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Dokumentenidentifikation DE3787529T2 10.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0306492
Titel STRAHLMITTELBEHANDLUNG.
Anmelder Airsonics License Partnership, Corpus Christi, Tex., US
Erfinder KULISCHENKO, Walter, G., East Brunswick, NJ 08816, US;
GALLANT, Ben, J., Corpus Christi, TX 78418, US
Vertreter von Füner, A., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Ebbinghaus, D., Dipl.-Ing.; Finck, K., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 3787529
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 27.04.1987
EP-Aktenzeichen 879031896
WO-Anmeldetag 27.04.1987
PCT-Aktenzeichen US8700994
WO-Veröffentlichungsnummer 8706515
WO-Veröffentlichungsdatum 05.11.1987
EP-Offenlegungsdatum 15.03.1989
EP date of grant 22.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.03.1994
IPC-Hauptklasse B24C 7/00

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbilden und Handhaben eines mit Schleifmitteln beladenen Gasstroms und bezieht sich insbesondere auf die Bereitstellung von Einrichtungen zum Strahlen mit Gas- Schleifmittel-Strahl, bei denen ein Strahl relativ hohen Drucks und hoher Geschwindigkeit eingesetzt wird.

Obgleich bei der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Einrichtung ein Druckgasstrom unter beliebigem Druck eingesetzt werden kann, ist die erfindungsgemäße Einrichtung dort von besonderer Bedeutung, wo ein relativ hoher Gasdruck in Betracht gezogen wird.

Bei bisher eingesetzten typischen Einrichtungen zum Strahlen mit Gas-Schleifmittel-Strahl lag der Gasdruck gewöhnlich unter ca. 200 psi. Für viele Zwecke wäre ein Druck von mindestens mehreren hundert psi wünschenswert.

Aus US-A-2 533 331 ist eine Pulverausgabevorrichtung bekannt, die ein im wesentlichen senkrechtes Zufuhrrohr mit einer Einlaßöffnung an seinem oberen Ende enthält, einen Druckgasbehälter, in dem die Einlaßöffnung freiliegt und der mit einem unteren Verschluß versehen ist, durch den das Zufuhrrohr verläuft, und eine Schwingzufuhrkammer im Druckbehälter, und die einen Zuführungskanal zur Zufuhr eines Stroms von aus einzelnen Teilchen bestehenden Materials in die nach oben gerichtete Einlaßöffnung des Zufuhrrohrs aufweist, wobei die Zufuhrkammer und der Zuführungskanal unabhängig vom Zufuhrrohr schwingen können. Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich jedoch nicht speziell um eine Vorrichtung zum Handhaben von mit Schleifmitteln beladenen Gas strömen, die auf Werkstücke wirken sollen, und die Patentschrift offenbart nicht die Verwendung einer nach unten gerichteten Zuführungsdüsenöffnung oder das Vorsehen eines Durchflußabsperrventils im vertikalen Zufuhrrohr. Insbesondere behandelt die Patentschrift des Stands der Technik auch nicht das Problem des Abriebs von Vorrichtungsteilen, wo mit Schleifmitteln beladenes Gas unter relativ hohen Drücken durch Rohrleitungen geleitet wird.

Es ist bekannt, daß ein Erhöhen des Druckes des Gasstroms in einem (einer) vorhandenen Zufuhrrohr und Düse zu einem Anstieg der Geschwindigkeit der Strömung durch das Zufuhrrohr und der Zuführungsdüse führt. Würde der Strömungsquerschnitt der Zuführungsdüse wesentlich verringert, würde das Verhältnis der Teilchen zum Gasvolumen bei gleichem Druck keine durchführbare Kombination in bezug auf die Gasgeschwindigkeit und Masse der Schleifmittelteilchen mehr bilden. Die Erfindung sieht vor, den Strömungsquerschnitt der Düse zu verringern und vorzugsweise den Strömungsquerschnitt der Zufuhrrohrleitung etwas zu verringern. Auf diese Weise werden ungeachtet des Anstiegs der Strömungsgeschwindigkeit angemessene Bedingungen für die Schleifwirkung geschaffen.

Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren den Einsatz einer neuartigen Art von Zufuhrrohr und Zuführungsdüse vor, wodurch der Einsatz viel höherer Drücke als bisher und die aufgrund des erhöhten Druckes auftretenden höheren Geschwindigkeiten praktisch durchführbar wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ausbilden und Handhaben eines mit Schleifmitteln beladenen Gasstroms nach dem nachfolgenden Anspruch 1 bereitgestellt.

Die verschiedene Merkmale der in den Zeichnungen dargestellten und im folgenden ausführlich beschriebenen Erfindung führen zur Bereitstellung einer Einrichtung, die gut für die Handhabung und Verwendung eines Schleifmittelstroms unter einem Druck von über 200 psi, beispielsweise einer Größenordnung von 300 oder 400 psi geeignet ist. Die Einrichtung der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus selbst bei noch höheren Drücken von mindestens bis zu ca. 2000 psi verwendet werden. Durch Verwendung dieser höheren Drücke wird die Produktionsrate der Fertigungsteile stark erhöht; bei Einrichtungen des Stands der Technik ist jedoch ein solcher Anstieg der Betriebsdrücke aus mehreren Gründen nicht durchführbar, und zwar insbesondere wegen des erhöhten Verschleißfortschrittes verschiedener Fertigungsteile, insbesondere der Rohrleitung, durch die der mit Schleifmitteln beladene, mit Druck beaufschlagte Strom gefördert wird.

Mit der vorliegenden Erfindung kann auch eine viel größere Vielfalt an Teilchen und Teilchengrößen gehandhabt werden, als bei Einrichtungen des Standes der Technik durchführbar ist. Die Teilchen können aus einer großen Vielfalt an Materialien bestehen, einschließlich Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid.

Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Art von Schleifmittelstromrohrleitung zur Verfügung, mit der eine bessere Handhabung von hohen Drücken und Hochgeschwindigkeitsströmungen möglich ist. Somit wird der mit Druck beaufschlagte Strom von mit Schleifmitteln beladenem Gas gemäß der vorliegenden Erfindung in einer geraden Rohrleitung geführt, die von der Ausbildungsstelle des Druckgasstroms bis zur Zuführungsöffnung der eingesetzten Schleifmitteldüse vertikal nach unten gerichtet ist. Dadurch wird ein beträchtlicher Anstieg des Druckes und der Geschwindigkeit möglich, ohne daß sich der Verschleiß der Rohrleitung entsprechend erhöht.

Diese(r) vertikale Schleifmittel-Rohrleitung oder -Zuführungskanal besteht erfindungsgemäß aus einem starren Material wie z. B. Karbid oder Metall, ohne die Verwendung von Zonen aus flexibler Gummi- oder Kunststoffrohrleitung, wie sie bisher bei Maschinen zum Strahlen mit Gas-Schleifmittel-Strahl verwendet wurden, um den mit Schleifmitteln beladenen Strom von der Erzeugungsstelle bis zur Auslaßstelle durch die Düsenzuführungsöffnung zu befördern. Bei Einrichtungen, die zur Verwendung bei allgemein eingesetzten Drücken, beispielsweise bis zu ca. 100 oder sogar 200 psi, ausgelegt sind, kann der Schleifmittelzuführungskanal aus jedem beliebigen starren Material bestehen, wie z. B. einer Metallrohrleitung; werden jedoch wesentlich über liegende Drücke in Betracht gezogen, wird die Verwendung verschleißfesterer Materialien wie etwa Karbide, beispielsweise Wolframkarbid, Borkarbid oder bestimmte Keramiken wie z. B. Saphir bevorzugt.

Durch die Verwendung der geraden, nach unten laufenden Rohrleitung wird der Abrieb, dem die Rohrleitung ausgesetzt ist, verringert, sogar bei hohen Drücken, die ein Vielfaches der bisher eingesetzten Drücke darstellen. Folglich hat bei der erfindungsgemäßen Einrichtung eine derartige Rohrleitung eine lange Lebensdauer, ungeachtet der eingesetzten hohen Drücke und hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung.

In Anbetracht der obengenannten geraden vertikalen Zufuhr des mit Schleifmitteln beladenen Hochdruckgasstroms, ist die erfindungsgemäße Einrichtung in neuartiger Weise angeordnet und montiert. So wird erfindungsgemäß vorgesehen, die Erzeugungseinrichtung des Schleifmittelstroms selbst auf einer Grundplatte oder einem Ständer zu montieren, wobei die vertikale Zuführungsdüse nach unten vorsteht; und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Werkstückhalter bereitzustellen, der in einer horizontalen Ebene in einer Zone über die Zuführungsöffnung der Schleifmitteldüse hinaus beweglich ist.

Des weiteren sieht die Erfindung vor, eine Schleifmittelstrahl-Erzeugungseinrichtung mittels einer Vorrichtung zu montieren, die für die vertikale Einstellung der Düse in bezug auf den Werkstückhalter sorgt.

Darüber hinaus sieht die Erfindung des weiteren neuartige Steuerungsarten vor, um die Bewegungen des Werkstückhalters mit dem erzeugten Schleifmittelstrom in Beziehung zu setzen, sowie bestimmte gegenseitig in Beziehung stehende Steuerungen, die den Schleifmittelstrom an- und abschalten, ohne die Einrichtung, selbst bei Einsatz von Strahlströmungen unter sehr hohem Druck, übermäßigem Verschleiß auszusetzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen In Anbetracht der obigen Ausführungen soll nun die Aufmerksamkeit auf die beigefügten Zeichnungen gelenkt werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine erfindungsgemäße Maschine zum Strahlen mit Gas- Schleifmittel-Strahl, einschließlich des vertikalen Druckströmungskanals und der Vorrichtung zum Zuführen einer gleichmäßigen Schleifmittelteilchenversorgung in den vertikalen Kanal, zusammen mit einer Vorrats-Schleifmittelteilchen- oder -pulverversorgung, wobei diese Ansicht auch das Werkstückhaltemittel und bestimmte Steuersysteme darstellt;

Fig. 1a eine Schnittansicht einer der im System von Fig. 1 verwendeten Steuereinrichtungen;

Fig. 1b eine bruchstückartige Ansicht einer alternativen Anordnung bestimmter in Fig. 1 gezeigter Schleifmittelzufuhrteile;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Pneumatik- oder Drucksystems, das vorzugsweise in Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung eingesetzt wird;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung entlang Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine bruchstückartige Ansicht von Teilen der Montageeinrichtung, entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 einen Horizontalschnitt entlang der Schnittflächenschraffurlinie 5-5 in Fig. 1, der insbesondere Teile des Werkstückhalters und der dafür vorgesehenen Montage- und Steuervorrichtungen zeigt;

Fig. 6 eine isometrische bruchstückartige Ansicht, die einen Werkstückhalter der in Fig. 1 und 5 gezeigten Art darstellt;

Fig. 7 eine Draufsicht von in Fig. 5 gezeigten Einrichtungsteilen, jedoch mit bestimmten Teilen in anderen Stellungen, und

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht der Zuführungsdüse in bezug auf ein Werkstück und Teile des Werkstückhalters.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Der Schleifmittelteilchenspeicher und die Schleifmittelversorgungs- und -zufuhrvorrichtung sind allgemein in Fig. 1 dargestellt, und es soll hier darauf hingewiesen werden, daß die Einrichtung eine Zufuhrvorrichtung sowie eine zugehörige Speicherkammer enthält. Die Einrichtung enthält ein Paar allgemein zylindrischer Komponenten 8 und 9, die ein Druckgefäß bilden, in dem die Zufuhr bewirkt wird, und das des weiteren eine Vorratsversorgung des verwendeten teilchenförmigen Materials umschließt. Diese zylindrischen Komponenten sind miteinander mit einem dazwischenliegenden Dichtungsring 10 verbunden und bilden eine Druckkammer als Einheit, deren unteres Ende mit einer Wand 11 und deren oberes Ende mit einem Verschlußdeckel 12 verschlossen sind, der mit dem oberen Rand des Zylinders 9 in Gewindeeingriff steht und des weiteren eine Öffnung 13 mit einem Schließventil 14 aufweist, das über den Knopf 15 verschoben werden kann.

Zum oberen Ende der unteren zylindrischen Komponente 8 hin, ist oben an der Schwingvorrichtung 17 eine zylindrische Zufuhrkammer 16 montiert, so daß die Schwingbewegung der Schwingvorrichtung auf die Zufuhrkammer 16 übertragen wird. Es ist vorgesehen, daß die Schwingvorrichtung 17 und die Zufuhrkammer 16 so montiert werden, daß sie im wesentlichen unabhängig von den Kammerkomponenten 8 und 9 und der Montagestruktur schwingen können.

Die Zufuhrkammer 16 weist eine untere Wand 18 auf, die eine Ablagerung von Schleifpulver aufnimmt, das von dem vertikalen Rohr 19 zugeführt werden soll, welches sich nach oben in das untere Ende der den Boden der Vorratspulverversorgungskammer im oberen Ende der zylindrischen Komponente 9 definierenden konischen Wand 20 erstreckt. Eine Pulverversorgung kann entweder durch die Öffnung 13 im oberen Deckel 12 eingeleitet werden oder durch Entfernen des Deckels und darauffolgendem Einbringen in beispielsweise eine allgemein konische Versorgungspatrone 21, die beispielsweise aus Wegwerfpapier besteht und mit ihrem unteren Ende so angeordnet ist, daß dieses von der spitz zulaufenden Komponente 22 im unteren Teil der konischen Kammer 20 durchbohrt wird, so daß das Pulver im Vorratsversorgungsbehälter in die Öffnungen 23 in der konischen Komponente 22 strömt und von dort aus nach unten durch das vertikale Rohr 19 zur unteren Wand 18 der Zufuhrkammer 16.

Das untere Ende des vertikalen Zufuhrrohrs 19 befindet sich in geringem Abstand über der Oberseite der unteren Wand 18 der Zufuhrkammer 16, und diese Anordnung sorgt für eine gleichmäßige Zufuhr des Schleifpulvers von der Vorratsversorgung.

Auf der Innenseite der Zufuhrkammer 16 befindet sich ein schraubenförmiger Zufuhrkanal 24. Diese Anordnung ist in den Fig. 1 und 3 dargestellt. Die Schwingung dieser Einheit unter der Wirkung der Schwingvorrichtung 17 führt zu einer Zufuhr eines Schleifmittelteilchenstroms von unten zum oberen Ende des schraubenförmigen Zufuhrkanals. Im oberen Bereich der Zufuhrkammer 16 ist ein Zuführungskanal 25 angeordnet, der im wesentlichen horizontal und tangential gegenüber dem schraubenförmigen Zufuhrkanal 24 verläuft. Der Zuführungskanal 25 ist so angeordnet, daß er das gesamte von unten nach oben im schraubenförmigen Kanal 24 zugeführte Pulvermaterial aufnimmt und überträgt.

In der Anordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung läßt der Zuführungskanal 25 (siehe insbesondere Fig. 1) das aus einzelnen Teilchen bestehende Material in einer Zone über dem Einlaßende des vertikalen Zufuhrrohrs 26 ausströmen, das vorzugsweise an seinem oberen Ende eine Erweiterung oder einen Einlaßtrichter 26a aufweist, um eine Zuführung des gesamten Pulvers vom Zuführungskanal 25 in das vertikale Rohr 26 zu gewährleisten.

Fig. 1b stellt eine alternative Ausführung der Anordnung dar, in der der von der Schwingvorrichtung ausgehende Zuführungskanal 25 mit dem oberen Ende des vertikalen Zufuhrrohrs 26 in Verbindung steht. Bei dieser alternativen Anordnung ist der Einlaßtrichter 26a mit einer nach oben verlaufenden und sich nach oben öffnenden Hülse 26b versehen, die in ihrer Seitenwand eine Öffnung 26c aufweist, um das Zuführungsende des Zuführungskanals 25 aufzunehmen. Die Öffnung 26c ist vorzugsweise etwas größer als der Außendurchmesser des Kanals 25, damit Druckgas aus dem umgebenden Bereich in die Hülse 26b und somit nach unten in den Trichter 26a und das Rohr 26 eintreten kann.

Des weiteren ist vorzugsweise an dem Zuführungskanal 25 ein Flansch 25a befestigt, der als Anschlag zur Begrenzung einer zu starken Bewegung des Kanals 25 in die Hülse 26b dienen kann. Die Beabstandung dieser Teile (25, 26b und 25a) ist so vorgesehen, daß ein Eingriff des Flansches 25a mit der Hülse 26b vermieden wird, was die Schwingbewegung des von der Wand der Schwingzufuhrkammer 16 getragenen Kanals 25 stark beeinträchtigen würde. Das obere Ende der Hülse 26b ist vorzugsweise über seine ganzen Breite offen, so daß das die durch den Zuführungskanal 25 eingeleiteten Teilchen des Schleifmaterials mitführende Druckgas ungehindert in die Hülse eintreten kann. Durch die Hülse wird gewährleistet, daß alle vom Zuführungskanal 25 zugeführten Pulverteilchen mitgeführt werden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verläuft das vertikale Zufuhrrohr 26 in der Druckkammer 8 nach unten und durchdringt die untere Wand 11 und die zugehörige Verschlußkomponente 11. Die Wand 11 dient als Konstruktionsträger für die zylindrischen Komponenten 8 und 9 der Druckkammer sowie als Träger für die Schwingvorrichtung 17 und die oben auf der Schwingvorrichtung befestigte zylindrische Zufuhrkammer 16 und die Verschlußkomponente 11a.

Das vertikale Zufuhrrohr 26 ragt in die allgemein bei 27 gezeigte Absperrventileinrichtung hinein, die unten ausführlicher beschrieben wird. Weiterhin wird hier darauf hingewiesen, daß von der Absperrventileinrichtung 27 ein Zufuhrrohr 28 nach unten verläuft, wobei die Rohre 26 und 28 senkrecht miteinander fluchten und dazu dienen, den mit Schleifmitteln beladenen Druckgasstrom nach unten in den Arbeitsbereich zu befördern. Am unteren Ende des Zufuhrrohrs 28 ist eine nach unten gerichtete Düse vorgesehen, um den Schleifmittelstrom nach unten gegen die zu bearbeitende Werkstückfläche zu fördern, wie in Fig. 8 gezeigt und unten beschrieben.

Es soll nun darauf aufmerksam gemacht werden, daß die gesamte oben beschriebene Konstruktion von einem Grundplattenträger 29 getragen wird. Dieser Grundplattenträger trägt nicht nur die im folgenden beschriebenen Werkstückhalter, sondern auch die zylindrischen Komponenten 8 und 9 und die zugehörigen Teile der Schleifmittelstrom-Erzeugungseinrichtung.

Aus den Fig. 1, 3 und 4 wird ersichtlich, daß der Grundplattenträger 29 mit einer senkrechten Tragkonstruktion 30 versehen ist, die zwei beabstandete Komponenten mit einer dazwischenliegenden vertikalen Bahn 31 umfaßt, die mit dem Trägerelement 32 für die zylindrischen Druckkomponenten 8 und 9 zusammenwirken, wobei das Element 32 außen an der unteren zylindrischen Komponente 8 befestigt ist. Durch diesen Aufbau wird eine vertikale Bewegung des Trägerelementes 32 gegenüber der vertikalen Bahn 31 ermöglicht, wodurch für eine vertikale Einstellbewegung der mit Druck beaufschlagten Zufuhrvorrichtung gegenüber der Grundplatte 29 gesorgt wird. Die senkrechten Tragkonstruktionen 30 können Öffnungen aufweisen, um mit einer quer verlaufenden Schaltwelle 33 mit gerändeltem Einstellgriff 34 zusammenzuwirken. Diese Welle 33 trägt ein Zahnrad 35, das mit einer vom Trägerelement 32 getragenen Zahnstange 36 kämmt, wodurch durch manuelle Drehung des Einstellgriffs 34 eine vertikale Einstellbewegung der mit Druck beaufschlagten Zufuhrvorrichtung ermöglicht wird. Es kann eine Feststelleinrichtung 37 vorgesehen werden, um die Vorrichtung in jeder Stellung der Vertikaleinstellung festzuhalten.

Zur Erhöhung der Stabilität beim vertikalen Stützen und bei der Vertikalbewegung der mit Druck beaufschlagten Vorrichtung zum Ausbilden des Schleifmittelgasstroms können vertikale Führungssäulen 38 vorgesehen werden, die auf der Grundplatte 29 angebracht werden. Des weiteren können mit den Säulen zusammenwirkende Führungshülsen 39 mit der unteren Wand 11, auf der die zylindrischen Komponenten 8 und 9 angebracht sind, verbunden werden.

Die Zuführung des mit Schleifmitteln beladenen Druckgasstroms nach unten von der Düse am unteren Ende des Abschnitts des Zufuhrrohrs 28 wird mit Hilfe einer magnetisch betätigten Absperrventileinrichtung gesteuert, die allgemein in Fig. 1 und 1a bei 27 gezeigt ist und einen Block 40 mit einer Vertikalbohrung umfaßt, wobei der obere Teil 26 des vertikalen Zufuhrrohrs mit dem oberen Ende der Bohrung im Block 40 und der untere Teil 28 des vertikalen Zufuhrrohrs mit dem unteren Ende der Bohrung im Block 40 verbunden ist. Der Körper 41 des Absperrventils weist einen Hohlraum auf, in dem der Steuerstempel 42 angeordnet ist, der von einer Seite des Kolbens 43 vorragt. Der Stempel 42 ist so ausgeführt, daß er zur Bohrung im Block 40 hin und von ihr weg geschoben werden kann, und die Bohrung ist mit einer elastischen Hülse 44 ausgekleidet. Die Hülse weist einen mittleren Durchgang auf, über den die fluchtenden vertikalen Rohre 26 und 28 verbunden sind. Der Stempel 42 dient durch Einknicken der Hülse 44 in Querrichtung als Absperrventil. Eine Feder 45 zwingt den Kolben 43 normalerweise nach rechts, was der geöffneten Ventilstellung entspricht, und der Kolben ist so ausgeführt, daß er durch Beaufschlagung mit Steuerdruckgas, das beispielsweise zu diesem Zweck von dem mit den Durchgängen im Körper 41 des Absperrventils in Verbindung stehenden Anschluß 46 abgeleitet wird, nach links bewegt werden kann, wie in Fig. 1 und 1a dargestellt. Der Versorgungsanschluß 46 für das Steuergas wird über einen magnetisch betätigten Stempel 47 gesteuert, der mit Strom versorgt wird, wie unten in Verbindung mit dem Steuersystem zum Starten und Stoppen des Schleifvorgangs beschrieben. Die Absperrventileinrichtung 27 ist an der Unterseite der unteren Verschlußwand 11a angebracht und bewegt sich deshalb in vertikaler Richtung mit dem mit Druck beaufschlagten Schleifmittelzufuhrsystem.

Durch die vertikale Positionierung der Rohre 26 und 28 und des (der) dazwischenliegenden Quetschschlauches oder hülse 44 sowie die Verwendung einer Hülse 44 größeren Innendurchmessers als der Innendurchmesser der Rohre 26 und 28 wird der Verschleiß der Hülse selbst bei Betrieb mit sehr hohen Drücken und Geschwindigkeiten verringert.

Des weiteren soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß eine Saugeinrichtung 48 (siehe Fig. 1) mit einer nach unten offenen Einlaßöffnung im Bereich der Düsenspitze des vertikalen Zufuhrrohres 28 mit dem Körper der Absperreinrichtung 27 verbunden ist und sich aus diesem Grunde in vertikaler Richtung mit der Vertikaleinstellung der Vorrichtung aus Ausbildung des mit Schleifmitteln beladenen Luftstroms bewegt. Aufgrund ihrer Befestigung zur Ausführung einer vertikalen Einstellbewegung mit dem vertikalen Zufuhrrohr und der Vorrichtung aus Ausbildung des mit Druck beaufschlagten Schleifmittelstroms sorgt diese Saugeinrichtung für ein wirksames Mitführen und Fördern der Schleifmittelteilchen und des Staubes von dem Schleifvorgang.

Nun soll die Aufmerksamkeit auf die hydrostatischen Druck-Anschlüsse gerichtet werden, die zur Ausbildung des Betriebsdruckes in den zylindrischen Kammerkomponenten 8 und 9 vorgesehen sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfassen die Anschlüsse die Versorgungsleitung 49, die ein normalerweise geschlossenes, magnetisch betätigtes Haupteinlaßventil 50 aufweist. Druck-Steuergas, normalerweise Luft, wird auf diese Weise in die Druckkammer eingeführt und strömt nach Durchlauf eines Filters 51 durch das Rohr 52 in den oberen Bereich des oberen Druckzylinders 9, wobei es den innerhalb der konischen Wand 20 vorgesehenen Raum in der Vorratsversorgungskammer mit Druck beaufschlagt. Ist das System auf Normaldruck gebracht, wird das Gas durch den Anschluß 53 gefördert oder abgelassen, wobei diese Förderung durch das magnetisch betätigte Überströmventil 54 bewirkt wird. Das Versorgungsventil 50 und das Überströmventil 54 werden von dem bei 55 gezeigten Hauptsteuerschalter gesteuert. Es soll nun darauf aufmerksam gemacht werden, daß Druckgas auch dem Anschluß 46 des Absperrventils 27 durch die Luftversorgungszweigleitung 56 zugeführt wird.

Das oben beschriebene Luftversorgungs- und Ablaßsystem wird auch in der etwas schematischen Darstellung von Fig. 2 veranschaulicht. Hier ist die Druckgasversorgungsleitung bei 57 gezeigt. Nach Durchlauf des Druckreglers 58 und eines Überdruckventils 59 durchläuft das Druckgas das oben erwähnte Haupteinlaßsteuerventil 50 und wird dann mehreren Zweigleitungen zugeführt, einschließlich der Zweigleitung 49, bei der es sich um die Luftversorgungsleitung handelt, die der Druckkammer 8 durch das Rückschlagventil 60 Luft zuführt. In der Leitung 49 kann ein einstellbarer Druckregler 49a vorgesehen sein. Die Zweigleitung 56 beaufschlagt den Anschluß 46 mit Druckluft, um den Kolben 43 in der Absperreinrichtung 27 mit Druckluft zu beaufschlagen. Diese Leitung kann auch dazu dienen, das Überström- oder Ablaßmagnetventil 54 mit Betriebsdruck zu beaufschlagen und kann einen einstellbaren Druckregler 56a enthalten.

Anhand der Fig. 1 und 1a soll die Aufmerksamkeit nun auf den Abschalter 62 zum Starten und Stoppen der Schwingung der Schwingvorrichtung 17 gerichtet werden. Bei diesem Schalter 62 handelt es sich praktisch um einen Hauptsteuerschalter, mit dem (nachdem das System mit Druck beaufschlagt worden ist) der Schleifvorgang je nach Wunsch der Bedienperson oder gemäß Einstellung der rechnergesteuerten Einrichtung, je nachdem, um was für eine Anlage es sich handelt, gestartet und gestoppt werden kann. Des weiteren ist es erforderlich, das mit dem vertikalen Zufuhrrohr 26, 28 verbundene, magnetisch betätigte Absperrventil 27 zu öffnen, um Zufuhr des Pulvermaterials zu bewirken. Diese Steuerung wird durch die dem Magnetstempel 47 zugeordnete Magnetwicklung 63 bewirkt. Die Schaltung zu dieser Wicklung 63 ist an dem Schaltkasten 64 angeschlossen, der unter dem Einfluß des Ein- und Ausschalt-Steuerschalters 62 aktiviert wird.

Weiterhin wird die Aufmerksamkeit darauf gelenkt, daß der Betriebsstromkreis der Schwingvorrichtung 17 mit mit einer Einstellvorrichtung 65 versehen ist, mit der die Geschwindigkeit oder die Intensität der Schwingung eingestellt werden kann, wodurch die Anlage der Zufuhr unterschiedlicher Schleifmaterialmengen angepaßt werden kann und auch die Einstellung zur Verwendung von Schleifmaterialien unterschiedlicher Teilchengröße oder unterschiedlicher Gewichtseigenschaften vollzogen werden kann.

Eine weitere, bei 66 gezeigte Einstellvorrichtung ist darüber hinaus im Steuerkasten 64 für das Absperrventil 27 vorgesehen. Diese Einstellung dient einer besonderen Funktion, die im folgenden beschrieben wird.

Zur weiteren Erläuterung des oben genannten Ein- und Ausschalt-Steuersystems wird die Aufmerksamkeit nun darauf gelenkt, daß die Absperreinrichtung 27 für das vertikale Zufuhrrohr 26, 28 nahe der Zuführungsdüse des Zuführungskanals positioniert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Ablassen sämtlichen beim Abschalten der Schwingvorrichtung 17 in den Zuführungsdurchgängen enthaltenen Pulvers sichergestellt wird, wodurch eine Ansammlung von Pulver im vertikalen Zufuhrrohr vermieden wird. Dazu ist es erforderlich, daß das Zuführungsrohr so lange im geöffneten Zustand gehalten wird, bis das Pulver abgelassen worden ist; und um sicherzustellen, daß das Absperrventil 27 erst geschlossen wird, wenn sämtliches Pulver abgelassen worden ist, stellt der Steuerkasten 64 einen Verzögerungskreis dar, der den magnetisch betätigten Stempel 47 nach dem Öffnen des Ein-Aus-Hauptschalters 62 für einen Zeitraum in geschlossener Stellung hält. Diese Zeitverzögerungseinrichtung kann über eine am Steuerkasten 64 vorgesehene einstellbare Steuerung 66 eingestellt werden. Beim Schließen des Ein-Aus-Hauptschalters 62, um die Schleifmittelströmung erneut einzuleiten, ist es wünschenswert, daß die Schwingung der Einheit 17 und das Öffnen des Ventils 27 im wesentlichen gleichzeitig erfolgen, um die Zufuhr eines "Pulverrückstaus" im System durch die zylindrische Zufuhrkammer 16 zu vermeiden.

Nun wird die Aufmerksamkeit darauf gelenkt, daß mit Ausnahme der elastischen Hülse 44 im Absperrventil 27 das gesamte Schleifpulverzufuhrsystem als Rohrleitung aus Metall, Karbid oder ähnlich starrem Werkstoff hergestellt ist, anstatt als aus Kunststoff oder anderem flexiblen Material gebildete Rohrleitung. Vorzugsweise bestehen diese Rohrelemente aus Hartmetallen, Karbiden oder dergleichen, wie oben beschrieben. Durch die vertikale Ausrichtung der Komponenten dieses Zuführungssystems und den Einsatz von Rohren aus Metall und vorzugsweise Karbid wird eine starke Erhöhung des in dem System eingesetzten Druckes gegenüber Systemen des Standes der Technik ermöglicht. Durch das gerade und vorzugsweise nach unten gerichtete Zuführungs- oder Zufuhrrohr 26, 28 wird die Abriebneigung im Zuführungssystem selbst bei Einsatz sehr hoher Drücke und Geschwindigkeiten stark vermindert. Die elastische Hülse 44 umgibt die aneinandergrenzenden Abschlußenden der vertikalen Zufuhrrohre 26 und 28, und die elastische Hülse hat somit einen etwas größeren Innendurchmesser als die Rohrleitung selbst. Auch dies erleichtert den Einsatz höherer Drücke ohne unzweckmäßigen Verschleißfortschritt in der elastischen Hülse.

Die elastische Hülse kann sich jedoch nach einer gewissen Zeit abnutzen, und bei dem hier offenbarten System sind Vorsehungen getroffen, daß auf den Verschleiß der elastischen Hülse aufmerksam gemacht und somit, falls erforderlich, für ihre Auswechselung gesorgt wird. Zu diesem Zweck ist die Bohrung im Block 40 der Ventileinrichtung 27 mit einer mit einem Kanal 67 in Verbindung stehenden Öffnung versehen (siehe Fig. 1, 1a und 2). Dieser Kanal steht über einen Filter 69 mit einem druckempfindlichen Element 68 in Verbindung, und diese Einrichtung ist, wie bei 70 gezeigt, mit dem Not- Abschalter 71 mechanisch verbunden. Aus Fig. 1 wird ersichtlich, daß dieser Not-Abschalter nicht nur die Schwingung und die Pulverzufuhr anhält, sondern auch den Stromkreis durch den Hauptsteuerschalter 55 trennt, aufgrund dessen der Eintritt von Druckgas beendet und der Luftdruck in der Kammer 8-9 abgelassen wird. Dadurch wird ein Lecken von Druckgas und Schleifmittelteilchen verhindert und ein für das Öffnen des Absperrventils 27 und das Auswechseln der flexiblen Hülse 44 geeigneter Zustand geschaffen.

Wie in Fig. 1, 5, 6, 7 und 8 zu sehen, wird die Grundplatte 29 auch vorzugsweise dazu verwendet, einen Werkstückhalter zu montieren. Diese Komponenten können auf vielerlei Weise angeordnet werden, aber es wird bevorzugt, die oben beschriebene Vorrichtung zur Ausbildung des Schleifmittelstroms und den Werkstückhalter auf einer gemeinsamen Grundplatte und vorzugsweise zur Ausführung voneinander unabhängiger Einstellbewegungen zu montierten. Somit wird vorgesehen, daß die Schleifmittelstrom-Erzeugungsvorrichtung, wie schon oben beschrieben, zur Ausführung einer vertikalen Bewegung gegenüber dem Werkstückhalter, angebracht ist, wodurch der Einsatz einer flexiblen Verbindung im Zuführungskanal oberhalb der Schleifmitteldüse vermieden wird. Es sollte beachtet werden, daß in Fig. 8 das untere Ende des unteren Zufuhrrohres 28 mit einer Düse 72 verbunden ist, und es ist vorgesehen, daß der Dreh- oder Hubantrieb des Werkstückes auf auf der Grundplatte 29 gelagerten bewegungseinstellbaren Tragvorrichtungen angebracht wird. Ein Wagen 73 ist zur Ausführung einer Einstellbewegung mittels der mit einem Gewinde versehenen Zugspindel 74 auf der Grundplatte 29 angebracht, um alternativ mehrere verschiedene Schleifbewegungsarten zu ermöglichen. Der Wagen 73 dient als Halterung für den Träger 75, der auch quer zur Bewegungsrichtung des Wagens 73 bewegungseinstellbar ist, beispielsweise über die steuerbare Zugspindel 76.

Für bestimmte Arten von Schleifvorgängen kann das Werkstück zur Ausführung ausgewählter Schiebebewegungen in den beiden von den beiden Zugspindeln 74 und 76 zur Verfügung gestellten Richtungen auf dem Träger 75 angebracht werden, und auf diese Weise können verschiedene Bereiche des Werkstückes unter die Zuführungsdüse 72 gebracht werden.

Weiterhin wird vorgesehen, daß für bestimmte Zwecke eine Drehplattform zum Tragen eines Werkstückes bereitgestellt wird, wie in den Zeichnungen bei 77 gezeigt. Diese Plattform kann mittels eines Motors 78 auf dem Träger 75 angebracht werden, wobei der Motor den drehbaren Träger dreht, um für eine Drehbewegung des Werkstückes gegenüber der Düse 72 zu sorgen. Die Drehplattform 77 kann mit einer bei 79 gezeigten elastischen Schicht bedeckt sein, auf der das Werkstück, beispielsweise das Halbleiterplättchen 80, zum Zerteilen angebracht werden kann.

Zum Stabilisieren und Halten eines Werkstückes auf dem Tragtisch kann ein bei 81 gezeigter geschlitzter Haltearm mittels eines Trägers 82 schwenkbar angebracht werden, der zum Klemmen des Werkstückes gegen die elastische Abdeckung 79 angeordnet sein kann, wodurch das Werkstück in der zum Durchführen des jeweils erforderlichen Schleifvorgangs gewünschten Stellung gehalten wird. Der Spitzenteil der Schleifdüse 72 kann nach unten durch den Schlitz im Haltearm 81 herausragen, wie in Fig. 5, 7 und 8 gezeigt. Es ist wünschenswert, wenn der geschlitzte Haltearm 81 auf seiner Unterseite einen Gummi- oder elastischen Überzug hat, wie bei 83 in Fig. 8 gezeigt.

In Fig. 8 wird das dargestellte Werkstück 80 einem Nutvorgang unterzogen; der Schleifmittelstrom kann jedoch auch, falls gewünscht, zum völligen Zerteilen des Werkstückes, d. h. zum Zerschneiden des Werkstückes in getrennte Teile, verwendet werden.

Die Bewegungen des Werkstückhalters können selbstverständlich auf die verschiedensten Arten gesteuert werden, entweder manuell oder automatisch durch Rechnersteuerung, und im Zusammenhang mit der Schnittiefe des Werkstückes können Vorsehungen zur automatischen Steuerung der Vertikalstellung der Düse und der Erzeugungsvorrichtung des Schleifmittelstroms getroffen werden. Für die Vertikalbewegung sorgt das die Zahnstange 36 in Eingriff nehmende verstellbare Zahnrad 35.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist die Druckversorgungsleitung 56 weiterhin noch eine Zweigleitung 84 auf, die zur Montagevorrichtung 85 verläuft, auf der der Haltearm 81 gelagert ist und über die der Haltearm vertikal verschoben werden kann, um ihn in Klemmwirkung mit dem Werkstück auf dem Tischträger 77 zu bringen. Die Druckversorgungsleitung 84 kann mit einer Druckeinstellvorrichtung 84a sowie auch mit einem magnetisch betätigten Absperrventil 86 versehen sein, das durch von der Leitung 56 stammenden Druck für die Zuführung von Betriebsgas zur Montagevorrichtung 85 sorgt. Das Magnetventil 86 wird über die bei 87 gezeigte Schaltung mit Steuerschalter 88 gesteuert (siehe Fig. 1).


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Ausbilden und Handhaben eines mit Schleifmitteln beladenen Gasstroms, die folgendes umfaßt: ein im wesentlichen vertikales Zufuhrrohr (26, 28) mit einer Einlaßöffnung (26a) an seinem oberen Ende, einen Druckgasbehälter (8, 9), in dem die Einlaßöffnung (26a) freiliegt, wobei der Druckbehälter einen unteren Verschluß (11a) aufweist und das vertikale Zufuhrrohr (26) nach unten hin durch diesen unteren Verschluß des Druckbehälters hindurchläuft, eine Schwingzufuhrkammer (16) im Druckbehälter (8, 9), wobei die Zufuhrkammer (16) einen Zuführungskanal (25) aufweist, der zur Zufuhr eines Stroms von aus einzelnen Teilchen bestehendem Schleifmaterial in die nach oben gerichtete Einlaßöffnung (26a) des Zufuhrrohrs ausgelegt ist, um dafür zu sorgen, daß das Teilchenmaterial in einem Strom des Druckgases nach unten durch das Rohr (26, 28) zu einem Bereich getragen wird, der außerhalb des Druckbehälters (8, 9) liegt, wobei der Zuführungskanal (25) mit der Schwingzufuhrkammer (16), aber unabhängig von dem vertikalen Rohr (26, 28) schwingen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Zufuhrrohr (26, 28) an seinem unteren Ende eine nach unten gerichtete Zuführungsdüse mit einer nach unten gerichteten Zuführungsdüsenöffnung aufweist, wobei das vertikale Rohr (26, 28) und die Düse koaxiale Durchgänge aufweisen, und dadurch, daß die Vorrichtung weiter ein Durchflußabsperrventil (27) im vertikalen Zufuhrrohr (26, 28) unter dem unteren Verschluß (11a) des Druckbehälters (8, 9) und oberhalb von der Düsenöffnung gelegen aufweist, sowie einen außerhalb des Druckbehälters (8, 9) positionierten Werkstückhalter zum Anbringen eines abzuschleifenden Werkstücks, der eine Einrichtung umfaßt, um das Werkstück in einem Abstand zur Düsenöffnung zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Zufuhrrohr (26, 28) an seinem oberen Ende einen Einlaß aufweist, der einen nach oben hin konisch erweiterten Trichter (26a) umfaßt, in den der Zuführungskanal den Strom von aus einzelnen Teilchen bestehendem Schleifmaterial zuführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel zum verschiebbaren Bewegen des Werkstückhalters in eine Richtung quer zum Düsenzuführungsdurchgang.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Zufuhrrohr getrennte Stücke einer Rohrleitung (26, 28) umfaßt, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, wobei die benachbarten Enden voneinander beabstandet sind, und daß das Durchflußabsperrventil (27) eine Rohrabsperreinrichtung aufweist, die eine Hülse (44) umfaßt, die aus einem flexiblen Material gebildet ist und deren Endabschnitte in abdichtendem Eingriff mit den benachbarten Enden der vertikal ausgerichteten Stücke der Rohrleitung (26, 28) stehen, und steuerbare Mittel (42, 43, 45-47, 63) zum Einknicken der Hülse (44) zwischen den benachbarten Enden der Rohrleitungsstücke.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese steuerbaren Mittel einen horizontalen Stempel (42) umfassen, der zum horizontalen Zusammendrücken der Hülse (44) zwischen den benachbarten Enden der Rohrleitungsstücke positioniert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch eine Grundplatte (29) zum Anbringen des Druckbehälters (8, 9) und des Werkstückhalters (75), eine erste Montagevorrichtung (30-37) zum vertikalen Einstellen der Position des Druckbehälters (8, 9) und des zugehörigen vertikalen Kanals (26, 28) in bezug auf den Werkstückhalter und eine zweite Montagevorrichtung (73-79) zum Bewegen des Werkstückhalters in einer horizontalen Ebene in bezug auf die Düsenöffnung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Montagevorrichtung Mittel (77-79) umfaßt, die für ein Drehen des Werkstücks in einer horizontalen Ebene sorgen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Montagevorrichtung Mittel (73-76) umfaßt, die für eine Verschiebebewegung des Werkstücks in eine horizontale Richtung in bezug auf die Düsenöffnung sorgen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Saugeinrichtung (48) mit einer Saugeinlaßöffnung, die neben der Düsenöffnung positioniert und zur Ausführung einer vertikalen Bewegung mit dem Druckbehälter und der Zuführungsdüse angebracht ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abschalteinrichtung (62) zum Starten und Anhalten der Schwingung der Schwingzufuhrkammer (16) und eine gemeinsame Steuervorrichtung (64) für die Abschalteinrichtung (62) und das Absperrventil (27) einschließlich Zeitverzögerungsmittel (66), die dahingehend wirken, die Betätigung des Absperrventils (27) zum Schließen des vertikalen Rohrs bis zu einem Zeitraum nach dem Anhalten des Schwingens der Schwingzufuhrkammer (16) zu verzögern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (64) einstellbare Mittel (66) zum Ändern des Zeitraums der Zeitverzögerung zur Betätigung des Absperrventils umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 11, soweit sie von Anspruch 4 oder 5 abhängig sind, gekennzeichnet durch ein Zuführungsmittel zum Zuführen von Druckgas zum Druckgasbehälter (8, 9), steuerbare Mittel (71) zum Starten und Anhalten der Zuführung des Druckgases zum Druckgasbehälter (8, 9) sowie Mittel (67-70), die auf ein Versagen des einknickbaren Rohrs reagieren, um die Zuführung des Druckgases zum Druckgasbehälter anzuhalten.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des vertikalen Zufuhrrohrs (26) eine nach oben offene Einlaßhülse (26b) vorgesehen ist und daß der Zuführungskanal (25) zur Zufuhr des Stroms von aus einzelnen Teilchen bestehenden Materials durch die Seitenwand der nach oben offenen Hülse und von der Hülse in die Einlaßöffnung des Zufuhrrohrs angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand der Hülse (26b) eine Öffnung (26c) aufweist, durch die der Zuführungskanal (25) in das Innere der Hülse verläuft, wobei die Öffnung (26c) einen größeren Querschnitt als der Zuführungskanal (25) aufweist, um einen Eintritt von Druckgas von dem mit Druckluft beaufschlagten Behälter zu ermöglichen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßhülse (26b) einen größeren Durchmesser aufweist als das Zufuhrrohr (26) und daß ein nach oben hin konisch erweiterter trichterförmiger Anschluß (26a) zwischen dem unteren Ende der Hülse und dem oberen Ende des Zufuhrrohrs vorgesehen ist.







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