DE19510900A1 - Gleitschleifen von Innenflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Oberflächenbehandlung einer Innenoberfläche ei­ nes Hohlkörpers, insbesondere einer Kanne, der in den Oberbe­ griffen der Ansprüche 1 und 14 beschriebenen Art.

Die Innenbearbeitung von Kannen für Getränke wie Kaffee oder Tee, insbesondere von hochwertigen Kannen aus Edelstahl oder versilbertem Material stellt bislang noch ein Problem dar. Versilberte Kannen werden bisher innen manuell poliert und Edelstahlkannen gebürstet. Abgesehen davon, daß diese Verfah­ ren sehr zeitaufwendig und somit kostenintensiv sind, wurden allenfalls Rauhtiefen von ca. 6 bis 8 µm erreicht. Je rauher eine Oberfläche, desto eher können sich Ablagerungen festset­ zen, und desto schlechter sind diese Oberflächen zu reinigen, was sich insbesondere bei schlecht zugänglichen Innenoberflä­ chen bei Hohlkörpern bemerkbar macht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Innenoberfläche eines Hohl­ körpers, insbesondere einer Kanne, sowie eine dafür geeignete Vorrichtung bereitzustellen, mit dem auf kostengünstige Weise die Oberflächenqualität einer Innenoberfläche eines Hohlkör­ pers noch erhöht werden kann.

Die Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und durch die in Anspruch 14 angegebene Vorrichtung gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des an sich bekannten Gleitschleifverfahrens in Verbindung mit einem Träger, der in der Lage ist, die Gleitschleifchips elastisch zu unterstützen und zu führen, konnte die Oberflächenqualität überraschender­ weise wesentlich verbessert werden. So konnte die Rauhtiefe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber Oberflächen, die mit Polierscheiben erzeugt wurden, um ca. 50% gesenkt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert weiterhin keine komplizierten Vorrichtungen zu seiner Durchführung und eignet sich für Hohlkörper unterschiedlichster Formen, die nicht unbedingt rotationssymmetrisch sein müssen.

Gleitschleifverfahren unter Verwendung von Gleitschleifchips in einem sogenannten "Compound", d. h. einer wäßrigen Lösung zum Reinigen der Chips, wurden bislang nur zum Außenschleifen von Kleinteilen eingesetzt, wobei die Kleinteile zusammen mit den Gleitschleifchips in einem Bottich eingefüllt und dort mittels unelastischer, nicht nachgiebiger, schaufelartiger Rührer in intensiven Schleifkontakt miteinander gebracht wur­ den. Nach Auffassung der Fachwelt, ist dieses Gleitschleifen nur zum Außenschleifen geeignet.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 13 beschrieben.

Zweckmäßigerweise wird die zur Bearbeitung der Innenoberflä­ che notwendige Relativbewegung zwischen den Gleitschleifchips und dem Hohlkörper durch Relativdrehung zwischen dem Hohlkör­ per und dem Träger gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 erzeugt.

Zur Erzielung eines optimalen Ergebnisses kann weiterhin die in Anspruch 5 beschriebene lineare Relativbewegung, ausge­ führt durch den Träger, vorgenommen werden.

Dabei wird die Drehgeschwindigkeit des Trägers gemäß Anspruch 6 so eingeregelt, daß die Gleitschleifchips durch Fliehkraft­ wirkung an die Innenoberfläche gedrückt werden.

Für ein optimales Ergebnis, insbesondere bei unregelmäßigen Innenoberflächen, wie beispielsweise Verengungen, Ausbauchun­ gen oder ovale Formen, werden zweckmäßigerweise gemäß An­ spruch 7 die Drehachsen von Hohlkörper und Träger im Winkel zur Senkrechten angeordnet, so daß die Schleifwirkung durch Schwerkraftwirkung weiter unterstützt wird.

Für einen optimalen Erfolg besonders bevorzugt ist es weiter­ hin, wenn die Gleitschleifchips gemäß Anspruch 8 in Bearbei­ tungsrichtung und gemäß Anspruch 9 senkrecht zur Bearbei­ tungsrichtung nachgiebig unterstützt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Schleifdruck nie so groß werden kann, daß sich Oberflächenriefen ausbilden können.

Als Träger für die Gleitschleifchips eignet sich in besonde­ rem Maße die in Anspruch 10 beschriebene Bürste, deren Bor­ stenspitzen die Gleitschleifchips in nachgiebiger Weise über die zu bearbeitende Innenoberfläche führen.

Zweckmäßigerweise wird der Borstenabstand der Bürste gemäß Anspruch 11 derart gewählt, daß die Gleitschleifchips auch zwischen den Borsten aufgenommen werden können, so daß sie in allen drei Raumrichtungen elastisch unterstützt werden.

Die besten Ergebnisse wurden bei Verwendung von länglichen oder dreikantförmigen Gleitschleifchips gemäß Anspruch 12 er­ reicht.

Bei einer optimalen Anpassung aller Parameter, insbesondere einer Anpassung der Relativbewegung auf die Art der Gleit­ schleifchips und das zu bearbeitende Material können die in Anspruch 13 beschriebenen Rauhtiefen von etwa 3 µm bis etwa 4 µm erzielt werden.

Die Ansprüche 14 bis 23 beschreiben eine besonders bevorzug­ te, einfach aufgebaute und im wesentlichen automatisch und somit kostengünstig arbeitende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kanne bei Bearbeitung durch das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, und

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Hohlkörper 1 in Form einer Kanne aus Edel­ stahl, deren Innenoberfläche 2 zur Verminderung von Oberflä­ chenrauhigkeiten bearbeitet werden soll. Zu diesem Zweck wird in den Innenraum 3 der Kanne 1 die übliche Gleitschleif­ mischung aus Gleitschleifchips 4, die zum Zwecke der besseren Darstellung vergrößert gezeichnet sind, wobei außerdem ausge­ wählte Gleitschleifchips gezeigt sind, und dem sogenannten "Compound" eingefüllt. Dann wird in den Innenraum 3 der Kanne 1 eine Bürste 5 eingetaucht, die aus einem Schaft 6, einem Bürstenkopf 7 und Büscheln aus Kunststoffborsten 8 besteht, die mit vorbestimmten Abständen über die Oberfläche des Bür­ stenkopfes 7 verteilt angeordnet sind.

Der Bürstenkopf 7 kann in seiner Form an die Form des Innen­ raums 3 angepaßt sein, d. h. zum Beispiel kegelstumpfförmig für den im wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenraum 3, so daß im dargestellten Idealfall die Spitzen der Borsten 8 von der Innenoberfläche 2 mindestens noch einen Abstand aufwei­ sen, in den ein Gleitschleifchip 4 paßt, wenn der Bürstenkopf 7 voll in den Innenraum 3 eingetaucht ist.

Zum Schleifen können im wesentlichen alle herkömmlichen Gleitschleifchips verwendet werden, wobei sich jedoch insbe­ sondere unregelmäßige Formen, wie beispielsweise längliche oder dreikantige Formen eignen, während kugelförmige weniger geeignet sind.

Der Bürstenkopf 7 besteht aus Kunststoff. Die Kunststoffbor­ sten 8 sollten ausreichend elastisch, wasserresistent und ab­ riebfest sein. Der Abstand zwischen den Kunststoffborsten 8 bzw. zwischen den Borstenbüscheln, falls die Borsten büschel­ weise angeordnet sind, sollte so an die Größe der Gleit­ schleifchips 4 angepaßt werden, daß diese zwischen die Bor­ sten 8 bzw. die Borstenbüschel eintauchen können.

Die Bürste 5 kann um ihre Drehachse X₁ reversierend, d. h. im Linkslauf oder im Rechtslauf in Richtung des Doppelpfeiles a gedreht werden. Gleichzeitig kann die Kanne 1 um ihre mit der Drehachse X₁ der Bürste 5 zusammenfallende Drehachse X₂ eben­ falls reversierend, d. h. im Linkslauf oder im Rechtslauf in Richtung des Doppelpfeiles b gedreht werden. Zusätzlich kann die Bürste 5 eine oszillierende, axiale Hubbewegung in Rich­ tung des Doppelpfeils c ausführen, deren unterer Totpunkt so gewählt ist, daß zwischen den Borstenbüscheln 8 an der Unter­ seite des Bürstenkopfes 7 und dem Boden der Kanne 1 allen­ falls noch ein Gleitschleifchip 4 paßt.

Außerdem können die zusammenfallenden Drehachsen X₁ und X₂ in eine Schräglage zur Senkrechten um bis zu 45° gekippt werden, die durch die Linie X′₁-X′₂ in Fig. 1 angedeutet ist.

Zum Bearbeiten der Innenfläche 2 der Kanne 1 wird in den In­ nenraum 3 die übliche Gleitschleifmischung aus Gleitschleif­ chips 4 und "Compound" eingefüllt. Dann wird die Kanne 1 in einer ersten Richtung und die Bürste 5 in einer zweiten Rich­ tung, die der Drehrichtung der Kanne 1 entgegengesetzt ist, in Drehung versetzt. Anschließend wird der Bürstenkopf 7 bis zu seinem unteren Totpunkt in den Hohlraum 3 eingetaucht, wo­ bei der Bürstenkopf 7 die Gleitschleifchips 4 verdrängt, wo­ bei diese sich zwischen den Borsten 8 verteilen. Anschließend wird mit der oszillierenden Bewegung der Bürste 5 begonnen. Nach einem vorbestimmten Zeitraum wird sowohl die Drehrich­ tung der Kanne 1 als auch die Drehrichtung der Bürste 5 umge­ kehrt, damit die in jedem Material vorhandenen Poren oder Lunker nicht ausgeschliffen werden und zu Oberflächenfehlern führen. Außerdem besteht beim Arbeiten in nur einer Drehrich­ tung die Gefahr, daß sich die Borsten zunehmend umlegen und die Mitnahmefähigkeit der Bürste stark nachläßt.

Beim Bearbeiten der Innenoberfläche 2 werden die Gleit­ schleifchips 4 durch die Borsten 8 in der Drehung mitgenom­ men, indem sie nachgiebig von den elastischen Borsten gescho­ ben werden, so daß sie auf der Innenoberfläche 2 gleiten und einen Materialabtrag bewirken. Durch die nachgiebige Unter­ stützung der Gleitschleifchips 4 durch die Borsten 8 wird er­ reicht, daß der Schleifdruck nie zu hoch werden kann. Unter­ stützt wird die Schleifbearbeitung durch Fliehkraft, die die Gleitschleifchips 4 nach außen gegen die Innenoberfläche 2 drückt, wobei jedoch auch diese Unterstützung nachgiebig ist, da die Gleitschleifchips 4 bei einem erhöhten Widerstand wie­ der zwischen die Borsten 8 und außer Eingriff mit der In­ nenoberfläche 2 ausweichen können. Dabei darf jedoch die Fliehkraft nicht so groß werden, daß die Gleitschleifchips zu stark an die Innenoberfläche angedrückt werden, daß sie dort abrollen.

Die Qualität der Bearbeitung, insbesondere am Boden sowie in ausgebauchten oder unrunden Formen bzw. Formen mit unrunden Teilen, wie beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte, ausge­ bauchte Kanne mit Ausgußschnäuzchen, kann verbessert werden, wenn die Drehachsen schräggestellt werden. Durch die Schräg­ stellung auf die Gleitschleifchips 4 zusätzlich einwirkende Schwerkraft in Richtung auf die Innenwand 2 können die Gleit­ schleifchips 4 wesentlich besser in die Ausbauchungen oder Unrundheiten gedrückt und aus ihnen herausgedrückt werden.

Insbesondere bei unrunden Formen oder unrunden Teilen hat es sich weiterhin als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Dreh­ richtung des Hohlkörpers 1 in sehr kurzen Zeitabständen ge­ wechselt wird, wobei jeweils die Umschaltung von einer Dreh­ richtung auf die andere, die insbesondere bei stark unrunden Teilen zweckmäßigerweise mit einer gewissen Haltezeit verbun­ den ist, so gelegt ist, daß sich dann gerade die größte Un­ rundheit an der untersten oder obersten Stelle ihrer Bahn um die Drehachse X₂ befindet.

Durch die Schrägstellung wird weiterhin ein besserer Aus­ tausch des laufend zugeführten "Compound" erreicht.

Beispiel

Die Innenfläche einer Kanne aus Edelstahl der in Fig. 1 ge­ zeigten Form wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ge­ schliffen. Längliche oder dreikantförmige Gleitschleifchips werden zusammen mit "Compound" in die Kanne eingefüllt, wobei der "Compound"-Zufluß über den gesamten Bearbeitungsvorgang aufrechterhalten wird. Es wird eine Bürste mit einem kegel­ stumpfförmigen Bürstenkopf verwendet, deren Form an die Form des Innenraums der Kanne 1 angepaßt ist. Der Bürstenkopf trägt Borstenbüschel gleicher Länge über seinen gesamten Um­ fang. Die Drehachsen werden um 45° zur Senkrechten gekippt, und die Bürste wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit an den Borstenspitzen von 1,5 bis 4 m/sec angetrieben. Dabei wurde festgestellt, daß geringere Geschwindigkeiten rauhe Oberflä­ chen ergeben, überhöhte Geschwindigkeiten jedoch ebenfalls ein rauhes und mattes Aussehen, da die Bürste die Gleit­ schleifchips abschleudert und sich leer dreht. Die Gleit­ schleifchips rollen dann lediglich auf der Oberfläche ab.

Die Kanne 1 wird mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Bürste 5 und reversierend angetrieben, und dreht sich nur et­ wa einmal pro zwei Sekunden. Beim Umschalten von einer Dreh­ richtung auf die andere wird eine Haltezeit vorgesehen.

Nach der Bearbeitung wies die Innenoberfläche eine Rauhtiefe von nur mehr 3 bis 4 µm auf.

Das obenbeschriebene Verfahren wird vorteilhafterweise auf der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung 10 durchge­ führt. Die Vorrichtung 10 enthält einen Rahmen 11, auf dem ein Spanntisch 12 über einen herkömmlichen Kippantrieb 13 kippbar gelagert ist. Auf dem Spanntisch 12 befindet sich über einer Wanne 14 eine Aufnahmeeinrichtung 15 für die Kanne 1, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Drehteller ausgebildet ist, der über einen Motor 16 mit umkehrbarer Drehrichtung angetrieben ist.

Auf dem Spanntisch 12 ist weiterhin über ein Gestell 17 eine Aufnahmeeinrichtung 18 für den Schaft 6 der Bürste 5 befe­ stigt, die wiederum über einen Antrieb mit einem Motor 19 mit umkehrbarer Drehrichtung drehend angetrieben wird. Gleichzei­ tig bewirkt der Antrieb 19 eine oszillierende, axiale Bewe­ gung der Bürste 5 über einen bevorzugt einstellbaren Bereich.

Die Aufnahmevorrichtung 18 für die Bürste 5 und die Aufnahme­ vorrichtung 15 für die Kanne 1 sind fluchtend miteinander ausgerichtet, so daß ihre Drehachsen zusammenfallen, wie dies Fig. 1. zeigt.

Auf der Kanne 1 sitzt eine Auffangeinrichtung 20 in Form ei­ nes Trichters, der überschüssige oder beim oszillierenden Hub der Bürste vorübergehend aus der Kanne 1 herausgetragene Gleitschleifchips auffangen kann und diese dann bei Bedarf in den Innenraum der Kanne 1 zurückleitet. In die Auffangein­ richtung 20 mündet ein Schlauch 21, der den Innenraum der Kanne 1 fortlaufend mit "Compound"-Flüssigkeit spült, so daß die Innenoberfläche und die Gleitschleifchips gereinigt und gekühlt werden. Die "Compound"-Flüssigkeit läuft über den Trichter 20 hinaus und in die Auffangwanne 14, von der sie über eine nur angedeutete Ablaufleitung 22 entfernt wird.

Wie Fig. 3 zeigt, können eine Vielzahl derartiger Vorrichtun­ gen 10 in Reihe nebeneinandergestellt werden, so daß eine Vielzahl von Kannen 1 gleichzeitig bearbeitet werden kann.

In Abwandlung des beschriebenen und gezeichneten Ausführungs­ beispiels können die Parameter des Verfahrens speziell auf das zu bearbeitende Werkstück abgestimmt werden. So können beispielsweise herkömmliche Schleifkörper aus Kunststoff, Korundmaterial oder Keramik in den unterschiedlichsten, im Handel befindlichen Formen und mit einer an die gewünschte Abtragsleistung angepaßten Korngröße verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gleichermaßen zum Schleifen und zum Polieren. Die Form der Bürsten und das da­ für verwendete Material können ebenfalls abgewandelt werden. So kann beispielsweise anstelle des kegelstumpfförmigen Bür­ stenkopfes eine andere sich nach oben verjüngende Form oder ein zylindrischer Bürstenkopf verwendet werden, abhängig von der Form des zu bearbeitenden Innenraums. Zwar bestehen die Borsten bevorzugt aus wasserfestem Kunststoff, es sind jedoch auch Borsten anderer Materialien bzw. als Ersatz für die Bor­ sten andere Konstruktionen brauchbar, die in der Lage sind, Schleifkörper nachgiebig abzustützen bzw. Schleifkörper zu "schlucken". Die Drehgeschwindigkeiten und die Festlegung der Drehrichtung bzw. die Reihenfolge unterschiedlicher Drehrich­ tungen kann ebenfalls nach Bedarf festgelegt werden. So kön­ nen Hohlkörper und Bürste mit gleicher Geschwindigkeit, je­ doch unterschiedlicher Drehrichtung umlaufen, wobei die Dreh­ richtung von Bürste und Kanne synchron geändert wird. Auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten von Bürste und Kanne kann die Drehrichtung ebenfalls synchron umgewandelt werden. Auch der Hub der Bürste und die Neigung der Drehachsen können verändert werden.

Claims (23)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Innenoberfläche eines Hohlkörpers, insbesondere einer Kanne, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Hohlkörper Gleitschleifchips eingefüllt und durch einen Träger bei einer Relativbewegung zwischen Gleitschleifchips und Hohlkörper entlang der Innenoberfläche elastisch geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Träger im Hohlkörper dreht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hohlkörper um den Träger dreht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich Hohlkörper und Träger jeweils in einander entgegengesetz­ te Richtungen drehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Träger eine lineare Hubbewegung aus­ führt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Drehgeschwindigkeit des Trägers so bemessen wird, daß die Gleitschleifchips durch Fliehkraftwirkung gegen die Innenoberfläche gedrückt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehachsen von Träger und Hohlkörper in einem Winkel zur Senkrechten verlaufen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleitschleifchips durch den Träger in Bearbeitungsrichtung elastisch unterstützt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleitschleifchips durch den Träger senkrecht zur Bearbeitungsrichtung elastisch unterstützt wer­ den.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Träger eine Bürste mit elastischen Bor­ sten verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschleifchips zwischen den Borstenbüscheln einer Bür­ ste aufgenommen werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeich­ net durch die Verwendung länglicher oder dreikantförmiger Gleitschleifchips.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Gleitschleif­ chips und Hohlkörper so auf die Art der Gleitschleifchips und das zu bearbeitende Material des Hohlkörpers abgestimmt wird, daß Rauhtiefen von etwa 3 µm bis etwa 4 µm erzielt werden.

14. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung einer Innenoberflä­ che eines Hohlkörpers, insbesondere einer Kanne, gekennzeich­ net durch eine Aufnahmeeinrichtung (15) für den Hohlkörper (1), eine Aufnahmeeinrichtung (18) für einen in den Hohlkör­ per (1) eintauchbaren Träger (5) für Gleitschleifchips (4) und einer Antriebseinrichtung (16, 19) zum Erzeugen einer Re­ lativbewegung zwischen Träger (5) und Hohlkörper (1).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnete daß die Antriebseinrichtung (19) einen Rotationsantrieb für den Träger (5) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebseinrichtung (16) einen Rotationsan­ trieb für den Hohlkörper (1) umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotationsantrieb (16, 18) in seiner Dreh­ richtung umkehrbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (19) einen linea­ ren Hubantrieb für den Träger (5) umfaßt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtungen (16, 18) für Hohlkörper (1) und Träger (5) in einem Winkel zur Senkrechten angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Bürste (5) ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste mit in einem an die Größe der Gleitschleifchips (4) angepaßten Abstand angeordneten Borsten (8) versehen ist, so daß die Gleitschleifchips (4) zwischen den Borsten (8) auf­ nehmbar sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschleifchips (4) eine längliche oder dreikantige Form aufweisen.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, gekenn­ zeichnet durch eine auf den Hohlkörper (2) aufsetzbare Auf­ fangeinrichtung (20) für Gleitschleifchips (4).