JP2007508930A - エアロゾル生成装置とインジェクターユニット - Google Patents

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Abstract

液体流のための液体導管と、搬送ガス流のための搬送ガス導管と、液体流と搬送ガス流がエアロゾルを生成するために混合可能な少なくとも1つのインジェクターユニットと、エアロゾル導管とを備え、エアロゾル導管が工具の領域に配置されたエアロゾル出口へ通じているエアロゾル生成装置は、それ自体知られている。本発明によれば、インジェクターユニットが搬送ガスのための流れ案内手段を備えており、流れ案内手段は搬送ガス流の圧力損失を決定し、この圧力損失は、流速を増大させ、体積流を減少させることによって、エアロゾル出口における最小圧力損失よりも小さい。本発明は、潤滑剤を機械工具へ供給するために利用することができる。

Description

本発明は、液体流のための液体導管と、搬送ガス流のための搬送ガス導管と、液体流と搬送ガス流がエアロゾル混合可能な少なくとも1つのインジェクターユニットと、エアロゾル導管とを備え、エアロゾル導管は工具の領域に配置されたエアロゾル出口へ通じている、エアロゾル生成装置に関する。
本発明は、更に、搬送ガス流のための少なくとも1つの通路部分と、液体流のための少なくとも1つの通路領域とを備えた、エアロゾル生成装置のためのインジェクターユニットに関する。
このようなエアロゾル生成装置とこのようなインジェクターユニットは、特許文献1で知られている。エアロゾルは、特に工作物の切削加工のための潤滑剤および冷却剤として用いられる。比較的幅広く多彩である加工工具に対して信頼できるエアロゾル生成を保証するために、エアロゾル生成装置は絞りシステムを備え、この絞りシステムを用いて搬送ガス、好ましくは圧縮空気と、液体、好ましくはオイルとを、量的に制御してインジェクターユニットへ供給できことが必要である。圧縮空気とオイルはインジェクターユニットへ供給され、インジェクターユニット内で旋回され、エアロゾルが生成される。このようにして生成されたエアロゾルは、エアロゾル導管内に供給され、工具の領域内のエアロゾル出口領域で適切な加工部位に流出する。
DE 101 04 012 C2 DE 101 39 950 A1
特許文献2からは、エアロゾルを生成する他の装置が知られており、その装置では搬送ガス導管、ここでは圧縮空気導管に、圧力検出器が接続されている。圧力検出器によって検出された値に従って、差圧検出装置が調節される。
本発明の課題は、装着された加工工具に関係なく、連続的なエアロゾル生成を得ることができる、冒頭で挙げた特徴を備えたエアロゾル生成装置とインジェクターユニットを提供することである。
エアロゾル生成装置について、この課題は、インジェクターユニットが搬送ガス流の流れ案内手段を有し、この流れ案内手段が、搬送ガス流の圧力損失を伴う、液体流を吸込みスプレーする機能を形成し、搬送ガス流の圧力損失がエアロゾル出口における最小圧力損失よりも小さいことによって解決される。これにより、インジェクターユニットの領域において、入口側と出口側の間に極めてわずかな圧力差しか発生せず、工具自体の領域のエアロゾル出口が大きな圧力損失を有するか、あるいは極めてわずかな圧力損失しか有しないかに関係なく、連続的な搬送ガス供給とそれに伴って連続的なエアロガス生成を得ることができる。本発明によれば、エアロゾル生成は搬送ガス流から少なくとも十分独立したものとなる。搬送ガス消費量が少ない場合でも、連続的なエアロゾル生成が維持される。連続的なエアロゾル生成の間、ほとんど圧力変動は発生しない。特に切削加工について、連続的な潤滑剤供給に対してプロセス安全性が向上する。生成するエアロゾルは、特に工作物の適切な加工部位において加工工具の潤滑と冷却に用いられる。
本発明の実施例では、インジェクターユニットの内部には、搬送ガス流のための通路部分と液体流のための通路領域が互いに同軸に配置されている。通路部分と通路領域は、互いに平行な流れ方向であることが好ましい。
本発明の他の実施例では、搬送ガス流のための通路部分は、液体流の通路領域を同心に取り囲む環状通路として形成されており、流れ案内手段は液体流の通路領域の短管状の前端部領域の上側に環状の絞り部を有しており、この絞り部が前端部領域の外表面と共に環状間隙を形成する。液体流は中心部に供給され、搬送ガス、特に圧縮空気は液体流のための通路領域の外側を通過するのが好ましい。液体流の通路領域の前端部領域は、エッジとなっている。前端部領域の上に搬送ガス流のための環状通路の絞り部が備えられており、前端部領域と絞り部との間に極めて小さい環状間隙を形成する。この小さい環状間隙が、スプレー部位、すなわちエッジにおいて、極めてわずかな搬送流量で高い搬送ガス速度を導く。このことは、流れ方向に見てインジェクターユニットの入口側とエアロゾル導管へ通じる出口側との間の圧力差に関して、極めて小さい差圧にもかかわらず、高い吸込みおよびスプレー性能をもたらす。
本発明の他の実施例では、環状間隙は、0.5mmより小さく、好ましくは約0.1mmの寸法で形成されている。これにより、エアロゾル出口の領域の通路断面が極めて小さいにもかかわらず、インジェクターユニットの領域では、エアロゾル出口の領域での圧力損失よりも小さい、又は少なくとも同じ大きさの圧力損失を得ることができ、装着された加工工具に関係なく、連続的なエアロゾル生成を保証することができる。
本発明の他の実施例では、搬送ガス導管の領域内とエアロゾル導管の領域内に圧力検出手段が備えられ、制御ユニットが備えられ、制御ユニットは、圧力検出手段によって検出された実際の圧力値と、様々な加工プロセスに対して様々なパラメータによって目標値メモリ内にファイルされている差圧目標値との比較によって、搬送ガス導管内の圧力とエアロゾル導管内の圧力との間の差圧を制御する。これにより差圧制御ができ、差圧制御により、生成するエアロゾル量を変化させることができる。この場合に搬送ガス導管内の入口側の圧力とエアロゾル導管内の出口側の圧力との間の圧力差が制御される。
本発明の他の実施例では、制御ユニットに制御プログラムが備えられ、制御プログラムは様々な制御命令によって装置の少なくとも1つのファンクションユニットを制御し、各場合に差圧測定を行ない、次に検出された差圧の実測値と計画した目標値メモリの適切な目標値との比較が行われ、最終的に目標値メモリから好ましいパラメータが予備選択される。この予備選択は、適切な表示ユニットでオペレーターに表示することができる。表示ユニットはデータ入力ユニットと組み合わされ、オペレーターが上述の予備選択の中から希望する個々のパラメータ組合わせを行なえることが好ましい。装置のファンクションユニットが始動され、適切な場所での差圧が測定されると、制御プログラムの始動によって、特にエアロゾル生成となる。目標値メモリ内にファイルされている値との比較によって、目標値メモリにファイルされているパラメータ組み合わせのブロック全体の中から、ぴったりの予備選択を行うことができる。この予備選択が、オペレーターに表示され、その場合に最小と最大のパラメータ組み合わせが明示され、オペレーターは、わずかな潤滑油を供給すべきか、多くの潤滑油を供給すべきか、あるいは最小値と最大値の間の中間値を選択すべきか、を選択することができる。好ましくは制御ユニットにデータ入力ユニットが備えられ、オペレーターがそれを用いて装着する工具のパラメータを入力することができ、制御プログラムとしてデータ処理プログラムが備えられ、そのデータ処理プログラムがデータ入力ユニットに入力されたパラメータに基づいて、目標値メモリにファイルされているパラメータすべてとの比較と、装着工具に合わせた、予め設定した好ましいパラメータ組み合わせの予備選択を行い、これらのパラメータ組み合わせの中からオペレーターが希望のパラメータ組み合わせを選択する。これによって、オペレーターは装着する工具に依存したサポートを与えられ、好ましいパラメータ組み合わせにぴったりの予備選択が行わることにより、次にオペレーターは予備選択の中から希望のパラメータを選択する。
データ入力ユニットが表示ユニットを備えられ、この表示ユニットでオペレーターがデータ処理プログラムの予備選択を見ることができることが好ましい。オペレーターに、最小と最大のパラメータセット、すなわち適切なパラメータ組み合わせが表示されるのが好ましい。最小のパラメータセットは、最も少ない潤滑油が供給される調節を意味することが好ましい。最大のパラメータセットは、最も多くの潤滑油が供給される調節に該当する。これによって、装置のシステム全体が、すなわちエアロゾル発生器からエアロゾル導管を通り、スピンドルの回転通路、工具ホルダー、工具内の冷却通路までが考えられ、好ましくないパラメータセットのミス入力が行われないことが保証できる。従って各工具に対して、どんな場合でも適切なパラメータ組み合わせの予備選択によって好ましい工作物の加工が行われ、それが望んだ加工結果をもたらすことが保証される。オペレーターは、予備選択されたパラメータ組み合わせから個々のパラメータセットを各装着工具に関係づけ、場合によってはこれらを目標値メモリに、あるいは装置の制御ユニットに適切に記憶させることによって、保存することができる。パラメータ組み合わせの予備選択がぴったり適合し、オペレーターが取り付けるべき工具を取り付け、自動的ななじみ運転プログラムを始動させた結果、適切な計器と記憶手段を介して制御ユニットによって様々な制御が行われ、それぞれ様々な制御によって、発生する差圧が測定されることが特に好ましい。目標値メモリに記憶されている値と適切な比較をすることによって、目的に合った差圧を予備選択することができ、この場合は目標値メモリのデータの上に更に別の適切なパラメータが関係付けられる。なじみ運転プログラムの終了後、オペレーターは表示された、目的にあったパラメータ組み合わせの中から好ましいパラメータ組み合わせを選択し、適切な加工プロセスのために装置の好ましい制御又は調整を行なうことができる。
本発明の他の実施例では、複数のインジェクターユニットが並列接続で備えられ、制御可能な操作部材をそれぞれ介して搬送ガス導管の枝導管に配置されており、操作部材は、少なくとも1つのインジェクターユニットが永続的に作動するように、制御ユニットによって制御できる。これによってエアロゾル内の液体配分が制御可能である。搬送ガスとして圧縮空気が、液体としてオイルが備えられることが好ましい。従ってエアロゾル内部の好ましいオイル量が制御可能である。
本発明の他の実施例では、操作部材の制御は、目標値メモリの適切な制御設定に基づいて制御ユニットによって行われる。目標値メモリは、一定の典型的な加工プロセスに対して、及び様々な工具に対して、エアロゾル内の異なった液体配分を備えることが好ましい。様々な工具と様々な加工プロセスのための適切なパラメータは、目標値メモリ内で予め設定されており、操作部材の制御及び少なくとも1つのインジェクターユニットの適切なオン・オフによって適合させることができる。操作部材の制御は所定の差圧制御に従属することが好ましい。
インジェクターユニットについて、本発明の基礎となる課題は、搬送ガス流のための通路部分が、液体流の通路領域を同心に取り囲む環状通路として形成されており、流れ案内手段が液体流の通路領域の短管状の前端部領域の高さに環状の絞り部を備え、その絞り部が前端部領域の外表面と共に環状間隙を形成することによって解決される。これによって、最も少ない圧力損失で、前述の絞り効果が得られる。搬送ガス流と液体流は整流されることが好ましい。
インジェクターユニットの実施例では、搬送ガス流のための通路部分は、流れ方向に絞り部へ向かって漏斗状に細くなっており、前端部領域の下流側に位置するエアロゾル室部分は、流れ方向にこれに対応した漏斗状に拡大している。従って絞り部は、上流と下流で対称に対応する流れ通路領域に接続されている。漏斗形状は、それぞれ円錐形に形成されるのが好ましい。絞り部は円筒壁によって形成されるのが好ましい。液体流のための短管形状の前端部領域は、中空円筒状の短管によって形成されるのが好ましい。前端部領域の切断端部は、一周する環状の鋭いエッジで形成されるのが好ましい。
図1のエアロゾル生成装置は、オイル容器の形状をした液体容器を備えている。液体容器1は、一部だけ液体で満たされている。液体容器1の上側の領域は、以下で詳述するように、エアロゾル室として用いられる。装置は更に搬送ガス源2を備え、この場合搬送ガスは、本実施例では圧縮空気として実施されている。圧縮空気源2に、搬送ガス導管として用いられる圧縮空気導管8が接続され、流れ方向において圧縮空気源2の直後に主弁3が備えられている。主弁3は閉状態にあるか、又は圧縮空気の通過状態にある。
エアロゾル生成装置1は、複数のインジェクターユニット11を備え、本実施例では2つのインジェクターユニット11を備えている。インジェクターユニット11は、液体容器1のエアロゾル室と呼ぶエアロゾルを生成する部分の中に配置されている。エアロゾル室から、エアロゾル導管12が分岐し、加工工具14へ通じている。エアロゾル導管12が、工具の加工部位の領域内で、工具の少なくとも1つの流出開口部につながり、この開口部がエアロゾル出口15となる。
2つのインジェクターユニット11は、供給された圧縮空気流と吸い込んだオイル流とから、圧縮空気によってオイル流がスプレーされることにより、エアロゾルを生成させるために用いられる。圧縮空気を供給するために、圧縮空気導管8は2つの枝導管8a、8bに分割されており、それぞれ2つのインジェクターユニット11の一方へ接続されている。各インジェクターユニット11に、更に、オイル導管6が接続されている。圧縮空気流によって各インジェクターユニット11の内部に負圧が発生され、それぞれのオイル導管6からオイルを吸い込む。オイル導管6は、液体容器1の下側の領域内で取出し短管によって液体容器1に接続され、次に2つの枝導管に分岐し、枝導管はそれぞれ2つのインジェクターユニット11の一方へ通じている。オイル導管6の各枝導管内に逆止弁7が備えられており、液体容器1内へのオイルの逆流を防止し、更にオイル導管6の各枝導管内に所定の圧力関係を与える。
圧縮空気導管の各枝導管8a、8bに、それぞれノズル弁と呼ばれる操作弁10が配置されており、操作弁は各枝導管8a、8bの流れを流したり止めたりする。圧縮空気導管8から2つの枝導管8a、8bが分岐する高さに、従って操作弁10の上流側で、圧縮空気導管8内に圧力検出器9が挿入されており、圧縮空気導管8の圧力値を検出することができる。液体容器1のエアロゾル室にもエアロゾル室内の圧力値を検出する圧力検出器13が配置されており、この圧力値はエアロゾル導管12の内部の圧力値と一致する。従って圧力検出器9、13によって、−それぞれ流れ方向に見て−インジェクターユニット11の前方の圧力も後方の圧力も検出される。
圧縮空気導管の2本の枝導管8a、8bは、互いに並列に接続されている。同様に、オイル導管6の2つの枝導管も、互いに並列に敷設されている。
圧縮空気導管8とエアロゾル室との間に圧力補償導管4が敷設されており、圧力補償導管4に、ここでは比例弁の形式の制御弁5が配置されている。この制御弁5によって、圧縮空気導管8内の圧力とエアロゾル室内の圧力との間の差圧を制御することが可能である。
制御弁5を制御するためにも、また操作弁10を制御するためにも、中央の制御ユニットSが備えられており、制御ユニットに2つの圧力検出器9、13の適切な信号線P1、P2が接続されている。中央の制御ユニットSにはデータメモリDが備えられており、データメモリには様々な加工プロセスと様々な工具のために様々なパラメータの形式の目標値を予め設定する。適切なパラメータセットが、様々な工具のタイプに対し、また、エアロゾル出口15の領域での工具の様々な通路断面に対し、また、穴あけ、フライス等の様々な加工の種類に対し、あるいは様々な工作材料に対し、エアロゾル導管12内の圧力と圧縮空気導管8内の圧力との差圧に関して適切な差圧値を与える。適切な加工プロセスに対してそれぞれ存在するパラメータは、詳しく示さないが、制御ユニットSのデータ入力ユニットへ、オペレーターによって入力される。または、装置自体が適切なセンサ手段を用いて、それぞれの加工プロセスにおいてどのパラメータが使用できるかを検出できるようにすることも可能である。これについては、ここでは詳細には触れない。
図示の実施例では、手動の操作によって適切なパラメータ設定がなされる。設定されたパラメータは、中央の制御ユニットSでデータメモリD内に存在するパラメータセットと比較される。比較の結果に従って、制御線S1、S2を介して、まず圧縮空気導管の枝導管8a、8bの開閉のために操作弁10が制御される。一方、圧縮空気導管8とエアロゾル導管12もしくは液体容器1の内部のエアロゾル室との間の差圧を制御するために、比例弁として形成されている制御弁5が制御される。圧縮空気導管8内とエアロゾル導管12内の各圧力が圧力検出器9、13を介して検出され、信号線P1、P2を介して制御ユニットSへ送られ、制御ユニットSはデータメモリD内にファイルされた所定のパラメータセットについて予め設定された差圧値と常に比較し、比較の結果に従って制御弁5を制御することができる。
図1に示す実施例では、わかりやすくするために、2つのインジェクターユニット11のみが備えられている。しかし、実際の実施例では、圧縮空気がどれだけのオイル量を混合すべきかによって、2つより多いインジェクターユニット11が並列に接続される。
詳しく示さないが、液体容器1は液体貯蔵容器と接続され、充填状態監視器を備え、エアロゾル容器としての液体容器1内にすみやかにオイルを補充することができる。
各インジェクターユニット11は、図2に示すように形成されている。図2から分かるように、中央のオイル供給部が備えられている。圧縮空気流は、オイル供給部の外側を通過するようにされている。このため、インジェクターユニットは中空円筒状の短管によって形成される通路領域を有しており、通路領域にはオイル導管6の各枝導管が接続している。中央の通路領域16は、環状の通路部分に同心に囲まれて通っており、環状の通路部分には圧縮空気導管の各枝導管8a、8bが接続している。圧縮空気流のための環状通路は、円錐状のテーパ部19を有しており、絞り部18へ続いている。絞り部18は、オイル流のための通路領域の円筒状の外表面を同軸に取り囲む、円筒状の壁部分によって形成されている。絞り部18と、オイル流のための通路領域の円筒状の外表面との間に、環状間隙21が残り、環状間隙は極めて小さく形成されており、図示の実施例では約0.1mm幅である。
オイル導管6のための通路領域は、絞り部18の軸方向の高さで終わり、前端部領域16を形成している。前端部領域16は、下部に一周する端部と角のとがったエッジ17を備えている。
エッジ17の下方に離れて、下流側に、エアロゾル室部分があり、液体容器1のエアロゾル室内へ、そしてエアロゾル導管12に接続している。エアロゾル室部分は、円錐状の拡大領域20を有しており、これはインジェクターユニット11の円錐状のテーパ部19と対応する寸法とされている。
極めて狭い環状間隙21によって、エッジ17の領域に圧縮空気流の最高流速が、同時に最少体積流において得られる。オイル導管6の前端部領域16に生じる負圧は油滴の吸込みとスプレーを発生させる。高流速と同時に少体積流によって、インジェクターユニット11の領域、すなわちスプレー部位には、極めてわずかな差圧、すなわち極めてわずかな圧力損失しか生じない。スプレーノズルとも呼ばれるインジェクターユニット11は、小さく形成されているので、インジェクターユニット11の領域における圧力損失は、加工工具が潤滑剤又は冷却剤の流出領域に、すなわちエアロゾル出口15の領域に、極めて小さい通路断面を備えている場合でも、エアロゾル出口15の領域の圧力損失よりも常に小さい。これによって、永続的かつ連続的なエアロゾル生成が可能であることが保証されている。圧縮空気導管8の枝導管8a、8bの操作弁10は、常に操作弁10の少なくとも1つが開であるように制御されるので、少なくとも1つのインジェクターユニット11を通る永続的な圧縮空気流が保証されている。
このようなことは、−従来技術において一般的であるように−インジェクターユニットの領域内の圧力損失が、エアロゾル出口の領域内の最小圧力損失よりも大きい場合には不可能である。
制御ユニットSは、データメモリDの推奨されたパラメータセットと、手動で入力された、工作機械14にそれぞれ存在するパラメータに従って、冷却又は潤滑通路の最小、小、中及び大の間で識別し、様々な冷却又は潤滑通路に対して様々な差圧を設定する。更に、制御ユニットは、何台のインジェクターユニット11を接続すべきか、すなわちエアロゾル内のオイルの割合をどのくらいの大きさにすべきかを設定する。
本発明によるエアロゾル生成装置の1実施例のブロック線図。 図1のエアロゾル生成装置のためのインジェクターユニットの拡大断面図。

Claims (10)

  1. 液体流のための液体導管と、搬送ガス流のための搬送ガス導管と、液体流と搬送ガス流がエアロゾル混合可能な少なくとも1つのインジェクターユニットと、エアロゾル導管とを備え、エアロゾル導管は工具の領域に配置されたエアロゾル出口へ通じており、
    インジェクターユニット(11)が搬送ガス流の流れ案内手段(16から18)を有し、流れ案内手段が、搬送ガス流の圧力損失を伴う、液体流を吸込みスプレーする機能を形成し、搬送ガス流の圧力損失がエアロゾル出口(15)における最小圧力損失よりも小さいことを特徴とする、エアロゾル生成装置。
  2. 前記インジェクターユニット(11)の内部には、搬送ガス流のための通路部分と液体流のための通路領域が互いに同軸に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 搬送ガス流のための前記通路部分が、液体流の通路領域を同心に取り囲む環状通路として形成されており、流れ案内手段が、液体流の通路領域の短管状の前端部領域(16)の上側に環状の絞り部(18)を有しており、絞り部が前記前端部領域(16)の外表面と共に環状間隙(21)を形成することを特徴とする、請求項2に記載の装置。
  4. 前記環状間隙(21)が、0.5mmより小さいこと、好ましくは約0.1mmの寸法で形成されていることを特徴とする、請求項3に記載の装置。
  5. 搬送ガス導管(8)の領域内とエアロゾル導管(12)の領域内に圧力検出手段(9、13)が備えられ、制御ユニット(S)が備えられ、制御ユニットが圧力検出手段(9、13)によって検出された実際の圧力値と、様々な加工プロセスに対して様々なパラメータによって目標値メモリ(D)内にファイルされている差圧目標値との比較によって、搬送ガス導管(8)内の圧力とエアロゾル導管(12)内の圧力との差圧を制御することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  6. 前記制御ユニットに制御プログラムが備えられ、制御プログラムが様々な制御命令によって装置、特にエアロゾル生成装置の少なくとも1つのファンクションユニットを制御し、各場合に圧力検出手段によって差圧測定を行い、検出された差圧の実測値と、計画した目標値メモリの適切な目標値との比較が行われ、最終的に目標値メモリから好ましいパラメータが予備選択されることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
  7. 複数のインジェクターユニット(11)が並列接続で備えられ、制御可能な操作部材(10)をそれぞれ介して搬送ガス導管(8)の枝導管(8a、8b)に配置されており、操作部材(10)が、少なくとも1つのインジェクターユニット(11)が永続的に作動するように、制御ユニット(S)によって制御可能であることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
  8. 前記操作部材(10)の制御が、目標値メモリ(D)の適切な制御設定に基づいて制御ユニット(S)によって行われることを特徴とする、請求項7に記載の装置。
  9. 搬送ガス流のための前記通路部分が、液体流の通路領域を同心に取り囲む環状通路として形成されており、流れ案内手段が、液体流の通路領域の短管状の前端部領域の高さに環状の絞り部(18)を備え、絞り部が前端部領域(16)の外表面と共に環状間隙(21)を形成することを特徴とする、搬送ガス流のための少なくとも1つの通路部分と、液体流のための少なくとも1つの通路領域とを備えたエアロゾル生成装置のためのインジェクターユニット。
  10. 搬送ガス流のための前記通路部分が、流れ方向に絞り部(18)へ向かって漏斗状に細くなっており、前端部領域(16)の下流側に位置するエアロゾル室部分(20)が、流れ方向にこれと対応した漏斗状に拡大していることを特徴とする、請求項9に記載のインジェクターユニット。
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