Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken mithilfe abreibender Teilchen

Abstract

 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken (4) mit Hilfe abreibenderTeilchen in einem nach oben offenen Arbeitsbehälter (1) der mit einem stückigen, abrasiven Behandlungsmittel (5) gefüllt ist, in dem die Werkstücke (4) eingebettet liegen. Mit Hilfe eines Strahlmittel-Strahls (17) werden die an der Oberfläche der Arbeitsbehälter-Füllung zu liegen kommenden Werkstücke (4) gestrahlt. Das Strahlmittel ist gleichzeitig einziges Behandlungsmittel und das Volumen der Werkstücke (4) beträgt nicht mehr als 50% der sich im . Arbeitsbehälter (1) befindlichen Schüttung insgesamt. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt als Arbeitsbehälter (1) einen sogenannten Vibrotrog. Der Strahl (17) wird mit Hilfe eines Schleuderstrahlwerkes (16) erzeugt. Am Vibrotrog befindet sich eine Strahlmittel-Entnahmestation mit nachgeschalteter Reinigungsvorrichtung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken mithilfe abreibender Teilchen, in einem nach oben offenen Arbeitsbehälter, der wenigstens teilweise mit einem stückigen, abrasiven Behandlungsmittel gefüllt ist, in dem die Werkstücke eingebettet liegen und bei dem mithilfe eines Strahlmittelstrahls die an der Oberfläche der Arbeitsbehälter-Füllung zu liegen kommenden Werkstücke gestrahlt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

[0002] Das sogenannte Gleitschleif-Verfahren hat einen breiten Eingang in die Technik der Oberflächenbehandlung gefunden. Es beruht auf der Tatsache, daß die in einer Bettung aus Behandlungsmittel "schwimmenden" Werkstücke durch das Gleiten und Reiben nach und nach an ihrer Oberfläche entgratet, gerundet, geschliffen, gereinigt, entzundert oder entrostet werden. Auf der anderen Seite ist es bekannt, Werkstücke mithilfe eines Strahlmittel-Strahls zu bearbeiten, wobei wegen der wesentlich höheren Energie der Teilchen eine kürzere Bearbeitungszeit erforderlich ist. Während das Gleitschleif-Verfahren den Nachteil hat, daß die Werkstücke relativ lange in dem Arbeitsbehälter verbleiben müssen, bis die erwünschte Oberflächenbehandlung beendet ist, ergibt sich bei dem zweitgenannten Strahlverfahren der Nachteil, daß außer den gestrahlten Werkstücken auch die Unterlage, d. h. das Tragerost, das Förderband und dergleichen, vom Strahlmittel getroffen werden, so daß sich diese Teile sehr stark mit abnutzen und relativ . oft erneuert werden müssen.

[0003] Aus der DE-OS 2 758 281 ist bekannt, eine Oberflächenbehandlung von Werkstücken dadurch durchzuführen, daß eine Schüttung von Werkstücken allein oder zusammen mit Hilfskörpern durch Impulse in ständiger Vibrations-und Umwälzbewegung gehalten wird, wobei der Strahlmittel-Strahl gegen die Oberfläche der in quaisi-flüssigem Zustand befindlichen Schüttung gerichtet wird. Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, daß dann,

1. wenn die Werkstücke allein sich in Vibration befinden, ein unerwünscht hoher gegenseitiger Abrieb und eine hohe Lärmentwicklung eintreten, oder

2. wenn Hilfskörper eingesetzt werden, auch die Hilfskörper verschleißen, wobei sowohl der Abrieb als auch das Strahlmittel wieder von den Hilfskörpern getrennt werden müssen.

[0004] Es stellt sich demnach die Aufgabe, das aus der DE-OS 2 758 281 bekannte Verfahren so zu verbessern, daß bei optimalem Schutz des Arbeitsbehälters und minimaler Lärmentwicklung bei kurzer Bearbeitungszeit eine gleichmäßige Bearbeitung der Werkstücke möglich ist, wobei die dazu verwendete Vorrichtung einfach herstellbar und die Werkstücke sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall bestehen können sollen.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst bei dem Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken wie eingangs zitiert, bei dem das Strahlmittel gleichzeitig einziges Behandlungsmittel ist, wobei das-Volumen der Werkstücke nicht mehr als 50 % der sich im Arbeitsbehältnis befindlichen Schüttung beträgt.

[0006] Im Gegensatz zum Verfahren gemäß Stand der Technik werden keine Füllkörper, Flüssigkeiten oder Hilfskörper verwendet, sondern der gesamte Kreislauf des Verfahrens vollzieht sich ausschließlich mit einem einzigen Behandlungsmittel, das gleichzeitig Strahlmittel ist. Für dieses Verfahren eignen sich daher nicht alle möglichen Behandlungsmittel oder als Füllkörper bekannte Mittel, nämlich keine Flüssigkeiten, keine splitternden oder zerplatzenden Teilchen, wie Glasteilchen, oder stark in sich abreibende Teilchen.

[0007] Geeignet dagegen sind die aus der Oberflächen-Strahltechnik bekannten Strahlmittel,wie Stahl- oder Aluminium-Strahlschrot. Für Kunststoff-Teile können auch Walnuß-Granulate oder Kunststoffperlen, beispielsweise aus Hart-Polyvinylchlorid, verwendet werden.

[0008] Vorzugsweise liegt die Korngröße des Strahl- bzw. Behandlungsmittels in seiner mittleren Größe zwischen 0,3 und 2,5 mm. Das Strahlmittel muß geeignet sein, mithilfe von Schleuderstrahlwerken bekannter Bauart verarbeitet zu werden.

[0009] Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt

- als Arbeitsbehälter einen sogenannten Vibrotrog;

- wobei der Strahl mithilfe eines Schleuderstrahlwerkes erzeugt wird,

- und am Ende des Vibrotroges eine Strahlmittel-Entnahmestation mit einer nachgeschalteten Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist.

[0010] Der Strahlmittel-Strahl des Schleuderstrahlwerkes ist auf die Oberfläche des Arbeitsbehälter-Inhaltes gerichtet. Die Strahlenergie ist so groß, daß eine dünne Schicht von Strahlmittel, die oberhalb der eingebetteten Werkstücke liegt, fortgeblasen wird. Die freiliegende, exponierte Fläche des Werkstückes wird dann gereinigt. Entsprechend der Umwälzgeschwindigkeit der Werkstücke erscheinen diese dann regelmäßig wieder an der Bettungsoberfläche und werden vom Strahl erfaßt. Es ist auch möglich, das Strahlwerk relativ zur Länge des Arbeitsbehälters beweglich zu machen, so daß jeweils die ganze Reihe der obenliegenden Werkstücke erfaßt wird.

[0011] Am Ende des Arbeitsbehälters ist eine Strahlmittel-Entnahmestation angenordnet, die mit einer Strahlmittel-Rückführung und Reinigungsvorrichtung verbunden ist, wie sie an sich aus der Oberflächentechnik bekannt sind. Die Entnahmestation ermöglicht auch, daß das Niveau der Schüttung exakt konstant gehalten werden kann. Weitere Eigenschaften des Verfahrens und einer zur Durchführung des Verfahrens verwendbaren Vorrichtung werden anhand der Zeichnung dargestellt, deren Figuren zeigen:

Figur 1 schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung in Seitenansicht;

Figur 2 einen Schnitt A - A gemäß Figur 1.

[0012] In den beiden Figuren ist als Hauptteil einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung ein sogenannter Vibrotrog 1 dargestellt, der in der Praxis eine teilweise geschlossene Rinne ist, die mithilfe eines Schwingmotors (nicht dargestellt) in Schwingungen mit kleiner Amplitude versetzt wird. Der Vibrotrog ist beispielsweise 3 m lang und hat einen Durchmesser von 65 cm. Die Schwingungsamplitude liegt beispielsweise zwischen 1 und 5 mm, wobei die Frequenz beispielsweise 16 - 30 Hz betragen kann. Diese Maßangaben sind jedoch nicht einschränkend zu verstehen, sondern sollen lediglich andeuten, daß es sich um ein längliches, rinnenartiges Gebilde mit bestimmten Schwingungseigenschaften handelt. Abweichend von dieser Ausführungsform kann auch ein kreisringförmiger (torusförmiger) Arbeitsbehälter verwendet werden oder ein solcher, der mehr quadratische Abmessungen hat.

[0013] An seiner Eingangsseite 2 ist auf den Vibrotrog 1 ein Trichter 3 aufgesetzt, durch den Werkstücke 4 und/oder eine Anfangsbeschickung einer Strahlmittelbettung 5 eingegeben werden können. Als Strahlmittel werden die aus der Oberflächen-Strahltechnik bekannten Strahlmittel, wie Stahl- oder Aluminium-Strahlschrot verwendet. Ebenfalls geeignet sind für Kunststoff-Teile Walnuß-Granulate oder Kunststoff-Perlen aus Hart-Kunststoffen, beispielsweise PVC, mit der genannten Körnung. Der mittlere Durchmesser dieser an sich bekannten Strahlmittel beträgt zwischen 0,3 bis 2,5, auch bis zu 3 mm, wobei auch diese Angaben nicht einschränkend verstanden werden sollen. Größe und Auswahl der Strahlmittel richtet sich nach der Größe des Vibrotroges, der Werkstücke und der weiteren, für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Aggregate. Nicht geeignet sind jedoch Teile, die bei Auftreffen zerplatzen, also beispielsweise Glasperlen.

[0014] Am Ende 6 des.Vibrotroges 1 ist eine Werkstückentnahme angebracht, beispielsweise ein mit Rechen bestücktes Hebewerk (nicht dargestellt). Das Strahlmittel wird über einen Muschelschieber 7 nach unten abgezogen und mit einer Transportschnecke 8 in den Bereich eines Becherwerkes 9 gebracht, mit dem es in die Höhe gefördert werden kann. Das Strahlmittel gelangt dann - gegebenenfalls unterbrochen durch einen Reinigungsschritt - über eine Rutsche 10 in einen Vorratsbehälter 11, aus dem es mithilfe eines weiteren Muschelschiebers 12 dosiert einem Schleuderstrahlwerk 14 aufgegeben wird. Das Strahlwerk 14 besteht aus einer Antriebsturbine 15 und einem nach unten strahlenden Schleuderrad 16, das einen Schleuderstrahl 17 durch eine öffnung 18 richtet, welche in eine Abdeckung des Vibrotroges 1 geschnitten ist. Der Schleuderstrahl 17 trifft mit großer Energie bzw. großem Einzelimpuls der Teilchen auf die Oberfläche des Arbeitsbehälter-Inhaltes.

[0015] Die an der Oberfläche der Strahlmittelbettung 5 liegenden Werkstücke werden zunächst von einer dünnen Strahlmittelschicht freigeblasen und dann an ihrer exponierten Seite unmittelbar gestrahlt. Der Strahl kommt nicht mehr mit der Wandung des Vibrotroges selbst in Berührung. Außerdem wird praktisch vermieden, daß die Werkstücke während des "Schwimmens" innerhalb des Arbeitsbehälters aneinander stoßen und dabei großen Lärm verursachen und sich gegenseitig beschädigen.

[0016] Durch ein ausgewogenes Verhältnis der Volumina von Behandlungsmittel und Werkstücken läßt sich weitgehend das gegenseitige Anstoßen und Beschädigen der Werkstücke untereinander verhindern. Trotzdem gelangt das Werkstück durch Vibration an die Oberfläche -mit stets wechselnder exponierter Seite -, so daß die Oberflächenbehandlung gewährleistet ist. Diese Vorteile kompensieren den möglichen Nachteil, daß nicht die gesamte Strahlenergie auf die Werkstücke gerichtet ist, sondern ein Teil durch das Auftreffen auf das dem Werkstück benachbarte Behandlungsmittel verloren geht. Es zeigt sich aber, daß durch Wahl des Bettungsmaterials und der Korngröße die Werkstücke eine verstärkte Tendenz erhalten können, mehr an der Oberfläche der Bettung "zu schwimmen", so daß sie dort vermehrt erreicht werden. Im übrigen werden die Werkstücke zusätzlich durch das Gleitschleifen oberflächenbearbeitet. Durch die verkürzte Arbeitszeit wird jedoch vermieden, daß es bei den Werkstücken zu einer zu großen Abrundung an den Kanten kommt, was in vielen Fällen nicht erwünscht ist.

[0017] Durch die Rückführung und mögliche Reinigung des Strahlmittels ist außerdem eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich, da über das Schleuderrad jeweils frisches, unverbrauchtes Strahlmittel zugeführt wird und die Bettung kontinuierlich gereinigt wird.

[0018] Die Innenseite des Arbeitsbehälters, d. h. des Vibrotroges, ist mit verschleißarmen Kunststoff- oder Gummischichten ausgekleidet. Diese Beschichtung ist vor dem direkten Auftreffen der Strahlmittel durch die Bettung 5 geschützt.

[0019] Anstelle eines einzigen Strahlwerkes 14 können auch mehrere über die Länge des Vibrotroges angebracht werden. Ferner ist möglich, den Vibrotrog oder das Strahlwerk in Längsrichtung beweglich zu machen, so daß jeweils eine größere Arbeitsfläche während einer bestimmten Zeiteinheit bearbeitet werden kann.

[0020] Weitere Einzelheiten des Verfahrens werden anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert:

Beispiel 1

[0021] Kreisrunde Abdeckplatten aus Gußstahl von 1,5 cm Dicke und 15 cm Durchmesser sollen entgratet und entzundert werden. Sie werden mit Stahlschrot, mittlerer Durchmesser 0,5 - 1 mm, im Volumenverhältnis

Volumen (Schüttung) : Volumen (Werkstücke)= 3 : 1 in einer mit 23 Hz schwingenden Vibrorinne (Amplitude 2 mm) gegeben und von oberhalb mit einem längs der Rinne beweglichem Schleuderstrahlwerk (Typ Schlick ) mit dem gleichen Stahlschrot gestrahlt. Nach ca. 10 Minuten Arbeitszeit war die Entgratung und die Befreiung von Oberflächen-Oxiden beendet.

Beispiel 2:

[0022] Kunststoff-Befestigungsteile für die Bauindustrie in Form von Rosetten mit 10 cm Durchmesser und einem Gewicht von je 15 g wurden im Verhältnis

Volumen (Schüttung) : Volumen (Werkstücke) .= 1 : 1 in Walnußschalen-Granulat der Stückelung 1 - 3 mm eingesetzt. Mit demselben Granulat erfolgte die Strahlbehandlung. Die Teile waren bei einer Vibration von 28 Hz bei einer Amplitude von 1,5 mm nach 7 Minuten Behandlungszeit völlig entgratet und leicht mattiert.

Ansprüche

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken mithilfe abreibender Teilchen, in einem nach oben offenen Arbeitsbehälter, der wenigstens teilweise mit einem stückigen, abrasiven Behandlungsmaterial gefüllt ist, in dem die Werkstücke eingebettet liegen, und bei dem mithilfe eines Strahlmittel-Strahls die an der Oberfläche der Arbeitsbehälter-Füllung zu liegen kommenden Werkstücke gestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet,

daß das Strahlmittel gleichzeitig einziges Behandlungsmittel ist,

und daß das Volumen der Werkstücke nicht mehr als 50 % der sich im Arbeitsbehälter befindlichen Schüttung beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahl- bzw. Behandlungsmittel eine mittlere Korngröße zwischen 0,3 und 3 mm aufweist und geeignet ist, mithilfe von Schleuderstrahlwerken bekannter Bauart verarbeitet zu werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- als Arbeitsbehälter ein sogenannter Vibrotrog verwendet wird,

-'daß der Strahl mithilfe eines Schleuderstrahlwerkes erzeugt ist,

- und daß am Vibrotrog eine Strahlmittel-Entnahmestation mit nachgeschalteter Reinigungsvorrichtung vorgesehen ist.

Zeichnung