Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung kleiner Werkstücke Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung kleiner Werkstücke unter Verwendung länglicher Trommeln mit gleichseitigem, polygonalem Innenquerschnitt, die praktisch bis zur Hälfte mit einer Mischung aus den Werkstücken und einem Schleifmittel gefüllt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bisher wurden zahlreiche Versuche zur Oberflächen bearbeitung von Werkstücken aus Metall oder Kera mik durchgeführt. Beispielsweise ist das Drehtrommel verfahren typisch für Bearbeitungsverfahren in Trom meln, welche seit langem bekannt sind und tatsächlich auf den verschiedensten Gebieten der Bearbeitungs technik angewandt werden.
Nach dem Drehtrommel- bearbeitungsverfahren führt eine Mischung von zu be arbeitenden Werkstücken und Schleifmitteln, denen ein geeignetes Schmiermittel oder ein geeignetes Ober- flächenaktivierungsmittel zugemischt sein kann, in einer mit verhältnismässig geringer Drehzahl um ihre zen trale Längsachse rotierenden Trommel eine Sturzbe wegung aus, wodurch die Werkstücke mit dem Schleif mittel miteinander in Berührung kommen und anein ander scheuern, so dass die Werkstückoberfläche be arbeitet wird.
Dieses Verfahren erfordert notwendiger weise viel Zeit, bis der Bearbeitungsvorgang beendet ist, und es ist nicht möglich, damit sehr kleine Werk stücke zu bearbeiten, weil eine Mischung von Werk stücken und Schleifmitteln schon wegen ihres Gewichts allein umgewälzt wird.
Es ist ausserdem allgemein bekannt, dass unter Ver wendung irgendeiner zylindrischen Tiegel- oder Schrot mühle Werkstücke einer Oberflächenbehandlung nicht unterworfen werden können. Wenn eine solche Mühle zur Bearbeitung der Werkstücke verwendet wird, gleiten diese zusammen mit den beigemischten geeigneten Schleifmitteln normalerweise an der Innenfläche der Anordnung als einheitliche Masse entlang, was ein weitgehend ungleichmässiges Abschleifen der Werkstücke zur Folge hat. Anderseits kann eine aus Werkstücken und diesen beigemischten Schleifmitteln bestehende Masse zwangläufig eine unzulässige Gleitbewegung an der Innenfläche des Behälters bewirken, was ein Auf reiben und Vermahlen der Werkstücke zur Folge hätte.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindungen, die Nachteile und Mängel der bisherigen Bearbeitungs technik zu beheben.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Körner und die Werkstücke in den Trommeln nur in einer Oberflächenschicht der Mischung miteinander zur Reibung gebracht werden, indem nacheinander verschiedene Teile der Mischung in diese Oberflächenschicht und entsprechend andere Teile der Mischung aus der Oberflächenschicht in die restliche Mischung gebracht werden, wobei die frei liegende Oberfläche der Mischung praktisch eben bleibt, wozu Trommeln, deren innerer Querschnitt ein gleich seitiges Polygon ist, um eine parallel und im Abstand zu ihren Längsachsen angeordnete Achse mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht werden, dass die Zen trifugalkraft der Mischung in den Trommeln die Schwer kraft überwiegt, und wobei die Trommeln gegenüber der Achse eine planetarische Kreiselbewegung aus führen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Durch führung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens zwei Trommeln, deren innerer Querschnitt ein gleichseitiges Polygon ist und die in zwei stirn- seitigen und um eine zentrale, zu den Trommelachsen parallele Achse drehbaren Scheiben drehbar gelagert sind, sowie durch eine Antriebsvorrichtung zum An trieb dieser beiden Scheiben und der darin gelagerten Trommeln, so dass die letzteren eine planetarische Kreiselbewegung um die Achse ausführen.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt die Weise, in der die in die Trommel der bisherigen Art einer Dreh trommelbearbeitungsanlage eingebrachte Masse wäh rend ihrer Sturzbewegung in der rotierenden Trommel teilweise fliesst. Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Trommel, wobei die Füllung durch die Zentrifugalwirkung an der Innenfläche an liegt. Die Zentrifugalwirkung entsteht dadurch, dass die Trommel mit hoher Drehzahl, und zwar über der kritischen Drehzahl, rotiert.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zur Er läuterung des Prinzips der Erfindung und zeigt im Schnitt die Weise, in der die in jede der Trommeln mit gleichseitigem, polygonalem Querschnitt einge brachte Masse angehäuft ist, wobei die Trommeln mit hoher Drehzahl und in der Richtung rotieren, dass die freie Oberflächenschicht der Masse in der Trommel fliesst.
Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen im Schnitt und veranschaulichen ausführlicher, wie die in Fig. 3 gezeigte, in die Trommel eingebrachte Masse in der Trommel, die mit hoher Drehzahl kreiselt, fliesst.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Aufriss der gemäss den Lehren der Erfindung gebauten Vorrichtung.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Seitenansicht der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung.
Fig. 8 ist eine schematische Draufsicht auf eine Anlage zur Erzielung der Kreiselbewegung der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Mehrzahl von Trommeln.
Fig. 9 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Er gebnisse der Erfindung.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile.
Zur leichteren Verständlichkeit der Erfindung wird nachfolgend die bisherige Art von Trommelbearbei- tungsverfahren beschrieben.
Bisher kannte man zahlreiche Trommelbearbeitungs- verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung einer Vielzahl von Werkstücken aus Metall und Keramik. Sie weisen jedoch alle Vor- und Nachteile auf und be finden sich zur Zeit in einem Stadium, das eine weit gehende Verbesserung wünschenswert erscheinen lässt.
Beispielsweise besteht das Drehtrommelbearbeitungsver- fahren, das typisch für bekannte Trommelbearbeitungs- arten ist und seit langem weitgehend Verwendung findet, darin, eine Füllung bestehend aus zu bearbeitenden Werkstücken, aus geeigneten Schleifmitteln, Wasser und falls erwünscht einem Schmiermittel oder einem Oberflächenaktivierungsmittel im richtigen Verhältnis in eine Trommel einzubringen und diese mit der Masse um ihre zentrale Längsachse langsam zu drehen, wobei die Trommel in ihrer horizontalen Lage gehalten wird.
Unter diesen Umständen neigt die Masse in der Trom mel dazu, in der Richtung, in der die Trommel rotiert, anzusteigen. Fig. 1 veranschaulicht diese Neigung der Masse. Die Trommel B rotiert mit einer geeigneten Menge der oben beschriebenen Füllmasse C um ihre horizontal angeordnete Längsachse in der Richtung des Pfeiles r. Es ist ersichtlich, dass die obere bzw. freie Oberflächenschicht S der Masse C in der Rotations richtung r aufwärtsbewegt wird.
Auf Grund ihres Gewichts neige die freie Oberflächenschicht S dazu, entlang der geneigten Fläche in Richtung s entgegengesetzt zur Rotationsrichtung abzugleiten, wodurch sie fliesst und eine Sturzbewegung ausführt. Innerhalb der auf diese Weise fliessenden, freien Oberflächenschicht S, die im folgenden als Gleitschicht bezeichnet wird, stossen die Werkstücke und das Schleifmittel aneinander, sie wer den dadurch aneinander gerieben und bearbeitet. Was ser hat die Funktion, einen heftigen Zusammenstoss zwischen den Bestandteilen der Masse sowie auch einen Aufprall der Masse gegen die Innenwandung der Trom mel zu verhindern.
Wenn das genannte Drehtrommelbearbeitungsver- fahren zur Bearbeitung sehr kleiner Werkstücke ange wandt wird, werden diese wegen ihres leichten Gewichts nur einem sehr niedrigen Stossdruck bzw. einer Stossbe anspruchung ausgesetzt, die von ihrer Berührung mit den verwendeten Schleifmitteln herrührt, und werden daher kaum bearbeitet. Beispielsweise betrug der Ab rieb von der Oberfläche der Werkstücke lediglich einige Mikron, wenn solche Werkstücke in einer Rotations trommel mehrere Stunden lang bearbeitet wurden.
Wenn der Abrieb von der Oberfläche des Werkstücks vergrössert werden soll, kann die Drehzahl der Trom mel erhöht werden: Anderseits kann auch die Be arbeitungszeit erhöht werden. Wie jedoch bekannt ist, ist die obere Grenze der Drehzahl N _einer Trommel praktisch durch die Formel N = 321-[/d bestimmt, wo bei d der Durchmesser der Trommel von kreisförmigem Querschnitt in Metern ist.
Wenn die Trommel mit einer Drehzahl rotiert, die diese obere Grenze über steigt, wird die Masse in der Rotationstrommel zu weit entlang der Innenfläche. der Trommel aufwärts bewegt, bis sie in diesem Augenblick nahe dem ober sten Teil des Trommelinneren herunterfällt. Auf diese Weise können die einen Teil der Masse bildenden Werkstücke beim Niederfallen deformiert werden, wo durch eine glatte Bearbeitung unmöglich gemacht wird.
Wenn die Drehzahl N der Trommel eine durch die For mel N = 4211/d bestimmte Grösse übersteigt, bewirkt die Zentrifugalwirkung auf Grund der Rotation der Trommel, dass die Masse, wie in Fig. 2 ersichtlich, an der gesamten Innenfläche der Drehtrommel anhaftet, wodurch die Fliessbewegung der Masse verlorengeht, mit dem Ergebnis, dass der Bearbeitungsvorgang über haupt nicht ausgeführt wird.
Ferner war es bereits bekannt, Werkstücke in einer Vibrationstrommel zu bearbeiten. In diesem Fall ist es erforderlich, die Vibrationsfrequenz mit der Vibra- tionsamplitude in wechselseitige Beziehung zu setzen, so dass sie umgekehrt proportional zueinander sind. Im allgemeinen soll die maximale Vibrationsamplitude vermindert werden, wenn die Frequenz erhöht wird.
Es ist bekannt, dass die Trommel mit einer Frequenz zwischen etwa 1500-1800 Perioden pro Minute für die maximale Amplitude von 8 mm, und zwischen 3000-3600 Perioden pro Minute für die maximale Amplitude von 1 mm vibriert wird, was die untere Grenze für die praktischen Anwendungszwecke darstellt. Wenn die Trommel ausserhalb des genannten Bereichs vibriert wird, findet keine Bearbeitung statt. Es wurde festgestellt, dass es keinen grossen Einfluss sowohl auf den Abstand, über welchen eine Masse in der Trommel fliessen kann, als auch auf deren Fliessrate hat, ob die Trommel innerhalb eines der genannten praktischen Arbeitsbereiche rotiert oder vibriert wird.
Diejenigen Bearbeitungsverfahren, die rotierende oder vibrierende Trommeln verwenden, beruhen auf einer intermittierenden Reibungsbewegung zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel, welche zusammen eine Gleitschicht der Masse in der Trommel bilden, wobei die zwischen diesen erzeugte Stosskraft bewirkt, dass die Bewegung eine Sturz- und Kontaktbewegung der Masse ist und intermittierend innerhalb der Gleit- schicht erfolgt.
Es ist somit offensichtlich, dass bei derartigen Verfahren mindestens 90 % der Bearbei tungswirkung verlorengehen, im Vergleich zum Ver fahren, bei dem zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel eine kontinuierliche Reibungsbewegung be wirkt wird, mit dem sich die Erfindung befasst. Ausser dem stellt die zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel wirkende Stosskraft, die sich aus ihrem Gewicht ergibt, einen Druck dar, unter dem diese an einanderstossen, wenn sie in der Gleitschicht abwärts gleiten, wie anhand von Fig. 1 beschrieben. Aus diesem Grund ist die zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel wirkende Stosskraft während ihrer Berüh rung sehr klein, was eine Abnahme der Bearbeitungs kraft zur Folge hat.
Dies zeigt, dass äusserst kleine Werkstücke grundsätzlich nicht in einer Drehtrommel bearbeitet werden können. Dasselbe gilt auch für die Vibrationstrommel.
Da die zu bearbeitenden Werkstücke von ver schiedenster Art sind, sind die Betriebsbedingungen zu ihrer Bearbeitung kritisch. Mit anderen Worten, diese Bedingungen mussten bisher gemäss der spezifischen Schwerkraft, der Form, der Ausmasse und des Materials des Werkstücks sowie gemäss dem Bearbeitungsgrad, wie Vorschleifen bzw. Schleifen, Abrunden, Polieren bzw. Brünieren, gewählt werden. Daher war es für jede einzelne Art von Werkstücken notwendig, Material, Form und Ausmasse der Schleifmittel, das Verhältnis von Werkstücken, Schleifmitteln, Wasser und einem Schmier- bzw. Aktivierungsmittel zueinander, die Menge der in die Trommel eingebrachten Masse, die von den Ausmassen und der Form der Werkstücke ab hängende Drehzahl der Trommel usw. zu bestimmen.
Folglich musste daher eine Reihe von Versuchen durch geführt werden, damit die kritischen Betriebsbedingun gen zum Zweck einer zufriedenstellenden Bearbeitung der jeweiligen Werkstücke bestimmt werden konnten.
Man hat dabei festgestellt, dass die Anwendung der Zentrifugalwirkung, die sich bisher auf Drehtrom- melbearbeitungsverfahren nachteilig auswirkte, eine Zu nahme der Bearbeitungsgeschwindigkeit und folglich der Wirksamkeit des Bearbeitungsvorgangs zur Folge hat.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass die mit Werkstücken und Schleifmitteln beschickten Trommeln eine planetarische Kreiselbewegung um die Achse einer Welle ausführen, welche von den Trommeln in Ab stand und parallel zu den Längsachsen aller Trommeln angebracht ist, wobei die Rotation mit einer Drehzahl ausgeführt wird, welche die bisherige obere Grenze der Drehzahl zur Vermeidung einer übermässigen Zentri- fugalwirkung, wie anhand von Fig. 2 beschrieben, über schreitet. Auf diese Weise kann die Erfindung eine Zentrifugalkraft ausnützen, welche das mehrhundert fache der Zentrifugalkraft beträgt, die der oberen Grenze der Drehzahl der Trommel entspricht.
In Fig. 3 der Zeichnung ist das Prinzip der Er findung dargestellt. Mehrere Paare, in diesem Fall zwei Paare von Trommeln von gleichseitigem, poly- gonem Querschnitt B1, B2, B3 und B4, in diesem Fall von gleichseitigem, sechseckigem Querschnitt sind so angebracht, dass ihre entsprechenden Längsachsen im wesentlichen im gleichen Winkelabstand zueinander auf einer kreisförmigen zylindrischen Fläche liegen, welche durch den Kreis K mit dem Mittelpunkt Z dargestellt ist. Mit anderen Worten, die Trommeln sind im symmetrischen Rotationsverhältnis angeordnet.
Sämtliche Trommeln können mittels eines später be schriebenen Antriebes mit hoher Drehzahl eine plane- tarische Kreiselbewegung um eine Achse ausführen, welche durch den Mittelpunkt Z und parallel zu den entsprechenden Längsachsen der Trommeln verläuft. Bei der gezeigten Anordnung stellt jede Ecke oder Scheitellinie jeder Trommel einen geometrischen Ort von runder Form, z. B. den Ort L dar, der die oberste Ecke der Trommel B 1 darstellt, während die Trommeln immer in ihrer festen Lagerung bzw. Ortsbestimmung gehalten werden.
Die Trommeln sollen mit einer Ge schwindigkeit angetrieben werden, welche 180 Kreise lungen pro Minute übersteigt und vorzugsweise bei 200 Kreiselungen pro Minute liegt. Allgemein sollen die Trommeln auf vorteilhafte Weise mit einer Dreh zahl von 165/1/D Kreiselungen pro Minute angetrieben werden, wobei D der Durchmesser des Kreises K bzw. L in Fig. 3 ist.
Man erkennt, dass während einer solchen Kreisel bewegung der Trommeln jede der aus Werkstücken, Schleifmitteln, Wasser und dergleichen zusammenge setzten Massen Cl, C2, C3 und C4, die in die ent sprechenden Trommeln B1, B2, B3 bzw. B4 einge bracht sind, auf dem Abschnitt der Innenwandung der entsprechenden Trommel, der ausserhalb des geometri schen Ortes, wie dem geometrischen Ort K liegt, durch die Wirkung der auf sie ausgeübten starken Zentri fugalkraft angehäuft wird, und dass die so angehäufte Masse hinsichtlich der zugehörigen Trommel verlagert wird, während diese um die Drehachse Z in Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeiles r gedreht wird.
Beispielsweise fliesst, während die Trommel in der höch sten Stellung, dargestellt durch die Trommel B1, nach einander durch ihre durch die Trommeln B2, B3 bzw. B4 dargestellten Stellungen rotiert, die in Fig. 3 dar gestellte, in der oberen Hälfte angehäufte erstgenannte Masse nach und nach in den Abschnitt, der durch die Massen C2, C3 bzw. C4 dargestellt ist.
Wie durch den in Fig. 3 in jeder Trommel mit s bezeichneten Pfeil dargestellt ist, wird die relative Ver lagerung der Masse so bewirkt, dass die Brechung der Masse mit dem freien Oberflächenteil, das den leeren Teil der Trommel berührt, beginnt und sich progressiv in das Innere der Masse fortsetzt, wobei diese sanft gleitet und in ihre nächste Stellung verlagert wird.
In den Fig. 4 und 5 der Zeichnung ist beispiels weise die Art dargestellt, wie die Masse C2 in der Trommel B2 fliesst und in ihre Stellung verlagert wird, die durch die Masse C3 in der Trommel B3 dar gestellt ist. Um die freie Oberfläche S1-S1' der Masse C2 in die neue freie Oberfläche S2-S2' zu verlagern, wird eine durch die Linien S 1-S 1' und S2--S 1" be stimmte Schichtzone, welche die oberste Schicht der Masse bildet, als eine Gleitschicht bewegt, um eine andere Gleitschicht S2-S2'-S1'-S2" zu bilden,
welche anschliessend in die nächste Stellung der Gleitschicht bewegt wird. Genauer gesagt, wird wie in Fig. 5 gezeigt, die freie Oberfläche S1-S1' der Masse C2 in eine Linie S5-55' über Linien S2-52', S3-S3' und S4-54' verlagert, während sie in Richtung des Pfeiles s gleitet. Somit neigt die Masse C2 dazu, an dem Teil des Trommelinneren während einer Vierteldrehung der Trommel angehäuft zu werden, der durch die Masse C3 dargestellt ist, mit dem Ergebnis, dass sämtliche Teile der Masse gleichmässig verlagert sind.
Die Versuche ergaben, dass die Dicke der auf diese Weise sanft fliessenden Gleitschicht bzw. der Ab stand 1 zwischen den Linien S1-S1' und S2-S1" (siehe Fig. 4) etwa einem Achtel des Durchmessers d des dem polygonen Querschnitt der Trommel einbe schriebenen Kreises entspricht. Daher soll, wie beim Drehtrommelverfahren, zur Erzielung zufriedenstellen der Ergebnisse die Grösse der Werkstücke oder Schleif mittel weniger als 1 betragen.
Wenn eine Masse aus Werkstücken und Schleifmitteln besteht, die grösser als 1 sind, können diese aus der Gleitschicht heraus geschleudert werden, und gegen die Innenwandung der Trommel stossen. Daher sollte kein Werkstück oder Schleifmittel verwendet werden, dessen Grösse 1 über steigt. Jedoch wurde jedes Werkstück in Form einer Folie oder eines Drahtes zufried'enstellend gemäss der Erfindung bearbeitet, vorausgesetzt, dass dessen maxi male Länge etwa zwei- bis fünfmal der Tiefe 1 der Gleitschicht entspricht.
Man hat ebenfalls festgestellt, dass eine Masse aus Werkstücken und kugeligen Schleif mitteln von geringerer Grösse als 1 und sogar mit einer Grösse von 0,01 mm oder darunter sanft in der genannten Gleitschicht durch die Wirkung der hohen Zentrifugalkraft fliessen kann, ohne dass sie an die Innenwandung der Trommel anhaftet, wodurch ein Be arbeitungsvorgang von hoher Wirksamkeit ausführ bar ist.
Unter diesen Umständen wird die Masse durch die hohe Zentrifugalwirkung immer gegen die Aussenseite des geometrischen Ortes, beispielsweise des Ortes K, gezogen und dort ohne intermittierende Berührung und ohne ein Aneinanderstossen der Werkstücke mit den Schleifmitteln angehäuft. Gleichzeitig fliesst nur die Gleitschicht, welche die freie Oberflächenschichtzone der Masse bildet, in Richtung des in Fig. 3 darge stellten Pfeiles s.
Auf diese Weise bewirken die Werk stücke und Schleifmittel in der Gleitschicht eine völlig kontinuierliche Reibungsbewegung, sie sind jedoch keineswegs voneinander getrennt. Es ist zu bemerken, dass während dieser Fliessbewegung der grössere Teil des Teiles der Masse, welcher in einem anderen Be reich, als in. der Gleitschicht angehäuft ist, und ins besondere der Teil der Masse, welcher die Innen wandung der Trommel berührt, überhaupt nicht be züglich der Trommel bewegt wird, sondern zusammen mit dieser rotiert. Daher wird die Innenwandung der Trommel nicht beschädigt.
Ferner wird jeder Teil der Masse, der bezüglich der Drehtrommel nicht bewegt wird, allmählich in seine Stellung bezüglich der Trom mel dadurch verändert, dass die Gleitschicht der Masse nacheinander auf die beschriebene Weise verlagert wird, bis sie das Innere der Gleitschicht erreicht.
Zu diesem Zeitpunkt fliesst der Teil der Masse, der das Innere der Gleitschicht erreicht hat, das erste Mal in der Schicht ohne Sturzbewegung. Somit werden sämtliche Werkstücke in der Masse auf Grund ihrer Fliess bewegung in der Gleitschicht wiederholt dem Bearbei tungsvorgang ausgesetzt und nach Ablauf einer be stimmten Betriebsdauer werden sie homogen und gleich mässig bearbeitet sein.
Erfindungsgemäss wird, ebenso wie bei der her- kömmlichen Art von Drehtrommelbearbeitungsverfah- ren, die Masse vorzugsweise in einer Menge in die Trommel eingebracht, die etwa zu 50-60 % dem Vo lumen der Trommel entspricht, und die Werkstücke sollen mit den Schleifmitteln derart gemischt werden, dass auf jeden Anteil der Werkstücke ein bis zwei Anteile an Schleifmitteln kommen. Dieses Mischungs verhältnis ist höher als das bei den herkömmlichen Bearbeitungsverfahren verwendete.
Ferner ergaben die Versuche, dass während einer vollen Kreiselbewegung der Trommel erfindungsgemäss die Gleitschicht der Masse über eine Strecke bzw. in einer Menge fliesst, die der Entfernung bzw. Menge entspricht, mit der die Gleitschicht der Masse in einer Drehtrommel gleicher Grösse während einer vollen Drehung der selben während der Sturzbewegung fliesst.
Bei jedem der Drehtrommelbearbeitungsverfahren kann tatsächlich die maximale Drehzahl der Trommel, welche 2511/d UpM nicht übersteigt, verwendet werden, wobei d der bereits definierte Wert ist, während die vorliegende Trommel normalerweise mit 16511/D Kreise lungen pro Minute kreiseln kann, wobei D der Durch messer des in Fig. 3 gezeigten Kreises K ist.
An genommen, dass die Trommeln in beiden Fällen die selbe Grösse haben, weist der geometrische Ort jeder Trommel, beispielsweise der Ort K für die Trommel B1 (siehe Fig. 3), immer einen Durchschnittsradius auf, der vom Standpunkt der Konstruktion etwa dem 3,3-fachen Rotationsradius zum Rotieren der Trommel entspricht. Dies hat einen grossen Kreiselradius, auf dem die Trommel kreiseln kann, zur Folge.
Somit erkennt man, dass der zwischen Werkstücken und Schleifmitteln auftretende Stossdruck während deren Fliessbewegung durch die hohe Zentrifugalwirkung er höht wird, wodurch der Bearbeitungsvorgang, beispiels weise ein starkes Abrunden oder ein Poliervorgang, wesentlich verbessert wird. Tatsächlich ist der Stoss druck, unter dem die Werkstücke eine beständige Reibungsbewegung bezüglich der Schleifmittel mit hohen Drehzahlen ausführen, etwa das mehrhundertfache des Stossdrucks, unter dem die Werkstücke durch die Wir kung ihrer Gewichte die Schleifmittel in der Trommel intermittierend berühren.
Zusätzlich kann die erfin dungsgemässe Trommel mit einer beliebig hohen Dreh zahl kreiseln, vorausgesetzt, dass die dazu verwendete Vorrichtung eine ausreichende Festigkeit hat, um einer derart hohen Kreiseldrehzahl standzuhalten.
In den Fig. 6, 7 und 8 der Zeichnung ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens verwendbar ist. Die ge zeigte Vorrichtung enthält das starre Gehäuse 10, wel ches aus dem unteren dickwandigen Teil 12 mit quadra tischem Querschnitt, einem oberen, mit der kuppel- förmigen Abdeckung 14 verschlossenen Teil, sowie aus der dicken waagrechten Trennwand 16 besteht, welche das Gehäuseinnere in einen unteren und einen oberen Abschnitt unterteilt.
Die kuppelförmige Abdeckung 14 ist an ihrem Oberteil mit einem Griff 18 versehen, welcher dazu dient, die in der Zeichnung nicht ge zeigte und Teil der Abdeckung bildende Tür zu öffnen und zu schliessen. Wenn die Tür geöffnet ist, sind die im folgenden beschriebenen Bestandteil zugäng lich. Innerhalb des oberen Teils des Gehäuses sind senkrecht zwei Drehscheiben 20 einander gegenüber liegend angeordnet, zwischen welchen mehrere Trommel käfige 22 auf einem zu den Scheiben konzentrischen Kreis mit im wesentlichen gleichen Winkelabständen drehbar angeordnet sind.
Die Vorrichtung ist mit vier Trommelkäfigen 22-1, 22-2, 22-3 und 22-4 gezeigt, welche voneinander um einen Winkelabstand von 90 entfernt sind, es kann jedoch, falls erwünscht, auch eine grössere oder kleinere Anzahl von Trommelkäfigen verwendet werden. Jeder Trommelkäfig 22r1, 22-2, 22-3 bzw. 22-4 ist an beiden Enden mit zwei Drehzapfen 24-1, 24-2, 24-3 bzw. 24-4 versehen, die in den zu- gehörigen senkrechten Scheiben 20 drehbar gelagert sind, und enthält eine Trommel B1, B2, B3 bzw. B4 von gleichseitigem, polygonalem Querschnitt, welche in dem Trommelkäfig zur Rotierung mit diesen koaxial angeordnet ist.
Die zwei Drehscheiben 20 sind auf einer horizontalen Welle 26 befestigt, die an ihren beiden Enden durch zwei Lager 28 drehbar gehalten wird, welche wiederum starr auf der horizontalen Trenn wand 16 befestigt sind. An einem Ende, z. B. dem linken Ende, der horizontalen Welle 26 ist, wie aus Fig. 6 ersichtlich, eine mit mehreren Nuten versehene Riemenscheibe 30 angebracht, welche wiederum über mehrere endlose Riemen 32 mit der mit mehreren Nuten versehenen Riemenscheibe 30 gekuppelt ist. Die Riemenscheibe 30 ist starr auf der Antriebswelle des elektrischen Motors 36 befestigt, welcher starr am Boden des unteren Teils 12 des Gehäuses 10 ange bracht ist.
Damit die Trommel B1, B2, B3 und B4 um die Achse der horizontalen Welle 26 kreiseln können, kann jeweils einer der Drehzapfen 24 eines jeden Trommelkäfigs 22 ein Zahnrad 38 aufweisen, das an dem Ende angebracht ist, welches über die entspre chende Drehscheibe 20 in diesem Fall über die rechte Scheibe, hervorragt. Anschliessend wird das Zahnrad wirksam über entsprechende endlose Ketten 40 mit jeweils einem anderen der vielen, die Zahnradanord nung 42 bildenden Zahnräder gekuppelt. Die Zahnrad anordnung 42 ist lose auf der Antriebswelle 26 auf gepasst und von dem Grundblock 44 gehalten, der wiederum starr auf der horizontalen Trennwand 16 befestigt ist.
Man kann feststellen, dass die Zahnräder 38 für die Trommeln bezüglich ihrer Anzahl und ihres Durchmessers den zentralen Zahnrädern 42 entspre chen. Um die Ketten 40 in ihrem gespannten Zu stand zu halten, ist das Spannzahnrad 46 auf der Drehscheibe 20 an einem geeigneten Punkt drehbar angebracht, um in die Kette 40 einzugreifen. Man erkennt, dass die zentrale Zahnradanordnung 42 starr am Grundblock 44 auf der horizontalen Trennwand befestigt ist und unabhängig von der Rotationsbewe gung der Welle 26 auf diese lose aufgepasst ist.
Die bisher beschriebene Anordnung wird folgender massen angetrieben: Die Erregung des Motors 36 be wirkt die Rotationsbewegung der Drehscheiben 20 in einer Richtung, z. B. in Richtung des in Fig. 8 dar gestellten Pfeiles r über die Komponenten 34, 32, 30 und 26. Da, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Dreh scheiben 20 um die Achse der Antriebswelle 26 im Uhrzeigersinn rotiert werden, werden die Käfige 22 und folglich die Trommeln B bezüglich der Scheiben auf Grund der endlosen Ketten 40, welche die stationären zentralen Zahnräder 42 mit dem zugehörigen Zahn rad 38 verbinden, entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. in der Richtung rotiert, die der Richtung entgegen gesetzt liegt, in welcher die Scheiben rotiert werden.
Da die Zahnräder 38 und die zentralen Zahnräder 42, wie bereits ausgeführt, einen gleichen Durchmesser auf weisen, führen die Käfige und die Trommeln eine volle Rotationsbewegung zu den Tragscheiben 20 während einer vollen Rotationsbewegung der letzteren aus. Es wird somit offensichtlich, dass die Trommel eine Kreisel bewegung um die Achse der Antriebswelle 26 aus führen kann. Mit anderen Worten, jede Trommel wird während der Kreiselbewegung in fester Lage gehalten.
Nachdem die Füllung aus Werkstücken und Schleif mitteln, deren Mischungsverhältnis und deren Menge bereits angegeben wurden, in jede der von den Trom melkäfigen entfernten Trommeln eingebracht ist, wer den die beschickten Trommeln wieder in ihren ent sprechenden Käfigen befestigt, wonach die Vorrichtung für den Bearbeitungsvorgang bereit ist.
Wie bereits ausgeführt, weisen die erfindungsge mäss verwendeten Trommeln einen gleichseitigen, poly gonalen Querschnitt aus einem später ersichtlichen Grund auf, und man hat festgestellt, dass ein sechs eckiger Querschnitt für eine kleinere Trommel geeignet ist, deren zwei gegenüberliegende Seiten ihres poly gonalen Querschnitts durch eine lichte Weite von weni ger als 200 mm voneinander getrennt sind, während ein achteckiger Querschnitt für eine grössere Trommel geeignet ist, deren lichte Weite mehr als 200 mm zwischen den zwei gegenüberliegenden Seiten des poly gonalen Querschnitts beträgt, und man erhielt so zu friedenstellende Ergebnisse.
Selbstverständlich ist mit Querschnitt der Innenquerschnitt der Trommel ge meint. Deshalb kann, wenn gewünscht, vorteilhafter weise eine Trommel verwendet werden, die eine be liebige äussere Form, beispielsweise eine kreisförmige zylindrische Oberfläche, aufweist, so lang ihr Innen querschnitt ein gleichseitiges Polygon ist.
Um die dynamische Unwucht der beschriebenen Vorrichtung zu verringern, können vorzugsweise min destens zwei Trommelkäfige auf den Drehscheiben mit im wesentlichen gleichen Winkelabständen im syme- trischen Rotationsverhältnis angebracht sein, wobei die Drehzapfen für die Käfige auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt auf der Achse der Haupt welle 26 liegt. Ausserdem versteht sich, dass die Fül lung in möglichst gleichen Mengen in die entsprechen den Trommeln eingebracht werden soll.
Beispielsweise wurde die in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellte Vorrichtung verwendet, um Lagernadeln von einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Länge von 1,7 mm mit Schleifmitteln oberflächenzubehandeln, welche zu Kugeln vorgeformt wurden und einen Durch messer von 15 mm aufwiesen. Die Ergebnisse werden in Fig. 9 veranschaulicht, wobei die Abszisse die Be handlungszeit in Stunden und die Ordinate die ab polierte Stärke in Tausendstel Millimeter darstellt. Die Kurve a veranschaulicht die mit der Erfindung er zielten Ergebnisse, die Kurven b und c ergaben sich bei der Verwendung der Vibrations- bzw. Rotations trommeln.
Aus den in Fig. 9 dargestellten Kurven ist ersichtlich, dass durch die Erfindung die Bearbei tungswirksamkeit gegenüber den herkömmlichen Vibra- tions- und Drehtrommelverfahren um mehr als das zehnfache verbessert wird. Je kleiner das Werkstück, umso höher wird dieser Faktor und tatsächlich kann dieser Faktor etwa das tausendfache betragen.
Ausser der grossen Zunahme an Bearbeitungsge schwindigkeit liegt der Vorteil der Erfindung darin, dass sehr kleine Teilchen, wie Blendensektoren für Photoapparate, die 0,04 mm stark sind, und Sekunden zeiger für Armbanduhren, zufriedenstellend ohne die Bildung von Formveränderungen in den Teilchen be arbeitet werden können, da der Reibungsbearbeitungs- vorgang ohne Sturzbewegung erfolgt.
Bei der Erfindung ist auch noch bemerkenswert, dass die Erfordernisse zur Auswahl der verwendeten Art von Schleifmitteln weitgehend erleichtert sind. Mit anderen Worten, sämtliche mit starkem Abschleifen und Polieren zusammenhängenden Bearbeitungsvor gänge erfordern lediglich die Verwendung von kuge- ligen, gebundenen Steinsplittern oder fast kugeligen Körnern für das Schleifmittel zu dem Zweck, dass keine Sturzbewegung bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens bewirkt wird.
Es ist bekannt, dass die kuge ligen Steinehen oder fast kugeligen Körner äusserst geeignet für Fliessbewegungen bei höheren Drehzahlen sind. In scharfem Gegensatz zu vorliegenden Erfin dung wurden bei den herkömmlichen Arten des Dreh- bzw. Vibrationstrommelverfahrens hauptsächlich Schleif mittel verwendet, die zum Zweck der Abbremsung der Sturzbewegung einer vorher beschriebenen Gleitschicht dreieckig oder rhombisch vorgeformt waren, um da durch eine Verminderung oder ,einen Verlust von Stoss- und Bearbeitungskraft zu verhindern.
Man hat festgestellt, dass die Verwendung von dreieckigen oder rhombischen Schleifmitteln bei der Anwendung der Er findung eine starke Abnahme der Betriebsleistung zur Folge hat, und zwar wegen des Widerstands der Schleif mittel und der zu bearbeitenden Werkstücke gegen eine Fliessbewegung und also wegen der Schwierigkeit, eine sanfte Fliessbewegung zu erzielen.
Daraus ergibt sich, dass, da die in der Erfindung verwendeten Stein- chen oder Schleifmittel kugelförmig oder nahezu kugel förmig sein sollen, die Auswahl der Schleifmittel ledig lich durch die Wahl des Materials und dessen Grösse gemäss der entsprechenden Anwendung erfolgt.
Abschliessend ist noch zu beschreiben, dass, wenn Anlagen mit zylindrischem Querschnitt um eine, wie in Fig. 3 dargestellte Achse Z kreiseln würden, wobei diese in den fest eingebauten Lagern gehalten ist, die beschriebenen Ergebnisse der Erfindung niemals zu erzielen wären. Genauer gesagt, neigt die freie Ober flächenschicht der in eine solche Anlage eingebrachten Masse dazu, in derselben Richtung zu gleiten, in der die Anlage kreiselt, wenn diese auf die gleiche Weise wie in der Erfindung in eine Kreiselbewegung versetzt wird.
Bevor jedoch nur eine kleine Menge davon in einer solchen Richtung geglitten ist, wird der grösste Teil der Masse an der inneren, zylindrischen Ober fläche der Anlage in der Kreiselrichtung abrutschen, wobei die Masse in einer halbkreisförmigen, zylindri schen Form gehalten wird,
in der sie anfänglich beim Einbringen in die Anlage angehäuft wurde. Die Wieder holung dieser Rutschbewegung der Masse verursacht wiederholte Reibung zwischen der Innenfläche der An lage und dem anliegenden Teil der Masse, wodurch sowohl eine Beschädigung der Innenfläche und eine Wärmeentwicklung an dieser, als auch ein Verkratzen der zu bearbeitenden Werkstücke verursacht wird. Die Werkstücke können daher nicht zufriedenstellend ober flächenbearbeitet werden..
Method and device for the surface treatment of small workpieces The present invention relates to a method for the surface treatment of small workpieces using elongated drums with an equilateral, polygonal internal cross-section, which are practically half filled with a mixture of the workpieces and an abrasive, and a device for carrying out this Procedure.
So far, numerous attempts have been made to work on the surface of workpieces made of metal or ceramic. For example, the rotary drum method is typical of machining processes in drums, which have long been known and are actually used in various fields of machining technology.
According to the rotary drum machining process, a mixture of workpieces to be machined and abrasives, to which a suitable lubricant or a suitable surface activating agent can be added, carries out a camber movement in a drum rotating at a relatively low speed around its central longitudinal axis Workpieces come into contact with one another with the abrasive and rub against one another, so that the workpiece surface is processed.
This method necessarily requires a lot of time until the machining process is finished, and it is not possible to machine very small work pieces because a mixture of work pieces and abrasives is circulated because of their weight alone.
It is also well known that using any cylindrical crucible or grist mill workpieces cannot be subjected to a surface treatment. If such a mill is used for processing the workpieces, these slide together with the mixed suitable abrasives normally along the inner surface of the arrangement as a uniform mass, which results in a largely uneven grinding of the workpieces. On the other hand, a mass consisting of workpieces and abrasives mixed in with them can inevitably cause an impermissible sliding movement on the inner surface of the container, which would result in the workpieces being rubbed and ground.
It is the aim of the present inventions to remedy the disadvantages and deficiencies of the previous machining technology.
The method according to the invention is characterized in that the grains and the workpieces in the drums are brought into friction with one another in only one surface layer of the mixture, by successively different parts of the mixture in this surface layer and correspondingly other parts of the mixture from the surface layer in the remaining mixture can be brought, the exposed surface of the mixture remains practically flat, for which purpose drums, the inner cross-section of which is an equilateral polygon, are rotated around an axis parallel to and at a distance from their longitudinal axes at such a speed that the zen The trifugal force of the mixture in the drums outweighs the force of gravity, and the drums perform a planetary gyroscopic motion with respect to the axis.
The device according to the invention for implementing this method is characterized by at least two drums, the inner cross-section of which is an equilateral polygon and which are rotatably mounted in two end-face disks rotatable about a central axis parallel to the drum axes, and by a Drive device to drive these two disks and the drums mounted therein, so that the latter perform a planetary gyroscopic movement around the axis.
The invention will now be explained in more detail with the aid of the figures using a few exemplary embodiments. Fig. 1 shows schematically in section the way in which the mass introduced into the drum of the previous type of a rotary drum processing system during its fall movement in the rotating drum partially flows. Fig. 2 shows schematically a cross section through the drum shown in Fig. 1, the filling being due to the centrifugal effect on the inner surface. The centrifugal effect arises from the fact that the drum rotates at high speed, namely above the critical speed.
Fig. 3 is a schematic representation for he clarification of the principle of the invention and shows in section the way in which the brought into each of the drums with an equilateral, polygonal cross-section mass is accumulated, the drums rotating at high speed and in the direction that the free surface layer of the mass flows in the drum.
4 and 5 are schematic representations in section and illustrate in more detail how the mass introduced into the drum, shown in FIG. 3, flows in the drum, which is spinning at high speed.
Figure 6 shows schematically an elevation of the device constructed in accordance with the teachings of the invention.
FIG. 7 schematically shows a side view of the device shown in FIG. 6.
8 is a schematic plan view of a system for achieving the gyratory motion of the plurality of drums shown in FIGS. 6 and 7.
Fig. 9 is a diagram for explaining the results of the invention.
In the various figures, the same reference numbers designate the same parts.
To make the invention easier to understand, the previous type of drum machining method is described below.
So far, numerous drum processing methods and devices for treating a large number of workpieces made of metal and ceramics were known. However, they all have advantages and disadvantages and are currently at a stage that makes a far-reaching improvement appear desirable.
For example, the rotary drum machining method, which is typical of known types of drum machining and has been used extensively for a long time, consists in adding a filling consisting of workpieces to be machined, suitable abrasives, water and, if desired, a lubricant or a surface activating agent in the correct ratio Bring drum and slowly rotate this with the mass around its central longitudinal axis, the drum being held in its horizontal position.
Under these circumstances, the mass in the drum tends to increase in the direction in which the drum rotates. Fig. 1 illustrates this inclination of the mass. The drum B rotates with a suitable amount of the filling compound C described above around its horizontally arranged longitudinal axis in the direction of the arrow r. It can be seen that the upper or free surface layer S of the mass C is moved upwards in the direction of rotation r.
Because of its weight, the free surface layer S tends to slide along the inclined surface in direction s opposite to the direction of rotation, as a result of which it flows and executes a falling movement. Within the free surface layer S flowing in this way, which is referred to below as the sliding layer, the workpieces and the abrasive collide with one another, and they are then rubbed against one another and processed. What water has the function of preventing a violent collision between the constituents of the mass and also an impact of the mass against the inner wall of the drum.
If the above-mentioned rotary drum machining method is used to machine very small workpieces, because of their light weight they are only exposed to a very low impact pressure or impact, which results from their contact with the abrasives used, and are therefore hardly processed. For example, the abrasion from the surface of the workpieces was only a few microns when such workpieces were machined in a rotary drum for several hours.
If the abrasion from the surface of the workpiece is to be increased, the speed of the drum can be increased: On the other hand, the processing time can also be increased. However, as is known, the upper limit of the speed N _ of a drum is practically determined by the formula N = 321 - [/ d, where at d the diameter of the drum of circular cross-section in meters.
If the drum rotates at a speed that exceeds this upper limit, the mass in the rotating drum will be too far along the inner surface. the drum moves upwards until it falls down near the uppermost part of the drum interior at this moment. In this way, the workpieces forming part of the mass can be deformed when falling, which is made impossible by a smooth machining.
If the speed N of the drum exceeds a value determined by the formula N = 4211 / d, the centrifugal effect due to the rotation of the drum causes the mass, as can be seen in FIG. 2, to adhere to the entire inner surface of the rotating drum, whereby the flow of the mass is lost, with the result that the machining process is not carried out at all.
Furthermore, it was already known to machine workpieces in a vibrating drum. In this case, it is necessary to correlate the vibration frequency with the vibration amplitude so that they are inversely proportional to each other. In general, the maximum vibration amplitude should be reduced as the frequency is increased.
It is known that the drum is vibrated at a frequency between about 1500-1800 periods per minute for the maximum amplitude of 8 mm, and between 3000-3600 periods per minute for the maximum amplitude of 1 mm, which is the lower limit for the represents practical applications. If the drum is vibrated outside the stated range, no processing takes place. It was found that whether the drum is rotated or vibrated within one of the practical working ranges mentioned has no great influence on the distance over which a mass can flow in the drum, nor on its flow rate.
Those machining processes that use rotating or vibrating drums are based on an intermittent frictional movement between the workpieces and the abrasive, which together form a sliding layer of the mass in the drum, the impact force generated between them causing the movement to cause a falling and contact movement of the Is mass and takes place intermittently within the sliding layer.
It is thus evident that at least 90% of the machining effect is lost in such methods compared to the method in which a continuous frictional movement is effected between the workpieces and the abrasive, with which the invention is concerned. In addition, the impact force acting between the workpieces and the abrasive, which results from their weight, represents a pressure under which they collide when they slide downward in the sliding layer, as described with reference to FIG. For this reason, the impact force acting between the workpieces and the abrasive is very small during their touch, which results in a decrease in the machining force.
This shows that extremely small workpieces cannot be processed in a rotary drum. The same also applies to the vibrating drum.
Since the workpieces to be machined are of various types, the operating conditions for their machining are critical. In other words, these conditions previously had to be selected according to the specific gravity, the shape, the dimensions and the material of the workpiece as well as the degree of processing, such as pre-grinding or grinding, rounding, polishing or burnishing. It was therefore necessary for each individual type of work piece, the material, shape and dimensions of the abrasives, the ratio of work pieces, abrasives, water and a lubricant or activation agent to each other, the amount of mass introduced into the drum, which depends on the dimensions and the shape of the workpieces depending on the speed of the drum, etc. to determine.
Consequently, a series of tests had to be carried out so that the critical operating conditions could be determined for the purpose of satisfactory machining of the respective workpieces.
It has been found that the use of the centrifugal effect, which previously had a disadvantageous effect on rotary drum machining processes, results in an increase in machining speed and consequently in the effectiveness of the machining process.
The invention is based on the fact that the drums charged with workpieces and abrasives perform a planetary gyroscopic movement around the axis of a shaft which stood in from the drums and is attached parallel to the longitudinal axes of all drums, the rotation being carried out at one speed , which the previous upper limit of the speed to avoid an excessive centrifugal effect, as described with reference to FIG. 2, exceeds. In this way, the invention can utilize a centrifugal force which is several hundred times the centrifugal force corresponding to the upper limit of the rotational speed of the drum.
In Fig. 3 of the drawing, the principle of the invention is shown. Several pairs, in this case two pairs of drums of equilateral, polygonal cross-section B1, B2, B3 and B4, in this case of equilateral, hexagonal cross-section, are attached so that their respective longitudinal axes are essentially at the same angular distance from one another on a circular cylindrical surface, which is represented by the circle K with the center Z. In other words, the drums are arranged in a symmetrical rotation relationship.
All drums can, by means of a drive described later at high speed, execute a planetary gyroscopic movement about an axis which runs through the center point Z and parallel to the corresponding longitudinal axes of the drums. In the arrangement shown, each corner or apex of each drum represents a locus of circular shape, e.g. B. represents the location L, which represents the top corner of the drum B 1, while the drums are always held in their fixed storage or location.
The drums should be driven at a speed which exceeds 180 circles per minute and is preferably 200 rotations per minute. In general, the drums should be driven in an advantageous manner at a speed of 165/1 / D gyrations per minute, D being the diameter of the circle K or L in FIG.
It can be seen that during such a gyroscopic movement of the drums each of the masses Cl, C2, C3 and C4, which are composed of workpieces, abrasives, water and the like and which are brought into the corresponding drums B1, B2, B3 and B4, on the portion of the inner wall of the corresponding drum that lies outside the geometrical location, such as the geometrical location K, is accumulated by the action of the strong centrifugal force exerted on it, and that the mass thus accumulated is displaced with respect to the associated drum while this is rotated about the axis of rotation Z in the direction of the arrow r shown in FIG.
For example, while the drum in the highest position, represented by the drum B1, rotates one after the other through its positions represented by the drums B2, B3 and B4, the first-mentioned mass presented in FIG. 3, accumulated in the upper half, flows gradually into the section which is represented by the masses C2, C3 and C4.
As shown by the arrow labeled s in each drum in FIG. 3, the relative displacement of the mass is effected in such a way that the breaking of the mass begins with the free surface part that contacts the empty part of the drum and progresses inward continues inside the mass, sliding it gently and moving it to its next position.
In Figs. 4 and 5 of the drawings, the way the mass C2 flows in the drum B2 and is shifted into its position, which is provided by the mass C3 in the drum B3, is shown as an example. In order to shift the free surface S1-S1 'of the mass C2 into the new free surface S2-S2', a layer zone defined by the lines S 1-S 1 'and S2-S 1 ", which is the top layer of the Mass forms as a sliding layer moves to form another sliding layer S2-S2'-S1'-S2 ",
which is then moved to the next position of the sliding layer. More specifically, as shown in Fig. 5, the free surface S1-S1 'of the mass C2 is displaced in a line S5-55' through lines S2-52 ', S3-S3' and S4-54 'while moving in the direction of of the arrow s slides. Thus, mass C2 tends to accumulate on that part of the drum interior during a quarter turn of the drum represented by mass C3, with the result that all parts of the mass are uniformly displaced.
The tests showed that the thickness of the smoothly flowing sliding layer in this way or the Ab was 1 between the lines S1-S1 'and S2-S1 "(see FIG. 4) about one eighth of the diameter d of the polygonal cross-section of the drum Therefore, as in the case of the rotary drum method, the size of the workpieces or abrasives should be less than 1 in order to achieve satisfactory results.
If a mass consists of workpieces and abrasives that are larger than 1, they can be thrown out of the sliding layer and hit the inside wall of the drum. Therefore, no workpiece or abrasive should be used that is larger than 1 in size. However, each workpiece in the form of a foil or a wire was machined satisfactorily according to the invention, provided that its maximum length corresponds to about two to five times the depth 1 of the sliding layer.
It has also been found that a mass of workpieces and spherical abrasives smaller than 1 in size and even with a size of 0.01 mm or less can flow gently in the above-mentioned sliding layer due to the effect of the high centrifugal force, without it being affected Inner wall of the drum adheres, whereby a loading process of high effectiveness is executable.
Under these circumstances, the high centrifugal effect always pulls the mass against the outside of the geometric location, for example location K, and accumulates there without intermittent contact and without the workpieces colliding with the grinding means. At the same time, only the sliding layer, which forms the free surface layer zone of the mass, flows in the direction of the arrow s shown in FIG. 3 Darge.
In this way, the work pieces and abrasives in the sliding layer cause a completely continuous frictional movement, but they are by no means separated from each other. It should be noted that during this flow movement, the greater part of the part of the mass which is accumulated in a different area than in the sliding layer, and in particular the part of the mass which touches the inner wall of the drum, does not at all be moved with respect to the drum, but rotates together with this. Therefore, the inner wall of the drum is not damaged.
Furthermore, each part of the mass that is not moved with respect to the rotating drum is gradually changed in its position with respect to the drum in that the sliding layer of the mass is displaced successively in the manner described until it reaches the interior of the sliding layer.
At this point in time, the part of the mass that has reached the interior of the sliding layer flows for the first time in the layer without falling motion. Thus, all workpieces in the mass are repeatedly exposed to the machining process due to their flow movement in the sliding layer and after a certain period of operation they will be machined homogeneously and evenly.
According to the invention, as with the conventional type of rotary drum processing method, the mass is preferably introduced into the drum in an amount that corresponds to about 50-60% of the volume of the drum, and the workpieces are to be mixed with the abrasives in this way that for every part of the work piece there are one or two parts of abrasives. This mixing ratio is higher than that used in conventional machining processes.
The tests also showed that, according to the invention, the sliding layer of the mass flows over a distance or in an amount that corresponds to the distance or amount with which the sliding layer of the mass in a rotating drum of the same size during a full rotation during a full circular motion of the drum the same flows during the fall movement.
In any of the rotary drum machining processes, the maximum speed of the drum, which does not exceed 2511 / d rpm, can actually be used, where d is the value already defined, while the present drum can normally gyrate at 16511 / D circles per minute, where D is the Diameter of the circle K shown in Fig. 3 is.
Assuming that the drums are the same size in both cases, the geometrical location of each drum, for example location K for drum B1 (see FIG. 3), always has an average radius which, from the point of view of construction, is about 3, 3 times the radius of rotation for rotating the drum. This results in a large gyro radius on which the drum can spin.
Thus, it can be seen that the impact pressure occurring between workpieces and abrasives during their flow movement is increased by the high centrifugal effect, which significantly improves the machining process, for example a strong rounding or polishing process. In fact, the impact pressure under which the workpieces perform a constant frictional movement with respect to the abrasives at high speeds is about several hundred times the impact pressure under which the workpieces intermittently touch the abrasives in the drum due to the effect of their weights.
In addition, the drum according to the invention can rotate at any high speed, provided that the device used for this purpose has sufficient strength to withstand such a high speed of rotation.
6, 7 and 8 of the drawings show a device which can be used for carrying out the method according to the invention. The ge showed device contains the rigid housing 10, wel Ches of the lower thick-walled part 12 with a quadra table cross-section, an upper, closed with the dome-shaped cover 14 part, and the thick horizontal partition 16, which consists of the housing interior in one divided lower and an upper section.
The dome-shaped cover 14 is provided on its upper part with a handle 18, which serves to open and close the not ge in the drawing and part of the cover forming door. When the door is open, the components described below are accessible. Within the upper part of the housing, two rotating disks 20 are arranged vertically opposite one another, between which a plurality of drum cages 22 are rotatably arranged on a circle concentric to the disks at substantially the same angular intervals.
The apparatus is shown with four drum cages 22-1, 22-2, 22-3 and 22-4 spaced 90 degrees apart, but a greater or lesser number of drum cages can be used if desired . Each drum cage 22r1, 22-2, 22-3 or 22-4 is provided at both ends with two pivot pins 24-1, 24-2, 24-3 and 24-4, which are located in the associated vertical disks 20 are rotatably mounted, and contains a drum B1, B2, B3 or B4 of equilateral, polygonal cross-section, which is arranged in the drum cage for rotation therewith coaxially.
The two turntables 20 are mounted on a horizontal shaft 26 which is rotatably supported at both ends by two bearings 28 which in turn are rigidly mounted on the horizontal partition 16. At one end, e.g. 6, a multi-grooved pulley 30 is attached to the left end of the horizontal shaft 26, which in turn is coupled to the multi-grooved pulley 30 via a plurality of endless belts 32. The pulley 30 is rigidly mounted on the drive shaft of the electric motor 36, which is rigidly attached to the bottom of the lower part 12 of the housing 10 is.
So that the drum B1, B2, B3 and B4 can rotate about the axis of the horizontal shaft 26, one of the pivot pins 24 of each drum cage 22 can have a gear 38 which is attached to the end which is connected to the corre sponding turntable 20 in in this case over the right disk. The gear is then effectively coupled via corresponding endless chains 40 with a different one of the many gearwheels forming the gear arrangement 42. The gear assembly 42 is loosely fitted on the drive shaft 26 and held by the base block 44, which in turn is rigidly attached to the horizontal partition 16.
It can be seen that the number and diameter of the gears 38 for the drums correspond to the central gears 42. To keep the chains 40 in their tensioned to stand, the tensioning gear 46 is rotatably mounted on the turntable 20 at a suitable point in order to engage the chain 40. It can be seen that the central gear arrangement 42 is rigidly attached to the base block 44 on the horizontal partition and is loosely fitted onto the shaft 26 regardless of the rotational movement of the shaft 26.
The arrangement described so far is driven as follows: The excitation of the motor 36 acts the rotational movement of the turntables 20 in one direction, for. B. in the direction of the arrow r provided in Fig. 8 represents the components 34, 32, 30 and 26. Since, as can be seen from Fig. 3, the rotary discs 20 are rotated about the axis of the drive shaft 26 clockwise, the Cages 22 and consequently the drums B with respect to the disks due to the endless chains 40 which connect the stationary central gears 42 with the associated gear 38, rotates counterclockwise or in the direction which is opposite to the direction in which the disks are rotated.
Since the gears 38 and the central gears 42, as already stated, have the same diameter, the cages and the drums perform a full rotational movement to the support disks 20 during a full rotational movement of the latter. It is thus evident that the drum can perform a gyroscopic movement about the axis of the drive shaft 26. In other words, each drum is held in a fixed position during the gyroscopic movement.
After the filling of workpieces and abrasives, the mixing ratio and the amount of which have already been specified, is introduced into each of the drums removed from the drum cages, who fastened the loaded drums back in their corresponding cages, after which the device is ready for the machining process is.
As already stated, the drums used according to the invention have an equilateral, polygonal cross-section for a reason that will become apparent later, and it has been found that a hexagonal cross-section is suitable for a smaller drum, the two opposite sides of its polygonal cross-section through one clear width of less than 200 mm are separated from each other, while an octagonal cross-section is suitable for a larger drum, the clear width of which is more than 200 mm between the two opposite sides of the polygonal cross-section, and so satisfactory results were obtained.
Of course, the cross section means the inner cross section of the drum. Therefore, if desired, a drum can advantageously be used which has any outer shape, for example a circular cylindrical surface, as long as its inner cross-section is an equilateral polygon.
In order to reduce the dynamic unbalance of the device described, at least two drum cages can preferably be mounted on the turntables at substantially the same angular intervals in a symmetrical rotation ratio, the pivot pins for the cages being arranged on a circle whose center is on the axis of the Main shaft 26 is located. In addition, it goes without saying that the filling should be introduced into the corresponding drums in equal amounts as possible.
For example, the apparatus shown in Figs. 6, 7 and 8 was used to surface treat bearing needles 2.5 mm in diameter and 1.7 mm in length with abrasives which were preformed into spheres and 15 mm in diameter exhibited. The results are illustrated in FIG. 9, the abscissa representing the treatment time in hours and the ordinate representing the polished thickness in thousandths of a millimeter. Curve a illustrates the results achieved with the invention, curves b and c resulted from the use of the vibrating or rotating drums.
It can be seen from the curves shown in FIG. 9 that the processing efficiency is improved by more than ten times compared to the conventional vibration and rotary drum methods. The smaller the workpiece, the higher this factor and in fact this factor can be around a thousand times.
In addition to the large increase in processing speed, the advantage of the invention is that very small particles, such as aperture sectors for cameras, which are 0.04 mm thick, and seconds pointers for wristwatches, are processed satisfactorily without the formation of changes in shape in the particles because the friction machining process takes place without a camber movement.
It is also noteworthy in the invention that the requirements for selecting the type of abrasive used are largely alleviated. In other words, all machining operations associated with heavy grinding and polishing only require the use of spherical, bonded stone fragments or almost spherical grains for the abrasive in order that no tumbling movement is caused when performing the present method.
It is known that the spherical stones or almost spherical grains are extremely suitable for flow movements at higher speeds. In sharp contrast to the present invention were in the conventional types of rotary or vibration drum method mainly used abrasive, which were pre-shaped triangular or rhombic for the purpose of decelerating the fall movement of a sliding layer described above, in order to avoid a reduction or a loss of To prevent impact and machining force.
It has been found that the use of triangular or rhombic abrasives in the application of the invention he has a sharp decrease in operating performance, because of the resistance of the abrasive medium and the workpieces to be processed against a flow movement and therefore because of the difficulty of a to achieve a gentle flow movement.
It follows from this that, since the stones or abrasives used in the invention should be spherical or almost spherical, the selection of the abrasives is made solely through the choice of material and its size according to the respective application.
Finally, it should be described that if systems with a cylindrical cross section were to revolve around an axis Z, as shown in FIG. 3, this being held in the permanently installed bearings, the described results of the invention could never be achieved. More precisely, the free surface layer of the mass introduced into such a system tends to slide in the same direction in which the system gyrates when it is rotated in the same way as in the invention.
However, before even a small amount of it has slid in such a direction, most of the mass on the inner, cylindrical upper surface of the system will slide off in the direction of the gyroscope, the mass being held in a semicircular, cylindrical shape,
in which it was initially accumulated when it was introduced into the system. The repetition of this sliding movement of the mass causes repeated friction between the inner surface of the location and the adjacent part of the mass, which causes both damage to the inner surface and heat generation on this, as well as scratching the workpieces. The workpieces can therefore not be surface machined satisfactorily.