Maschine zum Polieren und/oder Schleifen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Aus der DE-PS 39 10 590 ist eine Maschine der Anmelderin bekannt, welche eine Polierscheibe und eine Kaltgaszufuhr zur Kühlung der zu polierenden oder zu schleifenden Oberfläche umfaßt, wobei die Kaltgaszufuhr vorzugsweise in einen Gasaustritt, der in der Rotationsachse der Polierscheibe angeordnet ist, mündet. Das Gerät wird bevorzugt mit N₂ als Kaltgas betrieben, der in flüssiger Form bevorratet, verdampft und über die Kaltgaszufuhr dem Gasaustritt zugeführt wird. Um eine optimale Betriebstemperatur des Kaltgases, die im wesentlichen von den Materialeigenschaften der zu behandelnden Oberfläche abhängt, zu gewährleisten, muß der Stickstoff aufwendig temperiert werden. Es ist auch bekannt, eine solche Maschine mit CO₂ als Kaltgas zu betreiben, das bei der Verdampfung von flüssigem CO₂ eine Temperatur von -78°C aufweist. Diese Temperatur ist für den Betrieb solcher Maschinen vorteilhaft, da sie in der Regel den Erfordernissen an Kältebedarf genau gerecht wird. Die nach dem Stand der Technik eingesetzte Maschine wird jedoch vorzugsweise mit N₂ betrieben, da dieses Gas problemlos in Leitungen geführt werden kann. Dafür wird in Kauf genommen, daß der verdampfte Stickstoff durch Zufuhr von Energie auf die gewünschte Temperatur gebracht wird. Obwohl das CO₂ den tatsächlichen Anforderungen an die Betriebstemperatur wesentlich näher kommt und die Herstellung des Rohstoffes flüssiges CO₂ wesentlich weniger Energie verbraucht, wurde bisher N₂ bevorzugt, da CO₂ die Eigenschaft hat, bei seinem Phasenübergang flüssig-gasförmig, CO₂ -Schnee zu bilden, der Leitungen und den Gasaustritt verstopft. Der Betrieb der Maschine wird dadurch erheblich behindert und die Betriebsdauer eingeschränkt.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum Polieren und Schleifen zu schaffen, mit der eine Behandlung von Oberflächen mit CO₂ als Kaltgas störungsfrei möglich ist.

[0004] Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 ist die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

[0005] Mit der Maschine ist es nunmehr möglich, hochempfindliche Materialien, wie Lackoberflächen oder Kunststoffe, mit einer CO₂ -Kühlung zu polieren und/oder zu schleifen, ohne daß Verstopfungen der Gaszufuhr oder des Gasaustrittes mit CO₂ -Schnee zu Störungen im Arbeitsprozeß oder zu einer vorzeitigen Beendung der Behandlung führen.

[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0007] Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine in schematischer Form.

[0008] Es zeigt:

Fig.1:

Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Maschine,

Fig.2:

Einen Ausschnitt der Maschine in Figur 1, in dem die Gaszufuhr und der Gasaustritt dargestellt sind,

Fig.3:

Einen Querschnitt durch den Gasaustritt.

[0009] In der in Figur 1 dargestellten Maschine 1 wird eine Polierscheibe 2 als Bearbeitungswerkzeug durch ein Getriebe 3 in Rotation versetzt, das durch einen Druckluftmotor 4 angetrieben wird. In die Rotationsachse führt eine Gaszufuhr 5, die ein ein Ventil mündet, welches im wesentlichen aus einer Einstelleinrichtung 11, einem Rohr 6, innerhalb des Rohrs 6 angeordneter Ventilspindel 12 und einer Entspannungsdüse 7 besteht.

[0010] In Figur 2 ist die Gaszufuhr 5 und das Ventil genauer dargestellt. Die Gaszufuhr 5 mündet in das Rohr 6, dessen oberes Ende über eine Druckscheibe 9 und eine Stopfbuchse 10 mit Hilfe der Einstelleinrichtung 11 verschlossen ist, welche als Überwurfmutter ausgebildet ist, mit welcher über das Gewinde 8 die Ventilspindel 12 axial innerhalb des Rohrs 6 bewegt werden kann. Die Entspannungsdüse 7 weist eine ausgangs konisch zulaufende Öffnung 13, eine Blende 14 und eine Druckschraube 15 auf.

[0011] In Figur 3 sind die ausgangs konisch zulaufende Öffnung 13, die Blende 14, die Druckschraube 15, das Rohr 6 und die Gaszufuhr 5 dargestellt.

[0012] Bei Betrieb strömt das flüssige oder überkritische CO₂ aus einer Steigrohrflasche, einem Hochdruck-, Mitteldruck- Niederdrucktank oder einer Rohrleitung über die Gaszufuhr 5 in die Maschine 1. Dabei wird das Ventil durchlaufen, welches die Durchflußmenge an füssigem oder überkritischem CO₂ reguliert. Das flüssige oder überkritische CO₂ gelangt in das Rohr 6 und tritt über die Entspannungsdüse 7 aus. Durch die schlagartige Entspannung verdampft das flüssige oder überkritische CO₂ und geht in die Gasphase über. Es hat dabei eine Temperatur von -78°C, die für die Kühlung von empfindlichen Oberflächen sehr gut geeignet ist. Charakteristisch ist dabei, daß keine unzulässigen Druckverluste in der Gaszufuhr 5 und dem Rohr 6 auftreten. Dadurch kann es in diesen Leitungen nicht zu einer störenden CO₂-Schneebildung kommen, die die Zufuhr von CO₂ blockiert und eine Verstopfung der Gaswege hervorruft. Die Entspannung findet lediglich im Düsenbereich statt.

[0013] Die Entspannungsdüse 7 ist unmittelbar in der Nähe des Arbeitsbereiches des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet. Vorzugsweise befindet sie sich in der Rotationsachse der Polierscheibe 2. Es sind jedoch auch Anordnungen denkbar, bei denen die Entspannungsdüse 7 in den Bereich der Polierscheibe 2 derart eingebracht ist, daß sie mit der Polierscheibe 2 eine Rotationsbewegung vollzieht. Selbstverständlich können auch mehrere Entspannungsdüsen 7 angebracht sein. Als Öffnung der Entspannungsdüse 7 kommen Regelkegel oder austauschbare, ausgangsseitig konisch zulaufende Öffnungen in Frage. Es können auch Lochblenden eingesetzt werden. Bei Einsatz eines Regelkegels kann der Gasdurchsatz der jeweilig zu lösenden Polier- oder Schleifaufgabe angepaßt werden.

[0014] Der Durchmesser der Ventilspindel 12 und die lichte Weite des Rohres 6 sind so bemessen, daß das flüssige oder überkritische CO₂ sich nicht im Innern des Rohres 6 entspannt. Die Dimensionen der Ventilspindel 12 und des Rohres 6 werden dabei vorzugsweise so gewählt, daß der Ringspalt zwischen der Innenfläche des Rohres 6 und der Mantelfläche der Ventilspindel 12 ca. 0,2 bis 2 mm beträgt. In diesem Fall kann ein Druckabfall erst am Austritt des noch flüssigen oder überkritischen CO₂ aus dem Rohr 6 erfolgen und die Fließwege des flüssigen oder überkritischen CO₂ werden so sicher freigehalten.

[0015] Durch den Einsatz von CO₂ kann auch bei der Ausgestaltung der Gaszufuhr 5 auf hochisolierte Materialien, wie sie beim Einsatz von flüssigem Stickstoff zur Anwendung kommen, verzichtet werden. Für flüssiges oder überkritisches CO₂ können flexible Kunststoffleitungen eingesetzt werden, die eine leichtere Handhabung und größere Beweglichkeit der Maschine 1 ermöglichen. Eine aufwendige thermische Isolierung ist nicht nötig.

[0016] Für die Bearbeitung von Oberflächen, die spezielle Erfordernisse an die Bearbeitungstemperatur stellen, ist es möglich, die Entspannungsdüse 7 mit einem Temperaturfühler auszustatten, welcher die aktuell vorliegende Temperatur mißt und ein Heizeinrichtung, vorzugseise eine kleine Heizwendel, steuert, welche im Bereich der Entspannungsdüse 7 angeordnet ist. Dadurch kann eine Temperierung der Umgebung der Entspannungsdüse 7 erfolgen. Jedoch wird eine solche Ausführungsform eine Variante für besondere Fälle darstellen, da der Vorteil des nunmehr verbesserten Einsatzes von CO₂ gerade darin liegt, daß es apparativ möglich ist, mit CO₂ zu arbeiten, welches eine Temperaturregelung weitgehend überflüssig macht, da das frisch verdampfte CO₂ eine Temperatur aufweist, die erfahrungsgemäß zu besonders idealen Betriebsbedingungen führt.

Ansprüche

1. Maschine (1) zum Polieren und/oder Schleifen mit einem eine Relativbewegung gegenüber dem Werkstück auszuführenden Bearbeitungswerkzeug, bei dem dem Bearbeitungswerkzeug Mittel zur Zufuhr von flüssigem oder überkritischem CO₂ zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Zufuhr des flüssigen oder überkritischen CO₂ ein Ventil zur Regulierung der Durchflußmenge des CO₂ mit einer Entspannungsdüse (7) für das flüssige oder überkritische CO₂ umfassen und daß das Ventil innerhalb der Maschine angeordnet ist.

2. Maschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (8) ein Rohr (6) aufweist, durch das eine im Durchmesser kleiner als die Lichte Weite des Rohres (6) dimensionierte Ventilspindel (12) verläuft, dem eine Blende (14) zugeordnet ist, daß die konisch zulaufende und mittels der Ventilspindel (12) zu öffnende und verschließbare Entspannungsdüse (7) eine sich ausgangs verbreiternde Öffnung (13) trägt und daß der Durchmesser der Ventilspindel (12) und die lichte Weite des Rohres (6) so bemessen sind, daß das flüssige oder überkritische CO₂ sich nicht im Innern des Rohres (6) entspannt.

3. Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Entspannungsdüse (7) unmittelbar in Nähe der Arbeitsfläche des Bearbeitungswerkzeugs angeordnet ist.

4. Maschine (1) mit einem rotierend angetriebenen Bearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Zufuhr des flüssigen oder überkritischen CO₂ koaxial innerhalb einer das Bearbeitungswekzeug tragenden Hohlspindel angeordnet sind.

5. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Entspannungsdüse (7) eine Heizeinrichtung angeordnet ist, deren Wärmeabgabe von einem Temperaturfühler gesteuert wird.

6. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das flüssige oder überkritische CO₂ dem Ventil durch einen flexiblen Kunststoffschlauch zugeführt wird.

7. Maschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringspalt zwischen der Innenfläche des Rohres (6) und der Mantelfläche der Ventilspindel (12) 0,2 bis 2 mm beträgt.

Claims

1. Machine (1) for polishing and/or grinding with a machining tool executing a relative movement with respect to the workpiece, in which the machining tool is assigned means for the supply of liquid or supercritical CO₂, characterized in that the means for the supply of the liquid or supercritical CO₂ comprise a valve for regulating the throughflow quantity of the CO₂ with an expansion nozzle (7) for the liquid or supercritical CO₂, and in that the valve is arranged inside the machine.

2. Machine (1) according to Claim 1, wherein the valve (8) has a pipe (6) through which there runs a valve spindle (12) whose diameter is dimensioned to be less than the clear width of the pipe (6), an orifice plate (14) being assigned to said valve spindle, in that the conically tapering expansion nozzle (7), which is to be opened and may be closed by means of the valve spindle (12), has an opening (13) broadening at the outlet, and in that the diameter of the valve spindle (12) and the clear width of the pipe (6) are dimensioned such that the liquid or supercritical CO₂ does not expand in the interior of the pipe (6).

3. Machine (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the expansion nozzle (7) is arranged directly in the vicinity of the working face of the machining tool.

4. Machine (1) having a rotating, driven machining tool according to one of Claims 1 to 3, characterizet in that the means for the supply of the liquid or supercritical CO₂ are arranged coaxially inside a hollow spindle carrying the machining tool.

5. Machine (1) according to one of Claims 1 to 4, wherein a heating device, whose heat dissipation is controlled by a temperature sensor, is arranged in the region of the expansion nozzle (7).

6. Machine (1) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the liquid or supercritical CO₂ is supplied to the valve through a flexible plastic tube.

7. Machine (1) according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the annular gap between the inner surface of the pipe (6) and the outer surface of the valve spindle (12) is 0.2 to 2 mm.

Revendications

1. Machine (1) pour lustrer et/ou polir avec un outil de traitement devant effectuer un mouvement relatif par rapport à la pièce à oeuvrer, dans lequel sont associés à l'outil de traitement des moyens servant à amener du gaz carbonique liquide ou surcritique,
caractérisée en ce que

• les moyens pour amener le gaz carbonique liquide ou surcritique comprennent une soupape de régulation du débit de gaz carbonique liquide ou surcritique, et

• la soupape est disposée à l'intérieur de la machine.

2. Machine (1) selon la revendication 1,
caractérisée en ce que

• la soupape (8) présente un tuyau (6), à travers lequel passe une queue de soupape (12) dont le diamètre a une dimension plus petite que l'ouverture libre du tuyau (6), queue de soupape (12) à laquelle est associée un diaphragme (14),

• la buse de détente (7) qui s'étend de façon conique qui s'ouvre et peut se fermer au moyen de la queue de soupape (12), porte un orifice (13) qui va en s'élargissant du côté de la sortie et

• l'ouverture libre du tuyau (6) est dimensionnée de telle sorte que le gaz carbonique liquide ou surcritique ne se détend pas à l'intérieur du tuyau (6).

3. Machine (1) selon la revendication 1 ou 2,
caractérisée en ce que
la buse de détente (7) est disposée directement à proximité de la surface de travail de l'outil de traitement.

4. Machine (1) avec un outil de traitement entraîné en rotation selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisée en ce que
les moyens pour amener le gaz carbonique liquide ou surcritique sont disposés coaxialement à l'intérieur d'une broche creuse qui porte l'outil de traitement.

5. Machine (1) selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisée en ce qu'
on dispose dans la zone de la buse de détente (7) un dispositif de chauffage, dont la délivrance de chaleur est commandée par un capteur de température.

6. Machine (1) selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisée en ce que
le gaz carbonique liquide ou surcritique est amené à la soupape par un tuyau flexible en matière plastique.

7. Machine (1) selon l'une des revendications 2 à 6,
caractérisée en ce que
la fente annulaire comprise entre la surface intérieure du tuyau (6) et la surface enveloppe de la queue de la soupape (12) atteint 0,2 à 2 mm.

Zeichnung