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Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken Es ist bekannt,
die Oberflächen von verschiedenartigen Werkstücken durch Behandlung mit Schleifstoffen,
wie Sand, Schmirgel, Korund u. dgl., zu schleifen, polieren usw. Dabei ist es sowohl
bekannt, diese Schleifstoffe in Form von Schleifscheiben, Schleifpapieren oder Schleiftüchern
zu verwenden wie auch die Schleifstoffe durch einen Luft-, Gas-, Dampfstrahl oder
durch Zentrifugalwirkung mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des zu behandelnden
Werkstückes, etwa senkrecht zu dieser, aufzuschleudern. Diese Verfahren sind unter
der Bezeichnung »Tauchschleifen«, »Sandstrahlen«, »Druckstrahlläppen« usw. bekannt.
Bei diesen bekannten Verfahren haben die Partikeln des Schleifmittels eine gerichtete
Bewegung, die im allgemeinen etwa senkrecht, teilweise auch schräg zu den zu behandelnden
Oberflächen ist. Mit diesen bekannten Verfahren ist mehr oder weniger eine starke,
aber keineswegs sehr gleichmäßige Abtragung der zu bearbeitenden Oberflächen zu
erzielen.
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Auch ist es bekannt, die Schleifstoffe in Form einer mit Flüssigkeit
angeteigten Paste, zum Teil auch unter Druck, über die Oberfläche der zu behandelnden
Werkstücke hinwegzuführen. Auch hier hat das Schleifmittel eine streng gerichtete
Bewegung. Damit ist zwar ein etwas gleichmäßigerer Angriff als mit dem Sandstrahlverfahren
möglich, der aber, besonders bei komplizierten Formen des zu bearbeitenden Werkstückes,
bei weitem nicht völlig gleichmäßig ist. Es läßt sich nicht vermeiden, daß die exponierten
Teile der Oberfläche des zu behandelnden Stückes stärker angegriffen werden als
die versteckteren Winkel.
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Ein nicht zum bekannten Stand der Technik gehörender älterer Vorschlag
sieht vor, die Oberfläche von Schaufelrädern und insbesondere die Strömungskanäle
von Schaufelrädern für Strömungsmaschinen durch Bespülen mit einer mit reibenden
Zusätzen versehenen, unter Pumpenwirkung stehenden Flüssigkeit zu glätten und die
Pumpenwirkung eines zu glättenden Schaufelrades selbst zum Erzeugen der Bewegung
der Schleifflüssigkeit zu benutzen. Für Werkstücke wie Turbinenschaufeln und Strömungskanäle
von Schaufelrädern die bekanntlich von vornherein so konstruiert sind, daß sie nicht
den kleinsten toten Winkel aufweisen, mag dieses Verfahren, das ebenfalls eine gerichtete
Strömung des Schleifmittels an der zu bearbeitenden Oberfläche entlang verwendet,
zufriedenstellende Resultate geben. Für Anwendungszwecke, bei denen es aber nicht
auf besonders starke Abtragung ankommt oder wo eine solche gar unerwünscht ist,
dafür aber eine sanfte und gleichmäßigere Abtragung aller Oberflächenteile, auch
in schwer zugängigen, im Schatten normaler Strömung liegenden Winkeln erwünscht
und notwendig ist, ist dieses Verfahren aber ungeeignet.
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Ebenfalls zum Polieren von Gegenständen mit von vornherein recht glatter
Oberfläche ohne tote und versteckte Winkel, insbesondere zum Polieren von Turbinenschaufeln,
ist ein anderes bekanntes Verfahren bestimmt, das im wesentlichen darin besteht,
die auf einem mit Einspannvorrichtungen versehenen Träger befestigten zu polierenden
Gegenstände in einem darunter befindlichen Poliermittelbehälter einzutauchen und
eine Relativbewegung zwischen dem Träger und dem Poliermittelbehälter auszuführen,
wobei das Polieren durch diese Relativbewegung bewirkt wird. Die schleifende und
polierende Wirkung dieser Relativbewegung wird dabei dadurch unterstützt und vergleichmäßigt,
daß die Einspannvorrichtung für die zu polierenden Gegenstände bei der Relativbewegung
zwischen dem Träger und dem Poliermittelbehälter in Drehung versetzt werden. Zusätzlich
wird hierbei durch Löcher im Behälterboden Luft eingeblasen, um die Poliermittelteilchen
hochzuwirbeln und dem in Richtung auf den Boden zunehmenden statischen Druck zum
Erhalt gleichmäßiger Teilchendichte entgegenzuwirken. Dieses Verfahren gibt ebenfalls
nur bei der Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mit relativ glatter Oberfläche,
wie Turbinenschaufeln, wirklich befriedigende Resultate.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser bekannten
Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken, die auch bei sehr kompliziert
geformten Werkstücken mit tiefen, schmalen, winkeligen und sonst schwer zugänglichen
Aussparungen und Winkeln eine Gleichmäßigkeit der Oberflächenabtragung zu erzielen
gestattet, wie sie mit keinem bekannten Oberflächenbearbeitungsverfahren bisher
möglich war. Außerdem ist es erfindungsgemäß
möglich, den Angriff
nicht nur viel gleichmäßiger, sondern auch weicher zu halten als mit bekannten Verfahren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht auch davon aus, die Werkstücke
in ein loses körniges Schleif-oder Poliermittel einzutauchen, durch das von unten
Luft eingeblasen wird, und besteht darin, daß eine aus dem Schleifmittel und der
Luft aufgebaute Wirbelschicht verwendet wird.
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Eine solche Wirbelschicht bildet sich bekanntlich bei der Durchströmung
eines pulverigen oder körnigen Haufwerkes mit einem fluiden Medium wie Luft dann
aus, wenn dessen aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit einen bestimmten,
in erster Linie von der Korngröße und dem spezifischen Gewicht der Feststoffpartikeln
abhängigen Wert, den sogenannten Winklerpunkt, überschreitet. Andererseits darf
bekanntlich die Strömungsgeschwindigkeit des aufwärts strömenden fluiden Mediums
auch einen bestimmten Höchstwert, den sogenannten Austragspunkt, nicht überschreiten,
weil es sonst die Feststoffpartikeln aus dem Behälter austrägt. Wird dagegen die
Strömungsgeschwindigkeit in dem vom Winklerpunkt als untere und dem Austragspunkt
als obere Grenze festgelegten Bereich gehalten, dann bildet sich eine eigenartige
Bewegung der Feststoffpartikeln aus, wobei die Bewegung jedes einzelnen Partikels
statischen Gesetzen folgt und die Summe der Bewegungskomponenten aller Partikeln
gleich Null ist. Die Feststoffschicht ist dabei nach oben zu gegenüber dem Gasraum
durch eine wohldefinierte Oberfläche abgegrenzt, die der Oberfläche einer kochenden
Flüssigkeit ähnelt. Die untere Begrenzung der Wirbelschicht wird von der gas- bzw.
flüssigkeitsdurchlässigen Unterlage gebildet, durch die das Fluidisierungsmedium
aufströmt.
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Solche Wirbelschichten sind für die Durchführung verschiedener chemischer
und physikalischer Umsetzunaen, z. B. für katalytische Gasreaktionen, zum Rösten
sulfidischer Erze oder zum Trocknen puh%erförmiger Stoffe wohlbekannt.
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Die erfindungsgemäße Anwendung dieser für chemische Umsetzung bekannten
Wirbelschichten für die Oberflächenbearbeitung von Werkstücken ergibt eine Reihe
besonders vorteilhafter neuer Wirkungen. Infolge der völlig ungerichteten intensiven
Bewegung der Feststoffpartikeln werden alle Teile der Oberfläche des zu behandelnden
Werkstückes völlig gleichmäßig angegriffen, und auch die verstecktesten Winkel und
Höhlungen werden vom Schleifmittel ebenso gründlich bearbeitet wie die exponiertesten
Teile der Oberfläche.
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Erfindungsgemäß genügt es, die zu behandelnden Werkstücke in beliebiger
Weise, beispielsweise durch Aufhängen an einem Draht od. dgl., in eine Wirbelschicht
einzutauchen, deren Feststoff aus dem Schleifmittel besteht und der von einem beliebigen
fluiden Medium fluidisiert wird.
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Wie schon erwähnt, ist schon vorgeschlagen worden, durch im Boden
des Poliermittelbehälters vorgesehene Löcher Luft in geregelter Menge einzuleiten,
um die Teilchen des Poliermittels hochzuwirbeln. Dabei wird aber die eingeblasene
Luftmenge so geregelt, daß sie ausreicht, um nur dem in Richtung auf den Trogboden
zunehmenden statischen Druck entgegenzuwirken und in allen Teilen der Masse eine
gleichmäßigere Dichte zu erhalten, nicht aber, um eine echte Wirbelschicht aufzubauen,
so daß die Oberflächenbearbeitung bei diesem bekannten Verfahren nur durch die mechanisch
aufgezwungene Relativbewegung der Einspannvorrichtung für das Werkstück und den
Poliermittelbehälter bewirkt wird.
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Im Gegensatz dazu ist für das erfindungsgemäße Verfahren überhaupt
keine mechanische Bewegung, weder des Werkstückes noch des Poliermittelbehälters,
notwendig. Es genügt vielmehr, die zu bearbeitenden Werkstücke in die Wirbelschicht
einzuhängen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß das Behandlungsmaterial,
z. B. Schleif- oder Poliermittel, an alle Teile der Oberfläche der zu behandelnden
Werkstücke sehr gleichmäßig herangeführt und damit eine sehr gleichmäßige Oberflächenbehandlung
erzielt wird.
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Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht
vor, die zu behandelnden Werkstücke der Reihe nach in verschiedene Wirbelschichten,
einzubringen, die aus verschiedenen Behandlungsmitteln aufgebaut sind, wie z. B.
der Reihe nach in eine Wirbelschicht aus grobem Schmirgel, anschließend in eine
solche aus feinem und schließlich in eine aus feinstem Schmirgel und zum Schluß
in eine Wirbelschicht aus Eisenrot oder einem sonstigen Feinpoliermittel.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise eignet sich in entsprechender Abwandlung
nicht nur zum Polieren, sondern auch umgekehrt zum Aufrauhen von Werkstückoberflächen,
beispielsweise zum Aufrauhen der Oberfläche von Werkstücken aus Kunststoff, durch
Eintauchen in Wirbelschichten, die aus einem groben Schleifmittel aufgebaut sind.