In-Prozess-Temperaturmessung ermöglicht optimale Auslegung des Kühlschmierstoffs

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Schleifscheibe mit Temperatursensor

Die dargestellte Schleifscheibe mit integriertem Temperatursensor besteht aus den Komponenten Schleifkörper, ringförmiges Metallgehäuse und darin untergebrachte Messelektronik (Bild 2). Zum System gehört auch die Messwertempfangs- und -anzeigeeinheit.

Die Wärmestrahlung des Werkstückes wird über einen radial in die Schleifscheibe eingebetteten Lichtleiter auf einen schnellen IR-Sensor übertragen. Die nachfolgende Messverstärkerelektronik wandelt das Sensorsignal in temperaturproportionale Signalspannungswerte um, die drahtlos zur Messwertempfangs- und -anzeigeeinheit übertragen werden.

Vor dem Einsatz der Schleifscheibe im Schleifprozess erfolgt die Kalibrierung mittels Temperaturvergleich an einem beheizten und mit einem Thermoelement versehenen Werkstück. Nach der erfolgreichen Kalibrierung wurde die Funktionalität des Systems in mehreren Untersuchungen verifiziert. In Bild 3 sind die bezogene Tangential- und Normalkraft sowie der aufgezeichnete Temperaturverlauf eines mehrstufigen Außenrund-Einstechschleifprozesses zur Zerspanung eines einsatzgehärteten Werkstücks aus 18CrNiMo7-8 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.

Temperatur korreliert mit bezogenen Schleifkräften

Die Korrelation der Temperatur zu den bezogenen Schleifkräften ist gut erkennbar. Insbesondere die Übergänge der einzelnen Prozessstufen bei etwa 10 s von Schruppen auf Schlichten und bei knapp 20 s von Schlichten auf Feinschlichten sind auch im aufgezeichneten Temperaturverlauf nachvollziehbar. Sie schlagen sich mit einem Temperaturunterschied von etwa 100 beziehungsweise 150 °C nieder.

Das System kann somit zur Vermeidung von Unterversorgung und zur Feststellung eines maximalen Volumenstroms, ab dem keine Verbesserung der Kühlwirkung mehr auftritt, eingesetzt werden. Hierzu werden die Düsenart, mit der der KSS dem Schleifspalt zugeführt wird, deren Position und die Höhe des Volumenstroms variiert.

Bild 4 zeigt eine Übersicht möglicher Düsen und Positionierungskriterien. Auf diese Weise kann schnell und effektiv das KSS-Zufuhrsystem gefunden werden, das bei geringem Aufwand die höchste Kühlleistung erbringt. Während der Fertigung können die Temperaturen im Schleifspalt ständig mit dem vorgestellten IR-Messsystem beobachtet werden und es kann bei Auftreten kritischer Grenztemperaturen reagiert werden, bevor Schleifbrand entsteht.

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