Kühlmittelring für 80mm Spindel

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RobertD
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Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von RobertD » 27.01.2019, 16:10

Ich habe die letzten Tage etwas gefriemelt und drauf los gefräst. Sagen wir mal ein erster Prototyp. Es handelt sich um einen Kühlmittelring, oder auch einfach um einen Ring, um Kühlmittel (Luft, Minimalmengenschmierung, "Flutkühlung"...) besser an den Arbeitsbereich zu bekommen. Wie viele andere auch verwende ich eine günstige Tröpfchenkühlung aus China mit einer Düse. Funktioniert, aber wenn der Fräser hinter einer Kontur verschwindet kommt a) keine Kühlung an das Werkzeug und b) werden die Späne dort nicht entfernt. Spände kleben entweder an der Kontur und werden nochmals geschnitten oder werden aus Nuten/Bohrungen nicht herausgeblasen. :roll:

Der Ring besteht aus 2 Teilen, eine Hälfte mit Hauptkanal, der zu den Düsen führt und einem Kleinen Kanal, der die Flüssigkeit in den Hauptkanal leitet, und die andere Hälfte, welche eigentlich nur als Deckel fungiert und die Zuführung von Flüssigkeiten in den Nebenkanal ermöglicht. Und nein, es funktioniert nicht nach Venturi. Das Kühlschmiermittel muss mit geringem Druck zugeführt werden. Oder man bereitet das Gemisch, wenn es Minimalmengenschmierung sein soll, vor dem Ring auf. Da käme wohl das Problem der Kondensation zum Tragen und der Nebel wird zu Tropfen.
Aktuell würde ich soweit gehen, dass ich ein weiteres Magnetventil installiere und dann zwischen Luftkühlung und Tröpfchenkühlung wählen kann (M7 und M8 in der Steuerung).
Weitere Komponenten sind Festo Ministeckverbinder mit M5 Gewinde für Schlauch in 6mm und 4mm. Die Ringhälften sind jeweils 10mm hoch, deshalb war 1/8el Gewinde nicht möglich (sämtliches Material, bis auf die Düsen, auf Arbeit organisiert). Die Einpressdüsen in 8mm mit Verlängerungen stammen von Spanntech. Zur Montage wird eigentlich eine Madenschraube Vorgesehen, welche durch den Ring mit dem Kanal geführt wird. Das gefräste Teil hat allerdings eine ungeplante Übergangspassung...Konnte den Durchmesser nicht genau messen beim Fräsen, Bügelmessschraube bis 100mm steht auf der Liste... So ging der Ring mit leichtem Druck auf die Spindel und trägt sich selbst. :lol:

Als Änderungen stehen derzeit R1/8el Gewinde für 8mm Steckverbinder und andere Düsen auf dem Plan. Es gibt noch Düsen mit M10x1.25 Gewinde auf Ebay, die sind günstiger als die Einpressdüsen von Spanntech. Und vielleicht bekomme ich das mit dem Venturi noch hin, dass man den Kühlmittelbehäter nicht mit Druck beaufschlagen muss. Der größere Steckverbinder lässt die Stärke der unteren Hälfte auf 12mm Wachsen, dafür kann man den Deckel noch schmaler machen und anstelle der Zylinderkopfschrauben noch Senkkopfschrauben verwenden, damit die Bauhöhe geringer wird.

https://s2.imagebanana.com/file/190127/GL5P2Ehd.jpg
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https://s1.imagebanana.com/file/190127/pg2oEgz8.jpg
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Gruß,
Robert

django013
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von django013 » 28.01.2019, 04:34

Moin Robert,

gute Idee und tolle Umsetzung.

Schade nur, dass Du die Bilder nicht ins Forum geladen hast. Hätte man nett in den Beitrag integrieren können.
Die Bilder bei Imagehostern werden irgendwann gelöscht und dann ist so ein Beitrag sinnlos :(

Gruß Reinhard

RobertD
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von RobertD » 28.01.2019, 09:18

Ja das Leid mit den Bildern... :roll: Hab noch nie solche Probleme gehabt, in einem Forum Bilder anzuhängen, wie hier. Alternativ werde ich wohl Dropbox Links machen, von meinem Account wird so schnell nichts gelöscht. Auf das ganze Umgewandel und Komprimiere habe ich keine Lust, weil man sich damit den Rechner gleich nochmal so viel zumüllt. Imagebanana ist wenigstens Werbefrei habe ich den Eindruck, habe selbst noch keine Werbung vorgebacken bekommen, die erst weggedrückt werden muss.

Bei dem Ring konnte ich auch mal das Gewindefräsen bei Fusion360 in Verbindung mit meinem Gewindefräser von Horn testen. Ging ganz gut, habe die Gewinde aber mit dem Gewindebohrer nochmal nachgeschnitten, weil es doch noch etwas straff war (auf nochmals korrigieren hatte ich dann nach dem 3. Mal keine Lust mehr). Sie sind zumindest Senkrecht, was man von Hand nicht immer hinbekommt. Damit könnte ich dann auch R1/8 und die M10x1.25 Fräsen für Anschluss und die anderen Düsen, dafür reicht er auch noch gerade so. Selbst mit einem 5.1er VHM Bohrer konnte ich sämtliche Bohrungen einmal vorbohren bzw die Kernlöcher einbringen mit der 1.5kw Spindel :dh

Bin immer wieder überrascht, was die Käsefräse doch so verkraftet. Fraglich nur, wie lange...
Gruß,
Robert

django013
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von django013 » 28.01.2019, 10:14

Hallo Robert,
Hab noch nie solche Probleme gehabt, in einem Forum Bilder anzuhängen, wie hier.
Echt jetzt?

Also ich bearbeite alle Bilder mit Gimp (Freeware). Damit kann ich die Auflösung reduzieren und natürlich auch die Dateigröße. Die Bilder von der Cam sind gut und gerne mal 10Mb - soviel Müll muss ich doch nicht durchs Internet jagen.
Bilder von der Digicam oder vom Handy unbearbeitet zu verschicken ist auch eine Art von Umweltverschmutzung :shock:

Da im Grunde jedes Forum andere Bilderregeln hat, habe ich mir angewöhnt, die lange Seite auf 1500 Pixel zu skalieren. JPG reduziere ich auf 30% Detailtreue - das bringt merklich kleinere Dateien, ohne dass man groß was davon merkt.
Außer es geht wirklich mal um wichtige Details - dann schau ich, was im Forum so erlaubt ist.
... oder nehme auch mal einen Imagehoster ;)

Mit derart bearbeitete Bildern hatte ich noch nirgends Probleme.
Sie sind zumindest Senkrecht, was man von Hand nicht immer hinbekommt.
Da gibt es ganz schicke Dödelhilfen. Die kann man sich auch ausdrucken.
Damit geht es locker mit den senkrechten Gewinde :)

Gruß Reinhard

RobertD
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von RobertD » 28.01.2019, 10:25

Kein Drucker zur Hand :) man könnte auch den Gewindebohrer in der Säulenbohrmaschine einspannen und von Hand das Futter drehen, bis der Bohrer in den ersten 2 Gängen greift... Gibt viele Wege nach Rom.


Meine Bilder haben nicht ganz 3.5Mb, trotz 39xx X 29xx Pixel... Die lade ich in 2 anderen Foren ohne zu komprimieren. Nicht mal vergrößerbare Vorschaubilder von Hostern werden akzeptiert, weil die größer als 400pixel sind. Aber egal, ich werde da nichts dran ändern. Weder an den Bildern noch am Forum. Und auf Dropbox liegen die sowieso, weil es automatisch Hochgeladen wird vom Telefon. Genug vom Thema abgewichen. :geek:
Gruß,
Robert

RobertD
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von RobertD » 30.01.2019, 16:08

Ich habe noch ein wenig an Version 2 (rechts im Bild) getüftelt. Änderungen wären die Düsen von 8mm "Presspassung" auf M10x1.25 Gewinde, R1/8 Anschluss für Luft anstelle des M5, ein anders geführter Wasserkanal und kein umlaufender Luftkanal, der sich nach hintern ein wenig verjüngt. Dazu sind die M6 noch etwas gewandert, damit die Wandstärken nicht zu dünn sind an der Verschraubung. Und im Deckel sind nun 90° Senkungen für Senkkopfschrauben vorgesehen, was an den "Ohren" etwas mehr Material verlangt (Kopfdurchmesser 12mm anstelle von 10mm). Damit fällt die Bauhöhe von 2x10mm+Kopfhöhe auf gesamt 19mm.

Vorne Weg, es sind Überlegungen und das wenigste ist berechnet (Ganz ohne geht's ja doch nicht).

Gründe für die Änderung... oder was ich mir daraus erhoffe:

Düsen: Die Düsen zum Einpressen haben mit den Verlängerungen stolze 120€ (nur im Direktbezug bei Spanntech zu bekommen) gekostet, die zum Einschrauben kosten 17,xx€/Stk und haben die Verlängerung gleich mit dran. Das würde somit ein wenig günstiger werden. Zumal ist die Montage mit Gewinde leichter, als vorher irgendeine Presspassung zu erstellen. Notfalls kann mit einem Gewindebohrer nochmal nacharbeiten werden. Auch wenn es im ersten Versuch mit vorgefrästen Löchern, welche hinterher mit einem 8er HSS Bohrer aufgebohrt wurden, funktioniert hat, bleibt es ein kostenintensiver Punkt in der Materialliste. :roll:

R1/8-Gewinde: Mehr Volumenstrom. Der M5 Anschluss wird mich aktuell so drosseln, dass nicht genug Volumenstrom durch die Verjüngung gelangen, um Kühlmittel aus dem Kanal zu saugen. So kann man es in der ersten Version nur "einspritzen", in dem der Behälter unter Druck steht oder man eine Dosierpumpe verwendet. Die Dosierpumpe würde ich bevorzugen, da man über die Pumpendrehzahl die Kühlmittelmenge definiert zuführen kann. Eventuell auch mit M-Befehl definiert über ein PWM-Signal (M8.1; M8.2;...;M8.x oder so, als Mengenabstufung).

Wasserkanal/Wasserzuführung: Dort kann der M5 Anschluss bleiben, es ist eine Minimalmengenschmierung. Jedoch ist der Austritt nun nicht mehr direkt in dem "Venturirohr" sondern ist einem Y-Mischrohr nachempfunden. So kann der Druck durch die Trägheit der Luft nicht "um die Ecke" in den Wasserkanal gelangen und die Stufe erzeugt eine Verwirbelung von der ich mir einen negativen Druckbereich erhoffe. Somit soll das Wasser in den Luftkanal gesaugt werden, anstelle es Pumpen zu müssen. Je nach dem, wie es funktioniert wird der Kanal tiefer oder flacher ausgelegt.

Luftkanal: : Ein umlaufender Luftkanal kostet Zeit in der Fertigung und ist eigentlich nicht notwendig, da der Druck sich gleichmäßig im Lufkanal verteilt. Die Verjüngung dient dazu, einen gewissen Gegendruck zu erzeugen, damit die Luft gleichmäßiger aus den Düsen strömt. Durch die Trägheit der Luft würden die vorderen Düsen schlichtweg überströmt werden und weniger Schmierstoff gelangt dort hindurch, so mein Gedanke. Die Verjüngung beträgt zu den hinteren Düsen rund 25% von der Breite des Kanals an den vorderen Düsen. Auch ist der Kanal tiefer ausgelegt, um dem Querschnitt der Druckluftleitung näher zu kommen, damit man theoretisch den gleichen Volumenstrom nutzen kann, wie er vor dem Ring zur Verfügung steht. Dieser wird durch die Stufe des Kühlmittelkanals ja erstmals gedrosselt, damit die Strömungsgeschwindigkeit steigt und der Unterdruck erzeugt wird.


Soweit zum tüfteln. Natürlich wäre es besser die Luft tangential in den Ring einzuleiten und in der tangentialen Einführung das Mischrohr zu integrieren, weil so die Strömgeschwindigkeit am höchsten ist. Dazu dann noch ein paar Noppen oder Pfosten, zur Verwirbelung und besseren Durchmischung, im Verteilerkanal....Von jetzt auf gleich etwas perfekt funktionierendes zu bauen ist eben nicht so einfach. Dafür habe ich nicht lange genug studiert. :roll:

Bin natürlich wie immer für Vorschläge zur Verbesserung offen.

Und ja, das Bild ist angehängt. Funktionierte auf Anhieb auch nur, weil es ein Screenshot im PNG Format ist und ein paar Kb Größe hat.
Screenshot 2019-01-30 14.57.37.png
Gruß,
Robert

django013
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von django013 » 31.01.2019, 04:36

Moin moin,
Von jetzt auf gleich etwas perfekt funktionierendes zu bauen ist eben nicht so einfach.
Kein Grund sich schlecht zu fühlen!
Bei den Profis läuft es auch nicht anders. Da werden viele Iterationen gebaut, getestet, vermessen und verworfen ...

Ich habe noch nie von jemand gehört, der den perfekten Wurf beim ersten Anlauf direkt aus der Hüfte geleiert hätte :)
Ein guter Entwickler ist jemand, der sich hinterfragt und nie zufrieden ist :D

Gruß Reinhard

P.S. Kompliment und Danke für das hochgeladene Bild :D

RobertD
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Re: Kühlmittelring für 80mm Spindel

Beitrag von RobertD » 17.02.2019, 13:11

https://www.dropbox.com/s/4pt0r0gqqhumb ... 7.jpg?dl=0

Gestern habe ich endlich mal den Kühlmittelring Var.1 probieren können. Für die Kühlmittelzufuhr habe ich eine Dosierpumpe mit Nema17 Stepper in Verwendung. Stepper Endstufe und Arduino lagen noch im Schubfach und zum Ansteuern des Motors habe ich direkt das Programmbeispiel verwendet. Die Drehzahl des Pumpenmotors kann über ein Poti geregelt werden. Alles in ein Leergehäuse geworfen, Poti angeschraubt und alles verkabelt kann bei der Bearbeitung die Wassermenge gut dosiert werden. Im 1/16el Betrieb kommt die Drehzahl auch weit genug nach unten. Eine Umdrehung von der Pumpe entsprechen rund 10ml.

Gesteuert wird das ganz dann in Mach4 mit M7 für Luft und M7+M8 für Tröpfchenkühlung. Den Postprozessor muss ich dahingehend noch anpassen. M9 schaltet beides gleichzeitig ab, wie es soll..

Derzeit spiele ich noch mit dem Luftdruck für die gewünschte Funktion. 5Bar Betriebsdruck scheint gut zu funktionieren, jedoch ist die Durchflussmenge nicht zu unterschätzen. Mein kleiner Kompressor wird sich ein wenig quälen, das ist er von dem Billigsystem nicht gewohnt. Ein Versuch mit verkleinertem Düsendurchmesser steht noch aus.
Gruß,
Robert

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