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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist sowohl eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 als auch ein Verfahren gemäß Anspruch
3.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Moderne
Fertigungstechnologieprozesse müssen
einheitlichen Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Produktivität und Wirtschaftlichkeit
genügen,
wobei sie die niedrigst mögliche
Umweltbelastung erzeugen. Reinigungs-, Entgratungs- und Polierprozesse
bilden keine Ausnahme.
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Es
gibt eine Anzahl im Gebiet bekannter Verfahren zum Reinigen, Entgraten
und Polieren von Maschinenteilen, wobei sich abrasive Schleifverfahren
wie etwa Techniken mit umlaufender Trommel, Vibrations- und Zentrifugaltechniken
unter den am weitverbreitetsten befinden (W. König, Kö szörülés, dörzsköszörülés, tükrösités [Grinding, honing, lapping
methods], Budapest, Műszaki
Könyvkiadó 1983).
Bei allen diesen Verfahren erfolgt die Bearbeitung in einem speziellen
Behälter
unter Anwendung flüssiger
Zusatzstoffe, wobei die ungeordnete Bewegung von Schleifteilen oder
Schleifpartikeln ausgenutzt wird. Einzelne Verfahren unterscheiden
sich hauptsächlich
in ihrer Produktivität
und der Größe der Teile,
die verarbeitet werden können
(siehe Beschreibung
DE2408359A ).
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Die
Produktivität
bekannter Verfahren kann durch ein Ausführen der Bearbeitung in einem
Magnetfeld erhöht
werden, was außerdem
eine Möglichkeit
bietet, Teile aus nicht herkömmlichen
Materialien oder von nicht herkömmlicher
Geometrie zu bearbeiten.
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Es
sind eine Anzahl von Verfahren zum abrasiven Schleifen in einem
Magnetfeld vorgeschlagen worden, von denen eines das so genannte
Trommelentgratverfahren ist. Gemäß diesem
Verfahren werden die Schleifteile und die Werkstücke in einen umlaufenden Kunststoffbehälter geladen,
wobei der ferromagnetische Teil des Inhalts der Trommel durch Magnetschuhe,
die die rotierende Trommel umgeben, festgehalten wird. Somit kann
die Relativgeschwindigkeit von Werkstücken und Schleifteilen erhöht werden,
wobei die Bearbeitung produktiver gemacht werden kann. Ein solches
verfahren ist in dem Dokument
HU
204.217 offenbart. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht
darin, dass der begrenzte Durchmesser der Trommel die Größe von Teilen,
die verarbeitet werden können,
einschränkt,
wobei das Beladen und Entleeren der Trommel ebenso Probleme aufwerten
kann. Die anwendbare Drehzahl und die Relativgeschwindigkeit von
Werkstücken
und Schleifteilen wird stark durch die magnetische Feldstärke beeinflusst,
die abnimmt, wenn der Trommeldurchmesser vergrößert wird.
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Magnetische
Entgrat- und Poliermaschinen werden heute kommerziell hergestellt.
Zum Beispiel verwendet ein Typ einer solchen Maschine Kunststoffbehälter mit
einem Durchmesser von 160–600 mm
und einer Höhe
von 160–540
mm (www.earth-chain.com.tw). Die Magnete der Maschine befinden sich
unterhalb des offenen Behälters
auf einem rotierenden Tisch, wobei die in dem stationären Behälter angeordneten
ferromagnetischen Schleifteile durch die von den rotierenden Magneten auf
sie ausgeübte
magnetische Kraft gedreht werden. Die Schleifteile stoßen mit
den in den Behälter geladenen
nicht ferromagnetischen Werkstücken
zusammen und entgraten und polieren sie. Für den Betrieb der Maschine
wird eine Schleifflüssigkeit
benötig.
Die Vorrichtung kann lediglich nicht ferromagnetische Teile bearbeiten,
wobei es problematisch sein kann, kleinere Teile hinreichend festzuhalten
sowie die erforderliche Ausrichtung größerer Teile zu gewährleisten.
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Außerdem sind
weitere Lösungen
zum magnetischen Entgraten vorhanden, z. B. die eine von W. R. Lovness
und J. F. Feldhaus (am 19.02.1974 eingereichtes deutsches Patent;
Maschine zum Reinigen, Schleifen und Polieren von Gegenständen), bei
der die magnetisierbaren Schleifteile (Körner) durch ein rotierendes
Magnetfeld, das außerhalb
des Behälters erzeugt
wird, zwischen den sich frei bewegenden Werkstücken bewegt werden. Gemäß einer
weiteren Lösung
werden die Schleifteile durch geeignet angeordnete Magnetschuhe
in dem rotierenden Behälter festgehalten,
wobei die einzeln befestigten Werkstücke durch die Schleifteile
poliert werden (T. Shinmura, E. Hatano, K. Takazawa, "Development of Spindle-Finishing
Type Finishing Apparatus and Its Finishing Performance Using a Magnetic
Abrasive Finishing Process",
Bull. Japan Soc. of Prec. Eng., Bd. 20, Nr. 2, Juni 1986). Die Probleme
mit dem ersten Verfahren sind den erwähnten Nachteilen der Aufzählung oben ähnlich,
wobei anzumerken ist, dass außerdem
die Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds in einem Behälter mit
größerem Durchmesser problematisch
sein kann. Da die Werkstücke
einzeln festgehalten werden, ist die Produktivität der zweiten Lösung relativ
niedriger, wobei jedoch unter ihren Vorteilen zu erwähnen ist,
dass sie gleichermaßen ferromagnetische
und nicht ferromagnetische Teile bearbeiten kann (siehe Beschreibung US-A-4730418).
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Die
in dem Dokument
US4730418 beschriebene
Vorrichtung ist geeignet, Teile in einem Magnetfeld zu reinigen,
zu entgraten und zu polieren, und umfasst einen nicht magnetischen
Behälter,
der als eine umlaufende Trommel implementiert ist, einen Elektromagneten,
einen Elektromotor, eine magnetisierbare rotierende Scheibe, weiterhin
einen Tisch, der den Elektromagneten und einen ferroelektrischen Ring
unterstützt
und das Schließen
der magnetischen Kraftlinien sicherstellt; wobei die rotierende Scheibe
an einem oberen Lager und an einem unteren Lager angebracht ist
und über
einen Riemenantrieb mittels eines Elektromotors angetrieben wird; wobei
sie ferner eine Stromversorgung umfasst, um das durch den Elektromagneten
erzeugte stationäre Magnetfeld
einzustellen.
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Aufgabe der
Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Reinigungs-,
Entgrat- und Poliervorrichtung und eines Verfahrens, das die Probleme behebt,
die mit Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik auftreten.
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Der
ferromagnetische Teil des Inhalts des Behälters wird mittels einer magnetisierbaren
Scheibe gedreht, die in dem Behälter
(der außerdem
in steuerbarer Weise gedreht werden kann) angeordnet ist und die
durch einen Elektromagneten, der ein stationäres Magnetfeld erzeugt, in
dem gewünschten Umfang
magnetisiert wird. Nicht ferromagnetische Elemente in dem Behälter passen
sich der Drehung des Behälters
an, was heißt,
dass die nicht ferromagnetischen Elemente im Fall, dass der Behälter angehalten
wird, ebenso zum Stillstand gebracht werden. Die Vorrichtung kann
verwendet werden, um sowohl ferromagnetische als auch nicht ferromagnetische
Elemente zu bearbeiten, wobei lediglich umweltfreundliche Materialien
als zusätzliche
Medien verwendet werden können.
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Die
Erfindung beruht auf der Einsicht, dass es wünschenswert ist, die Relativgeschwindigkeit
der verschiedenen Teile des Inhalts des Behälters einzustellen, um den
Anforderungen sich ändernder
Betriebsbedingungen zu genügen.
Dies kann erreicht werden, indem sichergestellt wird, dass die Drehzahl der
rotierenden Scheibe und außerdem
ihr Magnetisierungspegel kontinuierlich eingestellt werden können, und
indem vorgesehen wird, dass der Behälter abgebremst werden kann
und seine Drehrichtung umgekehrt werden kann. Es ist außerdem beobachtet
worden, dass in einem starken Magnetfeld das herkömmliche
Rillenkugellager als ein flexibles Kopplungselement verwendet werden
kann. Dieses Ergebnis kann für
die Konstruktion des Drehmittels und des Bremsmittels des Behälters der
Vorrichtung nützlich
sein, die in Lagern an einem rotierenden Eisenkern unterstützt werden
können.
Das Magnetübertragungselement
(die magnetisierbare Scheibe) kann im Inneren des Behälters in
der unmittelbaren Nähe
der in ihn geladenen Teile angeordnet sein.
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Somit
wird das erfindungsgemäße Ziel
durch die Schaffung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und eines Verfahrens
aus Anspruch 3 erreicht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung
ausführlich
beschrieben, wobei:
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1 die
schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist; und
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2 die
Konfiguration des Behälters
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in dem Fall zeigt, in dem nicht ferromagnetische Teile bearbeitet
werden.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung besteht im Wesentlichen
aus einem Kunststoffbehälter 5,
einer magnetisierbaren rotierenden Scheibe 3, einem Bremsmittel 6,
einem rotierenden Eisenkern 10, einem Rillenkugellager 4,
einem Elektromagneten 7, einer Stromversorgung 16,
einem ferromagnetischen Tisch 9, einem ferromagnetischen
Ring 8, einem oberen Lager 11, einem unteren Lager 13,
einem Elektromotor 15, einer Antriebseinheit 14 mit
variabler Frequenz, einem Riemenantrieb 12, ferromagnetischen
Teilen 2 und nicht ferromagnetischen Schleifteilen 1,
wobei die ferromagnetischen Teile 2 und die nicht ferromagnetischen
Schleifteile 1 in den Behälter 5 geladen sind.
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Wenn
die Vorrichtung eingesetzt wird, um nicht ferromagnetische Teile 17 zu
bearbeiten, wird der Behälter 5 mit
ferromagnetischen Schleifteilen 18 beladen, wie in 2 gezeigt
ist.
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Die 1 und 2 zeigen
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die geeignet ist, um ferromagnetische oder nicht ferromagnetische
Teile kleiner oder mittlerer Größe zu reinigen,
zu entgraten und zu polieren.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nun ausführlich
beschrieben.
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Der
Behälter 5 wird
von oben mit ferromagnetischen Teilen 2 oder nicht ferromagnetischen
Teilen 17 beladen, wobei je nachdem, ob ferromagnetische
Teile 2 oder nicht ferromagnetische Teile 17 zu bearbeiten
sind, außerdem
nicht ferromagnetische Schleifteile 1 (die aus Aluminiumoxid
hergestellt sind) oder ferromagnetische Schleifteile 18 (die
aus korrosionsbeständigem
Stahl hergestellt sind) in den Behälter 5 geladen werden.
Außerdem
können
weitere Materialien in den Behälter
geladen werden: Im Fall einer Trockenbearbeitung kann vorzugsweise
Weizen oder Maisstärke
verwendet werden, während
im Fall einer Nassbearbeitung ein herkömmliches, vorzugsweise umweltfreundliches,
oberflächenaktives Fluid
als ein Zusatz wünschenswert
ist.
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Nachdem
der Behälter
aufgefüllt
worden ist, wird durch die Stromversorgung 16 und den Elektromagneten 7 ein
stationäres
Magnetfeld erzeugt und die Intensität des Felds wird auf den gewünschten Pegel
eingestellt. Der Weg der magnetischen Kraftlinien schließt sich über den
rotierenden Eisenkern 10, die magnetisierbare rotierende
Scheibe 3, die ferromagnetischen Teile 2, den
ferromagnetischen Ring 8 und den ferroelektrischen Tisch 9.
Nachdem das Magnetfeld ausgebildet wurde, wird der Behälter 5 durch das
Rillenkugellager 4, das aus magnetisierbaren Teilen besteht,
flexibel mit dem rotierenden Eisenkern 10 verbunden.
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Um
sicherzustellen, dass der Inhalt des Behälters 5 (die zu bearbeitenden
Teile) gleichmäßig verteilt
wird, wird der Behälter 5 durch
den Elektromotor 15 über
den Riemenantrieb 12 in eine Drehbewegung versetzt. Unter
Verwendung der Antriebseinheit 14 mit variabler Frequenz
kann die gewünschte Drehzahl
n1 eingestellt werden. Wegen der Zentrifugalkraft,
die aufgrund der Drehung des Behälters 5 auftritt,
wird sein Inhalt schnell in der Nähe der Seitenwände angeordnet,
wobei jedoch an dieser Stelle kein Material von den Teilen abgetrennt
wird. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Werkstücken und Schleifteilen,
die für
eine Schleifwirkung nötig
ist, wird über
das Bremsmittel 6, das zum Einstellen der Drehzahl n2 (< n1) des Behälters verwendet wird, herbeigeführt.
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Experimente
haben gezeigt, dass es zum Bearbeiten von Teilen bestimmter spezieller
Formen vorteilhaft sein kann, die rotierende Scheibe 3 mit
einer nicht zylindrischen (z. B. gezahnten) Umfangskonfiguration
zu implementieren.
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Der
Bearbeitungsprozess endet, nachdem die Teile gereinigt, entgratet
oder poliert worden sind, was entweder durch eine (Okular-)Prüfung oder durch
eine Messung festgestellt werden kann. Fertig bearbeitete Teile
werden auf herkömmliche
Weise aus dem Behälter 5 entnommen,
indem sie von Hand oder unter Verwendung einer Unterdruckvorrichtung herausgenommen
werden, wobei sie gemäß einem auf
dem Gebiet bekannten Verfahren getrennt werden (z. B. magnetische
oder zentrifugale Trennung).
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2 veranschaulicht,
wie nicht ferromagnetische Werkstücke in dem Behälter 5 während des Betriebs
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angeordnet sind. In diesem Fall werden Schleifteile 18 angewendet,
die sich zusammen mit der rotierenden Scheibe 3 drehen,
wobei die Drehzahl der nicht ferromagnetischen Teile 17 annähernd gleich
groß zur Drehzahl
des Behälters 5 ist.
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Um
sicherzustellen, dass Teile gleichmäßig gereinigt, entgratet und
poliert werden, kann es notwendig werden, den Inhalt des Behälters 5 gelegentlich
umzuordnen. Das kann erreicht werden, in dem das Magnetfeld von
Zeit zu Zeit einfach automatisch ein- und ausgeschaltet wird, oder
indem alternativ die Drehrichtung der Vorrichtung umgekehrt wird.
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Unter
den Hauptvorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollte erwähnt werden,
dass die Vorrichtung den Fertigstellungsprozess beschleunigt, wirtschaftlich
ist, leicht gesteuert werden kann und angewendet werden kann, um
sowohl ferromagnetische als auch nicht ferromagnetische Teile zu
bearbeiten.
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- 1
- nicht
ferromagnetische Schleifteile
- 2
- ferromagnetische
Teile
- 3
- rotierende
Scheibe
- 4
- Rillenkugellager
- 5
- Behälter
- 6
- Bremsmittel
- 7
- Elektromagnet
- 8
- ferromagnetischer
Ring
- 9
- ferromagnetischer
Tisch
- 10
- rotierender
magnetischer Kern
- 11
- oberes
Lager
- 12
- Riemenantrieb
- 13
- unteres
Lager
- 14
- Antriebseinheit
mit variabler Frequenz
- 15
- Elektromotor
- 16
- Stromversorgung
- 17
- nicht
ferromagnetische Teile
- 18
- ferromagnetische
Schleifteile