DE102015223155A1

DE102015223155A1 - Measurement of the blasting power in a solids blasting plant

Info

Publication number: DE102015223155A1
Application number: DE102015223155.0A
Authority: DE
Inventors: Karsten Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Messung der Strahlkraft (F) eines Strahlmittels (5) einer Feststoffstrahlanlage (2), wobei das Strahlmittel (5) zum Verfestigungsstrahlen auf ein Werkstück (7) gerichtet ist, wobei die Messung der Strahlkraft (F) durch einen Kraftsensor (8) erfolgt, und ein Sender (9) den vom Kraftsensor (8) registrierten Wert der Strahlkraft (F) zur weiteren Messwertverarbeitung überträgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Feststoffstrahlanlage (2), umfassend eine Behandlungskammer (3) mit einer Austrittsöffnung (4) für ein aus unabhängigen einzelnen Strahlkörpern (5a) gebildetes Strahlmittel (5), wobei die Flugrichtung (4a) des Strahlmittels (5) von der Austrittsöffnung (4) auf einen Behandlungsplatz (6) für ein Werkstück (7) in der Behandlungskammer (3) gerichtet ist, wobei eine Vorrichtung (1) zur Messung der vom Strahlmittel (5) auf das Werkstück (7) ausgeübten Strahlkraft (F) zumindest teilweise in der Behandlungskammer (3) angeordnet ist.The invention relates to a device (1) for measuring the blasting force (F) of a blasting medium (5) of a solid blasting installation (2), wherein the blasting means (5) is directed to a workpiece (7) for solidification blasting, the measurement of the blasting force (F ) by a force sensor (8), and a transmitter (9) transmits the value of the jet force (F) registered by the force sensor (8) for further measured value processing. The invention further relates to a solid-particle blasting installation (2) comprising a treatment chamber (3) with an outlet opening (4) for a blasting means (5) formed from independent individual blasting bodies (5a), the direction of flight (4a) of the blasting means (5) being dependent on the Outlet opening (4) is directed to a treatment station (6) for a workpiece (7) in the treatment chamber (3), wherein a device (1) for measuring the blasting force (F) exerted on the workpiece (7) by the blasting means (5). is at least partially disposed in the treatment chamber (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strahlkraft in einer Feststoffstrahlanlage, eine Feststoffstrahlanlage mit dieser Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Feststoffstrahlen eines Werkstücks mit dem Ziel, dieses Werkstück zu verfestigen. The invention relates to a device for measuring the blasting power in a solid blasting system, a solid blasting machine with this device and a method for solid blasting of a workpiece with the aim to solidify this workpiece.

Stand der Technik State of the art

Die Festigkeit vieler metallischer Werkstoffe kann durch das Einbringen von Druckeigenspannungen gesteigert werden. Druckeigenspannungen können auf rein mechanischem Wege durch Verfestigungsstrahlen in den Werkstoff eingebracht werden. Dabei trifft ein Strahlmittel, das aus unabhängigen einzelnen Strahlkörpern besteht, mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück auf, so dass jeder einzelne Strahlkörper zumindest einen Teil seines Impulses auf das Werkstück überträgt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 101 46 787 A1 bekannt.The strength of many metallic materials can be increased by the introduction of residual compressive stresses. Compressive residual stresses can be introduced into the material in a purely mechanical way by solidification jets. In this case, a blasting agent, which consists of independent individual blasting bodies, impinges on the workpiece at high speed, so that each individual blasting body transmits at least part of its momentum to the workpiece. Such a method is for example from the DE 101 46 787 A1 known.

Der Impulsübertrag I des Strahlmittels bewirkt eine zu seinem Betrag proportionale Hertz‘sche Pressung, die wiederum zur Ausbildung der gewünschten Druckeigenspannungen führt. Da die Druckeigenspannungen maßgeblich für die Festigkeit des Werkstücks und somit eine Auslegungsgröße sind, sind sie speziell im Zusammenhang mit Bauteilen, die hohen Belastungen – wie beispielsweise hohen Betriebsdrücken – standhalten müssen, ein sicherheitsrelevantes Merkmal. Es besteht daher ein Bedarf, beim Festkörperstrahlen reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Hierfür ist es wichtig, den Impulsübertrag I durch die Strahlkörper auf das Werkstück möglichst genau zu kennen.The momentum transfer I of the blasting medium causes a proportional to its magnitude Hertzian pressure, which in turn leads to the formation of the desired residual compressive stresses. Since the residual compressive stresses are decisive for the strength of the workpiece and thus a design size, they are a safety-relevant feature, especially in connection with components that have to withstand high loads - such as high operating pressures. There is therefore a need to obtain reproducible results in solid-state radiation. For this it is important to know the momentum transfer I through the blasting body to the workpiece as accurately as possible.

Aus der EP 0 540 172 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit von Strahlkörpern, die aus einer Austrittsöffnung emittiert werden, bekannt. Die Strahlkörper bewegen sich dabei durch einen Kondensator und ändern dessen Kapazität. From the EP 0 540 172 A1 For example, a method of measuring the velocity of radiant bodies emitted from an exit port is known. The radiators move through a capacitor and change its capacity.

Weiterhin sind aus der US 4 297 550 A sowie aus der DE 44 124 94 A1 optische Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit von Strahlkörpern einer Feststoffstrahlanlage bekannt.Furthermore, from the US 4 297 550 A as well as from the DE 44 124 94 A1 optical method for measuring the velocity of blasting bodies of a solid abrasive system known.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde eine Vorrichtung zur Messung der Strahlkraft F eines Strahlmittels in einer Feststoffstrahlanlage entwickelt, wobei das Strahlmittel auf ein Werkstück gerichtet ist. In the context of the invention, a device for measuring the radiant force F of a blasting medium has been developed in a solid-particle blasting plant, wherein the blasting medium is directed onto a workpiece.

Erfindungsgemäß erfolgt die Messung der Strahlkraft F durch einen Kraftsensor. Ein nachgeschalteter Sender überträgt den vom Kraftsensor erfassten Wert der Strahlkraft F vorzugsweise per Funk zur weiteren Messwertverarbeitung. Eine Übertragung der vom Kraftsensor ausgegebenen Signale ist ebenfalls mit Verkabelung möglich. Die Messwertverarbeitung kann beispielsweise eine Anzeige für den Wert der Strahlkraft F sein. Der Wert der Strahlkraft F kann aber auch beispielsweise in einer Regelschleife, die einen oder mehrere Betriebsparameter der Feststoffstrahlanlage kontrolliert, als Rückkopplung verarbeitet werden. Besonders vorteilhaft ist zusätzlich ein Empfänger vorgesehen, der den Wert der Strahlkraft F einer Messwertverarbeitung außerhalb der Behandlungskammer zuführt.According to the invention, the measurement of the blasting force F is effected by a force sensor. A downstream transmitter preferably transmits the value of the radiation force F detected by the force sensor by radio for further measured value processing. Transmission of the signals output by the force sensor is also possible with cabling. The measured value processing can be, for example, an indication of the value of the radiant force F. However, the value of the blasting force F can also be processed as feedback in a control loop which controls one or more operating parameters of the solid-blasting machine. Particularly advantageously, a receiver is additionally provided which supplies the value of the jet force F to a measured value processing outside the treatment chamber.

Es wurde erkannt, dass die direkte Messung der Strahlkraft F im Hinblick auf die erzeugten Druckeigenspannungen aussagekräftiger ist als eine Geschwindigkeitsmessung der Strahlkörper vor Erreichen des Werkstücks. Die Strahlkraft F hängt unmittelbar mit dem Impulsübertrag I zusammen, der die Druckeigenspannungen erzeugt. Hingegen kann sich eine vor dem Erreichen des Werkstücks gemessene Geschwindigkeit der Strahlkörper im Nachhinein noch ändern, beispielsweise wenn die Strahlkörper mit anderen Strahlkörpern kollidieren, die am Werkstück abgeprallt sind. Zudem bildet der Einfallswinkel α, unter dem das Strahlmittel auftrifft, einen entscheidenden Parameter für die Höhe der Strahlkraft F auf das Werkstück.It was recognized that the direct measurement of the blasting force F with respect to the compressive residual stresses generated is more meaningful than a speed measurement of the blasting bodies before reaching the workpiece. The radiant force F is directly related to the momentum transfer I, which generates the residual compressive stresses. On the other hand, a speed of the blasting bodies measured before reaching the workpiece can still change afterwards, for example if the blasting bodies collide with other blasting bodies which have ricocheted on the workpiece. In addition, the angle of incidence α at which the blasting medium impinges forms a decisive parameter for the height of the blasting force F on the workpiece.

Die Messung beruht auf dem allgemeinen Impulssatz. Die gemessene Kraft entspricht genau dem gesuchten Impulsübertrag I, der im Werkstück die gewünschten Druckeigenspannungen bewirkt.The measurement is based on the general pulse rate. The measured force corresponds exactly to the desired momentum transfer I, which causes the desired compressive residual stresses in the workpiece.

Der Impulssatz verknüpft den Impuls I →, die Masse m und die Geschwindigkeit v → eines Körpers: I → = m·v → (1) The set of impulses links the momentum I →, the mass m and the velocity v → of a body: I → = m · v → (1)

Dabei beschreibt der Impuls I → einen Vektor, der gleichgerichtet der Geschwindigkeit v → ist. Bei einer Änderung des Einfallswinkels α, unter dem das Strahlmittel auf das Werkstück trifft, ändert sich also auch der Impulsvektor.In this case, the pulse I → describes a vector which is rectified to the velocity v →. In a change of the angle of incidence α, under which the blasting agent hits the workpiece, so also the momentum vector changes.

Zugleich verknüpft das zweite Newton’sche Axiom die Kraft F → mit der Beschleunigung a →, die wiederum die Zeitableitung der Geschwindigkeit v → ist:

At the same time, the second Newtonian axiom combines the force F → with the acceleration a →, which in turn is the time derivative of the velocity v →:

Bleibt die Masse m des Feststoffstrahls konstant, so ergibt sich für die Zeitableitung des Impulses I → aus Gleichung (1):

If the mass m of the solid-state beam remains constant, the time derivative of the momentum I → from equation (1) results:

Aus den Gleichungen (2) und (3) folgt wegen der identischen rechten Seite:

From the equations (2) and (3) follows because of the identical right side:

Gleiches kann bei veränderlicher Masse m und konstanter Geschwindigkeit v → formuliert werden:

The same can be formulated with variable mass m and constant velocity v →:

Sind sowohl Masse m als auch die Geschwindigkeit v → zeitabhängig, so ist in obigem Ansatz die Produktregel für die Differentiation anzuwenden:

If both mass m and the velocity v → are time-dependent, the product rule for differentiation is to be used in the above approach:

Somit ergibt die Differenz zwischen zwei Impulsänderungen:

Thus, the difference between two momentum changes gives:

Betrachtet man jetzt den Impuls zwischen Strahlmittelkugel und einem Objekt, welches beispielsweise ein Werkstück oder eine Prallplatte sein kann, dann folgt somit für die Impulsdifferenz: ΔI = I₂ – I₁ (8) Damit ist die Kraft als Verhältnis aus Impulsdifferenz zu Zeitdifferenz F = ΔI / Δt (9) Looking now at the momentum between the blasting shot and an object, which may be a workpiece or a baffle plate, for example, the momentum difference follows: ΔI = I ₂ - I ₁ (8) Thus, the force is a ratio of momentum difference to time difference F = ΔI / Δt (9)

Bleibt das Objekt in Ruhe, ist die auf das Objekt wirkende Kraft F → also direkt proportional der Änderung der Masse m bzw. der Geschwindigkeit v → des Feststoffstrahls. Die Kraft F → wird vom Kraftsensor als skalare Strahlkraft F gemessen.If the object remains at rest, the force F → acting on the object is therefore directly proportional to the change in mass m or the velocity v → of the solid-state beam. The force F → is measured by the force sensor as a scalar radiant force F.

Ein Zusammenhang zwischen der Strahlkraft F und den im Werkstück erzeugten Druckeigenspannungen lässt sich beispielsweise eineichen, indem für verschiedene Strahlkräfte F jeweils die erzeugten Druckeigenspannungen mit einem absoluten Messverfahren, etwa der Röntgendiffraktometrie, bestimmt werden. Eine solche quantitative Eichung kann des Weiteren auch mit der Finite-Elemente-Methode errechnet werden, wobei hier noch der von der Strahlzeit abhängende Strahlüberdeckungsgrad eingeht. Es gibt auch analytische Ansätze, über die Hertz’sche Flächenpressung die Druckeigenspannungen zu berechnen.A correlation between the blasting force F and the compressive residual stresses generated in the workpiece can be determined, for example, by determining the compressive residual stresses generated for different blasting forces F using an absolute measuring method, such as X-ray diffractometry. Furthermore, such a quantitative calibration can also be calculated with the finite element method, whereby the beam coverage ratio depends on the beam time. There are also analytical approaches to calculate the residual compressive stresses using Hertzian surface pressure.

In den meisten Anwendungen ist es das Ziel, die Strahlkraft F, und damit den Impulsübertrag I vom Strahlmittel auf das Werkstück, zu maximieren sowie zu überwachen, dass die Strahlkraft F zeitlich stabil ist und nicht etwa in ein Pulsen übergeht. Hierfür ist keine quantitative Eichung zwischen der Strahlkraft F und den Druckeigenspannungen erforderlich.In most applications, the goal is to maximize the radiant force F, and thus the momentum transfer I from the abrasive to the workpiece, as well as to monitor that the jet force F is stable in time and does not go into pulsing. For this purpose, no quantitative calibration between the radiant force F and the residual compressive stresses is required.

Die Messung der Strahlkraft F ist apparativ einfach und kostengünstig zu realisieren. Hingegen ist eine optische Geschwindigkeitsmessung insbesondere dann aufwendig, wenn die Strahlkörper beim Auftreffen auf das Werkstück zerbrechen. Es wird dann beim Auftreffen auf das Werkstück sehr viel Staub gebildet, der eine optische Beobachtung der Strahlkörper erschwert. Zudem setzt diese optische Beobachtung eine Mindestgröße der Strahlkörper voraus, aus denen das Strahlmittel zusammengesetzt ist.The measurement of the radiant force F is easy to implement and cost-effective. By contrast, an optical speed measurement is particularly costly if the jet body break when hitting the workpiece. It is then formed when hitting the workpiece a lot of dust, which makes an optical observation of the jet body difficult. In addition, this optical observation requires a minimum size of the jet body from which the blasting agent is composed.

Das Strahlmittel kann beispielsweise ein Metall, wie beispielsweise Stahl, sein. Das Strahlmittel kann aber auch beispielsweise Hartgusskorn, Edelkorund, Glas oder Keramik sein. Die einzelnen Strahlkörper können beispielsweise Körner, Perlen, Zylinder oder Kugeln mit einem Durchmesser von 10 µm oder mehr, bevorzugt mit einem Durchmesser zwischen 40 µm und 70 µm, sein.The blasting agent may be, for example, a metal, such as steel. However, the blasting agent can also be, for example, chilled grain, precious corundum, glass or ceramic. The individual jet bodies can be, for example, grains, beads, cylinders or spheres with a diameter of 10 μm or more, preferably with a diameter between 40 μm and 70 μm.

Welches Strahlmittel konkret zum Einsatz kommt, richtet sich nach dem Bearbeitungsziel, das mit dem Feststoffstrahlen erreicht werden soll. Zum Entgraten ist beispielsweise Hartgusskorn vorteilhaft. Zur Erzeugung hoher Druckeigenspannungen ist ein Material mit einer höheren Dichte, wie beispielsweise Stahl, bei zugleich kleineren Strahlkörpern vorteilhaft, um die Flächenpressung zu maximieren. Glaskugeln wiederum haben den Vorteil, dass sie die für die Festigkeit des Werkstücks in Bezug auf Kerbwirkung vorteilhafte Oberflächenrauheit gut herausbilden.Which blasting agent is used concretely depends on the processing target which is to be achieved with the solid blasting. For deburring, for example, chilled grain is advantageous. To produce high residual compressive stresses, a material with a higher density, such as steel, is advantageous in the case of smaller blasting bodies in order to maximize surface pressure. In turn, glass spheres have the advantage that they well form the surface roughness advantageous for the strength of the workpiece in terms of notch effect.

Die pro Zeiteinheit aus der Austrittsöffnung emittierte Menge des Strahlmittels lässt sich beispielsweise ermitteln, indem die Austrittsöffnung für eine festgelegte Zeitdauer in ein abgeschlossenes Gefäß gehalten und dieses Gefäß nach Ablauf dieser Zeitdauer auf einer Waage gewogen wird.The quantity of blasting agent emitted per unit of time from the outlet opening can be determined, for example, by holding the outlet opening in a closed vessel for a fixed period of time and weighing this vessel on a balance after this period of time has elapsed.

Das Strahlmittel kann beispielsweise mit einem relativen Druck zwischen 1 bar und 50 bar, bevorzugt mit einem relativen Druck zwischen 5 bar und 10 bar, aus der Austrittsöffnung austreten. Die Austrittsöffnung kann beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 5 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 6 mm und 14 mm, aufweisen.The blasting agent can emerge, for example, with a relative pressure between 1 bar and 50 bar, preferably with a relative pressure between 5 bar and 10 bar, from the outlet opening. The outlet opening may, for example, a circular cross section with a diameter between 5 mm and 20 mm, preferably between 6 mm and 14 mm.

Insoweit die Feststoffstrahlanlage eine Behandlungskammer aufweist, in der das Strahlmittel auf das Werkstück gerichtet ist, ist der Empfänger vorzugsweise außerhalb dieser Behandlungskammer angeordnet. Damit ist er der besagten Staubentwicklung nicht ausgesetzt. Der Empfänger kann jedoch auch innerhalb der Behandlungskammer angeordnet sein. Es muss nur der Wert der Strahlkraft F mit einem geeigneten Mittel nach außen geführt werden. Der Empfänger kann beispielsweise mit einem Rechner gekoppelt sein, damit die Strahlkraft F mittels Software ausgewertet werden kann.Insofar as the solids blasting installation has a treatment chamber in which the blasting medium is directed onto the workpiece, the receiver is preferably arranged outside this treatment chamber. So he is not exposed to the said dust. However, the receiver can also be arranged inside the treatment chamber. Only the value of the blasting force F has to be led outwards by a suitable means. The receiver can be coupled to a computer, for example, so that the radiation force F can be evaluated by means of software.

Als Kraftsensor ist im Prinzip jeder Sensor geeignet, der eine Kraft in der Größenordnung, wie sie für die Strahlkraft F erwartet wird, zu registrieren vermag. Das Messergebnis wird umso genauer, je deckungsgleicher der Bereich, in dem die Strahlkraft F variiert, mit dem Messbereich des Kraftsensors ist. Wenn der Kraftsensor genau die Bandbreite der Strahlkräfte F erfassen kann, die tatsächlich auftreten, wird die für die Messung zur Verfügung stehende Auflösung optimal genutzt. Der Kraftsensor kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, als minimale Ansprechschwelle eine Strahlkraft F von 5·10^–4 N oder weniger zu erfassen. Typische Strahlkräfte in Anwendungen beginnen bei 0,01 N.In principle, any sensor capable of registering a force of the order of magnitude expected for the radiant force F is suitable as the force sensor. The measurement result becomes more accurate, the more congruent the region in which the radiant force F varies is with the measuring range of the force sensor. If the force sensor can accurately detect the bandwidth of the beam forces F that actually occur, the resolution available for the measurement is used optimally. The force sensor can be designed, for example, to detect a minimum response threshold of a radiation force F of 5 × 10 ^-4 N or less. Typical blast forces in applications start at 0.01 N.

Der Kraftsensor kann beispielsweise ein direkt messender Sensor sein, wie etwa ein piezoelektrischer oder magnetoelastischer Sensor. Der Kraftsensor kann aber auch indirekt arbeiten. Er kann beispielsweise ein Federelement mit einem induktiven Wegaufnehmer umfassen. Für eine Messung während der Bearbeitung eines echten Werkstücks ist es vorteilhaft, einen direkt messenden Kraftsensor zu wählen, der unter der Wirkung der Strahlkraft F möglichst wenig zurückweicht. Dann wird vermieden, dass der Kraftsensor selbst einen Teil des Impulsübertrags I aufnimmt, der eigentlich in das Werkstück übertragen werden sollte.The force sensor may, for example, be a direct-measuring sensor, such as a piezoelectric or magnetoelastic sensor. The force sensor can also work indirectly. For example, it may comprise a spring element with an inductive displacement transducer. For a measurement during the machining of a real workpiece, it is advantageous to choose a directly measuring force sensor, which shrinks as little as possible under the effect of the radiation force F. Then it is avoided that the force sensor itself receives a part of the momentum transfer I, which should actually be transferred into the workpiece.

Idealerweise ist der Kraftsensor mit einer sehr biegesteifen Konstruktion befestigt, damit auch diese Befestigung nicht einen Teil des Impulsübertrags I aufnimmt.Ideally, the force sensor is attached with a very rigid construction, so that this attachment does not receive part of the momentum transfer I.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Prallplatte vorgesehen, die die vom Strahlmittel ausgeübte Strahlkraft F aufnimmt und auf den Kraftsensor überträgt. Eine wichtige Anwendung der Erfindung ist, in einer Feststoffstrahlanlage die vielfältigen Betriebsparameter so zu optimieren, dass jeder Strahlkörper möglichst genau einen vorgegebenen Impulsübertrag I in das Werkstück einbringt. Mit einer widerstandsfähigen Prallplatte können die Prozessparameter, die zu genau diesem Impulsübertrag I führen, experimentell erarbeitet werden. Werden die Prozessparameter geändert, reagiert der Kraftsensor hierauf unmittelbar. Nach dem bisherigen Stand der Technik war keine direkte Kontrolle der Wirkung möglich, die die Strahlkörper auf das Werkstück ausüben. Stattdessen war man darauf angewiesen, unterschiedliche Proben des metallischen Werkstoffs mit unterschiedlichen Parametern in der Feststoffstrahlanlage zu bearbeiten und im Nachhinein, beispielsweise über Röntgendiffraktometrie, die Druckeigenspannungen und deren Tiefenprofil an diesen Proben zu bestimmen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a baffle plate is provided which receives the radiation force F exerted by the blasting agent and transmits it to the force sensor. An important application of the invention is to optimize the diverse operating parameters in a solid-particle jet plant in such a way that each jet body introduces as precisely as possible a predetermined momentum transfer I into the workpiece. With a robust baffle plate, the process parameters that lead to exactly this momentum transfer I, can be developed experimentally. If the process parameters are changed, the force sensor reacts immediately. In the prior art, no direct control of the effect exerted by the jet body on the workpiece was possible. Instead, it was necessary to process different samples of the metallic material with different parameters in the solid-state blasting system and to subsequently determine, for example via X-ray diffractometry, the residual compressive stresses and their depth profile on these samples.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kraftsensor eine Aufnahme für das Werkstück auf, die die vom Strahlmittel auf das Werkstück ausgeübte Strahlkraft F auf den Kraftsensor überträgt. Das Messergebnis kann dann nicht dadurch verfälscht werden, dass die Oberflächengeometrie einer Prallplatte von der des eigentlichen Werkstücks abweicht und hierdurch der Impulsübertrag I verändert wird. Dies betrifft insbesondere den Einfallswinkel α, unter dem das Strahlmittel auftrifft. Das Werkstück kann ein Probestück sein, das mit dem eigentlichen zu bearbeitenden Werkstück geometrisch und stofflich im Wesentlichen identisch ist, aber nur zur Erarbeitung der Prozessparameter dient. Es kann aber auch dasjenige Werkstück sein, das es tatsächlich zu verfestigen gilt. In a further advantageous embodiment of the invention, the force sensor has a receptacle for the workpiece, which transmits the radiation force F exerted on the workpiece by the blasting medium to the force sensor. The measurement result can then not be falsified by the fact that the surface geometry of a baffle plate deviates from that of the actual workpiece and thereby the momentum transfer I is changed. This applies in particular to the angle of incidence α at which the blasting medium impinges. The workpiece may be a specimen which is substantially identical in geometry and substance to the actual workpiece to be machined, but which serves only to work out the process parameters. But it can also be the workpiece that actually has to be solidified.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Prallplatte, und/oder das Werkstück, und/oder eine Austrittsöffnung für das Strahlmittel, um mindestens eine Achse, die nicht zur Flugrichtung des Strahlmittels kollinear ist, drehbar gelagert. Der Einfallswinkel α des Strahlmittels auf die Prallplatte bzw. auf das Werkstück ist dann veränderlich. Hierfür kann beispielsweise bei fester Flugrichtung des Strahlmittels die Prallplatte bzw. das Werkstück gedreht werden. Es kann aber auch beispielsweise bei fester Orientierung der Prallplatte bzw. des Werkstücks die Austrittsöffnung, und damit die Flugrichtung des Strahlmittels, gedreht werden. Schließlich können beispielsweise sowohl die Austrittsöffnung als auch die Prallplatte bzw. das Werkstück gedreht werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the baffle plate, and / or the workpiece, and / or an outlet opening for the blasting agent, rotatably mounted about at least one axis which is not collinear to the direction of flight of the blasting means. The angle of incidence α of the blasting agent on the baffle plate or on the workpiece is then variable. For this purpose, for example, in the fixed direction of flight of the blasting agent, the baffle plate or the workpiece can be rotated. But it can also be rotated, for example, in fixed orientation of the baffle plate or the workpiece, the outlet opening, and thus the direction of flight of the blasting agent. Finally, for example, both the outlet opening and the baffle plate or the workpiece can be rotated.

Der Einfallswinkel α ist eine wesentliche Stellgröße für das Festkörperstrahlen, da er den Impulsübertrag I unmittelbar beeinflusst. Bei einem schrägen Einfallswinkel ist die Geschwindigkeit der auftreffenden Strahlkörper in eine zur Oberfläche parallele und eine zur Oberfläche senkrechte Komponente zu zerlegen. Zum anderen entscheidet der Einfallswinkel α auch darüber, inwieweit die Strahlkörper auf dem Weg zur Prallplatte beziehungsweise zum Werkstück durch dort reflektierte Strahlkörper behindert werden. Diese Behinderung ist beispielsweise am größten, wenn das Strahlmittel senkrecht auf die Prallplatte beziehungsweise auf das Werkstück einfällt und die Strahlkörper beim Aufprall nicht zerbrechen.The angle of incidence α is an important variable for solid-state radiation since it directly influences the momentum transfer I. At an oblique angle of incidence, the velocity of the impinging jet bodies is to be decomposed into a component parallel to the surface and a component perpendicular to the surface. On the other hand, the angle of incidence α also determines the extent to which the jet bodies on the way to the baffle plate or to the workpiece are impeded by the jet bodies reflected there. For example, this hindrance is greatest when the abrasive is perpendicular to the Impingement plate or incident on the workpiece and the jet body does not break on impact.

Der Sender kann beispielsweise über eine Kabelverbindung mit dem Empfänger verbindbar sein. Diese Kabelverbindung kann beispielsweise durch eine Durchführung in der Wandung einer geschlossenen Behandlungskammer der Feststoffstrahlanlage verlaufen. Der Sender kann aber auch vorteilhaft ein Funksender sein, und der Empfänger kann ein dem entsprechender Funkempfänger sein. Gerade bei der Nachrüstung einer Feststoffstrahlanlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, die Wandung einer vorhandenen Behandlungskammer nicht durchbrechen zu müssen.The transmitter can be connectable to the receiver, for example via a cable connection. This cable connection can run, for example, through a passage in the wall of a closed treatment chamber of the solid-particle jet installation. However, the transmitter can also advantageously be a radio transmitter, and the receiver can be a corresponding radio receiver. Especially when retrofitting a solids blasting system with the device according to the invention, it is advantageous not to have to break through the wall of an existing treatment chamber.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit dem Empfänger verbundener Integrierer für den vom Sender übermittelten Wert der Strahlkraft F vorgesehen. Der auf diesem Integrierer auflaufende Wert ist ein Maß für die Gesamtdosis an Hertz‘scher Pressung, die das Werkstück erfahren hat. Dieser Wert kann nützlich sein, um den Punkt zu finden, an dem die Druckeigenspannungen im Werkstück eine Sättigung erreichen und eine weitere Strahlbehandlung die Oberfläche des Werkstücks nur noch degradiert, ohne die Druckeigenspannungen weiter zu erhöhen.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, an integrator connected to the receiver is provided for the value of the jet force F transmitted by the transmitter. The value that accumulates on this integrator is a measure of the total dose of Hertzian stress experienced by the workpiece. This value can be useful to find the point at which the compressive residual stresses in the workpiece saturate and further blast treatment only degrades the surface of the workpiece without further increasing the residual compressive stresses.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Feststoffstrahlanlage. Diese Anlage umfasst eine Behandlungskammer mit einer Austrittsöffnung für ein aus unabhängigen einzelnen Strahlkörpern gebildetes Strahlmittel. Die Flugrichtung des Strahlmittels, die durch die Strahlrichtung der Austrittsöffnung bestimmt ist, ist von der Austrittsöffnung auf einen Behandlungsplatz für ein Werkstück in der Behandlungskammer gerichtet. Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung der vom Strahlmittel auf das Werkstück ausgeübten Strahlkraft F zumindest teilweise in der Behandlungskammer angeordnet.The invention also relates to a solid blasting plant. This plant comprises a treatment chamber with an outlet opening for a blasting agent formed from independent individual blasting bodies. The direction of flight of the blasting agent, which is determined by the jet direction of the outlet opening, is directed from the outlet opening to a treatment station for a workpiece in the treatment chamber. According to the invention, a device according to the invention for measuring the jet force F exerted on the workpiece by the blasting medium is arranged at least partially in the treatment chamber.

Die dermaßen ausgerüstete Feststoffstrahlanlage bietet nach dem zuvor Gesagten den Vorteil, dass sie mit deutlich weniger Aufwand auf diejenigen Betriebsparameter einstellbar ist, die genau zu einem vorgegebenen Impulsübertrag I von den Strahlkörpern auf das Werkstück führen und damit genau vorgegebene Druckeigenspannungen in das Werkstück einbringen. The so-equipped solids blasting machine offers the advantage that it can be adjusted with significantly less effort to those operating parameters that lead exactly to a given momentum transfer I of the blasting bodies on the workpiece and thus introduce exactly predetermined compressive residual stresses in the workpiece.

Der Suchraum für diese Parameter ist sehr groß: Beispielsweise hängt der Impulsübertrag I von Form, Größe und Beschaffenheit der Austrittsöffnung, vom Strahldruck, von Form und Größe der einzelnen Strahlkörper sowie vom Material ab, aus dem diese Strahlkörper bestehen. Auch der Abstand L zwischen der Austrittsöffnung und dem Werkstück beeinflusst den Impulsübertrag I. The search space for these parameters is very large: For example, the momentum transfer I depends on the shape, size and nature of the exit opening, on the jet pressure, on the shape and size of the individual jet bodies and on the material of which these jet bodies consist. The distance L between the outlet opening and the workpiece also influences the momentum transfer I.

Die Parameter lassen sich nicht unabhängig voneinander optimieren, sondern wechselwirken miteinander. Im Hinblick auf die Austrittsöffnung sind beispielsweise Durchmesser, Länge und Kanalform relevant. Wird beispielsweise der Druck des Strahlmittels gesteigert, um die in das Werkstück einzubringenden Druckeigenspannungen ebenfalls zu erhöhen, so wird der gewünschte Effekt nur erreicht, wenn auch die Zufuhrmenge des Strahlmittels entsprechend nachgestellt wird. Ohne eine solche Nachregelung behindert sich das Strahlmittel in der Austrittsöffnung selbst, wodurch der Strahl zu pulsieren beginnt. Dadurch werden der Impulsübertrag I und die damit in das Werkstück eingebrachten Druckeigenspannungen verringert. Die Erhöhung des Drucks des Strahlmittels bewirkt dann also genau das Gegenteil des Gewünschten.The parameters can not be optimized independently of each other, but interact with each other. With regard to the outlet opening, for example, diameter, length and channel shape are relevant. If, for example, the pressure of the blasting medium is increased in order to likewise increase the compressive residual stresses to be introduced into the workpiece, the desired effect is only achieved if the supply quantity of the blasting medium is adjusted accordingly. Without such readjustment, the blasting agent hinders itself in the outlet opening, whereby the jet begins to pulsate. As a result, the momentum transfer I and thus introduced into the workpiece compressive residual stresses are reduced. The increase in the pressure of the blasting agent then causes exactly the opposite of the desired.

Um die Druckeigenspannungen zu maximieren, waren somit bisher umfangreiche Messkampagnen notwendig, bei denen eine Vielzahl von Proben mit unterschiedlichen Parametern behandelt und die jeweils entstehenden Druckeigenspannungen im Nachhinein röntgenographisch gemessen wurden. An einer einzigen Probe die Druckeigenspannungen in einer bestimmten Tiefe auf diesem Weg zu messen, erfordert einen erheblichen Aufwand. Häufig ist es notwendig, ein Tiefenprofil mit etwa 5–10 Messpunkten in unterschiedlichen Tiefen aufzunehmen und eine Statistik über drei bis fünf Proben zu führen. Die Messzeit eines einzigen Messpunkts beträgt etwa 30 Minuten.In order to maximize residual compressive stresses, extensive measurement campaigns were thus necessary so far, in which a large number of samples were treated with different parameters and the resulting residual compressive stresses were retrospectively radiographically measured. To measure the compressive stresses at a certain depth in this way on a single sample requires a considerable effort. Often it is necessary to record a depth profile with about 5-10 measurement points at different depths and to keep statistics on three to five samples. The measuring time of a single measuring point is about 30 minutes.

Die Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung arbeitet in Echtzeit und kann somit auch Schwankungen während des laufenden Betriebes der Feststoffstrahlanlage erfassen. Beispielsweise kann der Druck des Strahlmittels ungewollt schwanken, oder die Austrittsöffnung kann im Laufe der Zeit durch den Kontakt mit dem Strahlmittel verschleißen und ihren Durchmesser und/oder ihre Form ändern. Gemäß der Erfindung kann also auch eine im Serienfertigungsprozess integrierte Strahlanlage an Hand von Referenzstrahlparametern schnell überprüft und ggfs. nachkalibriert werden.The measurement with the device according to the invention operates in real time and can thus also detect fluctuations during the ongoing operation of the solid sand blasting system. For example, the pressure of the blasting medium can fluctuate unintentionally, or the outlet opening can wear over time due to the contact with the blasting agent and change its diameter and / or its shape. According to the invention, therefore, a blasting system integrated in the mass production process can be quickly checked on the basis of reference beam parameters and, if necessary, recalibrated.

Bei der Messung geht es nicht darum, für genau vorgegebene Betriebsparameter der Feststoffstrahlanlage die am Werkstück erzielte Wirkung in Form von Druckeigenspannungen unmittelbar zu ermitteln. Vielmehr geht es umgekehrt darum, Druckeigenspannungen mit einer vorgegebenen Stärke und einem vorgegebenen Tiefenprofil zu erzielen und diejenigen Betriebsparameter für die Feststoffstrahlanlage herauszufinden, mit denen genau diese Wirkung erzielt werden kann. Da die Anzahl der Betriebsparameter groß ist und die Betriebsparameter zusätzlich miteinander wechselwirken, werden die optimalen Betriebsparameter bislang in aller Regel über Parameterstudien ermittelt oder über Erfahrungswerte abgeschätzt. When measuring, it is not a question of determining the effect achieved on the workpiece directly in the form of residual compressive stresses for precisely specified operating parameters of the solid-particle blasting system. Rather, it is the other way around to achieve residual compressive stresses with a given thickness and a given depth profile and to find out those operating parameters for the solid sandblasting, with which exactly this effect can be achieved. Because the number of operating parameters is large and the operating parameters interact with each other, the optimal operating parameters are so far usually determined by parameter studies or estimated by empirical values.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wechsler zur wahlweisen Verbringung des Werkstücks oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bzw. eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung, auf den Behandlungsplatz vorgesehen. Damit sind ohne Öffnen der Behandlungskammer wahlweise das Werkstück und die Vorrichtung mit dem Strahlmittel beaufschlagbar. Sind mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung die optimalen Betriebsparameter gefunden, muss dann das Bearbeitungsverfahren nicht gestoppt und nach dem Einsetzen des Werkstücks neu gestartet werden, sondern es kann direkt mit der Bearbeitung des Werkstücks fortgefahren werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bearbeitung unter Schutzatmosphäre erfolgt.In a further advantageous embodiment of the invention, a changer for selectively transferring the workpiece or the device according to the invention, or a part of the device according to the invention, provided on the treatment center. Thus, either the workpiece and the device with the blasting agent can be acted upon without opening the treatment chamber. If the optimal operating parameters are found with the aid of the device according to the invention, then the machining process does not have to be stopped and restarted after the onset of the workpiece, but the machining of the workpiece can be continued directly. This is particularly advantageous if the processing is carried out under a protective atmosphere.

Ein Wechsler, mit dem zwischen der Bestrahlung des Werkstücks und der Vorrichtung mit dem Strahlmittel umgeschaltet werden kann, kann beispielsweise mit einer Drehvorrichtung und zusätzlichen sogenannten Satelliten realisiert werden. Auf diesen Satelliten, die beispielsweise an einem Außenumfang der Drehvorrichtung angeordnet sind, können verschiedene Werkstücke, beziehungsweise das Werkstück einerseits und die Vorrichtung andererseits, montiert sein. Durch Drehung der Drehvorrichtung, etwa einer Kreisplatte, um ihre Rotationsachse können die Satelliten zu verschiedenen Bearbeitungsstationen geführt werden. Die Satelliten können während der Strahlbehandlung um ihre eigene Achse gedreht werden, so dass jedes Werkstück, oder auch die Vorrichtung, homogen bestrahlt werden kann.A changer with which it is possible to switch over between the irradiation of the workpiece and the device with the blasting medium can be realized, for example, with a turning device and additional so-called satellites. On this satellite, which are arranged for example on an outer periphery of the rotating device, different workpieces, or the workpiece on the one hand and the device on the other hand, be mounted. By rotating the rotating device, such as a circular plate, about its axis of rotation, the satellites can be guided to different processing stations. The satellites can be rotated about their own axis during the blast treatment, so that each workpiece, or even the device, can be homogeneously irradiated.

Nach dem zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Feststoffstrahlen eines Werkstücks, wobei durch Impulsübertrag I eines aus unabhängigen einzelnen Strahlkörpern gebildeten Strahlmittels auf das Werkstück Druckeigenspannungen in das Werkstück eingebracht werden.After the above, the invention also relates to a method for solids blasting of a workpiece, which are introduced by momentum transfer I of a blasting agent formed from independent individual blasting materials on the workpiece residual compressive stresses in the workpiece.

Erfindungsgemäß wird der Impulsübertrag I mit dem Kraftsensor einer zuvor beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung gemessen. Dies kann beispielsweise vor dem Bearbeiten des Werkstücks erfolgen. Es kann aber auch auf die gleiche Weise die Bearbeitung des Werkstücks in Echtzeit überwacht werden. Wahlweise können also das Werkstück einerseits und der Kraftsensor der Vorrichtung andererseits entweder gleichzeitig oder abwechselnd mit dem Impulsübertrag I beaufschlagt werden.According to the invention, the momentum transfer I is measured with the force sensor of a previously described device according to the invention. This can be done, for example, before machining the workpiece. But it can also be monitored in the same way, the machining of the workpiece in real time. Alternatively, therefore, the workpiece on the one hand and the force sensor of the device on the other hand, either simultaneously or alternately with the momentum transfer I can be acted upon.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Strahlkraft F über einen oder mehrere Betriebsparameter der Feststoffstrahlanlage von einer Vorsteuereinheit, die einen vorgegebenen Sollwert F_S für die Strahlkraft F in Werte für die Betriebsparameter übersetzt, auf den Sollwert F_S gesteuert. In einer solchen Vorsteuereinheit kann beispielsweise zusätzliches Wissen über Wirkzusammenhänge zwischen einem oder mehreren Betriebsparametern einerseits und der Strahlkraft F, und/oder über Wechselwirkungen zwischen mehreren Betriebsparametern, hinterlegt sein, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Kennfelder.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the jet force F is controlled via one or more operating parameters of the solids jet system by a pilot unit, which translates a predetermined set value F _S for the jet force F in values for the operating parameters, to the desired value F _S. In such a pilot control unit, for example, additional knowledge about the interaction between one or more operating parameters on the one hand and the radiant force F, and / or interactions between a plurality of operating parameters can be stored, for example in the form of one or more maps.

Alternativ oder auch in Kombination hierzu wird die Strahlkraft F über einen oder mehrere Betriebsparameter der Feststoffstrahlanlage von einem Regler geregelt. Dieser Regler übersetzt die vom Kraftsensor gemessene Strahlkraft F, und/oder eine Abweichung der vom Kraftsensor gemessenen Strahlkraft F von einem vorgegebenen Sollwert F_S für die Strahlkraft F, in Werte für die Betriebsparameter. Ist kein konkreter Sollwert F_S für die Strahlkraft F vorgegeben, kann der Regler beispielsweise dazu ausgebildet sein, die Strahlkraft F über die Betriebsparameter auf einen maximalen Wert zu regeln.Alternatively, or in combination with this, the jet force F is regulated by one controller via one or more operating parameters of the solids blasting system. This regulator translates the radiant force F measured by the force sensor, and / or a deviation of the radiant force F measured by the force sensor from a predefined setpoint value F _S for the radiant force F, into values for the operating parameters. If no specific setpoint value F _S for the blasting force F is specified, the controller can be designed, for example, to regulate the blasting force F to a maximum value via the operating parameters.

Die gemäß der Erfindung ermöglichte Messung der Strahlkraft F in Echtzeit stellt für den Regler eine Rückkopplung bereit, mit der eine geschlossene Regelschleife realisiert werden kann. Diese Rückkopplung reicht als Informationsquelle für das Auffinden der optimalen Betriebsparameter prinzipiell aus. Insoweit zusätzliches Wissen über Wirkzusammenhänge zwischen einem oder mehreren Betriebsparametern einerseits und der Strahlkraft F, und/oder über Wechselwirkungen zwischen mehreren Betriebsparametern, zur Verfügung steht, kann dieses genutzt werden, um die Regelgüte des Reglers zu verbessern und beispielsweise eine schnellere Ausregelzeit zu erreichen. Auf der anderen Seite ist es gerade ein Vorteil einer Regelung mit Rückkopplung, dass sie auf solches zusätzliches Wissen nicht zwingend angewiesen ist.The measurement of the radiant force F in real time, made possible according to the invention, provides feedback for the controller with which a closed control loop can be realized. This feedback is sufficient as an information source for finding the optimal operating parameters in principle. Insofar as additional knowledge is available about the interaction between one or more operating parameters on the one hand and the radiant force F, and / or about interactions between several operating parameters, this can be used to improve the control quality of the controller and, for example, to achieve a faster settling time. On the other hand, it is just an advantage of feedback control that it does not necessarily rely on such additional knowledge.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Betriebsparameter, die von der Vorsteuereinheit, und/oder vom Regler, genutzt werden, aus einer Gruppe ausgewählt. Diese Gruppe enthält die stoffliche Zusammensetzung, den Massenstrom, den Druck und/oder den Einfallswinkel α des auf die Prallplatte beziehungsweise auf das Werkstück auftreffenden Strahlmittels, die Form- und/oder Größenverteilung der Strahlkörper des Strahlmittels, sowie den Abstand L zwischen der Austrittsöffnung und der Prallplatte beziehungsweise dem Werkstück.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the operating parameters, which are used by the pilot control unit, and / or by the controller, selected from a group. This group contains the material composition, the mass flow, the pressure and / or the angle of incidence α of the blasting medium striking the baffle plate or the workpiece, the shape and / or size distribution of the blasting body of the blasting medium, and the distance L between the outlet opening and the Baffle plate or the workpiece.

Vorteilhaft wird der Einfallswinkel α des auf die Prallplatte bzw. auf das Werkstück auftreffenden Strahlmittels zur Erhöhung der Strahlkraft F in einfacher Weise abgeflacht. Advantageously, the angle of incidence α of the blasting means impinging on the baffle plate or on the workpiece is flattened to increase the blasting force F in a simple manner.

Intuitiv würde der Fachmann diesen Einfallswinkel α zur Erhöhung der Strahlkraft F steiler machen. Insbesondere würde der Fachmann einen senkrechten Einfallswinkel α auf das Werkstück wählen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dies das genaue Gegenteil des Gewünschten bewirken kann, wenn die Strahlkörper des Strahlmittels vom Werkstück reflektiert werden und sich gegenseitig behindern. Das Abflachen des Einfallswinkels α führt dazu, dass die vom Werkstück reflektierten Strahlkörper aus der Zone, in der neue Strahlkörper eintreffen, herausgeleitet werden. Intuitively, the expert would make this angle of incidence α steeper to increase the radiant force F. In particular, the person skilled in the art would choose a vertical angle of incidence α on the workpiece. According to the invention, it has been recognized that this can bring about the exact opposite of what is desired if the blasting bodies of the blasting medium are reflected by the workpiece and interfere with one another. The flattening of the angle of incidence α causes the beam body reflected by the workpiece to be led out of the zone in which new beam bodies arrive.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Erhöhung der Strahlkraft F der Druck des Strahlmittels erhöht und zugleich der Massestrom des Strahlmittels vermindert.In a further advantageous embodiment of the invention, the pressure of the blasting agent is increased to increase the jet force F and at the same time reduces the mass flow of the blasting agent.

Intuitiv geht der Fachmann davon aus, dass eine Erhöhung des Drucks für sich genommen die Strahlkraft F erhöht. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass auch diese Maßnahme das Gegenteil des Gewünschten bewirken kann, weil sich die Strahlkörper des Strahlmittels in einer Austrittsöffnung (Düse) einer Feststoffstrahlanlage gegenseitig behindern können. Dadurch beginnt der Strahl zu pulsieren. Die Verminderung des Massenstroms verhindert diese gegenseitige Behinderung der Strahlkörper und somit das Pulsieren.Intuitively, the person skilled in the art assumes that increasing the pressure per se increases the radiant force F. According to the invention, it was recognized that this measure can also cause the opposite of the desired, because the jet body of the blasting agent in a discharge opening (nozzle) of a solid blasting system can interfere with each other. This causes the beam to pulsate. The reduction of the mass flow prevents this mutual obstruction of the jet body and thus the pulsation.

Störgrößen, die den Zusammenhang zwischen den Betriebsparametern der Feststoffstrahlanlage und der Strahlkraft F abändern, sind beispielsweise Veränderungen von Anlagenparametern, wie etwa Vergrößerungen von Düsendurchmessern auf Grund von Verschleiß, Strahlmittelverklumpungen, Änderungen in den Druckleitungs- und Strahlmittelzuführungen sowie Strahlzeitänderungen.Disturbance variables which change the relationship between the operating parameters of the solid-particle blasting system and the blasting force F are, for example, changes in plant parameters, such as increases in nozzle diameters due to wear, blasting agent clumping, changes in the pressure line and blasting agent feeds and jet time changes.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Ausführungsbeispieleembodiments

Es zeigt: It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Feststoffstrahlanlage 2 mit wechselweiser Bestrahlung der Vorrichtung 1 und des Werkstücks 7, 1 a schematic representation of a solids blasting plant 2 with alternate irradiation of the device 1 and the workpiece 7 .

2 eine schematische Darstellung einer Feststoffstrahlanlage 2 mit verkippbarer Aufnahme 12 für das Werkstück 7. 2 a schematic representation of a solids blasting plant 2 with tiltable recording 12 for the workpiece 7 ,

3a ein Blockschaltbild für die Steuerung der Strahlkraft F, und 3a a block diagram for the control of the radiant force F, and

3b ein Blockschaltbild die Regelung der Strahlkraft F. 3b a block diagram of the control of the jet force F.

Nach 1 umfasst die Feststoffstrahlanlage 2 eine Behandlungskammer 3 mit einer Wandung 3a. In der Behandlungskammer 3 ist eine Austrittsöffnung 4, die als Düse ausgebildet ist, für ein aus unabhängigen einzelnen Strahlkörpern 5a gebildetes Strahlmittel 5 angeordnet. Die Flugrichtung 4a des Strahlmittels 5 ist durch die Strahlrichtung der Austrittsöffnung 4 bestimmt und von der Austrittsöffnung 4 auf einen Behandlungsplatz 6 für ein Werkstück 7 in der Behandlungskammer 3 gerichtet. Die einzelnen Strahlkörper 5a verlassen im Betrieb der Feststoffstrahlanlage 2 die Austrittsöffnung 4 mit der Geschwindigkeit v₁. To 1 includes the solids blasting plant 2 a treatment chamber 3 with a wall 3a , In the treatment chamber 3 is an exit opening 4 , which is designed as a nozzle, for an independent of individual blasting bodies 5a formed abrasive 5 arranged. The direction of flight 4a of the blasting medium 5 is through the jet direction of the outlet opening 4 determined and from the outlet 4 to a treatment center 6 for a workpiece 7 in the treatment chamber 3 directed. The individual jet body 5a leave during operation of the solids blasting plant 2 the exit opening 4 at the speed v ₁ .

Am Behandlungsplatz 6 für das Werkstück 7 ist in der 1 gezeigten Situation eine Prallplatte 11 angeordnet, die über eine Aufnahme 11a an einem Kraftsensor 8 befestigt ist. Die Prallplatte 11 befindet sich in einem Abstand L zur Austrittsöffnung 4.At the treatment place 6 for the workpiece 7 is in the 1 shown situation a baffle plate 11 arranged over a receptacle 11a on a force sensor 8th is attached. The flapper 11 is located at a distance L to the outlet opening 4 ,

Der Kraftsensor 8 ist mit einem Sender 9 für den registrierten Wert der Strahlkraft F verbunden. Prallplatte 11, Aufnahme 11a, Kraftsensor 8 und Sender 9 bilden zusammen den ersten Teil 1a der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, der innerhalb der Behandlungskammer 3 angeordnet ist. The force sensor 8th is with a transmitter 9 for the registered value of the radiant force F connected. flapper 11 , Admission 11a , Force sensor 8th and transmitter 9 together form the first part 1a the device according to the invention 1 that is inside the treatment chamber 3 is arranged.

Das vom Sender 9 abgestrahlte Funksignal S, in dem der Wert der Strahlkraft F kodiert ist, wird außerhalb der Behandlungskammer 3 von einem Empfänger 10 aufgefangen. Der Wert der Strahlkraft F wird aus dem Signal S dekodiert und an einen Integrierer 16 weitergegeben, der die gesamte aufgenommene Dosis an Impulsübertrag I aufintegriert. Der Empfänger 10 und der Integrierer 16 bilden gemeinsam den zweiten Teil 1b der Vorrichtung 1, der sich außerhalb der Behandlungskammer 3 befindet. That from the transmitter 9 radiated radio signal S, in which the value of the jet force F is coded, is outside the treatment chamber 3 from a receiver 10 collected. The value of the blasting force F is decoded from the signal S and sent to an integrator 16 passed that integrates the entire absorbed dose of momentum transfer I. The recipient 10 and the integrator 16 together form the second part 1b the device 1 that is outside the treatment chamber 3 located.

Der Teil 1a der Vorrichtung 1 ist über eine Haltevorrichtung 101 an einem Satelliten 103 befestigt, der wiederum auf einer Drehscheibe 100 angebracht ist. The part 1a the device 1 is about a holding device 101 on a satellite 103 attached, in turn, on a turntable 100 is appropriate.

Die Drehscheibe ist in der Behandlungskammer 3 um ihre Rotationsachse 100a drehbar. Zugleich ist auch der Satellit 103 um seine Rotationsachse 103a drehbar. Wird die Drehscheibe 100 um beispielsweise 180° gedreht, so wird der Teil 1a der Vorrichtung 1 aus dem Strahlengang des Strahlmittels 5 entfernt. Stattdessen gelangt dann das Werkstück 7, das über eine zweite Haltevorrichtung 102 am Satelliten 104 und über diesen wiederum an der Drehscheibe 100 befestigt ist, auf den Behandlungsplatz 6. Die Drehscheibe 100, die Haltevorrichtungen 101 und 102 sowie die Satelliten 103 und 104 bilden somit einen Wechsler 100–104, mit dem wahlweise das Werkstück oder der Teil 1a der Vorrichtung 1 auf den Behandlungsplatz verbracht werden kann. Es können also mit Hilfe der Prallplatte 11 und des Kraftsensors 8 zunächst die Betriebsparameter der Feststoffstrahlanlage 2 so eingestellt werden, dass jeder Strahlkörper 5a auf der Prallplatte 11 einen genau definierten Impulsübertrag I bewirkt, bevor mit der Bearbeitung des eigentlichen Werkstücks 7 begonnen wird. In das Werkstück 7 wird dann genau der vorher eingestellte Impulsübertrag I eingebracht, der für das vorgesehene Tiefenprofil an, in 1 nicht eingezeichneten, Druckeigenspannungen 15 gewünscht ist. The turntable is in the treatment chamber 3 around its axis of rotation 100a rotatable. At the same time is also the satellite 103 around its axis of rotation 103a rotatable. Will be the hub 100 turned by 180 °, for example, so the part 1a the device 1 from the beam path of the blasting medium 5 away. Instead, the workpiece then passes 7 that has a second holding device 102 at the satellite 104 and above this turn at the turntable 100 is attached to the treatment room 6 , The turntable 100 , the holding devices 101 and 102 as well as the satellites 103 and 104 thus form a changer 100 - 104 with which either the workpiece or the part 1a of the contraption 1 can be spent on the treatment room. So it can with the help of the baffle plate 11 and the force sensor 8th First, the operating parameters of the solids blasting system 2 be adjusted so that each jet body 5a on the flapper 11 causes a well-defined momentum transfer I before, with the processing of the actual workpiece 7 is started. Into the workpiece 7 Then exactly the previously set momentum transfer I is introduced, the for the intended depth profile on, in 1 not shown, internal compressive stresses 15 is desired.

Indem der Satellit 103 um seine Rotationsachse 103a gedreht wird, während der Teil 1a der Vorrichtung 1 mit dem Strahlmittel 5 beaufschlagt wird, können auch Veränderungen der Strahlkraft F, und damit des Impulsübertrags I, auf Grund von Asymmetrien in der Feststoffstrahlanlage 2 erkannt werden.By the satellite 103 around its axis of rotation 103a is rotated while the part 1a the device 1 with the blasting agent 5 It is also possible for changes in the radiant force F, and therefore of the momentum transfer I, due to asymmetries in the solid-particle jet system to be applied 2 be recognized.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der Teil 1a der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, der sich innerhalb der Messkammer 3 befindet, zugleich auch den Behandlungsplatz 6 für das Werkstück 7. Am Kraftsensor 8 ist eine Aufnahme 12 fixiert, die um eine zur Flugrichtung 4a des Strahlmittels 5 nicht kollineare Achse 4b drehbar gelagert ist. Die Achse 4b steht senkrecht auf der Flugrichtung 4a des Strahlmittels 5, und damit auch senkrecht auf der Zeichenebene. Durch Drehung der Aufnahme 12 kann der Winkel α zwischen der der Austrittsöffnung 4 zugewandten Oberfläche 7a des Werkstücks 7 und der Flugrichtung 4a des Strahlmittels 5 eingestellt werden. Wie in 2 illustriert, werden dadurch die Strahlkörper 5a nach dem Auftreffen auf die der Austrittsöffnung 4 zugewandte Oberfläche 7a des Werkstücks 7 so abgelenkt, dass sie neue, von der Austrittsöffnung 4 her eintreffende Strahlkörper 5a nicht behindern. Die auf die der Austrittsöffnung 4 zugewandte Oberfläche 7a des Werkstücks 7 treffenden Strahlkörper 5a bringen einen Impulsübertrag I in das Werkstück 7 ein und bewirken somit, dass sich in dem Werkstück 7 in einem der Oberfläche 7a nahen Bereich Druckeigenspannungen 15 ausbilden. At the in 2 the embodiment shown contains the part 1a the device according to the invention 1 that is inside the measuring chamber 3 at the same time also the place of treatment 6 for the workpiece 7 , At the force sensor 8th is a recording 12 Fixed, the one to the direction of flight 4a of the blasting medium 5 non-collinear axis 4b is rotatably mounted. The axis 4b is perpendicular to the direction of flight 4a of the blasting medium 5 , and thus also perpendicular to the drawing plane. By rotation of the recording 12 can the angle α between the outlet opening 4 facing surface 7a of the workpiece 7 and the direction of flight 4a of the blasting medium 5 be set. As in 2 Illustrated, thereby become the jet body 5a after hitting the exit opening 4 facing surface 7a of the workpiece 7 so distracted that they are new, from the outlet 4 incoming jet body 5a do not hinder. The on the outlet 4 facing surface 7a of the workpiece 7 striking jet body 5a bring a momentum transfer I into the workpiece 7 and thus cause that in the workpiece 7 in one of the surface 7a near range compressive stresses 15 form.

Dieses Einbringen von Druckeigenspannungen 15 kann über den Kraftsensor 8 in Echtzeit kontrolliert werden. Hierzu ist der Kraftsensor 8 an einen Sender 9 gekoppelt, der über eine Kabelverbindung 13 und eine Durchführung 14 in der Wandung 3a der Behandlungskammer 3 den vom Sender 9 übermittelten Wert der Strahlkraft F an einen Empfänger 10 weiterreicht. Analog zur 1 reicht der Empfänger 10 den Wert der Strahlkraft F an den Integrierer 16 weiter. Empfänger 10 und Integrierer 16 bilden den Teil 1b der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, der außerhalb der Behandlungskammer 3 angeordnet ist.This introduction of residual compressive stresses 15 can via the force sensor 8th be controlled in real time. For this purpose, the force sensor 8th to a transmitter 9 coupled, via a cable connection 13 and an implementation 14 in the wall 3a the treatment chamber 3 from the transmitter 9 transmitted value of the radiant force F to a receiver 10 passes. Analogous to 1 is enough for the recipient 10 the value of the radiant force F to the integrator 16 further. receiver 10 and integrators 16 make up the part 1b the device according to the invention 1 that is outside the treatment chamber 3 is arranged.

3a verdeutlicht die Steuerung der Strahlkraft F durch eine Vorsteuereinheit 25. Die Vorsteuereinheit 25 erhält einen vorgegebenen Sollwert F_S für die Strahlkraft F als Eingabe und übersetzt diesen Sollwert in Werte für die Betriebsparameter 21–24. Mit diesen Betriebsparametern 21–24 wird die Feststoffstrahlanlage 2 angesteuert. Bei der Behandlung des Werkstücks 7 in der Feststoffstrahlanlage 2 wird das Werkstück 7 mit der Strahlkraft F beaufschlagt, deren Wert durch die Betriebsparameter 21–24 bestimmt ist. Als Betriebsparameter 21–24 für die Ansteuerung der Feststoffstrahlanlage 2 werden hier die stoffliche Zusammensetzung 21, der Massestrom 22 und der Druck 23 des auf das Werkstück 7 auftreffenden Strahlmittels 5 verwendet. Weiterhin wird auch der Einfallswinkel α des auf das Werkstück 7 auftreffenden Strahlmittels 5 als weiterer Betriebsparameter 24 für die Ansteuerung der Feststoffstrahlanlage 2 verwendet. Die Übereinstimmung der Strahlkraft F mit dem vorgegebenen Sollwert F_S wird ohne aktive Rückkopplung der tatsächlichen Strahlkraft F in die Vorsteuereinheit 25 hergestellt. Stattdessen ist in der Vorsteuereinheit 25 zusätzliches Wissen über die Wirkzusammenhänge zwischen den Betriebsparametern 21–24 und der Strahlkraft F, sowie auch über Wechselwirkungen zwischen den Betriebsparametern 21–24, hinterlegt. 3a illustrates the control of the jet force F by a pilot unit 25 , The pilot unit 25 receives a given setpoint value F _S for the radiant force F as an input and translates this setpoint into values for the operating parameters 21 - 24 , With these operating parameters 21 - 24 becomes the solids blasting machine 2 driven. In the treatment of the workpiece 7 in the solid blasting plant 2 becomes the workpiece 7 subjected to the radiant force F, their value by the operating parameters 21 - 24 is determined. As operating parameters 21 - 24 for the control of the solids blasting system 2 Here are the material composition 21 , the mass flow 22 and the pressure 23 of the on the workpiece 7 incident blasting agent 5 used. Furthermore, the angle of incidence α of the workpiece is also 7 incident blasting agent 5 as another operating parameter 24 for the control of the solids blasting system 2 used. The correspondence of the radiant force F with the predetermined target value F _S is without active feedback of the actual radiant force F in the pilot control unit 25 produced. Instead, in the pilot unit 25 additional knowledge about the interactions between the operating parameters 21 - 24 and the radiating force F, as well as interactions between the operating parameters 21 - 24 , deposited.

3b verdeutlicht die Regelung der Strahlkraft F durch einen Regler 26. Der Regler 26 erhält zum Einen den vorgegebenen Sollwert F_S für die Strahlkraft F als Eingabe und zum Anderen den vom Kraftsensor 8 gemessenen Wert der tatsächlichen Strahlkraft F als Rückkopplung. Aus dem Soll-Ist-Vergleich leitet der Regler 26 Werte für die Betriebsparameter 21–24 ab, mit denen die Feststoffstrahlanlage 2 angesteuert wird. Dieser Soll-Ist-Vergleich benötigt kein zusätzliches Wissen über Wirkzusammenhänge zwischen den Betriebsparametern 21–24 und der Strahlkraft F oder über Wechselwirkungen zwischen den Betriebsparametern 21–24. 3b clarifies the regulation of the radiant force F by a controller 26 , The regulator 26 receives, on the one hand, the predetermined setpoint value F _S for the blasting force F as input and, on the other hand, that from the force sensor 8th measured value of the actual radiant force F as feedback. The controller derives from the target / actual comparison 26 Values for the operating parameters 21 - 24 starting with which the solid-particle blasting system 2 is controlled. This target / actual comparison does not require any additional knowledge about causal relationships between the operating parameters 21 - 24 and the radiant force F or via interactions between the operating parameters 21 - 24 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10146787 A1 [0002]
EP 0540172 A1 [0004]
US 4297550 A [0005]
DE 4412494 A1 [0005]

Claims

Contraption ( 1 ) for measuring the blasting power (F) of a blasting medium ( 5 ) a solid-jet blasting plant ( 2 ), wherein the blasting agent ( 5 ) for solidifying blasting on a workpiece ( 7 ), characterized in that the measurement of the blasting force (F) by a force sensor ( 8th ), whereby a transmitter ( 9 ) from the force sensor ( 8th ) transmits detected value of the blasting force (F) for further measured value processing.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that additionally a receiver ( 10 ) for the transmitter ( 9 ) transmitted value of the blasting force (F) is provided, which supplies the value of the blasting force (F) of the measured value processing.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a baffle plate ( 11 ) provided by the blasting agent ( 5 ) exerts radiated force (F) and on the force sensor ( 8th ) transmits.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the force sensor ( 8th ) a recording ( 12 ) for the workpiece ( 7 ), which by the blasting agent ( 5 ) on the workpiece ( 7 ) exerted radiation force (F) on the force sensor ( 8th ) transmits.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the baffle plate ( 11 ) and / or the workpiece ( 7 ) and / or an exit opening ( 4 ) for the abrasive ( 5 ) around at least one axis ( 4b ), which are not to the flight direction ( 4a ) of the blasting agent ( 5 ) is collinear, is rotatable or pivotally mounted.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the transmitter ( 9 ) via a cable connection ( 13 ) with the receiver ( 10 ) is connected to the measured value transmission.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the transmitter ( 9 ) a radio transmitter and the receiver ( 10 ) is a radio receiver, so that the transmitter ( 9 ) by radio with the receiver ( 10 ) is connected to the measured value transmission.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 2 to 7, characterized in that one with the receiver ( 10 ) connected integrator ( 16 ) for measured value processing of the transmitter ( 9 ) transmitted value of the blasting force (F) is provided.

Solids blasting plant ( 2 ), comprising a treatment chamber ( 3 ) with an outlet opening ( 4 ) for an independent individual jet body ( 5a ) blasting agent ( 5 ), the direction of flight ( 4a ) of the blasting agent ( 5 ) from the exit opening ( 4 ) to a treatment center ( 6 ) for a workpiece ( 7 ) in the treatment chamber ( 3 ), characterized in that a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8 for the measurement of the blasting agent ( 5 ) on the workpiece ( 7 ) exerted radiation force (F) at least partially in the treatment chamber ( 3 ) is arranged.

Solids blasting plant ( 2 ) according to claim 9, characterized by a changer ( 100 - 104 ) for selectively transferring the workpiece ( 7 ) or the device ( 1 ) or at least part ( 1a ) of the device ( 1 ) to the treatment center ( 6 ).

Process for the solid blasting of a workpiece ( 7 ), wherein by momentum transfer (I) one of independent individual jet bodies ( 5a ) blasting agent ( 5 ) on the workpiece ( 7 ) Residual compressive stresses ( 15 ) in the workpiece ( 7 ) are introduced, characterized in that the momentum transfer (I) with the force sensor ( 8th ) a device ( 1 ) is measured according to one of claims 1 to 8.

Method according to claim 11, characterized in that the workpiece ( 7 ) and the force sensor ( 8th ) of the device ( 1 ) are simultaneously applied to the momentum transfer (I).

Method according to claim 11, characterized in that the workpiece ( 7 ) on the one hand and the force sensor ( 8th ) of the device ( 1 ) On the other hand alternately with the momentum transfer (I) are applied.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the jet force (F) via one or more operating parameters ( 21 - 24 ) of the solid-jet blasting plant ( 2 ) from a pilot control unit ( 25 ), which transmits a given desired value (F _S ) for the blasting force (F) into values for the operating parameters ( 21 - 24 ), is controlled to the desired value (F _S ).

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the jet force (F) via one or more operating parameters ( 21 - 24 ) of the solid-jet blasting plant ( 2 ) from a controller ( 26 ), which measures the radiation force (F) measured by the force sensor and / or a deviation of the force sensor ( 8th ) measured radiation force (F) from a predetermined set point (F _S ) for the radiant force (F), in values for the operating parameters ( 21 - 24 ) is translated, regulated.

Method according to one of claims 14 or 15, characterized in that the operating parameters ( 21 - 24 ) supplied by the pilot unit ( 25 ) or from the controller ( 26 ) are selected from a group containing: the material Composition ( 21 ), the mass flow ( 22 ), the pressure ( 23 ) and the angle of incidence (α, 24 ) of the baffle plate ( 11 ) or on the workpiece ( 7 ) impacting abrasive ( 5 ), the shape and / or size distribution of the jet body ( 5a ) of the blasting agent ( 5 ), and the distance (L) between the outlet opening ( 4 ) and the baffle plate ( 11 ) or the workpiece ( 7 ).

A method according to claim 16, characterized in that to increase the radiant force (F) of the angle of incidence (α) of the impact plate ( 11 ) or on the workpiece ( 7 ) impacting abrasive ( 5 ) is flattened.

A method according to claim 16, characterized in that to increase the jet force (F) of the pressure of the blasting agent ( 5 ) and at the same time the mass flow of the blasting agent ( 5 ) is reduced.