DE19608485C2 - Düsenkopf einer Minimalmengen-Kühlschmiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf einer Minimal­ mengen-Kühlschmiervorrichtung mit einer Mischkammer, in der dem Düsenkopf zugeführte, unter Druck stehende Gas-/Flüssig­ keitsströme gemischt werden, und mit mindestens einer Aus­ strömöffnung, über die das Gas-/Flüssigkeitsgemisch in Rich­ tung auf den Kühlschmierort ausgegeben wird (DE 37 43 968 C1).

Wird bei dem aus der DE 37 43 968 C1 bekannten Düsenkopf der aus einer zentralen Ausströmöffnung der Mischkammer austre­ tende Gemischstrahl gezielt auf den Kühlschmierort, insbe­ sondere den Zerspanort eines spanabhebend bearbeiteten Werk­ stücks gerichtet, so lassen sich einerseits ein sehr kleiner Verbrauch an Kühlschmiermittel (im Bereich zwischen 10 und 100 ml/h) und andererseits eine ausreichende Kühlschmierung ohne Vernebelung von Kühlschmiermittel in die Umgebung si­ cherstellen. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn dabei der austretende Gemischstrahl von einem Luftmantelstrahl umgeben wird. Dies bedingt eine Konstruktion mit einer die Ausströmöffnung der Mischkammer umgebenden Ringdüse, durch die Druckluft austritt und den Zentralen Gemischstrahl bündelt.

Es ist eine Minimalmengen-Kühlschmiervorrichtung bekannt (EP 05 35 271 A1), bei welcher die Kühlschmierflüssigkeit mittels minde­ stens einem Kapillarschlauch aus Kunststoff (PTFE) mit Innenweiten im Bereich zwischen 0,1 und 2 mm der Mischkammer zugeführt wird. Hierdurch läßt sich eine besonders exakte Dosierung der Kühl­ schmierflüssigkeit erzielen.

Aus der DE 40 02 846 C2 ist eine Minimalmengen-Schmiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der in der Mischkammer Teilchen, insbesondere Kugeln, aufgenommen sind. Diese Kugeln werden von einem intermittierend in die Mischkammer tröpfchenförmig eingespritzten Schmierstoff benetzt. Ebenfalls in die Mischkammer eingeführte Druckluft reißt von dem Schmierstoffilm auf den Kugeloberflächen Tropfen in einer Größe im Bereich < 10 µm ab und führt diese im Gemischstrom zum Düsenaustritt.

Es besteht das Bedürfnis, den ausgegebenen Kühlschmiermittelstrahl noch besser an die jeweilige Sprühaufgabe anzupassen.

Beispielsweise ist erstrebenswert, im Falle eines Fräswerkzeuges einen über die ganze Breite der Fräszähne reichenden Flachstrahl des Kühlschmiermittelstromes bereitzustellen. Besonders bei Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechsler, bei denen Werkzeuge mit verschiedenen Werkzeuglängen eingesetzt werden, ist eine Sprühstrahlform erwünscht, mit der sich eine gute Kühlschmierung bei allen Werkzeugvarianten sicherstellen läßt.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen Düsenkopf der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei ein­ facher Konstruktion die Anpassung an die jeweilige Sprühaufgabe verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient Patentanspruch 1.

Der mit mindestens einer Ablenkfläche versehene, in der Mischkammer angeordnete Drallkörper gemäß der Erfindung ver­ bessert die Mischwirkung zwischen den unter Druck stehenden Gas- und Flüssigkeitsströmen, wobei es zu einer noch feine­ ren Aufspaltung der Kühlschmierflüssigkeit in feinste Tröpf­ chen kommt.

Durch Gestaltung der Ausströmöffnungen im auswechselbaren Düsenmund angepaßt an die jeweilige Sprühaufgabe ist es mög­ lich, jeweils passende Strahlformen zu realisieren, bei­ spielsweise einen Flachstrahl mit im Querschnitt großer Län­ ge und kleiner Breite, wie dies insbesondere zum Kühlschmie­ ren bei einem Zerspanen durch ein Fräswerkzeug mit großer Zahnhöhe (z. B. mittels Fingerfräser) erwünscht ist. Bei­ spielsweise kann die Ausströmöffnung von einem Schlitz ge­ bildet sein, der im Querschnitt oval oder rechteckig ausge­ bildet sein kann. Die Schlitzbreite kann dabei zwischen 0,05 und 3 mm betragen. Ferner kann ein Flachstrahl auch durch die Anordnung von drei kreisrunden Ausströmöffnungen in ei­ ner gemeinsamen, die Drallkörperachse enthaltenden Ebene angeordnet sein. Es können auch mehrere kreisrunde Öffnungen in einem Kranz um die Drallkörperachse angeordnet sein, in der selbst eine solche Öffnung angeordnet sein kann.

Bei einem Düsenkopf nach der Erfindung ist eine zusätzliche Bündelung des Strahles durch einen ringförmigen Luftmantel­ strahl überflüssig, so daß die durch eine Ringmanteldüse bei der herkömmlichen Konstruktion (DE 37 43 968 C1) verkomplizier­ te Konstruktion vereinfacht wird.

Vorzugsweise ist der Drallkörper lose in der Mischkammer aufgenommen, jedoch durch deren Form und durch den in ihn eingesteckten Kapillarschlauch an einer regellosen Bewegung in der Mischkammer gehindert. Die bei einer ausgeführten Konstruktion teilweise im Düsenmund gelegene Mischkammer kann so bemessen sein, daß der Drallkörper allenfalls eine axiale Bewegung aber keine wesentliche Kippbewegung ausfüh­ ren kann, so daß die Funktion des Drallkörpers, die Mischung der Gas- und Flüssigkeitsströme zu intensivieren, nicht be­ einträchtigt wird.

Die Ablenkfläche des zweckmäßigerweise zylindrisch mit abge­ flachten Stirnflächen ausgebildeten Drallkörpers umgeben diesen vorzugsweise schraubenlinienförmig, wobei bei einer ausgeführten Konstruktion die Ablenkflächen von einer oder zwei Halbwindungen mit einer Steigung von nicht weniger als 20°, vorzugsweise etwa 45° gebildet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Ein Düsenkopf nach der Erfindung ist auch zum Besprühen von zu stanzenden Blechen oder zum Innenbesprühen von zu biegen­ den Rohren mit Öl und/oder einem Konservierungsmittel mit Vorteil einsetzbar.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Düsenkopf gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Rückansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 3 auf eine erste Ausführung eines bei einem Düsen­ kopf nach Fig. 1 verwendeten Drallkörpers;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Drallkörpers nach Fig. 2 mit eingestecktem Kapillarschlauch;

Fig. 4 eine Rückansicht wie Fig. 2 eines abgewandelten Drallkörpers;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Drallkörpers nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch einen Düsenmund, wie auch aus Fig. 1 ersichtlich;

Fig. 7 eine Stirnansicht auf den Düsenmund nach Fig. 6 von der Ausströmseite her;

Fig. 8 bis 12 weitere Stirnansichten von prinzipiell wie in Fig. 6 gestalteten Düsenmündern, jedoch mit anderer Anord­ nung und Anzahl der Ausströmöffnungen.

In der folgenden Beschreibung sind für gleiche oder gleich­ wirkende Teile der verschiedenen Ausführungsformen gleiche Bezugszahlen verwendet.

Der in Fig. 1 gezeigte Düsenkopf einer Minimalmengen-Kühl­ schmiervorrichtung hat eine Düsenhülse 2, die an ihrem Aus­ strömende durch einen Düsenmund 4 mit drei Ausströmöffnungen 6, 7, 8 verschlossen ist. Innerhalb der aus Düsenhülse und Düsenmund gebildeten Einheit ist eine Mischkammer 10 ausge­ bildet. In dieser Mischkammer sitzt lose ein zylindrischer Drallkörper 12 axial beweglich, jedoch an einer Kippbewegung durch die Innenwände von Düsenhülse 2 und Düsenmund 4 gehin­ dert. In diesen Drallkörper 12, der im einzelnen nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 5 beschrieben ist, sind Kapillar­ schläuche 14, 16 eingesteckt, welche von der Rückseite der Hül­ se 2 her durch einen flexiblen Luftschlauch 18 axial einge­ führt sind. Der Luftschlauch 18 ist über eine Dichtver­ schraubung mit Hohlschraube 20 und Dichtscheibe 22 mit dem offenen Hülsenende der Düsenhülse 2 verschraubt. Die Bohrung 24 der Hohlschraube mündet in einen Luftraum 26 vor dem Drallkörper 12.

Wie besser aus den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind die Kapillarschläuche 14, 16 in zur Achse A des Drallkörpers parallele Bohrungen 28, 30 eingeschoben, wobei diese Bohrun­ gen jeweils von der rückwärtigen, abgeflachten Stirnfläche 32 bis zu einer Schrägfläche 34 bzw. 36 einer Halbwindung 35, 37 von zwei schraubenlinienförmigen Nuten reichen, welche jeweils den Drallkörper 12 mit einer Steigung von ca. 45° zur Hälfte umgeben. Auf der Gegenseite der Schrägflächen 34, 36 sind Ablenkflächen 38, 40 ausgebildet, auf welche durch die Kapillarschläuche 14, 16 zugeführtes Kühlschmiermittel mit hohem Druck auftrifft, zerstäubt wird und dabei mittels über die Bohrung 24 und den Luftraum 26 zugeführter Druck­ luft zerstäubt wird. Die Zwischenräume zwischen den Schräg­ flächen 34, 36 und den Ablenkflächen 38, 40 bilden Teil der Mischkammer 10 im Inneren des Düsenmundes 4, von dem aus dann das Luft-/Flüssigkeitsgemisch über drei in einer ge­ meinsamen, die Drallkörperachse A enthaltenden Ebene ange­ ordneten Ausströmöffnungen 6, 7, 8 zur Bildung eines Flach­ strahles abgegeben wird.

Die Bohrungen 7, 8, die bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel einen Winkel von 60° einschließen, sind gegensinnig zur Achse A um 30° geneigte können jedoch auch größere oder kleinere Winkel zwischen 0 und 90° einschließen.

Aufgrund einer konusförmigen Strahlerweiterung nach dem Aus­ tritt aus der jeweiligen Ausströmöffnung bildet sich der gewünschte Flachstrahl. Wenn beispielsweise bei einer pra­ xisnahen Anordnung die in Fig. 1 rechte Stirnfläche des Dü­ senmundes 4 einen Abstand von 100 mm vom Zerspanort hat, ergibt sich bei diesem Abstand ein Flachstrahl von etwa 140 mm Höhe und von 30 mm Breite, wie dies beispielsweise zur Minimalmengen-Kühlschmierung eines Fräswerkzeuges wünschens­ wert sein kann.

Die Ausführung nach den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 2 und 3 dadurch, daß nur ein Kapil­ larschlauch 14 und nur eine Halbwindung mit Schrägfläche 34 und Ablenkfläche 38 vorhanden ist. Diese Ausführung ist ein­ facher, aber hinsichtlich der Verwirbelung nicht ganz so wirksam wie diejenige nach den Fig. 2 und 3.

Die Fig. 6 und 7 zeigen noch einmal den Düsenmund 4 in un­ veränderter Ausgestaltung gegenüber Fig. 1 mit drei in einer gemeinsamen, die Drallkörperachse A enthaltenden Ebene an­ geordneten Ausströmöffnungen 6, 7 und 8.

Bei der Ausführung nach Fig. 8 ist nur eine zentrale Aus­ strömöffnung 6 vorgesehen, die koaxial zur Achse A verläuft.

Bei der Ausführung nach Fig. 9 sind zusätzlich zu den Boh­ rungen 6, 7, 8 nach Fig. 7 zwei in einer senkrechten Ebene angeordnete Ausströmöffnungen 11 und 13 vorgesehen, wobei die Ausströmöffnungen 7, 8, 11 und 13 auf einem Kranz ange­ ordnet sind.

Bei der Ausführung nach der Fig. 10 sind in gleichmäßigen Abständen insgesamt acht Ausströmöffnungen 15 auf einem Kranz um eine zentrale Ausströmöffnung 6 herum angeordnet.

Die Fig. 11 und 12 zeigen Ausführungen mit einer einzigen, schlitzförmigen Ausströmöffnung 17, 19 in der Mitte des Dü­ senmundes 4.

Die schlitzförmige Öffnung 17 der Ausführung nach Fig. 11 hat ovalen Querschnitt mit beidseitigen Ausbuchtungen zur Mitte hin, während die schlitzförmige Öffnung 19 bei der Ausführung nach Fig. 12 rechteckig ist.

In den Zuleitungen für die Kapillarschläuche 14, 16 einer­ seits und dem Luftschlauch 18 andererseits können Regelein­ richtungen, z. B. von Hand einstellbare Nadelventile, zum individuellen Einstellen des Flüssigkeitsstromes und des Luftstromes vorgesehen sein (nicht gezeigt). Das Kühl­ schmiermittel wird von einem Tank her gefördert, wobei es beispielsweise mittels einer Pumpe oder mittels der auch den Luftschlauch mit Druckluft versorgenden Druckluftquelle ge­ fördert werden kann, welche den Flüssigkeitsspiegel im Kühl­ schmiermitteltank unter Druck setzen kann, wie dies im ein­ zelnen in der DE 37 43 968 C1 beschrieben ist.

Claims (10)

1. Düsenkopf einer Minimalmengen-Kühlschmiervorrichtung mit einer Mischkammer, in der dem Düsenkopf zugeführte, unter Druck stehende Gas-/Flüssigkeitsströme gemischt werden, und mit mindestens einer Ausströmöffnung, über die das Gas-/Flüssigkeitsgemisch in Richtung auf den Kühlschmierort ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Misch­ kammer (10) ein Drallkörper (12) angeordnet ist, an des­ sen Umfang mindestens eine schraubenlinienförmige Ab­ lenkfläche (38, 40) zur Erzeugung eines Dralls der Gas-/Flüssigkeitsströme ausgebildet ist.

2. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom über minde­ stens einen Kapillarschlauch (14, 16) in eine Bohrung (28, 30) im Drallkörper (12) und von dort auf die Ab­ lenkfläche (38, 40) geführt ist.

3. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drallkörper (12) zylindrisch ist und daß die Ablenkfläche (38, 40) mindestens eine sich um den Umfang des Drallkörpers schraubenlinienför­ mig erstreckende Nut ist.

4. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Ablenk­ fläche (38, 40) den Drallkörper (12) mit einer Halbwin­ dung umgibt, und daß die Steigung der Halbwindung nicht weniger als 20°, vorzugsweise etwa 45° beträgt.

5. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Drallkörper (12) abgeflachte, quer zur Drallkörperachse liegende Stirnflächen (32, 33) hat.

6. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Kapil­ larschlauch (14, 16) lose in der zugehörigen Bohrung (28, 30) des Drallkörpers (12) steckt.

7. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper (12) lose im Düsenkopf aufgenommen und durch einen mit der Ausströmöffnung (6-8; 11, 13, 15; 17; 19) versehenen, auswechselbaren Düsenmund (4) zurückgehalten und gegen ein Kippen gesichert ist.

8. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung ein länglicher Schlitz (17; 19) ist.

9. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei, in einer gemein­ samen Axialebene angeordnete Ausströmöffnungen (6, 7, 8) vorgesehen sind, von denen die mittlere (6) in der Drallkörperachse (A) und die äußeren (7, 8) dazu gegen­ sinnig geneigt angeordnet sind.

10. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kranz von Aus­ strömöffnungen (6, 7, 8, 11, 13; 6, 15) vorgesehen ist.