[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten kälteversprödbarer Formteile
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Formteile aus Elastomeren und Duromeren werden entgratet, in dem sie mittels eines
Kältemittels abgekühlt und durch ein Strahlmittel beaufschlagt werden. Durch die Abkühlung
verspröden zumindest die Grate der Formteile und können durch das mit hoher Geschwindigkeit
auftreffende Strahlmittel leicht abgeschlagen werden. Die Abkühlung erfolgt durch
kryogene Kältemittel wie flüssigen Stickstoff oder Kohlendioxid. Hierzu werden Entgratungseinrichtungen
in Form von Trommeln, Drehtellern oder umlaufenden Bändern verwendet, mit deren Hilfe
die Formteile ständig umgewälzt werden. Die Abkühlung erfolgt beispielsweise durch
Einsprühen von flüssigem Stickstoff, der Strahlmitteleintrag geschieht gewöhnlich
durch Schleuderräder. Derartige Geräte sind in mannigfacher Ausführung bekannt geworden,
als Beispiele seien die DE-PS 25 16 721 und die DE-OS 33 33 431 genannt.
[0003] Mit derartigen Einrichtungen lassen sich kälteversprödbare Formteile gut entgraten,
sie erfordern jedoch eine verhältnismäßig große Antriebsleistung. Der Grund hierfür
ist, daß das Gewicht der angetriebenen Anlagenteile das Gewicht der zu entgratenden
Formteile um ein vielfaches übertrifft. Da nicht nur die Formteile sondern auch alle
mit den Formteilen in Berührung kommenden Anlagenteile auf die Entgratungstemperatur
abgekühlt werden müssen, sind diese bekannten Entgratungseinrichtungen dann weniger
gut geeignet, wenn eine diskontinuierliche Betriebsweise mit langen Stillstandszeiten
vorliegt. Bei jeder neuen Inbetriebnahme muß dann zunächst die gesamte Einrichtung
wieder auf Betriebstemperatur abgekühlt werden, was wegen der großen abzukühlenden
Massen zeitraubend ist und einen erhöhten Kältemittelverbrauch verursacht. Gerade
in neuerer Zeit werden jedoch derartige diskontinuierliche Betriebsweisen immer häufiger,
da zunehmend kleine Chargen gefertigt werden, die auf die individuellen Wünsche des
jeweiligen Kunden abgestimmt sind.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Entgraten kälteversprödbarer Formteile zu schaffen, welche eine geringe Antriebsleistung
benötigen und die flexibel eingesetzt werden können auch bei diskontinuierlicher Produktionsweise
mit langen Stillstandszeiten.
[0005] Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik
ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 angegebenen Merkmalen.
[0006] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0007] Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt demnach der Grundgedanke eines Schlaufenreaktors
zugrunde, welchen die zu entgratenden Formteile auf einer schlaufenförmigen Bahn
so oft durchlaufen, bis der gewünschte Entgratungseffekt eingetreten ist. Von dem
kalten Fördergasstrom werden die Formteile angehoben und mitgerissen. Am oberen Punkt
des Umwälzbehälters ändert sich die Bewegungsrichtung um 180° auf einer bogenförmigen
Bahn. Die Formteile fallen herab und rutschen oder rollen über eine schiefe Ebene
zurück. Zweckmäßigerweise wird das Strahlmittel durch ein Sieb abgetrennt, aufgefangen
und der Einrichtung zur Strahlmittelzufuhr erneut zugeführt.
[0008] Viele Formteile lassen sich auf diese Weise entgraten, indem sie im Umwälzbehälter
solange herumgewirbelt werden, bis die gewünschte Entgratung eingetreten ist. Bei
schweren oder schwerbeweglichen Formteilen ist es zweckmäßig, den Umwälzbehälter
in eine Beschleunigungszone und eine Erweiterungszone aufzuteilen, beispielsweise
durch eine vertikale Trennwand. Von dem kalten Fördergasstrom werden die Formteile
dann in der glatten Beschleunigungszone angehoben und mitgerissen. Am oberen Punkt
der Beschleunigungszone ändert sich die Bewegungsrichtung um 180° auf einer bogenförmigen
Bahn. Unmittelbar nach dem Wendepunkt öffnet sich die Beschleunigungszone zur Erweiterungszone
mit großem Strömungsquerschnitt. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Fördergasstromes
drastisch reduziert.
[0009] Die Formteile fallen herab und rutschen oder rollen über eine schiefe Ebene zurück
an den Anfang der Beschleunigungszone. Zweckmäßigerweise wird ein Teil der schiefen
Ebene gelocht oder geschlitzt, so daß das Strahlmittel durch diese Öffnungen fallen
kann. Es wird aufgefangen und der Einrichtung zur Strahlmittelzufuhr erneut zugeführt.
[0010] Der Fördergasstrom ist vorzugsweise ein Gemisch aus trockener Luft und Stickstoff,
dem die erforderliche Menge an flüssigem Stickstoff ständig zugemischt wird. Anstelle
von Stickstoff kann auch Kohlendioxid verwendet werden. Mit Hilfe einer Regelstrecke
läßt sich dann jede beliebige Temperatur zwischen der Raumtemperatur und der Temperatur
des verwendeten tiefsiedenden verflüssigten Gases einstellen. Der Antrieb des Fördergasstromes
erfolgt durch ein tieftemperaturtaugliches Gebläse mit hoher Preßkrakft.
[0011] Der kalte Fördergasstrom kühlt aufgrund seiner hohen Strömungsgeschwindigkeit und
der sich zwangsläufig einstellenden relativen Strömungsgeschwindigkeit an den Formteiloberflächen
diese kurzfristig auf die gewünschte Entgratungstemperatur ab. Das Strahlmittel wird
vorzugsweise mit Hilfe eines Injektors eingetragen. Der Injektor wird ebenfalls mit
einem Gemisch aus Luft und verdampften tiefsiedenden verflüssigten Gas bei tiefer
Temperatur und Drücken von 3 bis 15 bar, vorzugsweise 6 bis 8 bar, betrieben. Da die
Austrittsgeschwindigkeit der Strahlmittelteilchen sehr viel größer ist als die Gasgeschwindigkeit
der Formteile, treffen die Strahlmittelpartikel auf die Formteile auf und entgraten
sie.
[0012] Manche Formteile neigen dazu, sich im unteren Teil des Umwälzbehälters festzusetzen.Dies
kann verhindert werden, indem sie durch kurze periodische Gaszufuhr in die Sammelstelle
durch eine besondere Leitung in Bewegung gesetzt werden. Während des Entgratungsvorganges
kann der Umwälzbehälter geneigt werden, ggf. kontinuierlich. Auch hierdurch wird das
Festsetzen von Formteilen verhindert. Bei Aufteilung des Umwälzbehälters in eine Beschleunigungszone
und eine Erweiterungszone steigen somit die Formteile, Strahlmittelteilchen, Gratreste,
Staub und Fördergasstrom in der Beschleunigungszone auf. Der Fördergasstrom wird
aus der Erweiterungszone über ein Sieb und ein Filtersystem abgezogen. Mit Hilfe
des Siebes und des Filters werden abgeschlagene Gratreste und Staub entfernt. Danach
wird der Fördergasstrom dem Gebläse zugeführt. Nach Verlassen des Gebläses wird
ihm tiefsiedendes verflüssigtes Gas temperaturgeregelt zudosiert. Um einen unzulässigen
Druckaufbau zu verhindern, wird ein entsprechender Teil des Fördergasstromes nach
dem Passieren des Filters gereinigt an die Außenumgebung abgelassen.
[0013] Für den Transport der Formteile aus Elastomeren, Duroplasten oder Thermoplasten
in der Beschleunigungszone ist deren geometrische Gestalt für den Wirkungsgrad maßgeblich.
Die Kraft, die die Formteile hebt und wendet, resultiert aus der Angriffsfläche für
das Kreisgas, dem Widerstandsbeiwert, der Zähigkeit des kalten Gases, dem spezifischen
Gewicht des kalten Gases, der Geschwindigkeit des anströmenden Gases und dem auf
die Fläche projezierten Druck der Strahlmittelteilchen.
[0014] Hohe Geschwindigkeiten des Fördergasstromes sind für einen guten Kälteübergang, der
für die Entgratung benötigt wird, vorteilhaft. Großvolumige Formteile lassen sich
besonders vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entgraten, da sie in der
Regel sehr dünnwandig und damit sehr empfindlich gegen robustes Umwälzen in Trommeln
und dergleichen sind. Das kalte Druckgas, mit welchem der Injektor betrieben wird,
trägt zu einem erheblichen Teil zur Abkühlung der Formteiloberflächen und deren Grate
bei.
[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren kommt dem sich in der Kautschukindustrie abzeichnenden
Trend entgegen, mit kleineren Extrudern in Industriezellen kleine Losgrößen abzuarbeiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich als kombiniertes zentrales/dezentrales System
betreiben. Die Aufbereitung und Vorkühlung der Luft für den Fördergasstrom können
zentral erfolgen. Die Abkühlung auf Prozeßtemperatur, die Entstaubung und die Strahlmittelaufbereitung
können dagegen dezentral erfolgen. Der apparative Aufwand ist äußerst gering, insbesondere
wenn der Injektor das Strahlmittel selbst ansaugt. Die Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher sehr klein und kompakt ausgeführt werden.
Dies wiederum ermöglicht eine sehr hochwertige Isolation, deren Kosten bei der Kleinheit
der Anlage vertretbar sind. Bei Stillstand erwärmt sich die Anlage dann nur sehr
allmählich, so daß sie auch nach einem Stillstand von mehreren Stunden unmittelbar
wieder betriebsbereit ist.
[0016] Es ist ein besonderes Kennzeichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß sie keinerlei
mechanisch bewegte Teile zum Wälzen der Formteile besitzt. Die Umlaufgeschwindigkeit
der Formteile beträgt etwa 1 sec. Da in jedem Augenblick nur ein kleiner Teil der
umlaufenden Formteile einem sehr intensiven Strom von Strahlmittelteilchen ausgesetzt
ist, wird jedes Formteil pro Umlauf zu mehr als 50% seiner Oberfläche bestrahlt.
Da die eigentliche Entgratung im Sekundenbereich liegt, können selbst äußerst empfindliche
Formteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden.
[0017] Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der beigefügten Zeichnungen
erläutert werden.
[0018] Es zeigen:
Fig.1 ein vereinfachtes Verfahrensschema zur Entgratung in einem Umwälzbehälter mit
Beschleunigungszone und Erweiterungszone,
Fig.2 einen Umwälzbehälter ohne Beschleunigungszone,
Fig.3 einen weiteren Umwälzbehälter ohne Beschleunigungszone.
[0019] Fig.1 zeigt einen Umwälzbehälter 1, in welchem die Formteile entgratet werden. Der
Umwälzbehälter 1 besitzt eine verschließbare Füll- und Entnahmeöffnung 2 zur Eingabe
und Entnahme der Formteile. Der Umwälzbehälter 1 wird durch eine Trennwand 3 in eine
Beschleunigungszone 4 mit kleinem Strömungsquerschnitt und eine Erweiterungszone
5 mit großem Strömungsquerschnitt aufgeteilt. Durch eine Öffnung 6 ist die Erweiterungszone
5 mit dem Anfang der Beschleunigungszone 4 verbunden. Eine Öffnung 7 ermöglicht den
Übergang aus der Beschleunigungszone 4 in die Erweiterungszone 5. Alle mit der Umgebung
in Verbindung stehenden Oberflächen des Umwälzbehälters 1 und der Rohrleitungen sind
durch Isolierungen 8 vor Wärmeeinfall geschützt. Der Boden der Erweiterungszone 5
ist als schiefe Ebene ausgebildet, welche über die Öffnung 6 zurück in die Beschleunigungszone
4 führt. Ein Teil dieser schiefen Ebene ist als Lochboden 9 ausgebildet, unter welchem
sich der Strahlmittelsammelbunker 10 befindet. Das Strahlmittel wird durch den Injektor
11 in den Anfang der Beschleunigungszone 4 eingeführt.
[0020] Nach der Eingabe der zu entgratenden Formteile in den Umwälzbehälter 1 durch die
Füll- und Entnahmeöffnung 2 wird die Anlage in Betrieb gesetzt, indem die Strahlmittelzufuhr
durch den Injektor 11 und die Zufuhr des Fördergasstromes durch die Leitung 12, ebenfalls
in den Anfang der Beschleunigungszone 4, freigegeben wird. Hierdurch werden die Formteile
angehoben und durch die Beschleunigungszone nach oben mitgerissen. Gleichzeitig erfolgt
eine intensive Entgratung durch die Wirkung des Strahlmittels im unteren Bereich
der Beschleunigungszone 4. Nach Passieren der Öffnung 7 und Umlenkung um 180° wird
die Strömungsgeschwindigkeit in der Erweiterungszone 5 drastisch reduziert. Die Formteile
fallen auf das Lochblech 9 und rutschen durch die Öffnung 6 zurück zum Anfang der
Beschleunigungszone 4, wo sie erneut vom Fördergasstrom und dem Strahlmittel erfaßt
werden. Die Strahlmittelteilchen fallen durch den Lochboden 9 in den Strahlmittelsammelbunker
10, von wo sie durch die mit einem Absperrventil 14 versehene Leitung 13 vom Injektor
11 wieder angesaugt werden. Der Lochboden 9 kann auch als vibrierendes Sieb ausgebildet
werden, um die Strahlmittelabtrennung zu erleichtern. Das Strahlmittel im Strahlmittelsammelbunker
kann auch noch zusätzlich aufbereitet werden, um Staub und abgeschlagenen Grat zu
entfernen.
[0021] Der Fördergasstrom wird durch die Leitung 17 aus der Erweiterungszone abgezogen
und durchläuft ein Sieb 15 und einen Filter 16, um abgeschlagene Grate und Staub zu
entfernen. Danach gelangt er zum Gebläse 18, wo die Druckverluste ausgeglichen werden
und zur Mischstelle 19. In der Mischstelle 19 wird ihm temperaturgesteuert flüssiger
Stickstoff aus der mit einem Dosierventil 20 versehenen Leitung 21 beigemischt. Vor
dem Gebläse 18 wird durch Leitung 22 ständig Gas in die Umgebung abgelassen, dessen
Menge der durch die Leitung 21 zugeführten Stickstoffmenge und der durch den Injektor
11 eingetragenen Gasmenge entspricht.
[0022] Als Druckgas für den Injektor 11 dient trockene Druckluft, welche durch die mit einem
Ventil 23 versehene Leitung 24 zugeführt wird. Auch dieser Druckluft wird in der Mischstelle
25 temperaturgesteuert flüssiger Stickstoff aus der mit einem Ventil 26 versehenen
Leitung 27 zugemischt.
[0023] Der Umwälzbehälter 1 kann mit einem Fenster versehen werden, so daß sich leicht
erkennen läßt, wann die gewünschte Entgratung erreicht ist und die Anlage abgestellt
werden kann.
[0024] Es sind mannigfache Abwandlungen und Ergänzungen möglich. So können in der Erweiterungszone
5 Wendekanten oder Wendebleche vorgesehen werden, um insbesondere bei größeren Formteilen,
beispielsweise O-Ringen, sicherzustellen, daß nach jedem Umlauf die Unterseite nach
oben gedreht wird. Das Strahlmittel aus dem Strahlmittelsammelbunker 10 kann in einen
höher gelagerten Zwischenbunker gespeichert werden, um den Strahlmittelzulauf zum
Injektor 11 zu erleichern. Dies kann mit einem zusätzlichen Gasstrom bewerkstelligt
werden, wobei gleichzeitig Staub und abgeschlagener Grat vom Strahlmittel entfernt
werden kann. Der Injektor 11 kann mit Selbstansaugung oder mit Überdruckbeschickung
arbeiten. Statt eines Injektors können auch Schleuderräder, selbstansaugend oder
mit Zulaufdosierung, vorgesehen werden. Die Strahlmitteleintragung braucht auch nicht
unbedingt am Anfang der Beschleunigungszone 4 zu erfolgen, obwohl dies in der Regel
die günstigste Stelle ist. Die Strahlmitteleintragung kann demnach beispielsweise
auch im Bereich der Öffnung 7 erfolgen. Das Druckgas aus der Leitung 24 für den Injektor
11 braucht nicht unbedingt die Temperatur des Fördergasstromes zu besitzen. In Sonderfällen
sind höhere Temperaturen für das Druckgas zulässig, bis hinauf zur Raumtemperatur.
Die Beschleunigungszone 4 muß nicht senkrecht nach oben verlaufen, sondern kann
auch schräg ausgeführt sein. Desgleichen kann der Strömungsquerschnitt der Beschleunigungszone
4 über seine Länge variiert werden. Der Umwälzbehälter 1 kann auch in einer Schräglage
betrieben werden oder während des Betriebes in eine Schräglage gebracht werden. Anstelle
des beschriebenen Verfahrens mit Luft und Stickstoff läßt sich die Anlage auch mit
Kohlendioxid betreiben. Hierzu läßt man flüssigen Kohlendioxid in den Anfang der Beschleunigungszone
4 eintreten. Das flüssige Kohlendioxid entspannt sich und wandelt sich in kaltes Gas
und Kohlendioxideis um. Das Kohlendioxideis dient hierbei als Strahlmittel. Solche
nur mit Kohlendioxid betriebene Einheiten lassen sich äußerst kompakt und klein ausführen,
so daß sie unmittelbar neben Produktionsanlagen für Formteile aufgestellt werden können.
Es können auch mehrere Umwälzbehälter 1 unmittelbar hintereinander geschaltet weden.
Dies ermöglicht eine vollkontinuierliche Entgratung, die in den einzelnen Umwälzbehältern
1 mit unterschiedlichen Prozeßparametern betrieben werden kann wie z.B. unterschiedlichen
Energien des Strahlmittels, unterschiedlichen Korngrößen des Strahlmittels und unterschiedlichen
Entgratungstemperaturen. Der Austrag der entgrateten Formteile aus dem Umwälzbehälter
1 kann auch mit Hilfe des Fördergasstromes erfolgen, indem Menge und Geschwindigkeit
des Fördergasstromes kurzfristig so erhöht werden, daß die Formteile nicht auf den
Lochboden 9 fallen, sondern von einer Auffangvorrichtung im Bereich des Siebes 15
aufgenommen werden. Die Fig.2 und 3 zeigen in stark vereinfachter Form Umwälzbehälter
28 und 29, die nich in Beschleunigungs- und Erweiterungszonen aufgeteilt sind. In
ihnen lassen sich vor allem leichte und leichtbewegliche Formteile entgraten. Die
Bewegungen sind durch Pfeile angegeben. Die Pfeile 30 symbolisieren das Strahlmittel
aus dem Injektor 11, die Pfeile 31 das Fördergas bei Eintritt in den Umwälzbehälter
28 bzw. 29 und die Pfeile 32 die gemeinsame Umlaufbahn von Formteilen, Fördergas und
Strahlmittel. Nach jedem Umlauf fallen die Formteile 33 in der Nähe des Injektors
aus und werden erneut vom Strahlmittel und dem Fördergas ergriffen. Durch das Sieb
34 werden Strahlmittel, abgeschlagener Grat, Staub und Fördergas abgezogen. Strahlmittel
und Fördergasstrom werden wieder aufbereitet, ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt.
In Sonderfällen kann die Anlage auch nur mit dem Druckgas für den Injektor 11 betrieben
werden und auf einen eigenen Fördergasstrom verzichtet werden.
1. Verfahren zum Entgraten kälteversprödbarer Formteile, bei dem die Formteile umgewälzt,
mittels eines kryogenen Mediums abgekühlt und durch ein Strahlmittel beaufschlagt
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlung und Umwälzung der Formteile mittels eines im Kreislauf geführten
Fördergasstromes in einem Umwälzbehälter (1, 28, 29) erfolgt bei gleichzeitiger Beaufschlagung
durch in den Umwälzbehälter eingeführtes Strahlmittel.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlmittel in Richtung des Fördergasstromes eingeführt wird, um dessen Umlauf
zu unterstützen.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlmittel in vertikaler Richtung von unten nach oben in einen Umwälzbehälter
eingeführt wird, in welchem der Fördergasstrom eine umlaufende Bewegung um eine horizontale
Achse ausführt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Fördergasstrom im Umwälzbehälter eine Beschleunigungszone (4) und eine Erweiterungszone
(5) durchläuft.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlmittel in den unteren Teil der Beschleunigungszone eingeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Entgratungsvorganges der Umwälzbehälter geneigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem umlaufenden Fördergasstrom flüssiger Stickstoff als kryogenes Medium zudosiert
wird und eine der zudosierten Menge entsprechende Gasmenge ständig aus dem Fördergasstrom
abgezweigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß mittels eines Filters (16) aus dem umlaufenden Fördergasstrom abgetrennter feiner
Grat und Staub entfernt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlmittel zusammen mit einem kalten Stickstoff-Luftgemisch eingeführt
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Fördergasstrom und das Strahlmittel durch Einsprühen von flüssigem Kohlendioxid
und dessen Umwandlung in festes und gasförmiges Kohlendioxid gebildet werden.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
gekennzeichnet durch einen im wesentlichen geschlossenen Umwälzbehälter (1) mit einer
verschließbaren Füll- und Entnahmeöffnung (2) für die Formteile, Anschlüssen für die
Zu- und Ableitung des Fördergasstromes und einem Anschluß für den Eintrag des Strahlmittels,
sowie einer Trennwand (3) zur Aufteilung des Behälters in eine Beschleunigungszone
(4) mit kleinem Strömungsquerschnitt und eine Erweiterungszone (5) mit großem Strömungsquerschnitt,
ferner mit einer Öffnung (7) für den Übergang von der Beschleunigungszone in die Erweiterungszone
und einer Öffnung (6) zur Verbindung der Erweiterungszone mit dem Anfang der Beschleunigungszone.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
gekennzeichnet durch eine vertikale angeordnete Trennwand.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
gekennzeichnet durch einen in der Erweiterungszone angeordneten Lochboden (9) zum
Abtennen des Strahlmittels.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
gekennzeichnet durch ein Filter (16) zur Abtrennung von Staub und abgeschlagenem Grat
in der aus dem Umwälzbehälter führenden Ableitung des Fördergasstromes.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Mischstelle
(19) zum Zudosieren von flüssigem Stickstoff in die zum Umwälzbehälter führende
Zuleitung des Fördergasstromes.