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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Kühlen
eines Werkstücks
bei der Bearbeitung, wie z.B. Schleifen, Schlichten, Schneiden oder ähnlichem.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Beim
Bearbeiten, insbesondere beim Schleifen, wird Kühlmittel (z.B. eine Schleifflüssigkeit)
einer Schleifzone zwischen einem Schleifrad und einem Werkstück zugeführt, um
die Bearbeitungszone zu kühlen, um
einen Schleifbrand zu verhindern und Späne von dem Werkstück wegzuspülen.
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Das
Dokument
US 2,434,679 ,
das das Gebiet des Schleifens betrifft, beschreibt, dass Kühlflüssigkeit allgemein
in großen
Mengen während
des Schleifens verwendet wird. Beim Schleifen erzeugt das durch
die hohe Rotationsgeschwindigkeit des Schleifrades mitgeführte Kühlmittel
jedoch einen dynamischen Druck in der Schleifzone. Der dynamische
Druck neigt zur Verformung des Werkstücks mit einem kleinen Durchmesser, wodurch
die Schleifgenauigkeit verschlechtert wird, insbesondere wird die
Rundheit des Werkstücks
verschlechtert. Wenn das Werkstück
eine Aussparung, z.B. eine Keilnut, eine Ölbohrung oder ähnliches
aufweist, wird die Aus sparung möglicherweise
nach dem Schleifen durch die dynamischen Druckänderungen an der Aussparung
verformt.
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Weiter
belastet das durch die Rotation des Schleifrades mitgeführte Kühlmittel
zusätzlich
einen das Schleifrad antreibenden Motor, sodass der Leistungsverlust
des Motors erhöht
wird.
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Andererseits
wurde das Kaltluftschleifen entwickelt, um die Arbeitsumgebung zu
verbessern. Das Kaltluftschleifen verwendet auf 0°C oder niedriger
abgekühlte
Luft statt des Kühlmittels.
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1 zeigt
ein Beispiel des Kaltluftschleifens mit Düsen 30 und 31.
Die Düse 30 führt kalte
Luft einer Schleifzone P zwischen einem Schleifrad G und einem Werkstück W zu,
wodurch die Temperatur des Werkstücks W vermindert wird. Die
Düse 31 führt Schmieröl der Schleifzone
P zu, um die Reibung in der Schleifzone P zu verhindern.
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Die
Kühlwirkung
des Kaltluftschleifens ist jedoch verglichen mit dem Schleifen unter
Verwendung des Kühlmittels
unzureichend, da die thermische Kapazität der Kaltluft geringer als
die des Kühlmittels
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Entsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung
und ein Verfahren zum Kühlen
eines Werkstücks
zu schaffen, um die Mengen der verwendeten Flüssigkeiten beim Bearbeiten
unter Sicherstellung einer ausreichenden Kühlwirkung zu vermindern.
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Diese
Aufgabe und andere Ziele der Erfindung werden im Folgenden ersichtlich,
die allgemein mit einer Kühlvorrichtung
mit einem Schmierflüssigkeitstank,
einer Schmierflüssigkeitsdüse, einer
Schmierflüssigkeitsregeleinrichtung,
einem Kühlflüssigkeitstank,
einer Kühlflüssigkeitsdüse und einer
Kühlflüssigkeitsregeleinrichtung
erreicht werden.
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Der
Schmierflüssigkeitstank
nimmt Schmierflüssigkeit
auf.
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Die
Schmierflüssigkeitsdüse ist mit
dem Schmierflüssigkeitstank
zur Zuführung
der Schmierflüssigkeit zu
einer Bearbeitungszone zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück stromaufwärts von
der Bearbeitungszone in Rotationsrichtung des Werkzeugs und des
Werkstücks
verbunden.
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Die
Schmierflüssigkeitsregeleinrichtung
regelt von Hand oder automatisch eine Strömungsmenge der der Schmierflüssigkeitsdüse zugeführten Schmierflüssigkeit
innerhalb eines Bereichs der Strömungsmenge zwischen
0,1 und 100 cm3/h in 1 mm einer Berührungslänge in der
Bearbeitungszone.
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Der
Kühlflüssigkeitstank
nimmt Kühlflüssigkeit
auf.
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Die
Kühlflüssigkeitsdüse ist mit
dem Kühlflüssigkeitstank
zur Zuführung
der Kühlflüssigkeit
zum Werkstoff verbunden.
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Die
Kühlflüssigkeitsregelreinrichtung
regelt von Hand oder automatisch eine Strömungsmenge der der Kühlflüssigkeitsdüse zugeführten Kühlflüssigkeit
innerhalb eines Bereichs zwischen 5 und 500 cm3/min
in 1 mm einer Berührungslänge in der
Bearbeitungszone, wobei die Schmierflüssigkeitsdüse die Schmierflüssigkeit in
dem oben genannten Bereich der Strömungsmengen der Schmierflüssigkeit
zuführt.
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Die
Kühlflüssigkeitsdüse führt die
Kühlflüssigkeit
dem Werkstück
zu, um direkt das Werkstück
zu kühlen,
sodass die Kühlwirkung
erhöht
wird. Die Schmierflüssigkeitsdüse führt das
Schmiermittel der Bearbeitungszone zu, um zu verhindern, dass die
in der Bearbeitungszone erzeugte Reibungswärme die Temperatur des Werkstücks erhöht. Da eine
geeignete Menge der Schmierflüssigkeit
in dem Bereich die Kühlwirkung
der Kühlflüssigkeit
unterstützt,
wird die Menge der Kühlflüssigkeit
innerhalb des Bereichs der Kühlflüssigkeit
vermindert. Ein Verbrauch des Schmiermittels ist wesentlich geringer
als der der Kühlflüssigkeit.
Somit werden die gesamten Flüssigkeitsmengen
stark vermindert.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Verschiedene
andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
ersichtlich. Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht zur Darstellung einer üblichen Kühlvorrichtung gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
Seitenansicht zur Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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3 eine
Aufsicht zur Darstellung eines Schildes der ersten Ausführungsform;
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4(A) eine Seitenansicht zur Darstellung
eines Kopfes einer Düse
der ersten Ausführungsform;
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4(B) eine Aufsicht zur Darstellung des
Kopfes der Düse
von 4(A);
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5 eine
Seitenansicht zur Darstellung eines Kopfes einer Nebeldüse der ersten
Ausführungsform;
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6(A) und (B) Seitenansichten des Werkstücks;
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7 eine
Seitenansicht zur Darstellung eines Kopfes einer Düse gemäß einer
Abänderung
der Düse von 4;
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8(A) eine Ansicht zur Darstellung eines
Kopfes einer Düse
gemäß einer
weiteren Abänderung
der Düse
von 4;
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8(B) eine Aufsicht zur Darstellung des
Kopfes von 8(A);
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8(C) eine Seitenansicht zur Darstellung
des Kopfes von 8(A);
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9(A), (B), und (C) Schnittansichten zur
Darstellung der Köpfe
der Nebeldüsen
gemäß den Abänderungen
der Düse
von 5;
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10 eine
Seitenansicht zur Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 eine
Seitenansicht zur Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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12 eine
Seitenansicht zur Darstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 ein
Fließbild
zur Darstellung des Verfahrens der vierten Ausführungsform;
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14(A) eine Seitenansicht zur Darstellung
einer Kühlvorrichtung
gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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14(B) eine Aufsicht zur Darstellung der
Kühlvorrichtung
gemäß der fünften Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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2 zeigt
einen Teil einer Schleifmaschine mit einem zylindrischen Werkstück W, einem
Schleifrad G und einer Kühlvorrichtung
mit Düsen 1, 2, 3 und 5.
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Das
Werkstück
W wird im Uhrzeigersinn in 2 durch
eine nicht dargestellte Spindel angetrieben. Die erste Düse 1 und
die dritte Düse 3 werden
zur Zuführung
des Schmieröls,
d.h. der Schmierflüssigkeit,
verwendet, und die zweite Düse 2 und
die vierte Düse 5 werden
zur Zuführung
des Kühlmittels,
d.h., der Kühlflüssigkeit,
verwendet.
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Das
Schleifrad G ist an einem nicht dargestellten Radkopf befestigt,
sodass es gegen das Werkstück W
in der gleichen Richtung wie das Werkstück W rotiert. Das Schleifrad
G und das Werkstück
W stehen miteinander an einer Schleifzone P in Berührung.
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Die
erste Düse 1 und
die dritte Düse 3 sind
mit einem Schmieröltank 41 und
einer Schmierölregeleinrichtung 51 über eine
Leitung 41a verbunden. Der Schmierölstank 41 nimmt das
Schmieröl
auf. Obwohl das Schmieröl
vorzugsweise Pflanzenöl
ist, können
anderes Schmieröl,
z.B. tierisches Öl,
Mineralöl
oder ähnliches ebenfalls
verwendet werden.
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Ein
Kopf der ersten Düse 1 ist
senkrecht auf eine Außenfläche des
Schleifrades G stromaufwärts
der Schleifzone P in Drehrichtung des Schleifrades G gerichtet.
Das Schmieröl
bewegt sich somit zur Schleifzone P entsprechend der Drehung des
Schleifrades.
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Andererseits
ist ein Kopf der dritten Düse 3 gegen
die Außenfläche des
Werkstücks
W stromaufwärts der
Schleifzone P in Drehrichtung des Werkstücks W gerichtet. Das Schmieröl bewegt
sich somit zur Schleifzone P entsprechend der Drehung des Werkstücks. Die
dritte Düse 3 dient
zur Hilfszuführung
des Schmieröls. Somit
kann die dritte Düse 3 entfallen.
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt, umgibt ein Schild 4 das
Schleifrad G mit einem geeigneten Spalt δ und schirmt die erste Düse 1 stromaufwärts in Drehrichtung
des Schleifrades G ab. Das Schild 4 verhindert, dass eine
durch die schnelle Drehung des Schleifrades G bewirkte Luftströmung das
Schmieröl
der ersten Düse 1 von
der Schleifzone P weg bläst,
sodass das Anhaften des Schmieröls
an der Oberfläche
des Schleifrades G sichergestellt ist.
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Ein
zusätzliches
Schild kann für
die dritte Düse 3 geeignet
sein, um die dritte Düse 3 stromaufwärts in Drehrichtung
des Werkstücks
W abzuschirmen.
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Die
Schmierölregeleinrichtung 51 reguliert
von Hand oder automatisch eine Strömungsmenge des Schmieröls entsprechend
einer der folgenden Bedingungen L1, L2 und L3. Bei der Handregelung
stellt ein Arbeiter oder ein Techniker einen Handgriff der Schmierölregeleinrichtung 51 ein,
um die Strömungsmenge
des Schmieröls
zu regeln. Im Fall der automatischen Regelung stellt ein in die
Schmierölregeleinrichtung 51 eingebauter
Mikrocomputer die Strömungsmenge
des Schmieröls
ein. Das von der Schmierölregeleinrichtung 51 geregelte Schmieröl wird stromaufwärts der
Schleifzone P zugeführt.
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Die
Strömungsmenge
des Schmieröls
wird aus den folgenden Bedingungen L1, L2 und L3 ausgewählt. Jede
der folgenden Bedingungen zeigt eine Strömungsmenge in 1,0 mm (Millimeter)
der Berührungslänge zwischen
dem Schleifrad G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P.
L1 ist eine Strömungsmenge von 10,0 bis 100,0
cm3/h bei kontinuierlicher Schmierung
L2
ist eine Strömungsmenge
von 1,0 bis 10,0 cm3/h bei einer Tropfenschmierung
L3
ist eine Strömungsmenge
von 0,1 bis 10,0 cm3/h bei einer Nebelschmierung
in einer Luftströmung
mit einer Strömungsmenge
von 1,0 × 104 bis 1,0 × 106 cm3/min bei Raumtemperatur oder niedriger.
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Eine
Strömungsmenge
größer als
100,0 cm3/h bewirkt eine übermäßige Zuführung des
Schmieröls, obwohl
die Schmierwirkung sich nicht verändert. Die Strömungsmenge
von 10,0 cm3/h ist eine obere Grenze, um
das Schmieröl
tropfenförmig
oder nebelförmig
zuzuführen.
Die Strömungsmenge
von 1,0 cm3/h ist eine untere Grenze, um
das Schmieröl
tropfenförmige
zu halten. Es wird angenommen, dass die Strömungsmenge geringer als 0,1
cm3/h im Wesentlichen nicht den praktischen
Anforderungen entspricht, da ein Fehlen der Schmierwirkung möglicherweise
einen großen
Abriebsverlust des Schleifrades G bewirkt.
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Somit
liegt die Strömungsmenge
des Schmieröls
im Wesentlichen zwischen 0,1–100,0
cm3/h in 1,0 mm der Berührungslänge zwischen dem Schleifrad
G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P. Insbesondere wird die Nebelschmierung entsprechend
der Bedingung L3 bevorzugt.
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In
den Bedingungen L1 und L2 verwendet die erste Düse 1 einen in 4 dargestellten
Kopf 20. Wie in 4(A) dargestellt,
erweitert sich der Kopf 20, um die Schleifzone P in axialer
Richtung des Werkstücks
W abzudecken. Der Kopf 20 umfaßt Ausgabeöffnungen 23, siehe 4(B), um das Schmieröl gleichförmig dem Schleifrad G und dem
Werkstück
W in der Schleifzone P zuzuführen.
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In
der Bedingung L3 verwendet die erste Düse 1 einen in 5 dargestellten
Kopf 25 als Zerstäuber, um
den Nebel des Schmieröls
zu erzeugen. Der Kopf 25 umfaßt koaxial eine innere Düse 26 zur
Zuführung des
Schmieröls.
Eine durch den Kopf 25 strömende Luftströmung zerstäubt das
von der Innendüse 26 zugeführte Schmieröl.
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Eine
andere Art des Kopfes der ersten Düse 1 kann ebenfalls
verwendet werden, um den Nebel des Schmieröls zu erzeugen.
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Die
dritte Düse 3 verwendet
die gleichen Arten der Köpfe 20 und 25 der
ersten Düse 1 in
den Bedingungen L1 und L3. Somit entfällt die Erläuterung der Köpfe der
dritten Düse 3.
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Die
dritte Düse 3 verwendet
keine Tropfenschmierung der Bedingung L2, da sie nach oben gerichtet ist.
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Die
zweite Düse 2 und
die vierte Düse 5 sind
mit einem Kühlmitteltank 42 und
einer Kühlmittelregeleinrichtung 52 über eine
Leitung 42a verbunden. Der Kühlmitteltank 42 nimmt
das Kühlmittel
auf. Das von der Kühlmittelzuführeinrichtung 42 zugeführte Kühlmittel
ist vorzugsweise ein Kühlmittel
auf der Grundlage von Wasser, um die Kühlwirkung des Werkstücks W sicherzustellen,
auch wenn nur eine kleine Menge Kühlmittel zugeführt wird.
Beispielsweise werden vorzugsweise wasserlösliche Kühlmittel mit Rostschutzmitteln
verwendet. Andere Kühlmittelarten
sind ebenfalls geeignet.
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Ein
Kopf der zweiten Düse 2 ist
senkrecht gegen die Außenfläche des
Werkstücks
W in senkrechter Richtung des Werkstücks W gerichtet, um direkt
das Kühlmittel
dem Werkstück
W zuzuführen.
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Andererseits
ist ein Kopf der vierten Düse 5 gegen
die Außenfläche des
Werkstücks
W gerichtet, um das Kühlmittel
dem Werkstück
W nach oben gerichtet zuzuführen.
Die vierte Düse 5 ist
eine Hilfszuführung des
Kühlmittels.
Somit kann die vierte Düse 5 entfallen.
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Die
Kühlmittelregeleinrichtung 52 regelt
eine Strömungsmenge
des Kühlmittels
von Hand oder automatisch gemäß einer
der folgenden Bedingungen C1, C2 und C3. Bei der Regelung von Hand
stellt ein Arbeiter oder Techniker einen Handgriff der Kühlmittelregeleinrichtung 52 zum
Regeln der Strömungsmenge
des Kühlmittels
ein. Im Fall der automatischen Regelung stellt ein in die Kühlmittelregeleinrichtung 52 eingebauter
Mikrocumputer die Strömungsmenge
des Kühlmittels
ein. Das durch die Kühlmittelregeleinrichtung 52 geregelte Kühlmittel
wird dem Werkstück
W zugeführt.
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Durch
die Verbindung der Kühlmittelregeleinrichtung 52 und
der Schmierölregeleinrichtung 51 über ein Verbindungskabel 51a können den
Regeleinrichtungen 51 und 52 andere Strömungsmengendaten
eingegeben werden. In diesem Fall können die Regeleinrichtungen 51 und 52 die
Strömungsmengen
auf geeignetere Mengen einstellen.
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Die
Strömungsmenge
des Kühlmittels
wird von den folgenden Bedingungen C1, C2 und C3 ausgewählt. Jede
der folgenden Bedingungen zeigt eine Strömungsmenge in 1,0 mm (Millimeter)
der Berührungslänge zwischen
dem Schleifrad G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P.
C1 ist eine Strömungsmenge von 10,0 bis 500,0
cm3/min bei kontinuierlicher Kühlung
C2
ist eine Strömungsmenge
von 5,0 bis 50,0 cm3/min bei einer Tropfenkühlung
C3
ist eine Strömungsmenge
von 5,0 bis 50,0 cm3/min bei Nebelkühlung bei
einer Luftströmungsmenge
von 1,0 × 104 bis 1,0 × 106 cm3/min bei Raumtemperatur oder niedriger.
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Eine
Strömungsmenge
größer als
500,0 cm3/min bewirkt ein großes Versprühen des
Kühlmittels.
Die Strömungsmenge
von 50,0 cm3/min ist die obere Grenze für die Tropfen- oder Nebelkühlung. Es
wird angenommen, dass die Strömungsmenge
niedriger 5,0 cm3/min im Wesentlichen nicht den
praktischen Anforderungen entspricht, da sie einen Verlust der Kühlwirkung
bewirkt, und möglicherweise
zu einer thermischen Ausdehnung des Werkstücks W beim Schleifen führt, sodass
die Rundheit des Werkstücks
W nach dem Schleifen verschlechtert wird.
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Somit
liegt die Strömungsmenge
des Kühlmittels
im Wesentlichen in Bereichen von 5,0 bis 500,0 cm3/min
bei 1,0 mm Berührungslänge zwischen
dem Schleifrad G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P. Insbesondere wird die Nebelkühlung der
Bedingung C3 bevorzugt.
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Bei
den Bedingungen C1 und C2 entspricht der Kopf der zweiten Düse 2 dem
Kopf 20 gemäß 4. Bei
der Bedingung C3 entspricht der Kopf der zweiten Düse 2 dem
Kopf 25 von 5.
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Der
Kopf der vierten Düse 5 entspricht
andererseits dem Kopf 20 in 4 bei der
Bedingung C1. Die vierte Düse 5 verwendet
nicht die Tropfenkühlung
der Bedingung C2, da sie nach oben gerichtet ist. Bei der Bedingung
C3 verwendet die vierte Düse 5 den
gleichen Kopf wie den Kopf 25 gemäß 5.
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Eine
genaue Beschreibung der Köpfe
der zweiten Düse 2 und
der vierten Düse 5 kann
somit entfallen.
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Wie
oben beschrieben, liegt die Strömungsmenge
des Schmieröls
vorzugsweise in den Bereichen von 0,1 bis 100,0 cm3/h
in 1,0 mm Berührungslänge zwischen
dem Schleifrad G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P. Die Strömungsmenge
des Kühlmittels
wird geeignet von 5,0 bis 500,0 cm3/min
in 1 mm Berührungslänge zwischen dem
Schleifrad G und dem Werkstück
G in der Schleifzone P eingestellt.
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Die
Kombination des Schmieröls
und des Kühlmittels
in den obigen Grenzen zeigt eine entscheidende Verminderung der
Flüssigkeit,
da die wirksame Verwendung des Schmieröls die Kühlmittelmenge vermindert. Die
Abnahme der Mengen der Flüssigkeiten
vermindert das Verspritzen der Flüssigkeiten und des Gases infolge
der hohen Temperatur beim Schleifen, sodass die Arbeitsumgebung
verbessert wird.
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Der
Ausfluß des
Kühlmittels
wird ebenfalls vermindert, sodass die mit dem Kühlmittel ausgeschwemmten Späne leicht
von dem Kühlmittelausfluß rückgeführt werden
können.
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Die
minimale Fluidzuführung
vermindert den von dem von der hohen Rotatinsgeschwindigkeit des Schleifrades
G mitgeführten
Flüssigkeit
erzeugten dynamischen Druck an der Schleifzone P. Somit wird die Schleifgenauigkeit,
z.B. die Rundheit verbessert.
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Weiter
vermindert die geringere Flüssigkeitsmenge
zusätzlich
die Belastung eines das Schleifrad G antreibenden Motors, wodurch
der Leistungsverlust des Motors vermindert wird.
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Im
Fall einer geringeren Zuführung
des Schmieröls
als 0,1 cm3/h, vermindert das Schmieröl unzureichend
die Reibung in der Schleifzone P. In der gleichen Weise vermindert
Kühlmittel
von weniger als 5,0 cm3/min unzureichend
die Temperatur des Werkstücks
W. Diese Ver minderung der Flüssigkeiten
bewirkt möglicherweise
ein Schleiffressen.
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Die
folgenden Versuche #1 bis #6 gemäß Tabelle
1 wurden durchgeführt,
um die Kühlwirkung
der beschriebenen Ausführungsform
mit den bekannten zu vergleichen.
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Jeder
Versuch #1 bis #6 umfaßt
drei Versuchsarten.
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Um
den Abriebsverlust des Schleifrades G zu messen, wurde eine Gesamtschleifmenge
von 12.800 mm3 durch Schleifen von etwa
105 Werkstücken
durchgeführt.
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Zum
Eichen der Rundheit der fertigen Werkstücke W wurden zwei Arten von
Werkstücken
W1 und W2 geschliffen. Wie in 6(A) dargestellt,
weist das Werkstück
W1 eine Ölbohrung 81 in
diametraler Richtung des Werkstücks
W1 auf, um ein Werkstück
darzustellen, das zu einer Verformung durch den dynamischen Druck
des Kühlmittels
beim Schleifen neigt. Das Werkstück
W2 in 6(B) umfaßt drei durchgehende Bohrungen 82 in
axialer Richtung des Werkstücks
W2, um ein Werkstück
darzustellen, das leicht durch die beim Schleifen erzeugte Wärme verformt
wird.
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Jedes
der Werkstücke
in den drei Versuchen bestand aus einem zylindrischen Chrom-Molybdän-Stahl.
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Die
Versuche #1, #2, #3 und #6 verwendeten das gleiche wasserlösliche Kühlmittel
mit Rostschutzmittel bei Raumtemperatur.
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Die
Versuche #4 und #6 verwenden das gleiche Pflanzenschmieröl bei Raumtemperatur.
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Der
Versuch #1 von Tabelle 1 zeigt eine übliche Kühlzuführung mit einer großen Kühlmittelmenge
mit einer Strömungsmenge
von 1.000,0 cm3/min in 1,0 mm Berührungslänge zwischen
dem Schleifrad G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P. Das der Schleifzone P zugeführte Kühlmittel
hatte eine kontinuierliche Strömung.
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Jedes
der Ergebnisse des Versuchs #1 wird in Tabelle 1 durch die Ziffer 1 als
Bezugswert ausgedrückt.
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Der
Versuch #2 zeigt eine Kühlmittelzuführung mit
nur einer kleinen Menge Kühlmittel
mit einer Strömungsmenge
von 10,0 cm3/min in 1,0 mm Berührungslänge der
Schleifzone P. Das Kühlmittel
wird der Schleifzone P zugeführt.
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Das
Ergebnis des Versuchs #2 im Abriebverlust des Schleifrades G betrug
etwa das Doppelte des Bezugswerts, aufgrund der Abnahme des Kühlmittels.
Die Rundheit des Werkstücks
W1 wurde erhöht,
da der dynamische Druck des Kühlmittels
abnahm. Die Rundheit des Werkstücks
W2 wurde ein wenig verschlechtert. Das Kühlen gemäß dem Versuch #2 war somit
nicht für
die praktische Anwendung infolge der Verschlechterung des Abriebverlustes
geeignet.
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Der
Versuch #3 zeigt ebenfalls eine Kühlmittelzuführung mit einer geringen Menge
Kühlmittel
mit einer Strömungsmenge
von 10,0 cm3/min in 1,0 mm Berührungslänge der
Schleifzone P. Das Kühlmittel
wurde nur auf das Werkstück
W gerichtet.
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Das
Ergebnis des Versuchs #3 war im Wesentlichen das gleiche wie das
des Versuchs #2. Die Kühlung
des Versuchs #3 war somit nicht für die praktische Verwendung
infolge der Verschlechterung des Abriebverlustes geeignet.
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Der
Versuch #4 zeigt eine Kühlmittelzufuhr
mit nur einer geringen Schmierölmengenzufuhr
mit einer Strömungsmenge
von 1,0 cm3/h in 1,0 mm Berührungslänge der
Schleifzone P. Das der Schleifzone P zugeführte Schmieröl war das
gleiche wie das mit der ersten Düse 1.
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Das
Ergebnis des Versuchs #4 hinsichtlich des Abriebverlustes des Schleifrades
G war um 0,67 schlechter und die Rundheit des Werkstücks W1 wurde
verbessert. Die Rundheit des Werkstücks W2 wurde jedoch beträchtlich
verschlechtert, da das Schmieröl
nicht in der Lage war, das Werkstück ausreichend zu kühlen, sodass
das Werkstück
W2 durch die Reibungswärme
verformt wurde. Die Kühlung
des Versuchs #4 war somit nicht für die praktische Verwendung
infolge der Erzeugung der Reibungswärme geeignet.
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Der
Versuch #5 zeigt eine Kühlmittelzuführung von
kalter Luft bei einer Temperatur von –30°C mit einer Strömungsmenge
von 100,0 × 103 cm3/min in 1,0
mm Berührungslänge der
Schleifzone P. Das der Schleifzone P zugeführte Schmieröl war das
gleiche wie bei der ersten Düse 1.
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Der
Abriebsverlust des Schleifrades G und die Rundheit des Werkstücks W1 in
dem Versuch #5 wurden auf die gleichen Werte wie bei dem Versuch
#4 verbessert. Die Rundheit des Werkstücks W2 wurde jedoch beträchtlich
verschlechtert, da die Kühlung
unzureichend war, sodass die Reibungswärme die Werkstücke W2 verformte.
Der Grund liegt in der thermischen Kapazität der Luft, die geringer als
die des Kühlmittels
ist, sodass die Kühlluft
nicht das Werkstück
ausreichend kühlt,
verglichen mit dem Kühlmittel.
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Der
Versuch #6 von Tabelle 1 zeigt eine Kühlung entsprechend der ersten
Ausführungsform
der Erfindung gemäß 2.
Die geringe Menge des Schmieröls
wurde mit einer Strömungsmenge
von 1,0 cm3/h in 1,0 mm Berührungslänge zwischen
dem Schleifrad G und dem Werkstück
W in der Schleifzone P zugeführt.
Das von der ersten Düse 1 der
Schleifzone P zugeführte
Schmieröl
wurde in der Nebelschmierung zugeführt. Die geringe Kühlmittelmenge
wurde mit einer Strömungsmenge
von 10,0 cm3/min in 1,0 mm Berührungslänge der Schleifzone
P zugeführt.
Das von der zweiten Düse 2 dem
Werkstück
W zugeführte
Kühlmittel
wurde kontinuierlich zugeführt.
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Die
dritte Düse 3 und
die vierte Düse 5 wurden
in dem Versuch #6 nicht verwendet.
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Das
Ergebnis des Versuchs #6 im Abriebverlust des Schleifrades G wurde
so verbessert, dass es im Wesentlichen gleich jenem der Versuche
#4 und #5 war. Die Rundheit des Werkstücks W1 wurde verbessert, sodass
sie im Wesentlichen gleich jener der Versuche #2 und #3 war. Die
Rundheit des Werkstücks
W2 war im Wesentlichen gleich wie in den Versuchen #2 und #3.
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Die
Rundheit des Werkstücks
W2 wurde ein wenig verschlechtert, verglichen mit dem Versuch #2.
Es wird jedoch angenommen, dass die Kühlvorrichtung eine Rundheit
des Werkstücks
W2 entsprechend dem Versuch #1 erreichen kann, wenn die Schleifzeit
ein wenig vermindert wird, d.h., eine Zuführgeschwindigkeit des Schleifrades
G vermindert wird. Somit ist die Kühlvorrichtung gemäß Versuch
#6 für
die praktische Verwendung geeignet.
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Die
Kühlvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
verbessert somit den Abriebsverlust des Schleifrades G und die Rundheit
des Werkstücks
W trotz der Abnahme des Kühlmittels.
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7 und 8 zeigen Änderungen
des Kopfes 20 von 4.
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Ein
Kopf 21 gemäß 7 ist
durch Biegen eines Düsenendes
zur Abdeckung der Schleifzone P ausgebildet. Auslaßöffnungen 23a sind
an der Bodenfläche
des umgebogenen Düsenendes
angeordnet.
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Ein
Kopf 22 gemäß 8 umfaßt Lufteintrittsöffnungen 25,
die in einer Seitenfläche
des Kopfes 22 ausgebildet sind. Zusätzlich ist ein Ende des Kopfes 22,
wie in 8(C) gezeigt, geneigt. Die
in die Düse
gelangende Strömung
der Flüssigkeit
(Schmieröl
oder Kühlmittel)
führt Luft
von den Lufteinlaßöffnungen 25 so, dass
die Flüssigkeiten
auf der Schleifzone P schäumen,
um ein Verspritzen des Fluids zu verhindern. Die Zuführung des
Kopfes 22 deckt weiter gleichförmig einen großen Bereich
der Schleifzone P ab.
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Im
Fall eines an einem Ende des Kopfes 22 ausgebildeten Filters 26 gemäß 8(B) als Auslaßöffnungen, vermindert der Filter 26 den
Flüssigkeitsschaum,
um das Verhindern des Verspritzens der Flüssigkeit zu erhöhen.
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9 zeigt Änderungen
des Kopfes 25 von 5, um die
Flüssigkeit
zu zerstäuben
(das Schmieröl oder
das Kühlmittel).
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Ein
Kopf 25a gemäß 9(A) umfaßt eine Innendüse 26a zur
Zuführung
des Schmieröls.
Die Innendüse 26a ist
in den Kopf 25a an einem Endabschnitt des Kopfes 25a eingesetzt.
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Ein
Kopf 25b gemäß 9b umfaßt mehrere Innendüsen 26b.
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Ein
Kopf 25c gemäß 9c umfaßt eine Innendüse 26c mit
mehreren Auslaßöffnungen 29 zur
Zuführung
der Flüssigkeit.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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10 zeigt
die zweite Ausführungsform.
Da die Konstruktion der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen
der ersten Ausführungsform
entspricht, wird die zweite Ausführungsform
unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie die der ersten Ausführungsform
beschrieben, und die Beschreibung einiger Teile entfällt.
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Die
zweite Ausführungsform
umfaßt
drei Düsen 1a, 2a und 3.
Die vierte Düse 5 der
ersten Ausführungsform
entfällt.
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Die
erste Düse 1a und
die dritte Düse 3 sind
mit einem Schmieröltank 41 und
einer Schmierölregeleinrichtung 51 über eine
Leitung 41a zur Zuführung
des Schmieröls
verbunden.
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Die
zweite Düse 2a ist
mit dem Kühlmitteltank 42 und
einer Kühlmittelregeleinrichtung 52 über eine Leitung 42a zur
Zuführung
des Kühlmittels
zu einem Werkstück
W verbunden.
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Die
erste Düse 1a ist
mit der zweiten Düse 2a verbunden.
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Ein
Kopf der zweiten Düse 2a ist
gegen die Außenfläche des
Werkstücks
W in tangentialer Richtung des Werkstücks W gerichtet, um direkt
das Kühlmittel
dem Werkstück
W zuzuführen.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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11 zeigt
die dritte Ausführungsform.
Da die Konstruktion der dritten Ausführungsform im Wesentlichen
gleich der ersten Ausführungsform
ist, wird die dritte Ausführungsform
unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie die der ersten Ausführungsform
beschrieben, und die Beschreibung einiger Teile entfällt.
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Die
dritte Ausführungsform
umfaßt
die Düsen 1b, 2b und 3.
Die vierte Düse 5 der
ersten Ausführungsform
entfällt.
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Die
erste Düse 1b und
die dritte Düse 3 sind
mit einem Schmieröltank 41 und
der Schmierölregeleinrichtung 51 durch
eine Leitung 41a zur Zuführung des Schmieröls verbunden.
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Die
erste Düse 1b ist
mit der zweiten Düse 2b verbunden.
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Ein
Kopf der zweiten Düse 2b ist
gegen die Außenfläche des
Werkstücks
W in tangentialer Richtung des Werkstücks W gerichtet, um direkt
das Kühlmittel
dem Werkstück
W zuzuführen.
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Die
zweite Düse 2b ist
mit dem Kühlmitteltank 42,
einer Kühlmittelregeleinrichtung 52 und
einer Kühleinrichtung 11 durch
eine Leitung 42a zur Zuführung des Kühlmittels zu einem Werkstück W verbunden.
Die Kühleinrichtung 11 kühlt das
von der Kühlmittelregeleinrichtung 52 ausgegebene
Kühlmittel.
Die Kühleinrichtung 11 verstärkt die
Kühlwirkung
des Kühlmittels,
sodass die dem Werkstück
W zugeführte
Kühlmittelmenge vermindert
wird.
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Die
Kühleinrichtung 11 verwendet
Kühlgas
oder ein Wirbelrohr, durch das Luft strömt. Eine andere Art der Kühleinrichtung 11 kann
ebenfalls verwendet werden. Die Temperatur des gekühlten Kühlmittels
wird vorzugsweise bei Raumtemperatur oder niedriger gehalten. Beispielsweise
wird ein wasserlösliches
Kühlmittel vorzugsweise
bei etwa 5°C
gehalten. Weiter wird ein Frostschutzkühlmittel vorzugsweise verwendet,
um zu verhindern, dass das Kühlmittel
gefriert.
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VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
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12 zeigt
eine vierte Ausführungsform.
Da die Konstruktion der vierten Ausführungsform auf der ersten Ausführungsform
basiert, wird die vierte Ausführungsform
unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie denen der ersten
Ausführungsform
beschrieben, und die Beschreibung einiger Teile entfällt.
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Die
vierte Ausführungsform
umfaßt
eine zusätzliche
Düse 6,
d.h. eine fünfte
Düse 6,
um eine größere Menge
von Kühlmittel
(Schleifflüssigkeit)
der Schleifzone P beim Rohschleifen und Feinschleifen zuzuführen. Die geringe
Kühlmittelzufuhrung
von den Düsen 2 und 5 dient
zum Endschleifen.
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Die
fünfte
Düse 6 ist
mit einem zusätzlichen
Kühlmitteltank 43 und
einer zusätzlichen
Kühlmittelregeleinrichtung 53 über eine
Leitung 43a verbunden, um geregelte Kühlmittelmengen dem Werkstück W zuzuführen.
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Der
zusätzliche
Kühlmitteltank 43 nimmt
das gleiche Kühlmittel
wie der Kühlmitteltank 42 auf.
Das von der fünften
Düse 6 zugeführte Kühlmittel
ist somit das gleiche Kühlmittel
wie das von den Düsen 52 ausgegebene,
obwohl unterschiedliche Kühlmittel
verwendet werden können.
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Die
zusätzliche
Kühlmittelregeleinrichtung 53 ist
grundsätzlich
die gleiche wie die Kühlmittelregeleinrichtung 52.
Die Kühlmittelregeleinrichtung 53 stellt
jedoch eine Durchflußmenge
der fünften
Düse 6 wesentlich höher als
jene der Düsen 2 und 5 mittels
der Kühlmittelregeleinrichtung 52 ein.
In diesem Fall ist die Strömungsmenge
der fünften
Düse 6 mindestens
doppelt so groß wie
jene der Düsen 2 und 5.
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Ein
Kopf der fünften
Düse 6 ist
senkrecht gegen eine Außenfläche des
Schleifrades G stromabwärts der
Schleifzone P in Drehrichtung des Schleifrades G gerichtet. Die
fünfte
Düse 6 kann
Kühlmittel
zu einem anderen Abschnitt zuführen.
Beispielsweise ist der Kopf der fünften Düse 6 direkt gegen
die Schleifzone P gerichtet.
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Jede
der Düsen 1, 2, 3, 5 und 6 umfaßt elektromagnetische
Ventile 8, 10, 9, 11 und 7 in
dieser Reihenfolge zum Schalten der Zuführung und zum Absperren der
Flüssigkeiten.
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13 zeigt
ein Fließbild
eines Verfahrens zur Zuführung
der Flüssigkeiten
in der vierten Ausführungsform.
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Wenn
ein Schleifvorgang in Abhängigkeit
eines Einschaltbefehls beginnt, bewegt sich ein nicht dargestellter
Radkopf, der das Schleifrad G lagert, zum Werkstück W mit einer schnellen Zuführgeschwindigkeit
und das elektromagnetische Ventil 7 öffnet die Zuführung des
Kühlmittels
von der fünften
Düse 6 (Schritt
S1). Das Kühlmittel
mit der bestimmten großen
Strömungsmenge
wird stromaufwärts
der Schleifzone P zugeführt.
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Im
Folgenden bewegt sich eine nicht dargestellte Meßeinrichtung in Richtung des
Werkstücks
W zur Eichung einer Größe des Werkstücks W (Schritt
S2).
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Dann
beginnt das Rohschleifen (Schritt S3). Das Rohschleifen dauert an,
bis die Meßeinrichtung
ein erstes Größensignal
d1 erfaßt,
das anzeigt, dass das Rohschleifen beendet ist (Schritt S4).
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Danach
wird die Zuführgeschwindigkeit
auf die Feinschleifgeschwindigkeit vermindert, sodass das Feinschleifen
beginnt (Schritt S5). Das Feinschleifen dauert an, bis die Meßeinrichtung
ein zweites Größensig nal
d2 erfaßt,
das anzeigt, dass das Feinschleifen beendet ist (Schritt S6).
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Der
Radkopf hält
in Abhängigkeit
des zweiten Größensignals
d2 an, um den Radkopf nach rückwärts zu einer
bestimmten Position zurückzubewegen
(Schritt S7). Die Zurückbewegung
des Radkopfes verhindert ein übermäßiges Schleifen
aufgrund der elastischen Rückverformung
des Werkstücks
W, nachdem das Kühlmittel
in einem darauffolgenden Schritt S8 unterbrochen wird, da das Werkstück W beim
Schleifen durch den dynamischen Druck der großen Kühlmittelmenge von der fünften Düse 6 verformt
wird.
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In
Schritt S8 schließt
das elektromagnetische Ventil 7 zur Unterbrechung des von
der fünften
Düse 6 zugeführten Kühlmittels
und die elektromagnetische Ventile 8, 9, 10 und 11 öffnen. Somit
werden geringe Mengen des Schmieröls von der ersten Düse 1 und
der dritten Düse 3 stromaufwärts der
Schleifzone P zugeführt und
die geringen Mengen des Kühlmittels
werden von der zweiten Düse 2 und
der vierten Düse 5 dem
Werkstück
W zugeführt.
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Danach
beginnt das Endschleifen (Schritt S9).
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Das
Endschleifen dauert an, bis die Meßeinrichtung ein drittes Meßsignal
d3 erfaßt,
das anzeigt, dass das Endschleifen beendet ist (Schritt S10).
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Die
elektromagnetischen Ventile 8, 9, 10 und 11 schließen in Abhängigkeit
des dritten Meßsignals
d3, um die Zuführung
des Schmieröls
und des Kühlmittels
zu unterbrechen, und der Radkopf bewegt sich vom Werkstück W zur
Ausgangsposition mit einer schnellen Geschwindigkeit zurück (Schritt
S11).
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Die
Meßeinrichtung
bewegt sich schließlich
zur Ausgangsposition zurück
(Schritt S12).
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Bei
der vierten Ausführungsform
können
die geringen Zuführmengen
nach dem Rohschleifen wirken, obwohl die geringe Flüssigkeitsmenge
von der Düse 1, 2, 3 und 5 nach
dem Feinschleifen zugeführt
wird.
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FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
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14 zeigt
die fünfte
Ausführungsform
zur Beschreibung der Zurichtung eines Schleifrades G mittels einer
Zurichteinrichtung 23.
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Eine
geringe Menge des Schmieröls
(Schmierflüssigkeit)
wird dem Schleifrad G als Werkstück
zugeführt.
Eine geringe Menge Kühlwasser
(Kühlflüssigkeit)
wird dem Zurichtpunkt Q zugeführt,
wo das Zurichtwerkzeug 23, z.B. ein Bearbeitungswerkzeug,
das Schleifrad G berührt.
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Die
Zurichteinrichtung 23 ist an einem Zurichteinrichtungslager 24 befestigt.
Eine Schmierdüse 21 ist an
dem Zurichteinrichtungslager 24 am oberen Teil der Zurichteinrichtung 23 angeordnet,
um das Schmieröl zuzuführen. Ein
Kopf der Schmierdüse 21 ist
gegen eine Außenfläche des
Schleifrades G stromaufwärts
vom Zurichtpunkt Q in Drehrichtung des Schleifrades G ge richtet.
Das Schmieröl
bewegt sich somit zum Zurichtpunkt Q entsprechend der Drehung des
Schleifrades.
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Die
Zurichteinrichtung 23 umfaßt eine durchgehende Bohrung 25 in
der Zurichteinrichtung 23. Die durchgehende Bohrung 25 durchdringt
den oberen Abschnitt des Zurichtpunktes Q, sodass das von der durchgehenden
Bohrung 25 zugeführte
Kühlwasser
eine Spitze der Zurichteinrichtung 23 abdeckt. Da das Kühlwasser
durch die Bohrung 25 strömt, wird die Zueinrichtung 23 wirksam
von innen gekühlt.
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Eine
Hilfsdüse 23 kann
an dem Zurichteinrichtungslager 24 am unteren Teil der
Zurichteinrichtung 23 befestigt sein, um das Kühlwasser
oder Luft zuzuführen,
um Späne
von dem Schleifrad G zu entfernen.
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Wenn
die Zurichteinrichtung 23 relativ das sich drehende Schleifrad
G in Richtung T in 14(B) beim Zurichten überquert,
führt die
Schmierdüse 21 Schmieröl stromabwärts vom
Zurichtpunkt Q bei der Drehung des Schleifrades G zu. Die durchgehende
Bohrung 25 führt
das Kühlwasser
zu der Zurichteinrichtung 23.
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Die
Strömungsmenge
des Schmieröls
liegt vorzugsweise zwischen 0,1 bis 100,0 cm3/h
in 1,0 mm (Millimeter) der Berührungslänge zwischen
der Zurichteinrichtung 23 und dem Schleifrad G an dem Zurichtpunkt Q.
Die Strömungsmenge
des Kühlwassers
liegt geeignet zwischen 5,0 bis 500,0 cm3/min
in 1,0 mm Berührungslänge zwischen
der Zurichteinrichtung 23 und dem Schleifrad G an dem Zurichtpunkt
Q.
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Weiter
liegt die Strömungsmenge
der Nebelschmierung zwischen 0,1 bis 10,0 cm3/h
in 1 mm Berührungslänge am Zurichtpunkt
Q. Die Strömungsmenge
der Nebelkühlung
kann zwischen 5,0 bis 50,0 cm3/min in 1
mm der Berührungslänge am Zurichtpunkt
Q liegen.
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In
der fünften
Ausführungsform
werden, da die Schmierdüse 23 und
die durchgehende Bohrung 25 (und die Hilfsdüse 22)
sich mit der Zurichteinrichtung 23 bewegen, das Schmieröl und das
Kühlwasser
wirksam zum Zurichtpunkt Q und der Zurichteinrichtung selbst zugeführt.
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Die
geringe Zuführung
des Schmieröls
und des Kühlwassers
vermindern das Verspritzen des Kühlwassers
und des durch die hohe Temperatur beim Zurichten erzeugten Gases,
um so die Arbeitsumgebung zu verbessern.
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Eine
weitere durchgehende Bohrung kann ausgebildet sein, um das Schmieröl statt
mit der Schmierdüse 21 zuzuführen. Weiter
kann eine Düse
an dem Zurichteinrichtungslager 24 zur Zuführung von
Kühlflüssigkeit
zur Zurichteinrichtung 23 statt der durchgehenden Bohrung 25 vorgesehen
sein.
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Obwohl
die fünfte
Ausführungsform
einen einzigen Zurichtpunkt mit der Zurichteinrichtung 23 zeigt, kann
das Rotationszurichten und das Brechwalzenzurichten ebenfalls die
oben beschriebene Kühlvorrichtung verwenden.
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Die
fünfte
Ausführungsform
ist nicht nur zum Zurichten, sondern ebenfalls für das Bearbeiten geeignet.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen
betreffen das Schleifen. Diese Ausführungsformen können jedoch
ebenfalls bei anderen Bearbeitungen, wie z.B. Schneiden verwendet
werden.
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In
Anbetracht der obigen Ausführungsformen
sind verschiedene Änderungen
und Abänderungen
der vorliegenden Erfindung möglich.
Diese sollen jedoch mit in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen,
wobei die Erfindung ebenfalls auf andere Weise, als hier speziell
beschrieben, verwirklicht werden kann.