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Minimalmengenschmierung Mechatronisches Werkzeug mit integrierter Minimalmengenschmierung senkt Kosten

| Redakteur: Rüdiger Kroh

Die häufig noch eingesetzte Umlaufkühlung ist beim Zerspanen ein hoher Kosten- faktor; man spricht von bis zu einem Fünftel der Gesamtfertigungskosten. Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung bieten enorme Einsparpotenziale. Eine mechatronische Werkzeugaufnahme kann helfen, die Kosten zu senken.

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Das mechatronische Werkzeug mit integrierter Minimalmengenschmierung nutzt einen elektrochemischen Aktor als Pumpenantrieb. (Bild: GFE)
Das mechatronische Werkzeug mit integrierter Minimalmengenschmierung nutzt einen elektrochemischen Aktor als Pumpenantrieb. (Bild: GFE)

Das Bestreben nach Reduzierung des Hilfsstoffeinsatzes in der Fertigungstechnik ist seit Längerem bekannt. Werkzeug- und Maschinenhersteller sowie Anwender haben vielfältige Anstrengungen unternommen, durch neue konstruktive Lösungen den Einsatz von Kühlschmiermitteln zu minimieren. So werden neuartige Systeme für die Zuführung geringster Mengen an Kühlschmiermittel (Aerosole) bis hin zur Wirkstelle eingesetzt, wobei es zwei relevante Zuführungsarten gibt:

  • die äußere Zuführung, bei der das Aerosol als gerichteter, meistens nicht nachgeführter Strahl von außen auf die Wirkstelle gelangt;
  • die innere Kühlmittelzuführung (IKZ), bei der das Aerosol durch Kanäle in der Spindel und im Werkzeug oder über Kühlmitteladapter direkt zu den Schneiden transportiert wird.

Meist innere Zuführungen für Minimalmengenschmierung

So sind für den Einsatz der Minimalmengenschmierung bei der Bohrungsbearbeitung mit L/D-Verhältnissen größer 2 bis 3 meistens innere Minimalmengenschmierung-Zuführungen im Einsatz. Durch höhere Schnittparameter und weitere geeignete Maßnahmen, wie Absaugungen, Bearbeitungslage oder Werkzeuge mit optimalen Reibeigenschaften, müssen die Späne als Hauptträger der bei der Zerspanung entstehenden Wärme schnellstmöglich aus dem Wirkbereich entfernt werden.

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Effekte wie das partielle Auszentrifugieren des Kühlschmiermittels sowie die Depotbildung in der Spindel oder im Werkzeug infolge negativer Strömungseinflüsse durch Querschnittsänderungen oder ungünstige Lage der IKZ können die Anwendung der Minimalmengenschmierung durch Entmischung des Aerosols recht unsicher gestalten.

Vor dem Hintergrund der Vorteile der Minimalmengenschmierung einerseits und der möglichen Probleme bei deren Nutzung andererseits, erfolgte in der GFE Schmalkalden die Entwicklung und Realisierung einer universellen mechatronischen Werkzeugaufnahme mit integrierter Minimalmengenschmierung. Ziel war es, mittels Minimalmengenschmierung die Schmierung und Kühlung der Werkzeugschneiden in Abhängigkeit von extern oder intern generierten Signalen oder autark arbeitend über einen längeren Zeitraum zu realisieren.

Elektrochemischer Aktor als Pumpenantrieb

Es wurde ein Werkzeug mit integriertem Kühlschmiermittel-Reservoir, Telemetrie- und Energieübertragung sowie externer Druckluftzufuhr entwickelt und als Prototyp gebaut, wobei die Neuheit der Lösung im Einsatz eines elektrochemischen Aktors (ECA) als Pumpenantrieb liegt. Es wurden dabei die Vorteile der elektrochemischen Aktoren genutzt, die ihrerseits in der Lage sind, aufgrund des pneumatischen Wirkprinzips bei kleinem Volumen und geringem Energiebedarf als elektrisch betätigte Expansionseinheit große Kräfte bereitzustellen. Gleichzeitig werden der Hub und die Lage in Abhängigkeit von der geringen Eigenentladung über längere Zeiten relativ konstant gehalten.

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