an einem freien Ende aus dem Schaft austritt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung bestehend aus der Arbeitsmaschine in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Kühlvorsatz sowie aus einem Verfahren zum Betreiben der besagten Vorrichtung. Arbeitsmaschinen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Nadelpräger, die zum Zwecke einer vereinfachten Nachverfolgbarkeit ausgebildet sind, eine Datenmatrix bzw. einen Code in ein Werkstück, insbesondere ein geschmiedetes Werkstück nach dem Schmiedevorgang einzuprägen. Arbeitsmaschinen im Sinne der Erfindung können aber auch Bohrmaschinen oder Akkuschrauber sein, die ein typischerweise wechselbares Werkzeug, beispielsweise einen Schraubendreher, einen Meißel oder einen Prägestempel antreiben. Je nach Werkzeug kann die Arbeitsmaschine in einem rotierenden oder hämmernden Arbeitsmodus betrieben werden. Meißel oder Prägestempel werden typischerweise hämmernd betrieben, während Schraubendreher typischerweise rotierend betrieben werden.
Gattungsgemäße Kühlvorsätze für Arbeitsmaschinen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 03 094 A1. Der dort offenbarte Kühlvorsatz dient insbesondere zum Kühlen einer Handwerkzeugmaschine und insbesondere zum Kühlen von aus einem Schaft der Handwerkzeugmaschine austretenden Stahlnadeln, die zum Prägen oder zum Abtragen von Oberflächen von Werkstücken verwendet werden. Der dort offenbarte Kühlvorsatz weist sämtliche Merkmale gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf. Konkret weist der dort offenbarte Kühlvorsatz ein äußeres Gehäuse auf, in dem durchgehende Schlitze zum Austritt bzw. Eintritt eines Kühlmediums angeordnet sind. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus weniger stark wärmeleitendem Material gebildet, insbesondere aus Kunststoff. Der Kühlvorsatz weist neben dem äußeren Gehäuse auch ein inneres Gehäuse auf, das einen Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine umgibt. In diesem Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine sind Schlagübertragungselemente, Döpper untergebracht, die im Schlagbetrieb der Arbeitsmaschine Reibwärme erzeugen, welche zur Erwärmung der Arbeitsmaschine beitragen. Das innere Gehäuse ist aus einem relativ gut wärmeleitenden Material hergestellt, das eine ausreichende Abfuhr der Reibwärme aus dem besagten Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine gewährleistet.
Der aus der deutschen Offenlegungsschrift bekannte Kühlvorsatz ist lediglich ausgebildet, das Kühlmedium entweder von dem arbeitsmaschinennahen Ende zu dem freien Ende des Gehäuses und dort zu dem zu kühlenden Werkzeug zu leiten oder in umgekehrter Richtung. Dies hat den Nachteil, dass die Kühlungswirkung nicht besonders hoch ist. Außerdem tritt das Kühlmedium, wenn es zu dem zu kühlenden Werkzeug geleitet wird, in der Nähe des zu bearbeitenden Werkstücks aus dem Kühlvorsatz aus und kühlt das Werkstück ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bekannten Kühlvorsatz für eine Arbeitsmaschine, eine bekannte Vorrichtung bestehend aus der Arbeitsmaschine mit dem erfindungsgemäßen Kühlvorsatz, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben der besagten Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen des Kühlvorsatzes dahingehend weiterzubilden, dass die Kühlung der Arbeitsmaschine und des von ihr angetriebenen Werkzeugs verbessert bzw. effektiviert, gleichzeitig aber eine Kühlung des zu bearbeitenden Werkstücks möglichst verhindert wird.
Diese Aufgabe wird für den erfindungsgemäßen Kühlvorsatz durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter in Längsrichtung des Gehäuses verlaufender Kühlkanal innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist zum Leiten des Kühlmediums von dem freien Ende des Gehäuseschaftes zu mindestens einer Auslassöffnung, die ebenfalls an dem arbeitsmaschinennahen Ende des Gehäuses ausgebildet ist, und dass an dem freien Ende des Gehäuseschaftes mindestens eine Verbindungsbohrung zwischen den beiden Kühlkanälen vorgesehen ist zum Umleiten des Kühlmediums aus dem ersten in den zweiten Kühlkanal.
Der Begriff ,,... am freien Ende“ meint “im Bereich des freien Endes“.
Durch die beanspruchte doppelte Kanalführung und die Verbindungsbohrung zwischen den beiden Kanälen, von denen einer als Hinlaufleitung für das Kühlmedium zu dem zu kühlenden Werkzeug und der andere als Rücklaufleitung für das Kühlmedium verwendet wird, kann vorteilhafterweise die Strömung des Kühlmediums in der Rücklaufleitung durch die Strömung des Kühlmediums in der Hinlaufleitung beeinflusst, vorteilhafterweise verwirbelt werden, wodurch deren Kühlwirkung auf das Werkzeug, d. h. insbesondere eine Prägemadel verbessert wird. Dadurch wird dann auch der Verschleiß des Werkzeugs reduziert und dessen Einsatz- bzw. Lebensdauer erhöht.
Das Werkzeug, beispielsweise die Nadel eines Nadelprägers, kann sich bei der Bearbeitung von noch warmen geschmiedeten Werkstücken auf einige 100°C erwärmen. Weil das Werkzeug deshalb einer besonders starken Kühlung bedarf, ist es vorteilhaft, wenn das vorzugsweise verwirbelte Kühlmedium mit der verbesserten Kühlwirkung durch die erfindungsgemäß beanspruchte doppelte Kanalführung und Umlenkung zuerst auf das zu kühlende Werkzeug und erst nachfolgend auf die zu kühlende Arbeitsmaschine geleitet wird. Durch den zweiten bzw. (Rücklauf-)Kanal wird das Kühlmedium vorteilhafterweise auch an dem Bereich der Arbeitsmaschine vorbeigeleitet, wo der sich erwärmende Antrieb der Arbeitsmaschine sitzt, der auf diese Weise gekühlt wird.
Die beanspruchte Umlenkung hat neben der besagten Verwirbelung den wesentlichen Vorteil, dass das Kühlmedium im Bereich des zu kühlenden Werkzeugs - zumindest abgesehen von kleinen Leckageverlusten - nicht aus dem Kühlvorsatz austritt und dort das bearbeitete Werkstück unerwünschter Weise abkühlt, sondern eben in die Rücklaufleitung umgeleitet wird. Die Rücklaufleitung, d. h. der zweite Kühlkanal endet an mindestens einer Auslassöffnung, die erfindungsgemäß an dem arbeitsmaschinennahen Ende des Gehäuses, also gegenüberliegend zu dem freien Ende und damit weit beabstandet von dem zu bearbeitenden und eventuell heißen Werkstück, ausgebildet ist. Insofern wird durch die dortige Ausbildung der Auslassöffnungen ein unerwünschtes Abkühlen des Werkstücks wirkungsvoll verhindert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die besagte vorteilhafte Verwirbelung des Kühlmediums erfindungsgemäß - neben der besagten Umlenkung - vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass die mindestens eine Verbindungsbohrung vorzugsweise in Form von mehreren ringförmig angeordneten Düsenöffnungen ausgebildet ist, die nicht etwa auf die zentrale Längsachse des Kühlvorsatzes, sondern jeweils tangential auf den Rand einer Bohrung in dem Gehäuse des Kühlvorsatzes gerichtet sind, durch die das Werkzeug nach außerhalb des Kühlvorsatzes austritt. Dies bewirkt eine kreisförmige, strudelartige Strömung des Kühlmediums, wodurch dessen Kühlwirkung verbessert wird. Nach Aufnahme der Wärme von dem Werkzeug strömt das so erwärmte Kühlmedium innerhalb des zweiten Kühlkanals zu der Auslassöffnung.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind eine Mehrzahl von Auslassöffnungen über den Umfang des Gehäuses verteilt angeordnet, um für die Auslassöffnung einen möglichst großen Querschnitt zu realisieren. Der große Querschnitt ist insbesondere in Verbindung mit einer konischen Ausgestaltung von mindestens einer der Auslassöffnungen vorteilhaft, um das erwärmte Kühlmedium durch den ersten und den zweiten Kühlkanal hindurch anzusaugen und nach außerhalb des Kühlvorsatzes abzutransportieren. Ein Gebläse zum Einleiten des Kühlmediums durch die Einlassöffnungen in die Kühlkanäle oder zum Ansaugen des Kühlmediums durch die Einlassöffnung in die Kühlkanäle ist bei dieser konischen Ausgestaltung der Auslassöffnungen vorteilhafterweise entbehrlich. Das durch den zweiten Kühlkanal fließende Kühlmedium bewirkt vorteilhafterweise zum einen eine Temperaturisolierung der Arbeitsmaschine, also beispielsweise des Nadelprägers vor der Strahlungswärme des eventuell noch heißen Werkstücks, insbesondere Schmiedeteils, und zum anderen bewirkt diese innere Strömung des Kühlmediums auch einen Schutz des Kühlvorsatzes selber vor der besagten Strahlungswärme.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gehäuseschaftes dergestalt, dass sein freies Ende konisch auf die Längsachse des Gehäuses zuläuft bietet den Vorteil, dass auch das Kühlmedium in diesem Bereich von dem radial weiter außenliegenden Kühlkanal durch die mindestens eine Verbindungsbohrung auf die Längsachse des Gehäuses und damit auch auf das aus dem Schaft der Arbeitsmaschine austretende zu kühlende Werkzeug gerichtet wird. Dieser Wirkung des konischen Endes des Gehäuseschaftes steht nicht entgegen, dass das Kühlmedium - bei entsprechender Ausrichtung der Verbindungsbohrungen tangential auf das zu kühlende Werkzeug gerichtet ist.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst, welche eine Kombination der Arbeitsmaschine und des erfindungsgemäßen Kühlvorsatzes betrifft. Die Vorteile dieser Vorrichtung sind grundsätzlich dieselben, wie sie oben mit Bezug auf den beanspruchten Kühlvorsatz beschrieben wurden.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist der erfindungsgemäße Kühlvorsatz einen Hohlraum auf zur Aufnahme von zumindest einem Teil der Arbeitsmaschine. Dieser Hohlraum ist an dem freien Ende des Gehäuses durch eine Bohrung gebildet, deren Querschnitt im Wesentlichen dem Querschnitt des dort austretenden Werkzeugs entspricht. Mit dieser Formulierung ist gemeint, dass die Bohrung nur insoweit größer als der Querschnitt des Werkzeugs ist, als dass das Werkzeug reibungsfrei durch die Bohrung hindurchbewegt werden kann, aber nicht unnötig größer ist. Erfindungsgemäß soll nur ein möglichst geringer Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Gehäuse des Kühlvorsatzes verbleiben, um sicherzustellen, dass nur möglichst wenig Kühlmedium durch diesen Spalt aus dem Gehäuse austreten kann, siehe oben: Leckageverluste. Der Austritt des Kühlmediums durch den Spalt wird auch durch die oben beschriebene kreisförmige strudelartige Strömung des Kühlmediums und den Sog, der durch die konischen großen Austrittsöffnungen im oberen Bereich des Kühlvorsatzes erzeugt wird, sichergestellt. So wird erfindungsgemäß auf vielfältige Weise dafür Sorge getragen, dass die Temperatur des von dem Werkzeug bearbeiteten Werkstücks, beispielsweise eines noch warmen Schmiedeteils, nicht in unerwünschter Weise reduziert wird, sondern dass stattdessen das Werkzeug sowie die das Werkzeug antreibende Arbeitsmaschine in ausreichendem Maße gekühlt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich durch das Verfahren gemäß Anspruch 14 zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das Verfahren gemäß Anspruch 17 zum Herstellen des erfindungsgemäßen Kühlvorsatzes gelöst. Der erfindungsgemäße Kühlvorsatz wird wegen seiner komplexen Geometrie besonders vorteilhaft im 3D-Druckverfahren hergestellt. Geometrisch ist der Kühlvorsatz entsprechend den additiven Verfahrens-ZFertigungsrestriktionen optimiert aufgebaut, so dass das er quasi direkt aus dem Drucker verwendet werden kann. Das bedeutet, dass keine Stützstrukturen benötigt werden, welche später aufwendig entfernt werden müssen, und es wird lediglich als mechanische Nachbearbeitung eine Gewindebohrung für den Luftanschluss erforderlich sein. Ansonsten entsprechen die Vorteile der Verfahren den zuvor mit Bezug auf den beanspruchten Kühlvorsatz und die beanspruchte Vorrichtung genannten Vorteilen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kühl Vorsatzes, der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung sind 4 Figuren beigefügt, wobei Figur 1 den erfindungsgemäßen Kühlvorsatz in einer perspektivischen Außenansicht;
Figur 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Längsschnitt;
Figur 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung an ihrem freien Ende in einer vergrößerten Ansicht von Figur 2; und
Figur 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Querschnitt zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Kühlvorsatz 100 in einer perspektivischen Außenansicht. Der Kühlvorsatz weist ein Gehäuse 110 mit einem Schaft 112 auf. Das Gehäuse mit dem Gehäuseschaft ist mit einem Hohlraum 160 ausgebildet zur lösbaren Aufnahme einer Arbeitsmaschine 200, typischerweise ebenfalls mit einem Schaft 210; siehe Figur 2. Der Gehäuseschaft 112 ist an seinem freien Ende vorzugsweise konisch auf die Längsachse L des Kühlvorsatzes zulaufend ausgebildet. An seinem arbeitsmaschinennahen Ende 116, das dem freien Ende 114 beabstandet gegenüberliegt, weist das Gehäuse 110 des Kühlvorsatzes 100 eine Einlassöffnung 122 und vorzugsweise eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 126 für ein Kühlmedium auf zum Kühlen der gegebenenfalls aufgenommenen Arbeitsmaschine 200 und eines aus dem Schaft 210 der Arbeitsmaschine und dem Gehäuseschaft 112 austretenden stabförmigen Werkzeugs 300; siehe Figur 2. Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 400, die den erfindungsgemäßen Kühlvorsatz 100 zeigt, wenn dieser auf die Arbeitsmaschine 200 aufgesetzt ist. Anders ausgedrückt: die Vorrichtung 400 meint die Arbeitsmaschine 200, wenn diese in dem Hohlraum 160 des Kühlvorsatzes 100 aufgenommen ist. Dann ist auch der Schaft 210 der Arbeitsmaschine 200 von dem Schaft 112 des Gehäuses 110 aufgenommen und das von der Arbeitsmaschine 200 angetriebene Werkzeug 300 tritt an dem freien Ende 114 des Gehäuseschaftes 112 aus einer dortigen Bohrung 162 aus. Das Werkzeug 300 wird von der Arbeitsmaschine 200 drehangetrieben oder entlang der Längsachse L des Gehäuses 110, die mit der Längsachse des Schaftes 210 der Arbeitsmaschine zusammenfällt, hämmernd auf- und abbewegt.
In dem in Figur 2 gezeigten Längsschnitt durch die Vorrichtung 400 ist zu erkennen, dass hier beispielhaft in der Außenwandung des Gehäuses 110 des Kühlvorsatzes ein erster sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckender Kühlkanal 120 ausgebildet ist zum Leiten eines Kühlmittels von der Einlassöffnung 122 an dem arbeitsmaschinennahen Ende 116 zu dem freien Ende 114 des Gehäuseschaftes zum dortigen Kühlen des stabförmigen Werkzeugs 300. Innerhalb des freien Endes des Gehäuseschaftes 112 ist mindestens eine Verbindungsbohrung 150 angeordnet, die vorzugsweise in Form einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Düsenöffnungen ausgebildet ist, um dort das ankommende Kühlmedium nach dem Auftreffen auf das zu kühlende Werkzeug 300 in einen zweiten Kühlkanal 130 umzuleiten. Die Düsenöffnungen sind vorzugsweise nicht zentrisch auf die Längsachse L des Gehäuses bzw. des Werkzeugs 300, sondern tangential an den Rand der Bohrung 162 bzw. tangential an das Werkzeug 300, beispielsweise die Nadel eines Nadelprägers gerichtet. Die tangentiale Richtung der Düsenöffnungen und damit des Kühlmittelstroms bewirkt eine Verwirbelung und damit vorteilhafterweise eine verbesserte Kühlwirkung des Kühlmittelstroms. Der zweite Kühlkanal 130 führt das Kühlmedium von dem freien Ende 114 zurück zu dem arbeitsmaschinennahen Ende 116 des Gehäuses 110, damit es dort aus den Auslassöffnungen 126 austreten kann. Die Auslassöffnungen 126 sind vorzugsweise konisch ausgebildet, um das Kühlmedium durch die Einlassöffnung 122 und den ersten Kühlkanal 120 in den zweiten Kühlkanal 130 anzusaugen.
Wie in Figur 2 zu erkennen ist, sind der erste Kühlkanal 120 und der zweite Kühlkanal 130 vorzugsweise jeweils als Ringkanal ausgebildet und sie verlaufen vorzugsweise koaxial zueinander. Während der erste Kühlkanal 120 vollständig innerhalb der Wandung des Gehäuses 110 ausgebildet ist, ist der zweite Kühlkanal 130 nur zum Teil durch eine radial von der Längsachse L des Gehäuses 110 entfernte Wandung als Teil des Gehäuses 110 begrenzt. Zu einem anderen, radial weiter innen liegenden Teil ist der zweite Kühlkanal des Kühlvorsatzes zu der Längsachse L des Gehäuses hin offen, d. h. nicht durch das Gehäuse 110 selber begrenzt. Stattdessen wird die Begrenzung des zweiten Kühlkanals dort durch die äußere Oberfläche der Arbeitsmaschine 200 und insbesondere deren Schaft 210 selber gebildet. D. h., während das Kühlmedium in dem zweiten Kühlkanal 130 zu den Auslassöffnungen 126 strömt, strömt es automatisch an der Arbeitsmaschine 200 und deren Schaft 210 entlang und kühlt diese Teile auf diese Weise.
Figur 3 zeigt das freie Ende des Gehäuseschaftes 114 gemäß Figur 2 in vergrößerter Darstellung. Es ist das Werkzeug 300 zu erkennen, wie dieses aus dem freien Ende 114 des Gehäuseschaftes austritt, um das Werkstück 500 zu bearbeiten.
Die Figuren 3 und 4 lassen erkennen, dass die Bohrung 162 einen Querschnitt hat, der im Wesentlichen dem Querschnitt des dort hindurchtretenden Werkzeugs 300 entspricht. Der Spalt zwischen dem Werkzeug 300 und dem Rand der Bohrung 162 soll erfindungsgemäß so klein wie möglich gestaltet sein, damit ein Austritt des Kühlmediums durch diesen Spalt möglichst verhindert wird. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß insbesondere eine unerwünschte Abkühlung des zu bearbeitenden Werkstücks 500 verhindert. Figur 4 zeigt die Einleitung des Kühlmediums durch die Einlassöffnung 122 in den als Ringkanal ausgebildeten ersten Kühlkanal 120. In der Mitte von Figur 4 ist zu erkennen, dass die ringförmig angeordneten Verbindungsbohrungen bzw. Düsenöffnungen 150 in dem freien Ende 114 des Schaftes 112 des Gehäuses 110 nicht genau radial auf die Längsachse L des Gehäuses, sondern tangential an den Rand der Bohrung 162 bzw. den Rand des Werkstücks 300 ausgerichtet sind, um dort die gewünschte Verwirbelung des Kühlmediums zu erreichen. Insofern zeigt die Figur 4 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kühlvorsatz nicht nur in einer Ebene im Bereich des arbeitsmaschinennahen Endes 116 des Gehäuses auf Höhe der Einlassöffnung 122, sondern auch in einer Ebene in dem freien Ende 114 des Gehäuseschaftes 112.
Bezugszeichenliste
100 Kühlvorsatz
110 Gehäuse
112 Gehäuseschaft
114 freies Ende des Gehäuseschaftes
116 arbeitsmaschinennahes Ende des Kühlvorsatzes
120 erster Kühlkanal
122 Einlassöffnung
126 Auslassöffnungen
130 zweiter Kühlkanal
150 Verbindungsbohrung
160 Hohlraum
162 Rand der Bohrung
200 Arbeitsmaschine
210 Schaft der Arbeitsmaschine
300 stabförmiges Werkzeug
400 Vorrichtung
500 Werkstück
L Längsachse des Gehäuses

Claims

Patentansprüche:
1 . Kühlvorsatz (100) zum lösbaren Befestigen an einer Arbeitsmaschine (200), die einen Schaft (210) aufweist, in dem ein stabförmiges Werkzeug (300) rotierend oder hämmernd geführt ist und an einem freien Ende aus dem Schaft austritt, aufweisend: ein Gehäuse (110) mit einem Gehäuseschaft (112) zum lösbaren Aufsetzen auf den Schaft (210) der Arbeitsmaschine, wobei der Gehäuseschaft ein freies Ende (114) aufweist zum zumindest teilweisen Umschließen des freien Ende des Schaftes der Arbeitsmaschine und des dort austretenden Werkzeugs (300), wobei innerhalb des Gehäuses ein erster sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckender Kühlkanal (120) ausgebildet ist zum Leiten eines Kühlmediums von einer Einlassöffnung (122) an dem arbeitsmaschinennahen Ende (116) des Gehäuses (110) zu dem freien Endes des Gehäuseschaftes zum dortigen Kühlen des stabförmigen Werkzeugs (300); dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter in Längsrichtung des Gehäuses (110) verlaufender Kühlkanal (130) innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist zum Leiten des Kühlmediums von dem freien Ende (114) des Gehäuseschaftes zu mindestens einer Auslassöffnung (126), die ebenfalls an dem arbeitsmaschinennahen Endes (116) des Gehäuses ausgebildet ist; und dass an dem freien Ende des Gehäuseschaftes (112) mindestens eine Verbindungsbohrung (150) zwischen den beiden Kühlkanälen (120, 130) vorgesehen ist zum Umleiten des Kühlmediums aus dem ersten in den zweiten Kühlkanal.
2. Kühlvorsatz (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kühlkanal (120, 130) jeweils als Ringkanal ausgebildet sind und vorzugsweise koaxial zueinander verlaufen. Kühlvorsatz (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (120) innerhalb der Außenwand des Gehäuses (110) ausgebildet ist; und dass der zweite Kühlkanal (130) radial weiter innenliegend als der erste Kühlkanal (120) innerhalb des Gehäuses (110) ausgebildet ist. Kühlvorsatz (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanal (130) nur zu einem Teil durch eine radial von der Längsachse (L) des Gehäuses entfernte Wandung als Teil des Gehäuses begrenzt und zu einem anderen radial weiter innenliegenden Teil zur Längsachse (L) des Gehäuses hin offen ist. Kühlvorsatz (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlvorsatz einen Hohlraum (160) aufweist zur Aufnahme von zumindest einem Teil der Arbeitsmaschine (200), insbesondere von deren Schaft (210), und für den Durchtritt des Werkzeugs (300) an dem freien Ende (114) des Gehäuseschaftes (112); und dass die mindestens eine Verbindungsbohrung (150) von dem ersten äußeren Ringkanal tangential an den Rand des Hohlraums gerichtet ausgebildet ist. Kühlvorsatz (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Auslassöffnungen (126) über den Umfang des Gehäuses (110) verteilt angeordnet sind. Kühlvorsatz (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Auslassöffnung (126) konisch ausgebildet ist. Kühlvorsatz (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Gehäuseschaftes (112) konisch auf die Längsachse (L) des Gehäuses zulaufend ausgebildet ist. Vorrichtung (400) aufweisend: eine Arbeitsmaschine (200) mit einem Schaft (210), in dem ein stabförmiges Werkzeug (300) rotierend oder hämmernd geführt ist, wobei das stabförmige Werkzeug aus einem freien Ende des Schaftes (210) der Arbeitsmaschine austritt; und einen Kühlvorsatz (100) mit einem Gehäuse (110) mit einem Gehäuseschaft (112) zum lösbaren Aufsetzen auf den Schaft der Arbeitsmaschine (200), wobei der Gehäuseschaft (112) ein freies Ende (114) aufweist zum zumindest teilweisen Umschließen des freien Ende des Schaftes (210) der Arbeitsmaschine und des dort austretenden Werkzeugs (300), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlvorsatz (100) ausgebildet ist nach einem der vorangegangenen Ansprüche. Vorrichtung (400) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Arbeitsmaschine (200) in dem Hohlraum (160) des Kühlvorsatzes (200) aufgenommen ist.
14 Vorrichtung (400) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (160) an dem freien Ende des Gehäuseschaftes durch eine Bohrung (162) gebildet ist, deren Querschnitt im Wesentlichen dem Querschnitt des dort austretenden Werkzeugs (300) entspricht. Vorrichtung (400) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrung (150) zwischen den beiden Kühlkanälen (120, 130) an dem freien Ende (114) des Gehäuseschaftes vorzugsweise tangential auf das aus dem Schaft (210) der Arbeitsmaschine (200) austretende Werkzeug (300) gerichtet ist. Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der radial weiter innenliegende Teil der Wandung des zweiten Kühlkanals (130) durch die Außenwandung der Arbeitsmaschine (200) und das Werkzeug (300), soweit es aus dem Schaft (210) der Arbeitsmaschine austritt, gebildet ist. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung (400) nach einem der Ansprüche
9 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- Einleiten des Kühlmediums, beispielsweise Luft, durch die Einlassöffnung (122) in dem Gehäuse (110) des Kühlvorsatzes (100) in den ersten Kühlkanal (120), wobei das Kühlmedium durch den ersten Kühlkanal auf das aus dem Schaft (210) der Arbeitsmaschine austretende Werkzeug (300) geleitet und dort in den zweiten Kühlkanal (130) umgelenkt wird, zum Kühlen des Werkzeugs und der Arbeitsmaschine (200) und zum Austreten aus dem zweiten Kühlkanal (130) aus der mindestens einen an dem arbeitsmaschinenseitigen Ende (116) des Gehäuses (110) angebrachten
15 Auslassöffnung (126). Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium während seines Rückwegs in dem zweiten
Kühlkanal (130) turbulent strömt. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium zumindest in dem zweiten Kühlkanal (130) zu der mindestens einen konischen Auslassöffnungen (126) hin angesagt wird. Verfahren zum Herstellen des Kühlvorsatzes (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlvorsatz im 3D-Druckverfahren hergestellt wird.
16
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