Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenanordnung, vorzugs weise für die Zustellung von Kühl- und/oder Schmierfluid auf Werkstück und/oder Werkzeug bei einem Tiefschleif-Prozeß, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Zustellung von Kühl- und/oder Schmiermittel auf Schleif¬ scheibe und/oder Werkstück werden üblicherweise Düsen mit etwa rechteckigem Auslaßquerschnitt eingesetzt, die einen Strahl erzeugen, der Schleifscheibe und/oder Werkstück auf der vollen Arbeitsbreite gleichmäßig benetzen soll, wie beschrieben in der US-PS 3 984 213. Die Düsen mit näherungsweise rechteckigem Aus¬ laßquerschnitt sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Die Strah¬ len aus solchen Düsen fächern sich bereits nach kurzen Strecken stark auf, so daß nur kurze Spritzweiten realisierbar sind. Daraus ergibt sich, daß solche Düsen relativ nah an der Berüh- rungszone von Werkzeug und Werkstück angeordnet werden müssen, woraus sich z. B. bei den Einspannungsvorrichtungen für das Werkstück Platzprobleme ergeben können. Desweiteren ist beim Betrieb solcher Düsen die Einhaltung des einlaßseitigen Druckes in engen Grenzen erforderlich, was die Betriebssicherheit einer mit solchen Düsen bestückten Materialbearbeitungsanlage nicht unerheblich beeinträchtigt. Die Verwendung solcher Düsen beim Tiefschleifen von Turbinenschaufelblätterπ erwies sich im Rahmen umfangreicher Versuche als problematisch.

In der US-PS 2 925 224 werden Anordnungen etwa konischer, lang¬ gestreckter Düsen mit Maximaldurchmessern von höchstens etwa 1/16 Zoll, entsprechend etwa 1,6 mm, beschrieben, bei denen Düsen nebeneinander und etwa parallel angeordnet sind. Als erreichbare auffächerungsfreie Spritzweiten werden Werte zwischen 1,5 Zoll und 3 Zoll, dies sind 3,8 cm bzw. 7,6 cm, angegeben. Die Anwendung solcher Anordnungen ist jedoch für die erwähnten Zwecke unvorteilhaft, da die Kleinheit der Einzel¬ düsen größere Durchsätze an Fluid nur mit relativ komplexen Anordnungen erlaubt und außerdem die erreichbare Spritzweite

relativ gering ist.

In. der DE-U 75 00 933 werden Düsenanordnungen zur Führung von Kühlflüssigkeit auf Metallbrammen in Stranggießanlagen vorge- stellt, die aus zylindrischen, parallelen Düsen aufgebaut sind. Die Flüssigkeitsstrahlen aus solchen Anordnungen zerfallen je¬ doch gleich hinter den Düsen in kleine Tropfen, was solche An¬ ordnungen für Anwendungen, die zusammenhängende Düsenstrahlen erfordern, ungeeignet macht.

Im übrigen sind Anordnungen von Düsen, die Strahlenbündel aus zueinander parallel verlaufenden Strahlen erzeugen, für den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Zweck nicht un¬ bedingt geeignet. Sofern das Auffächern der Düsenstrahlen ver- hindert werden kann, ist es niemals möglich, mit einem

Strahlenbündel aus einer Anordnung paralleler Düsen eine Ziel¬ fläche, wie etwa eine Schleifscheibe oder ein Werkstück, in einem bestimmten Bereich weitestgehend homogen zu benetzen. Dies ist jedoch bei Materialbearbeitungsprozessen, wie z. B. dem Tiefschleifen, die mit einer sehr hohen Wärmeentwicklung verbunden sind, zur Vermeidung von Schädigungen an Werkzeug und/oder Werkstück unbedingt erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer Düsen- anordnung, die die Erstellung beliebiger, vorzugsweise fla¬ cher, Strahlprofile über eine hinreichend ausgedehnte Strahllän¬ ge bei möglichst geringer Auffächerung erlaubt und über einen weiten Bereich für den einlaßseitigen Druck einsetzbar ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Düsenanordnung aus einer Mehrzahl von Düsen zur gerichteten Führung von Fluiden, insbesondere Wasser, Öl oder Emulsionen aus Wasser und Öl, mit den Merkmalen:

a) Jede Düse hat etwa die Form eines Hohlkegelstumpfes, wobei die Auslaßöffnung etwa in einer Ebene senkrecht zur Kegel¬ achse liegt und der Durchmesser der Einlaßöffnung mindestens ebenso groß wie der Durchmesser der Auslaßöffnung, jedoch höchstens 3 x so groß ist.

b) Jeαe Düsε weist eine scharfe, gratfreie Auslaßkante auf.

c) Das Verhältnis der Länge jeder Düse zum Durchmesser ihrer Auslaßöffnung ist mindestens gleich 4.

d) Die Düsen sind zur Bildung eines in Strahlrichtung kon¬ vergenten Bündels von Strahlen angeordnet.

Zum Aufbau einer erfindungsgemäßeπ Düsenanordnung dienen Düsen, deren Gestalt der eines Kreiskegelstumpfes ähnelt, wie er in de Patentansprüchen beschrieben ist. Mit einer Einzeldüse solcher Art läßt sich unter Verwendung von wasser- oder ölähnlichen Fluiden oder Emulsionen daraus bei einem einlaßseitigen Druck von etwa 2 bar bis etwa 16 bar und Normaldruck auf der Auslaßseite eine praktisch auffacherungsfreie Spritzweite vom 30- bis 70-fachen Durchmesser der Auslaßöffnung erreichen - bei einer Düse mit den in den Ansprüchen genannten bevorzugten Ab¬ messungen ergibt dies eine auff cherungsfreie Spritzweite bis z etwa 20 cm. Zur Erzielung beliebiger, vorzugsweise flacher Strahlprofile, um z. B. eine Schleifscheibe gleichmäßig über ihre volle Breite zu benetzen, werden mehrere Einzeldüsen parallel betrieben, indem sie etwa so gerichtet werden, daß ihre Strahlen auf der zu benetzenden Fläche zusammentreffen. Die ge¬ ringe Auffächerung der Einzelstrahlen gewährleistet, daß sich die Strahlen untereinander nicht beeinflussen, bevor sie auf der Zielfläche auftreffen. Die mit einer solchen Anordnung erzielba¬ re Spritzweite kann bis zur max. möglichen auffächerungsfreien Spritzweite einer Einzeldüse der Anordnung betragen.

Zur Integration in erfindungsgemäße Düsenanordnungen sind solche Düsen geeignet, bei denen der Durchmesser der Ausla߬ öffnung höchstens 20 mm, insbesondere mindestens 2 mm und höchstens 10 mm, vorzugsweise etwa 3 mm, beträgt. Mit solchen Düsen kann, bei Beschränkung der Anzahl der Düsen pro Anordnung auf höchstens etwa 10, ein hinreichender Durchsatz von Fluid gewährleistet werden. Besonders wichtig ist dies dann, wenn er¬ findungsgemäße Düsenanordnungen in Materialbearbeitungsvor¬ richtungen Einsatz finden.

Eire cεsonαers hohe Strahloualität aus erfindungsge äßεr Düsenanordnungen ist dann erreichbar, wenn die Düsen der Anordnung besonders schlank und langgestreckt gehalten wer¬ den, namentlich dann, wenn der Öffnungswinkel der Düsen einen Wert von etwa 30" nicht überschreitet. Dies ist genau dann der Fall, wenn die Differenz der Durchmesser von Ein¬ laßöffnung und Auslaßöffnung jeder Düse nicht wesentlich größer als ihre halbe Länge ist. Eine vorteilhafte Betriebs¬ bedingung der erfindungsgemäßen Düsenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der einlaßseitige Druck jeder Düse min¬ destens etwa 2 bar und höchstens etwa 40 bar beträgt, bei etwa normalem Atmosphärendruck an ihrer Auslaßöffnung. Der Betrieb der erfindungsgemäßen Düsenanordnung ist möglich in einem be¬ sonders weiten Bereich für den Druck an der Einlaßöffnung, was die Betriebssicherheit der Anordnung unterstützt. Besonders vorteilhaft ist es, den einlaßseitigen Druck in einem Bereich zwischen etwa 2 bar und etwa 16 bar zu halten; bevorzugt wird ein Druck etwa 8 bar an der Einlaßöffnung bei Normaldruck an der Auslaßöffnung.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Düsen, aus denen die Anordnung besteht, neben- und/oder übereinander aufgebaut. Dabei ist es möglich, alle Düsen in einem gemeinsa¬ men Träger zu integrieren, was der Handhabbarkeit der Düsen- anordnungen entgegen kommt. Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, jede Düse in einen separaten Träger einzubringen, womit er¬ reicht werden kann, daß der Strahl jeder Düse einzeln gerich¬ tet und eingestellt werden kann. Eine solche Anordnung wird dann bevorzugt werden, wenn die Anforderungen an das Strahlen- bündel besonders hoch sind.

Sinnvoll ist es, zur Vereinfachung der Fertigung der erfindungs¬ gemäßen Düsenanordnung, alle Düsen mit etwa denselben Abmessun¬ gen zu wählen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Auslaßöffnungen der Düsen etwa in einer gekrümmten Fläche, insbesondere einem Kugeloberflächensegment, liegen. Auf diese Weise wird die höchstmögliche Kompaktheit der Düsenanordnung

erreicht. Dies ist besonders dann notwendig, wenn αie Düsen- ancrdnung an einem Ort eingesetzt werden soll, wo nur wenig Platz zur Verfügung steht.

Für Anwendungen, die möglichst dicht nebeneinanderliegende Düsenstrahlen erfordern, kann es sinnvoll sein, Düsen nicht nur nebeneinander, sondern auch übereinander anzuordnen. Dabei ist es empfehlenswert, die Düsen versetzt übereinander anzuordnen, was dann erreicht wird, wenn die Mittelpunkte der Auslaßöffnungen jedes Tripeis aus drei einander unmittelbar benachbarten Düsen die Eckpunkte eines spitzwinkligen Dreiecks bilden. Unter einem spitzwinkligen Dreieck wird dabei ein Dreieck verstanden, dessen Innenwinkel sämtlich kleiner als 90° sind.

In besonderer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein beschriebene Düsenanordnung mindestens einer Fläche zugeordnet zu der von der Düsenanordnung aus ein Fluid in Strahlen zustellbar ist. Dabei entspricht die größte Distanz zwischen jeder Düse der Anordnung und der vorgegebenen Fläche höchstens etwa dem 50fachen Durchmesser ihrer Auslaßöffnung, so daß die Distanz unterhalb der bereits benannten maximalen Spritzweite der Einzeldüse liegt. Eine ausgezeichnete Qualität des Strahls aus jeder Düse ist damit gewährleistet.

Sinnvoll ist es, die Düsen der erfindungsgemäßen Düsenan¬ ordnung so auf die zugeordnete Fläche auszurichten, daß alle Strahlen einander vor dem Auftreffen auf die vorgegebene Fläch nicht beeinflussen. Eine weitere Erhöhung der Strahlqualität der Düsenanordnung ist damit möglich.

Um eine möglichst homogene Beaufschlagung der vorgegebenen Fläche mit Fluid aus der Düsenanordnung zu erreichen, werden die Düsen der Anordnung zweckmäßigerweise so ausgerichtet, daß benachbarte Strahlen beim Auftreffen auf die vorgegebene Fläch einander berühren. Die homogene Beaufschlagung der Fläche ist damit gewährleistet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar¬ gestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Düsenanordnung verwendbare Einzeldüse im Querschnitt;

Figuren 2, 3 und 4 verschiedene Ansichten einer Düsenanordnung, die ein flaches Strahlprofil mit parallelen Düsenstrahlen liefern kann;

Fig. 5 eine Düsenanordnung zur Erzielung eines flachen Strahl¬ profils, wobei die Strahlen der Einzeldüsen nach einer berüh¬ rungsfreien Strecke zusammentreffen;

Fig. 6 eine Anordnung von Düsen in einem Träger, wobei die Auslaßöffnungen in einer gekrümmten Fläche liegen;

Fig. 7 eine Anordnung von Düsen, wobei jede Düse in einem eigenen Träger liegt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht eine in einer erfindungsge¬ mäßen Anordnung verwendbare Düse 1 bevorzugt aus einer in einen geeigneten Träger 5 eingebrachten, konischen, spitzwinkligen Bohrung, wobei die größere Öffnung die Einlaßöffnung 2, die kleinere Öffnung die Auslaßöffnung 3 darstellt. Um die Bildung eines auffächerungsfreien Düsenstrahls 7 zu gewährleisten, ist an der Auslaßöffnung 3 der Düse eine scharfe, gratfreie Kante 4 erforderlich. Demselben Zweck dient die langgestreckte Form der Düse 1.

Figuren 2, 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Düsenanordnung 6 in drei verschiedenen Ansichten. Die dargestellte Anordnung 6 liefert eine Vielzahl von parallelen, nebeneinanderliegenden Düsenstrahlen 7 und ist somit statt einer einzigen Düse mit rechteckigem Querschnitt einsetzbar, wobei allerdings die er¬ findungsgemäße Anordnung 6 hinsichtlich der Strahlqualität beträchtliche Vorteile bietet.

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_ Fig. 5 zeigt eine Düsenanordnung 6, die den Nachteil der In¬ homogenität der Anordnung der Düsenstrahlen 7, wie sie eine in Fig. 2 dargestellte Anordnung 6 liefern würde, vermeidet. Die Einzeldüsen 1 der Anordnung 6 sind so gerichtet, daß die

5 aus ihnen austretenden Düsenstrahlen 7 auf einer vorzugebenden Profilfläche 8 zusammentreffen, wodurch die Inhomogenität der Gesamtheit der Düsenstrahlen 7 aus dieser Fläche 8 praktisch ausgeschaltet werden kann; gegenüber einer Rechteck-Düse gewährt diese Anordnung 6 jedoch den Vorzug der großen Spritz- weite.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Düsenanordnung 6, bei der die Auslaßδffnungen 3 in einer gekrümmten Fläche des Trägers 5 in zwei Reihen übereinander angeordnet sind. Die Aus- laßöffnungen 3 sind nicht alle gleich groß, was bei speziellen Anwendungen durchaus Vorteile bringen kann. Die Auslaßöffnungen 3 sind versetzt übereinander angeordnet, wodurch sich ein dichtes Nebeneinanderlegen der Düsenstrahlen aus der Anordnung 6 ergibt.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung 6 aus drei Düsen 1, die jeweils in separaten Trägern 5 angeordnet sind. Die Mittelpunkte 9 der Auslaßöffnungen 3 bilden dabei ein spitzwinkliges Dreieck 10; dadurch, daß die Auslaßöffnungen 3 versetzt übereinander liegen, wird das der Anordnung 6 entstammende Strahlenbündel möglichst kompakt und es ist, bezogen auf die zur Verfügung stehende Querschnittsfläche des Strahlenbündels, ein besonders hoher Durchsatz an Fluid möglich.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Weitstrahl-Düsen¬ anordnung, die Bündel von Düsenstrahlen hoher Qualität liefern kann und insbesondere für Anwendungen zur Zustellung von Kühl- und Schmierfluid bei Materialbearbeitungsprozessen, insbesondere dem Tiefschleifen, aufgrund ihres relativ hohen Fluiddurchsatzes, ihrer hohen Betriebssicherheit und kosten¬ günstigen Realisierbarkeit sehr gut geeignet ist.