Schleifen In-Prozess-Temperaturmessung ermöglicht optimale Auslegung des Kühlschmierstoffs

Die optimale Applikation von Kühlschmierstoff (KSS) kann die Gefahr des Auftretens thermischer Schädigungen der Bauteilrandzone bei einer Feinbearbeitung wie dem Schleifen vermindern. Eine werkzeugseitige In-Prozess-Temperaturmessung liefert Kenntnisse zur Kontaktzonentemperatur und somit zur Effizienz der Kühlung.

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Beim spanenden Bearbeitungsverfahren Schleifen besteht eine relativ große Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück. Zudem herrschen komplexe Trenn- und Reibungsverhältnisse im Schleifspalt. Die eingebrachte Energie wird hauptsächlich durch Reibung in Wärme umgewandelt. Die Temperaturentwicklung und -verteilung im Werkstück wird maßgeblich durch den KSS beeinflusst, der durch einen Schmierfilm die Reibung zwischen Werkstück und Schleifscheibe verringert und zusätzlich Wärme aufnimmt und abtransportiert.

Bei großen Wärmemengen, die in das Werkstück fließen, kann es zu thermischen Schädigungen der Randzone des Werkstücks kommen, die Gefügeveränderungen, ungünstige Eigenspannungsverläufe und Risse zur Folge haben können. Diese Schädigungen sollen durch den Einsatz von KSS verhindert werden. Eine Überversorgung sollte aber vermieden werden, weil damit hohe Kosten für den Kühlschmierstoff sowie dessen Pflege und Entsorgung verbunden sind [1].

Schleifspalt bedarfsorientiert mit KSS versorgen

Zur Beherrschung des KSS-Einsatzes beim Schleifen gehört folglich in erster Linie die bedarfsorientierte Versorgung des Schleifspalts, also die Vermeidung sowohl von Über- als auch Unterversorgung. Der für die Praxis einfachste Ansatz ist die Änderung von Stellgrößen wie Düsenposition oder Düsenart [2].

Temperaturerfassung mittels Infrarotsensorik

Zur Optimierung des KSS-Systems und somit zur Verringerung der thermischen Werkstückbeanspruchung ist idealerweise die Kenntnis über die Temperaturverhältnisse direkt in der Kontaktzone zwischen Werkstück und Schleifscheibe notwendig. Zum Zweck der Temperaturerfassung und darauf aufbauend zur Optimierung des Zufuhrsystems wurde am IWT zusammen mit der FOS Messtechnik GmbH die werkzeugseitige In-Prozess-Temperaturmessung in der Kontaktzone zwischen Werkstück und Schleifscheibe mittels Infrarotsensorik entwickelt.

Das schnelle berührungslose Infrarot-Messsystem zur In-Prozess-Messung der Temperatur im Schleifspalt wurde in einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit geförderten Entwicklungsprojekt von der FOS Messtechnik und dem IWT Bremen in einen funktionsfähigen Prototypen umgesetzt. Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des in die Schleifscheibe integrierten IR-Temperaturmesssystems.

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