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Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera zur optischen Erfassung der Sprühnebelausbreitung

Ziel dieser Studie war die Auf­nahme von Sprühbildern bei der Auf­bringung von Kühl­schmier­mitteln auf die Oberfläche von Schmie­de­gesenken sowie die Verfolgung des Sprühnebels unter Ver­wen­dung einer Hoch­ge­schwindig­keits­kamera.

Für die optische Erfassung der Sprüh­nebelfelder wurden die Hochge­schwindigkeits­kamerasysteme i Speed 2 und 3 der Fa. Olympus einge­setzt. Das Bedienpanel und die Kamera sind in Fehler: Referenz nicht gefunden dar­gestellt.

Um bestmögliche Hoch­ge­schwindigkeits­aufnahmen er­zie­len zu können, erfolgten zunächst Parameter­variationen hin­sichtlich der Düsen­geometrie, der Kamera­einstellungen und des Versuchs­aufbaus sowie der Beleuchtung. Dazu wurden Sprühnebel von ausgewählten Sprüheinrichtungen und das Auftreffen des Kühl­schmier­mediums auf den zuge­hö­ri­gen Schmiede­werk­zeugen auf­ge­nommen. Des Weiteren wurde die Wechsel­wirkung zwischen den Sprüh­nebel­bildern und den zugehörigen Schmiede­gesenken mit dem Kamera­system erfasst.

Der Austritt des Sprühnebels aus einer Sprühplatte ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 1: Hoch­ge­schwindig­keits­kamera mit Kontrolldisplay
Quelle: Olympus

Abbildung 2: Sprühnebel­austritt aus der Sprühkopfoberseite

Abbildung 3: Benetzung eines ca. 300 °C heißen Dorn

 

Anhand dieser Abbildung ist deutlich der un­symmetrische Ausstoß des Sprüh­nebels aus dem Lochbild der

Anhand dieser Abbildung ist deutlich der un­symmetrische Ausstoß des Sprüh­nebels aus dem Lochbild der Sprühplatte zu erkennen. Da das Obergesenk rotations­symmetrisch ausgeführt ist, ist zu erwarten, dass die Oberfläche des Gesenks ungleichmäßig mit Kühl­medium beaufschlagt wird. Eine un­gleich­mäßige Beauf­schla­gung kann zu lokal er­höhten Temperaturen im Gesenk und damit zu einem erhöhten Verschleiß führen.

In Abbildung 3 ist die Benetzung des zur Sprühplatte zugehörigen Werk­zeug­dorns zu erkennen. Für die Unter­suchung der Benetzung wurde der Dorn in einem Kammerofen auf ca. 300 °C vorgewärmt. Es wird deutlich, dass der Sprüh­nebel lediglich auf der Stirnseite des Dorns auftrifft. Eine Schmie­rung der Außen­fläche wird über den eingesetzten Sprühkopf nicht erreicht. Da die Mantelfläche deutlich größer ist als die Stirn­fläche, muss eine ausreichende Kühl­wirkung für den gesamten Dorn angezweifelt werden. Die hier gezeigten Ergebnisse wurden im weiteren Verlauf der Studie mit den Unter­suchungen in den Partner­unter­nehmen abge­glichen, welche identische Ergeb­nisse lieferten.

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