DE10237402A1 - Verfahren zum Erzeugen einer Partikelströmung aus feinkörnigen Teilchen in einem Gasstrom, Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung eines Schleuderstrahles und Strahlpistole zur Formierung eines Schleuderstrahles - Google Patents

Abstract

Zur Erzeugung einer Partikelströmung aus feinkörnigen Teilchen in einem Gasstrom, die als Schleuderstrahl für die Oberflächenbehandlung von Gegenständen geeignet ist, erfolgt die Einspeisung feinkörniger, im trockenen, rieselfähigen Zustand vorliegender Teilchen in den axial verlaufenden Gasstrom über mehrere in konzentrischer Verteilung parallel zu dem Gasstrom verlaufende Zuführungsabschnitte, die in eine düsenartig gestaltete Mischkammer münden. Dabei erzeugt der Gasstrom einen die feinkörnigen Teilchen ansaugenden Unterdruck. Die zugehörige Vorrichtung ist pistolenartig gestaltet und im Wesentlichen dreiteilig aufgebaut: DOLLAR A - ein zylinderartiges Gehäuse (10) mit einer Montagewand (11) und Anschlussbereichen (14, 15) für ein Druckgas und ein Strahlmittel, DOLLAR A - ein zugleich als Düsenkopf (21) ausgebildeter Verteiler (20) mit einer axialen Bohrung (24) für das Druckgas und mehreren konzentrisch dazu angeordneten Bohrungen (27) für das Strahlmittel DOLLAR A - und eine düsenartige Kappe (30), die zusammen mit dem Düsenkopf (21) eine Mischkammer (35) bildet.

Description

• Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Arbeitsverfahren und ist bei der Formierung einer Partikelströmung anzuwenden, die von feinkörnigen Teilchen in einem Gasstrom gebildet wird und die zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen aus Stein, Glas, Kunststoff und Holz, vor allem aber aus Metall dienen soll.
• Zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen und Werkstoffen, insbesondere zum Abtragen von Fremdschichten wie Lacken, Oxidationsschichten, Zunder und Schmutz sind Abstrahlverfahren üblich, bei denen ein körniges Strahlmittel in einen flüssigen oder gasförmigen Tragstrahl eingebracht, das Strahlmittel durch den flüssigen oder gasförmigen Tragstrom gefördert und durch eine Düse hindurch gegen die zu behandelnde Oberfläche geschleudert wird. Als Strahlmittel werden dabei u. a. Glas, Sand, Aluminiumoxid, Diamantspat, Keramiken, Walnussschalen und auch Kunststoffe in Form feinkörniger Pulver verwendet. – Die Düse, durch die hindurch die Partikelströmung in einen freien Strahl überführt wird, kann Teil einer von Hand zu bedienenden, pistolenartigen Vorrichtung sein, durch die der Tragstrom axial hindurchströmt und in der die feinkörnigen Teilchen des Strahlmittels – trocken oder mit einer Flüssigkeit benetzt oder vermischt – schräg zur Strömungsrichtung des Tragstromes eingespeist werden. Dabei kann eine Saugwirkung des Tragstromes zum Tragen kommen ( EP 0 171 448 A ). – Es ist auch bekannt, das Strahlmittel einem gasförmigen Tragstrom über einen konzentrisch zum Führungskanal des Gases verlaufenden, ringförmigen Strömungskanal oder über einen parallel dazu verlaufenden Strömungskanal zuzuführen, wobei Führungskanal und Strömungskanal in eine Mischkammer münden ( DE 25 59 036 A ; EP 0 526 087 A ).
• Die bekannten Abstrahlverfahren dienen im Wesentlichen dazu, größere Oberflächenbereiche zu behandeln. Hierzu kommen Tragströme mit relativ hohen Drücken sowie Strahlmittel in größeren Mengen pro Zeiteinheit zum Einsatz.
• Durch die Erfindung soll ein Arbeitsverfahren geschaffen werden, mit dem durch Erzeugung eines Schleuderstrahles auch Oberflächen kleinerer Gegenstände – wie beispielsweise Metallbeschläge von Holzkonstruktionen, wie sie bei der Aufarbeitung von alten Einrichtungsgegenständen anfallen – sowie Oberflächen kleiner oder größerer Formteile – wie beispielsweise Teile eines zu restaurierenden Motors, also Gegenstände mit Oberflächenbereichen in der Größenordnung einiger Quadratzentimeter oder – Dezimeter – behandelt werden können, wobei ein vollständiger Abtrag der Fremdschicht gewährleistet, aber ein übermäßiger Materialabtrag der zu behandelnden Gegenstände vermieden werden soll.
• Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Partikelströmung aus feinkörnigen Teilchen in einem Gasstrom, bei dem feinkörnige Teilchen in trockenem, rieselfähigen Zustand aus einem Teilchenvorrat drucklos in eine axiale Strömung eines unter erhöhtem Druck stehenden Gases eingespeist werden und der mit den feinkörnigen Teilchen angereichte Gasstrom in einen freien Strahl überführt wird, dahingehend weiterentwickelt, dass die Einspeisung der feinkörnigen Teilchen über mehrere, in konzentrierter Verteilung parallel zu dem Gasstrom verlaufende Zuführungsabschnitte erfolgt, wobei die Zuführungsabschnitte in eine düsenartig gestaltete Kammer münden, in der der Gasstrom – axial versetzt zu den Mündungen der Zuführungsabschnitte – von einer geführten Strömung in eine freie Strömung übergeht.
• Bei einer derartigen Ausgestaltung der Einspeisung von Gasstrom und feinkörnigen Teilchen in eine düsenartig gestaltete Kammer lassen sich bei relativ kleinem Druck des Gasstromes und druckloser Zufuhr der feinkörnigen Teilchen hohe Beschleunigungen der feinkörnigen Teilchen bei kleiner Streubreite der freien Partikelströmung erreichen. Bei der Anwendung dieses Verfahrens zur Erzeugung eines Schleuderstrahles für die Oberflächenbehandlung von Gegenständen wird somit ein wirksamer Abtrag der jeweiligen Fremdschicht oder ein Mattieren oder Strukturieren von Oberflächen oder ein Entgraten von Kanten erreicht. Beim Abtragen von Fremdschichten bleiben feine Oberflächenstrukturen der zu behandelnden Gegenstände erhalten. Zur Behandlung von Gegenständen ist es dabei zweckmäßig, als feinkörnige Teilchen handelsübliche Strahlmittel mit einer Korngröße kleiner oder höchstens gleich 250 μm zu verwenden, den Druck des Gasstromes mit wenigstens 0,7 bar zu bemessen, den Strömungsquerschnitt des Gasstromes so zu bemessen, dass wenigstens 30*10³ cm³/min transportiert werden, und die Strömungsquerschnitte der Zuführungsabschnitte für die feinkörnigen Teilchen so zu dimensionieren, dass deren in den Gasstrom eingespeiste Masse wenigstens 70 g/min beträgt.
• Zur Formierung der Partikelströmung des neuen Abstrahlverfahrens ist eine Vorrichtung nach Art einer Strahlpistole geeignet, die im Prinzip aus einem zylinderartigen Gehäuse mit einer Längsachse besteht, wobei das Gehäuse quer zu der Längs achse eine Montagewand mit Anschlussbereichen für das Druckgas und für die feinkörnigen Teilchen aufweist und in das Gehäuse ein mit der Montagewand verbundener Verteiler für das Druckgas und für die feinkörnigen Teilchen eingesetzt ist, der zugleich als Düsenkopf für den Gasstrom und für die Teilchenströme ausgebildet ist; als spezielle Ausgestaltung dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Montagewand mit Durchführungsbohrungen für den Gasstrom und für die feinkörnigen Teilchen versehen ist, dass der Verteiler zur Führung des Gasstromes eine erste Bohrung aufweist, die sich in Richtung der Längsachse erstreckt, und zur Führung der feinkörnigen Teilchen mehrere zweite Bohrungen aufweist, die von einer ringartigen Kammer abgehen und konzentrisch verteilt parallel zu der ersten Bohrung angeordnet sind, dass die Austrittsöffnungen der zweiten Bohrungen entgegen der Strömungsrichtung des Gasstromes und der feinkörnigen Teilchen versetzt zu der Austrittsöffnung der ersten Bohrung angeordnet sind und dass der Düsenkopf zur Bildung einer Mischkammer mit einer düsenartig gestalteten Kappe bestückt ist, die die Austrittsöffnung der ersten Bohrung axial überragt.
• Eine derartige Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich somit durch mehrere Zuführungskanäle für die feinkörnigen Teilchen, durch einen axialen Versatz der Austrittsöffnung des Gasstromes gegenüber den Austrittsöffnungen der Teilchenströme und durch eine Mischkammer aus, die durch eine düsenartige Kappe begrenzt ist. Die mehreren Zuführungskanäle für die feinkörnigen Teilchen bewirken dabei eine sanfte, nichtturbulente Einspeisung der Teilchen in den Gasstrom; der axiale Versatz der Austrittsöffnungen führt im Bereich zwischen der Austrittsöffnung für den Gasstrom und den Austrittsöffnungen für die feinkörnigen Teilchen zur Ausbildung eines Unterdruckbereiches, durch den die feinkörnigen Teilchen aus ihrem Vorrat ohne Verwendung einer Hilfsströmung angesaugt werden. Innerhalb der Kappe entsteht im Bereich der Düsenöffnung ein hoher Staudruck, so dass die feinkörnigen Teilchen in diesem Bereich beschleunigt und mit ausreichend hoher Geschwindigkeit aus der Düsenöffnung der Kappe austreten. – Die gesamte Anlage für die Formierung der Partikelströmung lässt sich daher mit nur einem Druckgas-(Druckluft)anschluss (Kompressor mit zugehörigen Filtereinrichtungen), einem Vorratsbehälter für das trockene, rieselfähige Strahlmittel, je einem Zuführungsschlauch für das Druckgas und das Strahlmittel zu einer pistolenartigen Vorrichtung und einer pistolenartigen Vorrichtung selbst realisieren. Die pistolenartige Vorrichtung ist dabei kleinbauend und lässt sich beispielsweise in einer Länge von etwa 90 mm und einem Durchmesser von etwa 30 mm realisieren.
• Die pistolenartige Vorrichtung kann von Hand bedient werden; dies kommt insbesondere für flache Kleinteile oder für Formteile in Betracht. Zur Bearbeitung größerer Oberflächenbereiche, die keine starken Krümmungen aufweisen, können diese auch an der fest installierten pistolenartigen Vorrichtung vorbeigeführt werden, ggf. automatisch. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, mehrere pistolenartige Vorrichtungen in entsprechendem Abstand zueinander in Reihe oder gestaffelt anzuordnen, um sehr große Oberflächenbereiche, z. B. blechartige Verkleidungen, zu behandeln.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den als Düsenkopf ausgebildeten Verteiler mit wenigstens vier, vorzugsweise sechs zweiten Bohrungen für die Zuführung der feinkörnigen Teilchen zu der Mischkammer zu versehen. Weitere Bohrungen verändern den Charakter der Partikelströmung nur unwesentlich. – Durch eine asymmetrische Verteilung der zweiten Bohrungen auf einem Teilkreis kann weiterhin erreicht werden, dass die Partikelströmung bei senkrechtem Auftreffen auf die zu bearbeitende Oberfläche keinen Kreisquerschnitt, sondern nur einen sichelförmigen Teil eines Kreisquerschnittes abdeckt, die Partikelströmung also einen kehlmeißelartigen Querschnitt aufweist. Dies ermöglicht u. a. eine bessere Beobachtung des Abtragvorganges.
• Sofern man weiterhin den als Düsenkopf ausgebildeten Verteiler verdrehbar gegenüber der Montagewand anordnet, kann die Menge der eingespeisten feinkörnigen Teilchen und damit auch die Streubreite des Partikelstromes reguliert werden. Die Verdrehung des Verteilers kann von Hand, fernbedienbar oder automatisiert erfolgen.
• Bei einer kreisförmigen Öffnung der düsenartig gestalteten, auf den Düsenkopf aufgesetzten Kappe mit einem Durchmesser von etwa 5 bis maximal 10 mm lassen sich bei einem Abstand der zu behandelnden Oberfläche von der Austrittsöffnung der Kappe von etwa 150 mm einstellbare Streuweiten von etwa 20 bis 100 mm erreichen. Dabei hat sich eine nach Art eines Rotationsparaboloides ausgebildete Innenkontur der Kappe als sehr vorteilhaft erwiesen. Eine solche Innenkontur gewährleistet auf kurzer axialer Länge eine effektive Einspeisung des Strahlmittels in den Gasstrom.
• Ein Ausführungsbeispiel einer pistolenartigen Vorrichtung zur Formierung einer erfindungsgemäßen Partikelströmung in Form eines Schleuderstrahles ist in den 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt
• 1 einen Längsschnitt in vergrößerter Darstellung und
• 2 eine Stirnansicht eines Teiles der Vorrichtung gemäß 1 entsprechend der Schnittlinie II-II.
• Die Vorrichtung gemäß 1 ist im Wesentlichen dreiteilig aufgebaut und besteht aus einem zylinderartigen Gehäuse 10, einem Verteiler 20 und einer düsenartigen Kappe 30. – Das Gehäuse 10 ist in Richtung seiner Achse 19 unterbrochen dargestellt. An dem rechten Ende sind ein Anschlussbereich 14 für Druckluft und ein Anschlussbereich 15 für ein Strahlmittel vorgesehen. Diese Anschlussbereiche gehen in axiale Durchführungsbohrungen 12 und 13 über, die in eine Montagewand 11 eingelassen sind und zu dem Verteiler 20 führen. – Die Anschlussbereiche könnten auch am Umfang des Gehäuses 10 angeordnet sein.
• Der Verteiler 20 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet und hat ein gehäuseseitiges Ende, welches abgestuft ausgebildet ist, wobei diese Stufung mit einer entsprechenden Ausgestaltung des verteilerseitigen Endes des Gehäuses 10 korrespondiert. Dabei ist zwischen dem Verteiler 20 und dem Gehäuse 10 eine Ringkammer 22 gebildet, die mit der Durchführungsbohrung 12 in Verbindung steht. Die Ringkammer 22 ist über einen radialen Kanal 23 mit einer ersten, in Achsrichtung des Verteilers 20 verlaufenden Bohrung 24 verbunden. Die Bohrung 24 hat am Ende eines düsenartigen Ansatzes 25 eine Austrittsöffnung 29. – Der Ansatz 25 ist Teil eines als Düsenkopf 21 ausgebildeten Bereiches des Verteilers 20; in diesem Bereich befinden sich auch Austrittsöffnungen 33, die zu zweiten Bohrungen 27 gehören. Die Bohrungen 27 verlaufen parallel zu der ersten Bohrung 24 und sind dazu konzentrisch verteilt angeordnet. Gemäß 2 sind sechs zweite Bohrungen vorgesehen, dort mit 271 bis 276 bezeichnet. – Die zweiten Bohrungen 27 gehen von einer zweiten Ringkammer 26 aus, die konzentrisch zu der ersten Ringkammer 22 angeordnet ist und mit der Zuführungsbohrung 13 im Gehäuse 10 in Verbindung steht.
• Die erste Bohrung 24 ragt mit ihrer Austrittsöffnung 29 axial über die Austrittsöffnungen 33 der zweiten Bohrungen 27 hinaus.
• Auf eine düsenseitige Abstufung 34 des Verteilers 20 ist eine düsenartige Kappe 30 aufgesetzt; sie überragt den düsenartigen Ansatz 25 und umgibt auch die Austrittsöffnungen 33 der zweiten Bohrungen 27. Auf diese Weise bilden der Düsenkopf 21 und die Kappe 30 eine Mischkammer für die Einspeisung eines durch die zweiten Bohrungen 27 einströmenden Strahlmittels in einen aus der ersten Bohrung 24 austretenden Druckluftstrahl. Die düsenartige Kappe 30 weist eine Düsenöffnung 31 auf, deren Durchmesser D – je nach Größe der Vorrichtung – zweckmäßig mit 5 bis 10 mm zu bemessen ist. Der Abstand der Düsenöffnung 31 von der Austrittsöffnung 29 beträgt etwa 1/3 bis 2/3, vorzugsweise 1/2 der Länge des etwa 20 mm langen Ansatzes 25. – Die zweiten Bohrungen 27 sollten eine Länge von wenigstens etwa 45 mm aufweisen, um eine beruhigte Einströmung des Strahlmittels in die Mischkammer 35 zu gewährleisten.
• In dem Gehäuse 10 ist noch eine Bohrung 16 vorgesehen, die mit einer Sackbohrung 36 im Verteiler 20 korrespondiert. Diese Bohrungen dienen der mechanischen Verbindung beider Teile miteinander.
• Gemäß 2 sind die Bohrungen 271 bis 276 auf einem Teilkreis angeordnet, auf diesem aber asymmetrisch verteilt. Die Umfangswinkel zwischen den Bohrungen können beispielsweise – angefangen bei den Bohrungen 271/272 – 65°, 55°, 50°, 45° und 40° betragen. Damit verbleibt ein nicht mit einer Bohrung versehener Umfangswinkel von 105°, in dem ein Steg 28 ange ordnet ist, der innen mit einem ersten ringförmigen Bereich 281 die Sackbohrung 36 umschließt und außen mit einem zweiten ringförmigen Bereich 282 die Bohrungen 271 bis 276 umgibt. Die Ringkammer 26 bildet also keinen geschlossenen Ring.
• Die Zuordnung von Verteiler 20 und Gehäuse 10 ist so gewählt, dass der Verteiler gegenüber dem Gehäuse verdrehbar ist, was beispielsweise durch einen in der Sackbohrung 36 verankerten und im Bereich der Bohrung 16 gelagerten Gewindestab gewährleistet werden kann. Dies ermöglicht es, mit Hilfe des Steges 28 die Zuführungsbohrung 13 für das Strahlmittel partiell oder ganz zu verschließen oder unterschiedliche zweite Bohrungen 271 bis 276 in den Bereich der Zuführungsbohrung 13 zu bringen.
• Die neue Vorrichtung wird zweckmäßig mit Druckluft gespeist, die einen Druck von 0,7 bis 3,0 bar aufweist. Der zu fördernde Volumenstrom kann 30 bis 70*10³ cm³/min betragen, wenn die erste Bohrung 24 einen Durchmesser von etwa 3 mm hat. Im Bereich der Austrittsöffnung 29 stellt sich ein Saugdruck von 0,3 bis etwa 1,3 bar ein, der ausreicht, um das trockene, rieselfähige Strahlmittel anzusaugen. Bei einem Durchmesser der zweiten Bohrungen 27 bzw. 271 bis 276 von 1,5 bis 2 mm ist ein Strahlmitteldurchsatz von etwa 70 bis 540 g/min möglich. Das Strahlmittel sollte im Bereich der Mischkammer über eine Strecke von etwa 25 bis 50 mm beschleunigt werden. Wenn ein Strahlmittel mit einer Korngröße von etwa 0,15 bis 0,25 mm und einer Härte von etwa 1800 Knoop bzw. 9 Mohs verwendet wird, lassen sich Materialschichten von 3 bis 20*10^-3 mm abtragen. Dabei sollte eine düsenartige Kappe 30 zum Einsatz kommen, deren Innenkontur 32 nach Art eines Rotationsparaboloides ausgebildet ist.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erzeugen einer Partikelströmung aus feinkörnigen Teilchen in einem Gasstrom, bei dem feinkörnige Teilchen in trockenem, rieselfähigen Zustand aus einem Teilchenvorrat drucklos in eine axiale Strömung eines unter erhöhtem Druck stehenden Gases eingespeist werden und der mit den feinkörnigen Teilchen angereichte Gasstrom in einen freien Strahl überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung der feinkörnigen Teilchen über mehrere, in konzentrischer Verteilung parallel zu dem Gasstrom verlaufende Zuführungsabschnitte erfolgt, wobei die Zuführungsabschnitte in eine düsenartig gestaltete Kammer münden, in der der Gasstrom – in Strömungsrichtung axial versetzt zu den Mündungen der Zuführungsabschnitte – von einer geführten Strömung in eine freie Strömung übergeht.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines Schleuderstrahles für die Oberflächenbehandlung von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass als feinkörnige Teilchen handelsübliche Strahlmittel mit einer Korngröße kleiner oder höchstens gleich 250 μm verwendet werden, dass der Druck des Gasstromes wenigstens 0,7 bar beträgt, dass der Gasstrom ein Gasvolumen von wenigstens 30*10³ cm³/min transportiert, und dass die Querschnitte der Zuführungsabschnitte so dimensioniert sind, dass die in den Gasstrom eingespeiste Masse der feinkörnigen Teilchen wenigstens 70 g/min beträgt.
3. Vorrichtung nach Art einer Strahlpistole zur Formierung einer Partikelströmung nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem zylinderartigen Gehäuse (10) mit einer Längsachse (19), das quer zu der Längsachse eine Montagewand (11) mit Anschlussbereichen (14, 15) für das Druckgas und für die feinkörnigen Teilchen aufweist und in das ein mit der Montagewand (11) verbundener Verteiler (20) für das Druckgas und für die feinkörnigen Teilchen eingesetzt ist, der zugleich als Düsenkopf (21) für den Gasstrom und für die Teilchenströme ausgebildet ist, wobei – die Montagewand (11) mit Durchführungsbohrungen für den Gasstrom und für die feinkörnigen Teilchen versehen ist, – der Verteiler (20) zur Führung des Gasstromes eine erste Bohrung (24) aufweist, die sich in Richtung der Längsachse (19) erstreckt, und zur Führung der feinkörnigen Teilchen mehrere zweite Bohrungen (27) aufweist, die von einer ringartigen Kammer (26) abgehen und konzentrisch verteilt parallel zu der ersten Bohrung angeordnet sind, – und die Austrittsöffnungen (33) der zweiten Bohrungen (27) entgegen der Strömungsrichtung des Gasstromes und der feinkörnigen Teilchen versetzt zu der Austrittsöffnung (29) der ersten Bohrung (24) angeordnet sind – und der Düsenkopf (21) zur Bildung einer Mischkammer (35) mit einer düsenartig gestalteten Kappe (30) bestückt ist, die die Austrittsöffnung (29) der ersten Bohrung (24) axial überragt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (20) mit sechs zweiten Bohrungen (271 bis 276) für die Zuführung der feinkörnigen Teilchen versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bohrungen (271 bis 276) asymmetrisch verteilt auf einem Teilkreis angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (20) verdrehbar gegenüber der Montagewand (11) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die düsenartig gestaltete Kappe (30) eine kreisförmige Austrittsöffnung (31) mit einem Durchmesser (D) von etwa 5 bis 10 mm aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (30) eine Innenkontur (32) nach Art eines Rotationsparaboloides aufweist.