DE19510900C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung der Innenoberfläche eines Hohlkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Oberflächenbehandlung der Innenoberfläche eines Hohlkörpers, insbesondere einer Kanne, der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4 beschriebenen Art.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art, die zum Bearbei­ ten der Innenoberfläche eines Rohres dienen, ist aus der DE 1 97 632 bekannt. Dabei wird eine mit in Abständen angeordneten Bürsten oder Filzscheiben oder dgl. versehene Kette in einer Richtung durch das Rohr gezogen, während sich das Rohr gleich­ zeitig dreht. Bevor die Kette in das Rohr eintritt, läuft sie durch einen Trog der mit Sand oder einer Mischung aus Sand und Wasser gefüllt ist und nimmt die Schleifkörper von dort auf. Durch die Bürsten bzw. die Filzscheiben werden somit Sandpfrop­ fen gebildet, die als Schleifkörper durch das Rohr gezogen wer­ den, während sich das Rohr über sie hinwegdreht.

Die US-PS 1 776 143 betrifft eine Vorrichtung zum Polieren von Innenoberflächen von Hohlkörpern, wie beispielsweise Töpfen usw. Diese bekannte Vorrichtung arbeitet mit herkömmlichem Po­ liermaterial, wie beispielsweise kleinen Stahlkugeln unter­ schiedlicher Größen in einer Polierflüssigkeit, die sich lose im Hohlkörper befinden und durch einen Drehung des Hohlkörpers um eine geneigte Längsachse bewegt werden.

Der abstract aus der JP 5-96 462 (A) beschreibt offensichtlich einen dem herkömmlichen Gleitschleifen ähnelnden Polierprozeß für kuglige oder säulenförmige Keramikteile unter Verwendung von Schleifkörnern und einem Rührwerk, wobei die an der Außen­ seite zu schleifenden Keramikteile zusammen mit den Schleifkör­ nern und einer Flüssigkeit in einen Rührbehälter eingefüllt werden, wobei mit Hilfe des Rührwerks sowohl die zu schleifen­ den Teile als auch die Schleifkörner und die Flüssigkeit in Be­ wegung gesetzt werden. Die Druckschrift beschreibt die zweckmä­ ßige Abstimmung zwischen dem Volumen der zu bearbeitenden Kera­ mikteile, dem Volumen der Schleifkörper und dem Volumen der Schleifflüssigkeit. Das Innenschleifen von Hohlkörpern wird nicht beschrieben.

Der abstract aus der JP 62-24 1655 (A) beschreibt das Schleifen einer Innenfläche eines Stahlrohres unter Verwendung eines Schraubenförderers, der Schleifkörper in Axialrichtung in das Rohr hineinfördert. Ist dies geschehen, so wird die Förderbewegung der Schraube ge­ stoppt, das Rohr an beiden Enden verschlossen und das Rohr in Drehung und in eine oszillierende Bewegung entlang seiner Längsachse versetzt.

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 4 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. Bei einer optimalen Anpassung aller Parameter, insbesondere einer An­ passung der Relativbewegung auf die Art der Gleitschleifchips und das zu bearbeitende Material können Rauhtiefen von etwa 3 µm bis etwa 4 µm erzielt werden.

Die besten Ergebnisse wurden bei Verwendung von länglichen oder dreikantförmigen Gleitschleifchips gemäß Anspruch 2 er­ reicht.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 3 wird die Schleifwirkung verbessert und der Hohlkörper gleichzeitig optimal gekühlt.

Die Ansprüche 4 bis 7 beschreiben eine besonders bevorzugte, einfach aufgebaute und im wesentlichen automatisch und somit kostengünstig arbeitende Vorrichtung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen 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 die 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 eine übliche Gleitschleif­ mischung aus Schleifkörpern bzw. Gleitschleifchips 4, die zum Zwecke der besseren Darstellung vergrößert gezeichnet sind, wobei außerdem ausge­ wählte Gleitschleifchips gezeigt sind, und dem sogenannten Compound, d. h. Schleifflüssigkeit eingefüllt. Dann wird in den Innenraum 3 der Kanne 1 eine Bürste 5 eingetaucht, die aus einem Schaft 6, einem Bürstenkopf 7 und Büschein 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 eine übliche Gleitschleifmischung aus Gleitschleif­ chips 4 und "Compound" Schleifflüssigkeit 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, weil sie sonst dort nur noch 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 weite hin ein besserer Aus­ tausch der laufend zugeführten Schleifflüssigkeit 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 Schleifflüssigkeit in die Kanne eingefüllt, wobei der Zufluß der Schleifflüssigkeit 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 Schleif- bzw. 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 (7)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung der Innenoberfläche ei­ nes Hohlkörpers, bei dem in den Hohlkörper eingefüllte Schleif­ körper durch eine rotatorische und translatorische Relativbewe­ gung zwischen der Innenoberfläche und einer Bürste über die In­ nenoberfläche geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Behandlung der Innenoberfläche (2) eines gefäßartigen Hohlkörpers (1), insbesondere einer Kanne, sowohl der Hohlkörper (1) als auch die Bürste (5) bei der rotatorischen Relativbewegung um eine schräg zur Vertikalen verlaufende Drehachse (X₁, X₂) mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedli­ cher Drehrichtung gedreht und bei der translatorischen Relativ­ bewegung zueinander oszillierend bewegt werden und daß die Bür­ ste (5) so schnell gedreht wird, daß die Borsten (8) der Bürste (5) die Schleifkörper (4) aufgrund der auf die Borsten (8) ein­ wirkenden Fliehkraft derart unterstützen, daß die Schleifkörper (4) in radialer und axialer Richtung elastisch nachgiebig über die Innenoberfläche geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleifkörper (4) längliche oder dreikantförmige Gleitschleif­ chips verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zusammen mit den Schleifkörpern (4) eine Schleifflüssigkeit verwendet wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die in den Hohlkörper (1) eingefüllte Schleifflüssigkeit während des Bearbeitungsvorgangs kontinuier­ lich ausgetauscht wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Aufnahmeeinrichtung für den Hohl­ körper, einer Aufnahmeeinrichtung für eine in den Hohlkörper eintauchbare Bürste und einer Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer rotatorischen und translatorischen Relativbewegung zwi­ schen Bürste und Hohlkörper, durch die Schleifkörper über die Innenoberfläche bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste (5) aus in einem an die Größe der Schleifkörper (4) an­ gepaßten Abstand angeordneten, elastischen Borsten (8) besteht, und daß die Antriebseinrichtung (16, 19) jeweils einen Rotati­ onsantrieb für die Bürste (5) und den Hohlkörper (1) sowie ei­ nen in Achsrichtung der Bürste (5) oszillierenden Hubantrieb aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Ver­ wendung von länglichen oder dreikantigen Gleitschleifchips als Schleifkörper (4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ei­ ne auf den Hohlkörper (2) aufsetzbare Auffangeinrichtung (20) für die Schleifkörper (4).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bürste (5) Kunststoffborsten (8) auf­ weist.