DE10135845A1 - Schleuderradanordnung - Google Patents

Abstract

Eine Schleuderradanordnung (100) zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mit Strahlmitteln weist ein Schleuderrad (10) auf, das mehrere radial angeordnete Wurfschaufeln (11) umfasst, die an wenigstens einer Seitenscheibe (14) befestigt sind. Jeweils zwischen zwei Wurfschaufeln (11) ist ein Strahlmittelabwurfbereich (12, 13) eingeschlossen. DOLLAR A Ein Verteilerelement (20) mit einem aus mehreren Führungsstegen (21) gebildeten sternförmigen Querschnitt erstreckt sich koaxial zu dem Schleuderrad (10) und ist drehfest damit verbunden. Jeweils ein Führungssteg (21) des Verteilerelements (20) schließt sich an eine Wurfschaufel (11) an. Ein Strahlmittelführungskanal (22) des Verteilerelements (20) mündet in den Strahlmittelabwurfbereich (12).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schleuderradanordnung zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mit Strahlmitteln, mit einem Strahlmittelzuführungsrohr, mit einem Schleuderrad, bestehend aus mehreren radial angeordneten Wurfschaufeln, die an wenigstens einer Seitenscheibe befestigt sind, wobei jeweils zwischen zwei Wurfschaufeln ein Strahlmittelabwurfbereich eingeschlossen ist.
• Zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen werden Strahlmittelpartikel mittels Schleuderrädern auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt, die beim Anprall auf das Werkstück abrasiv wirken, also beispielsweise Rost, Zunder oder alte Lackschichten lösen, oder die eine Gefügeveränderung der Oberflächenschichten bewirken, beispielsweise beim Shot-Peening. Die bekannten Schleuderräder sind so gestaltet, dass das Strahlmittel durch ein Strahlmittelzuführungsrohr auf ein Verteilerelement oder einen Impeller geleitet wird, wo es vorbeschleunigt wird. Das Verteilerelement bzw. der Impeller sind von einer Strahlleithülse umschlossen, die eine Strahlleithülsenöffnung aufweist. Durch die Strahlleithülsenöffnung wird das Strahlmittel in den inneren Strahlmittelabwurfbereich zwischen den Wurfschaufeln gefördert. Dort gelangt es dann infolge von Trägheits- und Massekräften zusammen mit der gegebenen Radialgeschwindigkeit in den äußeren Strahlmittelabwurfbereich und schließlich zur Peripherie des Schleuderrads, wo es mit der Umfangsgeschwindigkeit des Randes des Schleuderrads abgeschleudert wird.
• Bei Untersuchungen hat sich nunmehr gezeigt, dass die Fließwege des Strahlmittels im Inneren einer Strahlturbine durch starke Turbulenzen beeinflusst werden und stark von den modellhaft angenommenen und bei der Konstruktion der bekannten Schleuderradanordnungen zu Grunde gelegten Strömungsverhältnisse abweichen. Die Turbulenzen bremsen die Bewegung des Strahlmittels innerhalb der Schleuderradanordnung stark und bewirken zudem einen erhöhten Verschleiß durch starke Streueffekte. So ist auch ein Verschleiß der theoretisch strahlmittelfreien Rückseiten der Wurfschaufeln festzustellen, der auf eine chaotische Bewegung des Strahlmittels, insbesondere im Strahlmittelabwurfbereich zwischen zwei Wurfschaufeln, zurückzuführen ist.
• Dieses Problem liegt auch der gattungsgemäßen Schleuderradanordnung der DE 195 36 723 A1 zu Grunde. Dort wird vorgeschlagen, den Impeller als Hilfsschleuderrad auszuführen. Hierdurch wird eine exzentrische Zuführung des Strahlmittels erreicht. Das Strahlmittel soll sich so schon vor seinem Eintritt in den Strahlmittelabwurfbereich auf einer Kreisbahn bewegen und bei Verlassen des Verteilerelements durch die Leithülsenöffnung eine spiralförmige Bewegung ausführen, womit ein Aufprallen des Strahlmittels auf die Wurfschaufeln im wesentlichen unterbunden werden soll. Für die weitere Kanalisierung der Bewegung des Strahlmittels sind gemäß dem Stand der Technik jedoch zusätzliche Hilfswurfschaufeln zwischen den Wurfschaufeln erforderlich, durch welche sich die Zahl der Verschleißteile erhöht. Auch werden durch die Kanalisierungshilfen nur die Auswirkungen der chaotischen Strahlmittelbewegung gemildert, ohne deren Ursachen erheblich entgegenzuwirken. Die Strahlleithülse ist nach wie vor erforderlich, um die Lage und Breite des bestrahlten Sektors zu beeinflussen.
• In der DE 198 38 733 C1 ist eine weitere Vorrichtung gemäß dem Prinzip einer exzentrischen Zuführung des Strahlmittels angegeben, bei der die Einspeiseöffnung des Strahlmittelszuführrohrs exzentrisch an dem Hilfsschleuderrad mündet, so dass das Strahlmittel direkt in die Schaufelkammern des Hilfsschleuderrads eingeleitet wird. Die zuvor genannten Nachteile einer bloßen Abschwächung einer chaotischen Strahlmittelbewegung und das Erfordernis einer Strahlleithülse gelten auch hierfür.
• Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Schleuderradanordnung der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass das Strahlmittel in einer definierten Fließbewegung in den Strahlmittelabwurfbereich gelangt und Reibung und Verschleiß infolge turbulenter Bewegungen vermindert werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich ein Verteilerelement mit einem aus mehreren Führungsstegen gebildeten sternförmigem Querschnitt koaxial zu dem Schleuderrad erstreckt und drehfest damit verbunden ist, wobei sich jeweils ein Führungssteg des Verteilerelements an eine Wurfschaufel des Schleuderrads anschließt und wobei ein jeweils zwischen den Führungsstegen ausgebildeter Strahlmittelführungskanal des Verteilerelements in einen inneren Strahlmittelabwurfbereich des Schleuderrads mündet.
• Es hat sich gezeigt, dass eine geordnete Fließbewegung durch den Verzicht auf zusätzliche Elemente wie Strahlleithülse und Impeller erreicht werden kann. Das Strahlmittel gelangt in das Verteilerelement mit den exzentrisch angeordneten Strahlmittelführungskanälen und wird dort über einen längeren Weg geführt. Folglich bauen sich in den engen Strahlmittelführungskanälen noch vorhandene Turbulenzen ab, und dem Strahlmittel wird eine gerichtete Bewegung aufgezwungen. Durch die drehfeste Verbindung von Verteilerelement und Schleuderrad werden bei der erfindungsgemäßen Schleuderradanordnung Anprallflächen in Fließrichtung vermieden, nachdem das Strahlmittel einmal in die Strahlmittelführungskanäle eingeleitet ist. Statt dessen wird eine sanfte Umlenkung des Strahlmittels über große Radien und Schrägen erreicht. Die Führungsstege schließen sich direkt an die Wurfschaufeln an. Die Strahlmittelführungskanäle des Verteilerelements münden trichterförmig in die Strahlmittelabwurfbereiche des Schleuderrads und ahmen eine natürliche Fließbewegung nach.
• Mit dem erfindungsgemäß bewirkten gerichteten Fließen des Strahlmittels wird Folgendes zusätzlich erreicht:
  eine definierte Menge an Strahlmittel wird strangförmig vom Zuführungsrohr in einen Strahlmittelführungskanal eingespeist. Diese Portion an Strahlmittel legt, da keine Turbulenzen mehr auftreten, bis zum Eintritt in den Strahlmittelabwurfbereich einen konstruktiv vorbestimmten Fließweg zurück, wozu sie eine bestimmte, empirisch ermittelbare Verweilzeit benötigt.
• Durch eine zeitlich und/oder örtlich gesteuerte Einleitung von Strahlmittel aus dem Zuführrohr in einen der Strahlmittelführungskanäle kann somit auch der Zeitpunkt und/oder der Ort beeinflusst werden, an dem die Portion in den Strahlmittelabwurfbereich gelangt und letztlich abgeschleudert wird. Damit kann auf die gemäß dem Stand der Technik erforderliche Strahlleithülse mit der Leithülsenöffnung zur Begrenzung des bestrahlten Sektors verzichtet werden. Die Fließgeschwindigkeit kann beispielsweise über die Drehzahl des Schleuderrads verändert werden, wodurch Ort- und Zeit des Abschleuderns beeinflussbar sind.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Strahlmittelzuführungsrohr in einem Winkel von 45°. . .90° zur Rotationsachse angestellt und mündet am Umfang des Verteilerelements in wenigstens einen Strahlmittelführungskanal. Damit erfolgt die Aufgabe der Strahlmittelportion gleichzeitig in einem Strang. Die Aufgabe kann bei dem rotierenden Verteilerelement auch sehr schnell erfolgen: Der seitlich offene Strahlmittelführungskanal greift gleich einem Förderrad eine Portion aus dem Zuführungsrohr heraus und dreht sich weiter. Die mit der Drehung nachrückenden Führungsstege verschließen den Ausfluss aus dem Zuführungsrohr kurzzeitig, bis der nächste leere Strahlmittelführungskanal vor das Zuführungsrohr gelangt.
• Vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Strahlmittelzuführungsrohr wenigstens entlang eines Teils der Achse des Verteilerelements verschiebbar ist. Dies hat gegenüber der Drehzahlbeeinflussung den Vorteil, dass die Auswirkungen einer Verschiebung der Einspeisstelle unmittelbar erfassbar sind, während bei einer Drehzahländerung jedes Mal das Erreichen der neuen Drehzahl abzuwarten ist.
• Die Menge an Strahlmittel, die von jeder rotierenden Wurfschaufel abgeschleudert wird, und damit der von der Schleuderradanordnung bestrahlte Sektor, werden durch die Länge der aufgegebenen Portion beeinflusst. Es ist daher vorteilhaft, wenn das Strahlmittelzuführungsrohr eine Mündungsdüse aufweist, deren lichte Weite einstellbar ist, so dass unterschiedlich lange Stränge an Strahlmittel einspeisbar sind, die zu einer Veränderung der Strahlbildlänge führen.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Unteransprüchen und dem nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert wird. Es zeigen:
• Fig. 1 die erfindungsgemäße Schleuderradanordnung in einer perspektivischen Darstellung;
• Fig. 2 die Schleuderradanordnung in einem Schnitt durch die Rotationsachse; und
• Fig. 3 die Schleuderradanordnung in Draufsicht, und
• Wie Fig. 1 zeigt, gehen bei der erfindungsgemäßen Schleuderradanordnung 10 die Führungsstege 21 des Verteilerelements 20 und die Wurfschaufeln 11 des Schleuderrads 10 ineinander über. Die Strahlmittelführungskanäle 22 münden trichterförmig in einen inneren Strahlmittelabwurfbereich 12, der sich jeweils zwischen Wurfschaufeln 11 befindet. Die weichen, stark gerundeten Fließwege ermöglichen eine gerichtete Strömung des Strahlmittels und lassen starke Turbulenzen gar nicht erst entstehen. Durch die exzentrisch angeordneten und im Querschnitt relativ engen Strahlmittelführungskanäle 22 wird das Strahlmittel stets entlang der Peripherie des Verteilerelements 20 bis zum Schleuderrad 10 geführt und in vorbestimmte Fließwege gezwungen. Der innere Strahlmittelabwurfbereich 12 setzt sich nahtlos in einem äußeren Strahlmittelabwurfbereich 13 fort, der bis zum Rand des Schleuderrads 10 reicht. Während der innere Strahlmittelabwurfbereich 12 bevorzugt nach Art einer Mulde ausgeformt ist und schräg gegenüber der Rotationsachse 40 angestellt ist, um einen möglichst weichen Übergang von den Strahlmittelführungskanälen 22 in die inneren Strahlmittelabwurfbereiche 12 zu erreichen, ist der äußere Strahlmittelabwurfbereiche 13 um 90° zur Rotationsachse ausgerichtet, um zu gewährleisten, dass das Strahlmittel im rechten Winkel zur Rotationsachse abgeschleudert wird.
• Das Verteilerelement 20 ist bevorzugt nach Art eines schrägverzahnten Zahnrads oder einer Förderschnecke gestaltet. Möglich ist auch eine Verdrillung des Verteilerelements 20, entweder über einen Teil seiner Länge oder über die gesamte Länge. Hierdurch wird erreicht, dass die Strahlmittelführungskanäle 22 schräg zur Rotationsachse 40 angestellt sind und bei dem rotierenden Verteilerelement 20 durch die Steigung der Führungsstege 21 eine axiale Zwangsströmung in Richtung des Schleuderrads 10 erzeugt wird, selbst wenn die Rotationsachse 40 horizontal angeordnet ist.
• Fig. 2 zeigt die vorteilhafte Ausführungsform der Schleuderradanordnung 100, bei der die Strahlmittelaufgabe an der Peripherie des Verteilerelements 20 erfolgt. Das rotierbare Verteilerelement 20 ist von einem feststehenden Hüllrohr 32 umgeben, das eine Ausnehmung aufweist, an die sich das Strahlmittelzuführrohr 30 anschließt. Das Strahlmittelzuführrohr 30 ist mit einer Düse 32 versehen, die verstellbare Leitbleche 33 aufweist, um die Länge des zugeführten Strangs an Strahlmittel einstellen zu können. In der in Fig. 2 dargestellten Stellung mündet die Düse 32 in einen Strahlmittelführungskanal 22. Bei weiterer Drehung des Verteilerelements 20 wird die Strahlmittelzufuhr durch einen Führungssteg 21, der sich vor die Düse 32 schiebt, kurz unterbrochen. Sodann wird der nächste Strahlmittelführungskanal 21 befüllt.
• Das Schleuderrad 10 ist zusammen mit einem gewendelten Verteilerelement 20 wie ein Pumpenrad gestaltet und wirkt bei hoher Drehzahl wie eine Luftpumpe, so dass Strahlmittel vom Aufgabepunkt entlang der Strahlmittelführungskanäle 22 angesaugt werden kann.
• In Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie eine Strahlmittelportion 50.1 strangförmig aus dem Strahlmittelführungskanal 22 in den Strahlmittelabwurfbereich 12 fließt und sich dort entlang einer Wurfschaufel 11 bewegt. Die Strahlmittelportion 50.2 hat bereits den Außenumfang des Schleuderrads 10 erreicht und beginnt gerade abzuschleudern. Die Strahlmittelportion 50.3 ist fast vollständig abgeschleudert. Es ergibt sich ein bestrahlter Sektor 52.
• Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Verteilerelement 20 als separates Teil in das Schleuderrad 10 eingesetzt und schließt sich an dieses nahtlos an. Die beiden Teile sind so miteinander verbunden, dass keine Verdrehung des Verteilerelements 20 gegenüber dem Schleuderrad 10 erfolgen kann. Zu Wartungszwecken und im Verschleißfall können die Komponenten aber voneinander getrennt werden. Das gilt auch für die Wurfschaufeln 11, die in an sich bekannter Weise lösbar an der Seitenscheibe 14 befestigt sind.

Claims (12)

1. Schleuderradanordnung (100) zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mit Strahlmitteln,
mit einem Strahlmittelzuführungsrohr (30),
mit einem Schleuderrad (10), bestehend aus mehreren radial angeordneten Wurfschaufeln (11), die an wenigstens einer Seitenscheibe (14) befestigt sind, wobei jeweils zwischen zwei Wurfschaufeln (11) ein Strahlmittelabwurfbereich (12, 13) eingeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Verteilerelement (12) mit einem aus mehreren Führungsstegen (21) gebildeten sternförmigem Querschnitt koaxial zu dem Schleuderrad (10) erstreckt und drehfest damit verbunden ist, wobei sich jeweils ein Führungssteg (21) des Verteilerelements (20) an eine Wurfschaufel (11) des Schleuderrads (10) anschließt und wobei ein jeweils zwischen den Führungsschaufeln (21) ausgebildeter Strahlmittelführungskanal (22) des Verteilerelements (20) in einen inneren Strahlmittelabwurfbereich (12) des Schleuderrads (10) mündet.

2. Schleuderradanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittelzuführungsrohr in einem Winkel von 45°. . .90° zur Rotationsachse angestellt ist und am Umfang des Verteilerelements in wenigstens einen Strahlmittelführungskanal mündet.

3. Schleuderradanordnung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittelzuführungsrohr (30) wenigstens entlang eines Teils der Achse des Verteilerelements (10) verschiebbar ist.

4. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittelzuführungsrohr (30) eine Mündungsdüse aufweist, deren lichte Weite einstellbar ist.

5. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittelzuführungsrohr (30) eine Mündungsdüse aufweist, deren lichte Höhe der peripheren Weite des Strahlmittelführungskanals (22) entspricht.

6. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Strahlmittelführungskanäle (22) dem 1 bis Stachen der Höhe der Wurfschaufeln (11) entspricht.

7. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschaufeln (21) in axialer Schnittrichtung gesehen schräg zur Rotationsachse (40) des Verteilerelements (20) angestellt sind, so dass das Verteilerelement als schrägverzahntes Zahnrad ausgebildet ist.

8. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschaufeln des Verteilerelements über dessen Länge zwischen den axialen Enden des Verteilerelements gegeneinander verdreht sind, so dass das Verteilerelement eine helixförmige Konfiguration aufweist.

9. Schleuderradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleuderrad und das Verteilerelement einstückig ausgebildet sind.

10. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleuderrad (10) und das Verteilerelement (20) lösbar miteinander verbunden sind.

11. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des inneren Strahlmittelabwurfbereichs (12) in einem Winkel von 45°. . .85° zur Rotationsachse angestellt ist.

12. Schleuderradanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wurfschaufeln gerade ausgebildet sind und radial an der Seitenscheibe (14) angeordnet sind.