DE20122771U1

DE20122771U1 - Fließläppmaschine zum maschinellen Bearbeiten eines Werkstückes durch einen Schleifstrom

Info

Publication number: DE20122771U1
Application number: DE20122771U
Authority: DE
Original assignee: Extrude Hone LLC
Current assignee: Extrude Hone LLC
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2011-09-22

Abstract

Fließläppmaschine (10) zum Bewegen von Schleifmedien (15) durch die Öffnung (18) eines Werkstücks (20) hindurch, umfassend:
a) einen Werkstückhalter (25), wobei der Halter (25) dazu angepasst ist, das Werkstück (20) sicher zu halten, und wobei eine Seite des Halters (25) eine stromaufwärtige Seite (27) definiert und die andere Seite des Halters (25) eine stromabwärtige Seite (29) definiert;
b) eine erste Verdrängerpumpe (35), die auf der stromaufwärtigen Seite (27) positioniert ist und die mit der stromaufwärtigen Seite (27) des Halters (25) verbunden ist, um das Medium (15) bei einem vorgegebenen Druck hin zur stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) zu zwingen;
c) eine dem Medium (15) entgegenwirkende Vorrichtung (45), die auf der stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) positioniert ist und die mit der stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) verbunden ist, um dem Fluss des Mediums (15) zur stromabwärtigen Seite (29) hin entgegenzuwirken;
d) eine Mediumdurchsatz-Messvorrichtung...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine die so genannte Fließläpp-Technologie (abrasive flow machining), und insbesondere eine Fließläppmaschine geeignet zum Bearbeiten einer Öffnung eines Werkstückes durch sorgfältiges Kontrollieren der Durchflussrate.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Verfahren zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom (abrasive flow machining) ist der Prozess, bei dem ein Werkstück poliert und abgeschliffen wird, indem ein Schleifpartikel aufweisendes visköses Medium unter Druck über das Werkstück oder durch eine sich durch das Werkstück erstreckende Öffnung hindurch geführt wird.
Herkömmliche Verfahren zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom sind dazu konzipiert, einen konstanten Extrusionsdruck des Mediums aufrechtzuerhalten, was oft zu bedeutenden Veränderungen der Temperatur des Mediums, des Durchsatzes und der Viskosität führt, was sich nachteilig auf die Fähigkeit des Systems, auswirkt, Bearbeitungszeiten der Fließläppmaschine (AFM), und folglich das Gesamtergebnis des Prozesses, genau vorherzusagen.
Zum Beispiel steigt die Temperatur des Mediums, wenn der Durchsatz des Mediums durch eine Öffnung hindurch zunimmt. Wenn die Öffnung einem Medium konstanten Drucks unterworfen ist, nimmt der Durchsatz des Mediums durch die Öffnung hindurch zu, während die Wände der Öffnung glatter werden und der Durchmesser der Öffnung zunimmt. Folglich nimmt nicht nur die Temperatur des Mediums zu, solch eine Zunahme ist jedoch auf das Medium lokalisiert, das mit einem höheren Durchsatz durch die Öffnung hindurch fließt. Dadurch werden sowohl exzessiv hohe Temperaturen als auch eine nicht-gleichförmige Temperaturverteilung in dem gesamten Medium erzeugt. Hohe Temperaturen und Temperaturschwankungen in dem gesamten Medium verhindern, dass das Medium gleichmäßig und effektiv arbeitet. Deswegen werden eine Vorrichtung und ein Verfahren erwünscht, welches das Medium effektiv nützt, während zugleich die Temperatur des Mediums innerhalb eines relativ engen Temperaturbereichs aufrechterhalten wird.
Das U.S.-Patent Nr. 3,634,973, welches dem Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, offenbart eine wechselweise wirkende Maschinenstruktur, die ein Schleifmedium einsetzt, aber auf eine Weise arbeitet, die nicht die direkte Kontrolle des Durchsatzes des Mediums durch eine Öffnung hindurch bereitstellt. Da die Vorrichtung zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom in der Lage ist, hätte ein solches maschinelles Bearbeiten eine höhere Qualität und das Medium würde länger standhalten, wenn der Durchsatz kontrolliert würde.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Fließläppmaschine zum Bewegen von Schleifmedien durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch, umfassend einen Werkzeughalter, wobei der Halter dazu angepasst ist, das Werkstück sicher zu halten, und wobei eine Seite des Halters eine stromaufwärtige Seite definiert und die andere Seite des Halters eine stromabwärtige Seite definiert. Eine erste Verdrängerpumpe, die auf der stromaufwärtigen Seite positioniert ist und die mit der stromaufwärtigen Seite des Halters verbunden ist, um das Medium bei einem vorgegebenen Druck hin zur stromabwärtigen Seite des Halters zu zwingen. Eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung, ist auf der stromabwärtigen Seite des Halters positioniert und mit der stromabwärtigen Seite des Halters verbunden, um dem Fluss des Mediums zur stromabwärtigen Seite hin entgegenzuwirken, wobei der Durchsatz des Mediums von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite des Halters kontrolliert wird.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Fließläppmaschine zum Bewegen des Schleifmediums durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch einen Werkstückhalter, wobei der Halter dazu angepasst ist, das Werkstück sicher zu halten, und wobei eine Seite des Halters eine erste Seite und die andere Seite des Halters eine zweite Seite umfasst. Eine erste Verdrängerpumpe ist auf der ersten Seite positioniert und mit der ersten Seite des Halters verbunden, und eine zweite Verdrängerpumpe ist auf der zweiten Seite positioniert und mit der zweiten Seite des Halters verbunden. In einem ersten Modus zwingt die erste Verdrängerpumpe Medium von der ersten Seite aus hin zur zweiten Seite des Halters, während die zweite Verdrängerpumpe dem Fluss widersteht, wobei der Fluss zur zweiten Seite des Halters kontrolliert wird. In einem zweiten Modus zwingt die zweite Verdrängerpumpe das Medium von der zweiten Seite aus hin zur ersten Seite des Halters, während die erste Verdrängerpumpe dem Fluss widersteht, wobei der Fluss zur ersten Seite des Halters hin kontrolliert wird.
Eine dritte (hier nicht beanspruchte) Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom unter Verwendung eines Schleifmediums durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch, wobei die Öffnung eine stromaufwärtige Seite und eine stromabwärtige Seite definiert. Das Verfahren umfasst die Schritte Bewegen des Mediums durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch von der stromaufwärtigen Seite aus hin zur stromabwärtigen Seite bei einem vorgegebenen konstanten Druck auf einer ersten Seite, und selektives Drosseln des Stroms des Mediums zur stromabwärtigen Seite hin, um den Durchsatz des Mediums zu kontrollieren, der durch die Öffnung hindurch strömt, während der vorgegebene konstante Druck auf einer zweiten Seite aufrechterhalten wird.
Gemäß einer vierten (hier nicht beanspruchten) Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom beschrieben, bei dem ein Schleifmedium durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch eingesetzt wird, wobei die Öffnung eine erste Seite und eine zweite Seite definiert. Das Verfahren umfasst die Schritte Bewegen des Mediums durch die Öffnung hindurch von der ersten Seite zur zweiten Seite bei einem vorgegebenen konstanten Druck, selektives Drosseln des Stroms des Mediums zur stromabwärtigen Seite hin, um den Durchsatz des Mediums zu kontrollieren, der durch die Öffnung hindurch strömt, während der vorgegebene konstante Druck des sich durch die Öffnung bewegenden Mediums von der zweiten Seite aus zur ersten Seite hin bei dem vorgegebenen konstanten Druck aufrechterhalten wird und der Fluss des Mediums hin zur ersten Seite gedrosselt wird, um den Durchsatz des durch die Öffnung hindurch strömenden Mediums zu kontrollieren, während der vorgegebene konstante Druck aufrechterhalten wird.
Eine fünfte (hier nicht beanspruchte) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom unter Einsatz eines Schleifmediums durch die Öffnung eines Werkzeugs hindurch, wobei die Öffnung eine stromaufwärtige Seite und eine stromabwärtige Seite definiert, umfassend die Schritte Bewegen des Mediums durch die Öffnung hindurch von der stromaufwärtigen Seite aus hin zur stromabwärtigen Seite unter einem Druck, Überwachen des Durchsatzes des Mediums durch die Öffnung hindurch und Einstellen des Drucks, um einen konstanten Durchsatz des durch die Öffnung hindurch fließenden Mediums bereitzustellen.
Eine sechste (hier ebenfalls nicht beanspruchte) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom unter Einsatz eines Schleifmediums durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch, wobei die Öffnung eine erste und eine zweite Seite definiert. Das Verfahren umfasst die Schritte Bewegen des Mediums durch die Öffnung hindurch von der ersten Seite aus hin zur zweiten Seite, indem Druck auf der ersten Seite ausgeübt und Druck auf der zweiten Seite abgebaut wird, der Druck auf der ersten Seite eingestellt wird, um einen konstanten Durchsatz des durch die Öffnung von der ersten Seite aus fließenden Mediums bereitzustellen, Bewegen des Mediums durch die Öffnung von der zweiten Seite aus hin zur ersten Seite durch Ausüben von Druck auf der zweiten Seite und Abbauen von Druck auf der ersten Seite, und Einstellen des Drucks auf der zweiten Seite, um einen konstanten Durchsatz des von der zweiten Seite durch die Öffnung hindurch fließenden Mediums bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vereinfachte Skizze, die zwei einander gegenüberliegende Verdrängerpumpen, die Schleifmedium durch die Öffnung eines Werkstücks drücken, veranschaulicht;
2 eine vereinfachte Skizze einer einzelnen Verdrängerpumpe, die Medium durch die Öffnung eines Werkstücks hindurch bewegt und danach dem Fluss des Mediums entgegengesetzt ist;
3 veranschaulicht entgegengesetzte Verdrängerpumpen zum Hin- und Herbewegen von Medium durch eine Öffnung hindurch, wobei die Treiber der Pumpen lineare Betätigungselemente sind;
4 ist eine vereinfachte Skizze von zwei entgegengesetzten Verdrängerpumpen und den sie betreibenden Kontrollsystemen:
5 eine Skizze eines Betriebssystems, wobei zwei entgegengesetzte Verdrängerpumpen und die zugeordnete Apparatur veranschaulicht sind;
6 eine vereinfachte Skizze einer einzelnen Verdrängerpumpe, die Medium durch eine Öffnung hindurch bereitstellt, wobei das Medium an eine offene Umgebung abgegeben wird; und
7 eine Perspektivansicht eines in Reihe geschalteten Wärmeaustauschers der zur Kontrolle der Temperatur des Mediums eingesetzt werden kann.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Schleifmedium einem konstanten Druck ausgesetzt und durch eine Öffnung eines Werkstückes gezwungen. Der Durchsatz ist hierbei gleich oder geringer als die maximale Durchsatzfähigkeit einer stromabwärtigen Seite der Öffnung, die zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Ein Durchsatz von weniger als dieser maximale Wert wird insbesondere durch das Begrenzen des Medienflusses an der stromabwärtigen Seite der Öffnung erzielt.
Bezugnehmend auf 1, wird dort eine vereinfachte Skizze einer Fließläppmaschine 10 zum Bewegen von Schleifmedium 15 durch die Öffnung 18 eines Werkstücks 20 veranschaulicht. Zu Diskussionszwecken wird das Medium mit einer Viskosität im Bereich zwischen 1 bis 50 Millionen Centipoise beschrieben. Ein Beispiel für ein eine relativ hohe Viskosität aufweisendes Medium ist ein visko-elastisches Kunststoffmedium, wie eine halbfeste Polymerverbindung. Ein Beispiel eines eine niedrige Viskosität aufweisendes Mediums ist eine flüssige Schleifaufschlämmung, die Schleifmittel beinhaltet, die in fluiden Medien suspendiert sind oder aufgeschlämmt sind, wie Schneidflüssigkeiten oder Honfluide. Das Fluid kann ein rheologisches Additiv und feinteilige, darin eingebrachte Schleifteilchen aufweisen. Das rheologische Additiv erzeugt eine thixotrope Aufschlämmung. Die Fließläppmaschine 10 als ein Ganzes an sich, beinhaltet nicht das die Öffnung 18 darin aufweisende Werkstück 20, beinhaltet aber einen Werkzeughalter 25, der dazu angepasst ist, das Werkstück 20 sicher zu halten, wobei eine Seite 27 des Halters 25 eine stromaufwärtige oder eine erste Seite und die andere Seite 29 des Halters 25 eine stromabwärtige oder eine zweite Seite definiert.
Eine erste Verdrängerpumpe 35 ist auf der stromaufwärtigen Seite 27 positioniert und mit der stromaufwärtigen Seite 27 des Halters 25 verbunden, um das Medium 15 unter einem vorgegebenen Druck durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 zur stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 hin zu zwingen.
Der unbelastete Strom des Mediums durch die Öffnung 18 hindurch wird von einer dem Medium entgegenwirkenden Vorrichtung 45 verhindert, der auf der stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 positioniert ist, um dem Fluss des Mediums 15 zur stromabwärtigen Seite 29 hin entgegenzuwirken, wobei der Durchsatz des Mediums von der stromaufwärtigen Seite 27 zur stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 hin kontrolliert wird.
Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet die erste Verdrängerpumpe 35 einen Kolben 37 in einem Zylinder 39, wobei der Kolben 39 betrieben werden kann, um das Medium 15 von dem Zylinder 39 aus hin zur stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 zu drücken. Der Kolben 37 wird durch einen Treiber 41 bewegt. Wie veranschaulicht werden wird, kann der Treiber 41 für den Kolben 37 ein hydraulisches Betätigungselement 41 oder, wie in 3 veranschaulicht, kann der Treiber 41 ein lineares Motorbetätigungselement 42 sein, das zum Beispiel ein Schneckenrad 43, sein kann, welches mit einem passenden Zahnrad 44 auf einer sich von dem Kolben 37 erstreckenden Stange 38 in Eingriff kommt. Es sollte erkannt werden, dass obwohl nur zwei Typen von Treibern erwähnt wurden, jede Zahl von Antrieben, die dem Fachmann aus dem hydraulischen Maschinenbau bekannt sind, erfindungsgemäß für die Verdrängerpumpen eingesetzt werden können.
Wieder mit Bezug auf 1, schließt ein Verfahren zu Kontrolle des Drucks des Mediums 15 und des Durchsatzes des Mediums 15 die Reduktion des Durchsatzes durch die Öffnung 18 mit ein, indem die Menge an Medium eingeschränkt wird, das zu der stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 fließen darf. Um dies auszuführen, kann insbesondere eine zweite Verdrängerpumpe 55 als dem Medium entgegenwirkenden Vorrichtung 45 eingesetzt werden. Die zweite Verdrängerpumpe 55 hat einen Kolben 57 in einem Zylinder 59. Der Kolben 57 kann betrieben werden, um zu widerstehen und dabei den Fluss des Mediums zur flussabwärtigen Seite 29 hin des Halters 25 zu kontrollieren.
Andere Mechanismen sind verfügbar, um als eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 zu agieren. Wenn nun die Aufmerksamkeit auf 2 gerichtet wird, wird eine Anordnung vorgestellt, die der von 1 gleicht, wobei jedoch die dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 nun die Form eines Entlastungsventils 60 annimmt. Das Medium 15 fließt direkt durch das Entlastungsventil 60 hindurch und der Druckabbau des Entlastungsventils 60 wird auf der Basis der gewünschten Durchsatzes des Mediums kontrolliert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Entlastungsventil 60 ein proportionales elektrisches Entlastungsventil (PER). Eine Kontrollvorrichtung überwacht den Durchsatz und senkt einen Spannungsausgang zum proportionalen elektrischen Entlastungsventil 60, wenn der eigentliche Durchsatz höher als ein Ziel-Durchsatz ist. Dies führt dazu, dass das Entlastungsventil 60 weniger Medium 15 durchströmen lässt. Alternativ kann der Spannungsausgang zum Ventil 60 erhöht werden, wodurch mehr Medium 15 hindurchströmen kann, wenn der eigentliche Durchsatz geringer als ein Ziel-Durchsatz ist. Weitere Entlastungsventile, die hier beschrieben werden, können auf eine ähnliche Weise arbeiten.
Damit der Durchsatz des Mediums sorgfältig bestimmt wird, wird eine Mediumdurchsatz-Messvorrichtung 65 eingesetzt. Eine solche Vorrichtung ist in 1 veranschaulicht. Wenn die erste Verdrängerpumpe 35 einen Kolben 37 in einem Zylinder 39 umfasst, kann der Kolben eine Stange 38 aufweisen. Ein Codierer 66 kann als die Mediumdurchsatz-Messvorrichtung 65 eingesetzt werden, um zur Bestimmung des Durchsatzes des Mediums die lineare Bewegung der Stange 38 zu messen. Wenn das Volumen in dem Zylinder 39 und der Vorschub des Kolbens 37, was durch den Codierer 66 bereitgestellt ist, bekannt ist, kann der Volumendurchsatz des Mediums 15 durch die Öffnung 18 hindurch dazu herangezogen werden, den Durchsatz des Mediums zu bestimmen und die Kontrollvorrichtung wiederum kann die dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 so einstellen, dass der Durchsatz des Mediums 15 durch die Öffnung 18 hindurch zunimmt oder abnimmt.
Wenn die dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 die zweite Verdrängerpumpe 55 umfasst, die, wie zuvor beschrieben, einen Kolben 57 in einem Zylinder 59 aufweist, der Kolben 57 eine Stange 58 hat, kann unter solchen Umständen die Mediumdurchsatz-Messvorrichtung 65 ein Codierer 67 sein, der die lineare Bewegung der Stange 58 misst, um den Durchsatz des Mediums zu bestimmen. Deswegen sollte es ersichtlich sein, dass die Messung des Durchsatzes des Mediums entweder auf der stromaufwärtigen Seite 27 oder auf der stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 stattfinden kann.
Die Codierer 66, 67 können jeweils entweder lineare Codierer oder drehbare Codierer sein, wobei beide den Fachleuten auf dem Gebiet der Messausrüstungen bekannt sind.
Soweit war die Beschreibung auf den Fluss des Mediums 15 in eine einzige Richtung von der stromaufwärtigen Seite 27 des Halters 25 aus zur stromabwärtigen Seite 29 des Halters 25 begrenzt. In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform der Fließläppmaschine 10 ist dies die einzige Art in der das Medium 15 durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 fließen kann. Wenn jedoch, wie in 1 veranschaulicht, die dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 eine zweite Verdrängerpumpe 55 ist, können die Rollen der ersten Verdrängerpumpe 35 und der zweiten Verdrängerpumpe 55 wechseln, so dass in einem ersten Modus die erste Verdrängerpumpe 35 das Medium 15 durch die Öffnung 18 zwingen kann, während die zweite Verdrängerpumpe 55 als die dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 wirkt, um den Durchsatz des Mediums 15 zu kontrollieren. In einem zweiten Betriebsmodus kann die zweite Verdrängerpumpe 55 dazu eingesetzt werden, das Medium 15 zur ersten Verdrängerpumpe 35 hin zu zwingen, während die erste Verdrängerpumpe 35 als eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung zur Kontrolle des Flusses in die entgegengesetzte Richtung eingesetzt wird. Aus der Beschreibung geht deutlich hervor, dass mit diesen alternierenden Modi das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch im Hin- und Her-Modus, beziehungsweise wechselweise, zurück- und vorbewegt werden kann.
Die Aufmerksamkeit wird wieder einmal auf 1 gerichtet, wo jede erste Verdrängerpumpe 35 und die zweite Verdrängerpumpe 55 Kolben 37, 57 in Zylindern 39, 59 umfassen, wobei die Kolben 37, 57 durch Treiber 41, 61 bewegt werden. Genau wie vorher, kann jeder Treiber 41, 61 ein hydraulisches Betätigungselement 41, welches noch beschrieben wird, oder alternativ ein lineares Motorbetätigungselement 42, wie in 3 veranschaulicht, sein.
Wenn die Fließläppmaschine 10 so betrieben wird, dass das Medium 15 nur in eine einzige Richtung durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 hindurch bewegt wird, wird das Medium 15 bei einem vorgegebenen konstanten Druck durch die Öffnung 18 hindurch von der stromaufwärtigen Seite 27 aus zur stromabwärtigen Seite 29 hin bewegt. Der Strom des Mediums 15 zur stromabwärtigen Seite 29 hin wird dann selektiv gedrosselt, um den Durchsatz des durch die Öffnung 18 hindurch fließenden Mediums 15 zu kontrollieren, während zur gleichen Zeit der vorgegebene, konstante Druck aufrechterhalten wird.
In einer alternativen Ausführungsform, wird, wenn die Fließläppmaschine 10 in einem Hin- und Her-Modus eingesetzt ist, das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch bei einem vorgegebenen konstanten Druck von der stromaufwärtigen Seite 27 aus auf die nun als die erste Seite 27 Bezug genommen wird, zur stromabwärtigen Seite 29, auf die nun als die zweite Seite 29 Bezug genommen wird, bewegt. Der Fluss des Mediums 15 zur zweiten Seite 29 hin wird selektiv gedrosselt, um den Durchsatz des Mediums 15 zu kontrollieren, das durch die Öffnung 15 hindurch fließt, während der vorgegebene konstante Druck aufrechterhalten wird. Anschließend wird das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch von der zweiten Seite 29 aus zur ersten Seite 27 hin bei einem vorgegebenen konstanten Druck bewegt. Der Fluss des Mediums 15 hin zur ersten Seite 27 wird jedoch nun selektiv gedrosselt, um den Durchsatz des durch die Öffnung 18 hindurch fließenden Mediums 15 zu kontrollieren, während der vorgegebene konstante Druck aufrechterhalten wird. Genauso wie zuvor, wird die Menge an selektiv gedrosseltem Medium durch den Durchsatz des Mediums durch die Öffnung 18 hindurch bestimmt, und dies wird durch Überwachen des Durchsatzes bestimmt, indem ein oder beide linearen Codierer 66, 67 eingesetzt werden.
4 veranschaulicht eine verständlichere schematische Ansicht der Fließläppmaschine 10, wobei jede Verdrängerpumpe 35, 55 einen Treiber 41, 61 aufweist und jeder Treiber 41, 61 ein hydraulisches Betätigungselement sein kann.
4 beinhaltet insbesondere viele vorher behandelte Elemente, und die Bezugszeichen für diese Elemente werden beibehalten. Zusätzliche Details, die jedoch dem Treiber 41 und dem Treiber 61 in Verbindung mit dem Betrieb der Fließläppmaschine 10 zugeordnet sind, werden nun behandelt.
Im Einzelhub-Modus, wobei die erste Verdrängerpumpe 35 Medium 15 durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 hindurch zur dem Medium entgegenwirkenden Vorrichtung 45, die die zweite Verdrängerpumpe 55 ist, bewegt, agiert der Treiber 41, um das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch zu zwingen, während der Treiber 61 als eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 wirkt, um einem solchen Fluss zu widerstehen und um ihn zu kontrollieren. Die Aufmerksamkeit wird nun auf das hydraulische Betätigungselement 70 gerichtet, das dem Treiber 41 zugeordnet ist, wobei eine hydraulische Pumpe 72 Medium durch eine Versorgungsleitung 74, an welchem Punkt das hydraulische Fluid 76 auf ein Tellerventil 78 trifft, das eine durch, ein durch einen Elektromagneten gesteuertes Tellerventil (SOP) sein kann, welches zum Zwecke unserer Beschreibung ein Ventil ist, das vollen Fluss oder keinen Fluss erlaubt. Das hydraulische Fluid 76 begegnet auch einem elektrischen Proportional-Entlastungsventil 80, welches wie vorstehend erläutert, dazu in der Lage ist, seinen Widerstand gegenüber dem hindurch fließenden Fluss einzustellen. Wenn das hydraulische Betätigungselement 70 als ein Treiber 41 eingesetzt wird, befindet sich das Tellerventil 78 in der voll offenen Position, und das Entlastungsventil 80 ist vollständig geschlossen. Deshalb wird der hydraulische Zylinder 82 durch hydraulisches Fluid 76 mit Druck bis hin zu jedem beliebigen Druck beaufschlagt, den die Pumpe zur Verfügung stellen kann. Dies kann ein vorgegebener Druck sein, der über den gesamten Hub der ersten Verdrängerpumpe 35 konstant bleibt. Ein Kolben 84 in dem hydraulischen Zylinder 82 wird mit dem unter Druck stehenden hydraulischen Fluid 76 beaufschlagt, so dass der Kolben 37 durch die gemeinsame Kolbenstange 38 vorwärts gegen das Medium 15 bewegt wird, wobei das Medium 15 durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 gezwungen wird.
Wenn die erste Verdrängerpumpe 35 mit dem hydraulischen Betätigungselement 70 wie ein Treiber 41 wirkt, wirkt die zweite Verdrängerpumpe 55 mit dem hydraulischen Betätigungselement 90 als eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45. Das hydraulische Betätigungselement 90 weist insbesondere gleiche Komponenten wie das hydraulische Betätigungselement 70 auf, beinhaltend eine hydraulische Pumpe 92, eine Versorgungsleitung 94 und ein hydraulisches Fluid 96, wobei das hydraulische Fluid auf ein Tellerventil 98 und ein Entlastungsventil 100 gerichtet ist. Das hydraulische Betätigungselement 90 umfasst ferner einen hydraulischen Zylinder 102, der einen Kolben 104 aufweist, der darin mit der Kolbenstange 58 der Verdrängerpumpe 55 verbunden ist. Wenn der Treiber 41 das Medium 15 durch die Öffnung 18 zwingt, wird das Medium 15 auch gegen den Kolben 57 gedrückt, wobei eine Kraft an den Kolben 104 übertragen wird, die gegen das hydraulische Fluid 96 in dem hydraulischen Betätigungselement 90 wirkt. Wenn die zweite Verdrängerpumpe 55 als eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 arbeitet, ist das Tellerventil 98 komplett geschlossen, so dass das hydraulische Fluid 96 durch das Entlastungsventil 100 hindurchströmen muss.
In 4 sei angemerkt, dass eine einzelne Pumpe mit Wegeventilen und einen Behälter für ein hydraulisches Fluid einsetzt, anstatt der beiden Pumpen 72, 92 benutzt werden kann.
Der Durchsatz des Mediums durch die Öffnung 18 hindurch wird durch einen der Codierer 66, 67 bestimmt und an eine Kontrollvorrichtung übertragen. Wenn der Durchsatz des Mediums herangezogen und mit einem Ziel-Durchsatz des Mediums verglichen wird, wird die elektrische Spannung in dem proportionalen elektrischen Entlastungsventil 100 eingestellt, um dem hydraulischen Fluid 96 zu erlauben, das Entlastungsventil 100 auf solch eine Weise zu durchfließen, dass der Rückzug des Kolbens 104 kontrolliert wird, wobei der Durchsatz des Mediums kontrolliert wird. Wenn auf diese Weise die erste Verdrängerpumpe 35 als der Treiber 41 wirkt, ist das dem hydraulischen Betätigungselement 70 zugeordnete Tellerventil 78 voll geöffnet, wobei das Entlastungsventil 80 umgangen wird. Mit Bezug auf das hydraulische Betätigungselement 90 der zweiten Verdrängerpumpe 55 ist das Tellerventil 78 voll geschlossen, wobei hydraulisches Fluid 96 durch das Entlastungsventil 100 hindurch gezwungen wird, was den hydraulischen Fluidfluss drosselt, um den Durchsatz des Mediums zu kontrollieren.
Im zweiten Modus besteht die gleiche Gestaltung, aber in umgedrehter Anordnung. Wenn insbesondere die zweite Verdrängerpumpe 55 als ein Treiber 61 wirkt, wirkt die erste Verdrängerpumpe 35 als eine dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45. Insbesondere ist in dieser Gestaltung das Tellerventil 98 voll geöffnet, so dass der volle Druck, der auf dem hydraulischen Fluid 96 durch die Pumpe 92 erzeugt wird, an den Kolben 104 übertragen wird, was wiederum auf den Kolben 57 durch die Kolbenstange 58 wirkt und das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch zur ersten Verdrängerpumpe 35 hin zwingt. Das hydraulische Betätigungselement 70 ist so ausgestaltet, dass das Tellerventil 78 dabei vollkommen geschlossen ist, wodurch das hydraulische Fluid 76 durch das Entlastungsventil 80 gezwungen wird. Die Druckentlastung des Entlastungsventils 80 kann durch die Kontrollvorrichtung auf der Basis des durch einen der Codierer 66, 67 bestimmten Durchsatzes des Mediums elektronisch kontrolliert werden. Auf diese Weise kann der Betrieb der Fließläppmaschine zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus alternieren, um eine Hin- und Herbewegung des Mediums 15 durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 hindurch vorzusehen.
5 ist eine Skizze der eingesetzten Apparatur, um mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzuführen, die hier beschrieben ist. Genau wie vorher, werden gleiche Bezugszeichen wiederholt. Es werden jedoch einige zusätzliche Elemente in dieser Zeichnung veranschaulicht. Es gibt insbesondere einen Drucksensor 105 in der Form eines Druckwandlers, der der hydraulischen Versorgungsleitung 74 zugeordnet ist, um den Druck in dieser Leitung zu bestimmen. Zusätzlich gibt es einen Drucksensor 108, der der Versorgungsleitung 94 zugeordnet ist, um den Druck in der Leitung zu bestimmen. Es sollte erkannt werden, dass der Druck in den Versorgungsleitungen 74, 94 durch die jeweiligen Kolben 37, 57 an das Medium 15 übertragen wird. Zur Bestimmung der Temperatur des Mediums 15 kann zusätzlich ein Temperatursensor 110 benutzt werden.
Der Druck des hydraulischen Fluids der in den Druck des Mediums 15 zusammen mit der linearen Position von jedem Kolben 37, 57 umgewandelt wird, wird durch eine Kontrollvorrichtung 112 bearbeitet, die wiederum agiert, um den Entlastungsdruck des Druckentlastungsventils 80 für die Verdrängerpumpe zu verändern, die dem Medium entgegenwirkt.
Durch eine engere Kontrolle des Durchsatzes des Mediums 15 durch die Öffnung 18 hindurch kann die Temperatur innerhalb eines relativ engen Temperaturbandes gehalten werden, im Kontrast zu dem Fall, in dem der Durchsatz nicht kontrolliert wird. Nichtsdestotrotz kann es noch wünschenswert sein, während des Prozesses zum maschinellen Bearbeiten durch einen Schleifstrom die Hitze aus dem Medium 15 zu entfernen.
Deswegen kann eine Kühlmanschette 115 vorhanden sein die dem ersten Verdrängerpumpenzylinder 39 zugeordnet ist und eine Kühlmanschette 117, die dem zweiten Verdrängerpumpenzylinder 59 zugeordnet ist. Jede Kühlmanschette 115, 117 kann eine Mehrzahl von Kühlrohren 116, 118 aufweisen, die, wenn nötig, in der Lage sind, Hitze aus dem Medium 15 zu übertragen. Unter bestimmen Umständen können diese Kühlmanschetten 115, 117 auch dazu eingesetzt werden, das Medium 15 zu erhitzen, wie zum Beispiel, wenn das Medium 15 den Schleifprozess bei einer Minimum-Temperatur beginnen muss. Die Kühlmanschetten 115, 117 sind außen positioniert und haben keine Auswirkungen auf den Fluss des Mediums 15. Ihre Effizienz ist jedoch begrenzt, da die Wärmeübertragung vom Medium 15 zu den Manschetten 115, 117 durch Leitung durch die Wände der Zylinder 39, 59 hindurch erfolgt.
Es besteht die Möglichkeit, einen in Reihe geschalteten Wärmeaustauscher direkt in den Fließweg des Mediums 15 einzubringen. 7 veranschaulicht solch einen Wärmeaustauscher 200, der hohle Kühlrippen 202 in einem internen Durchgang 205 aufweist, durch den das Medium 15 fließt. Kühlmittel durchfließt einen Kühleinlass 207, tritt in die hohlen Kühlrippen 202 ein und tritt an dem Kühlmittelauslass (nicht gezeigt) aus. Zur Absicherung des Wärmeaustauschers 200 können Bolzen in der Manschette 210 sich durch periphere Löcher 209 in der Manschette 210 hindurch erstrecken. Der Wärmeaustauscher 200 kann an einem oder beiden Zylindern 39, 59 befestigt sein und kann benachbart zum Halter 25 sein. Obwohl dieser Wärmeaustauscher 200 eine höhere Wärmeübertragungsrate in Bezug auf das Medium 15 hat, behindert er ferner auch teilweise den Fluss des Mediums 15, so dass die Größe des Zylinders erhöht werden soll, um einen bestimmten Durchsatz zu erhalten.
Die Kontrollvorrichtung 112 (5) kann eine programmierbare Logik-Kontrollvorrichtung, wie ein Modell Micologics 1200, welches käuflich über die Allen Bradley Company erworben werden kann. Zusätzlich kann das proportionale elektrische Entlastungsventil der Typ TS 10-26 sein, welches käuflich über Hydra Force, Inc. erworben werden kann. Zusätzlich können die Tellerventile der Typ SV 10-23 zwei-Wege-Ventile sein, die normalerweise geöffnet sind und käuflich über Hydro Force, Inc. erworben werden können.
Die Signale der Codierer 66, 67 werden von der Kontrollvorrichtung 112 verwendet, um den aktuellen Durchsatz des Mediums 15 zu berechnen. Ein geeigneter Codierer ist der Quadratur-Typ, der käuflich über Automation Direct, Inc. erworben werden kann. Der Einsatz der Codierer 66, 67 und der Tellerventile 78, 98 und der Entlastungsventile 80, 100 erlauben es der Kontrollvorrichtung 112, einen gewünschten einheitlichen Durchsatz des Mediums aufrechtzuerhalten. Dieser einheitliche Durchsatz erlaubt es dem Medium innerhalb eines engen Temperaturbandes zu bleiben, wie durch den Temperatursensor 110 gemessen, wodurch wiederum eine einheitliche Viskosität aufrechterhalten wird. Durch das Aufrechterhalten der im Wesentlichen konstanten Viskosität des Mediums, kann die Kontrollvorichtung 112 die Verarbeitungszeit genauer vorhersagen, um die gewünschte maschinelle Bearbeitung der Öffnung 18 zu erlangen.
Was beschrieben werden muss, sind Treiber 41, 61 die abwechselnd das Medium 15 unter konstantem Druck durch die Öffnung 18 des Werkstücks 20 hindurch zwingt, während der Durchsatz des Mediums 15 durch den Rückzug oder die Resistenz des dem Medium 50 entgegenwirkende Vorrichtung 45, die ein Druckentlastungsventil oder der andere Treiber sein kann, kontrolliert wird.
Es ist möglich, die dem Medium entgegenwirkende Vorrichtung 45 zu entfernen und weiterhin einen konstanten Durchsatz des Mediums aufrechtzuerhalten. Dies wird durch das Variieren des Druckes ausgeführt, der durch den Treiber 41 an das Medium 15 geliefert wird. Mit dem Fortschreiten des maschinellen Bearbeitens durch einen Schleifstrom, wobei ein konstanter Druck des Mediums vorgegeben ist, hat der Durchsatz des Mediums 15 durch die Öffnung 18 hindurch die Tendenz zuzunehmen. Um den gleichen Durchsatz des Mediums aufrechtzuerhalten, ist es deshalb nötig, den Druck zu senken, mit dem das Medium 15 durch den Treiber 41 beaufschlägt wurde. Dies kann in eine einzige Richtung oder wie oben beschrieben, in einer Hin- und Herbewegung erfolgen.
Mit Bezug zu 6, wird dort das Medium 15 bei einem besonderen Druck in eine einzige Richtung durch die Öffnung 18 von der stromaufwärtigen Seite 27 aus zur stromabwärtigen Seite 29 hin hindurchbewegt. Bei Einsatz des Codierers 66 kann der Durchsatz überwacht werden und der an das Medium gelieferte Druck kann eingestellt werden, um einen konstanten Durchsatz des Mediums 15 bereitzustellen, das durch die Öffnung 18 hindurchfließt. Um den Durchsatz zu bestimmen, kann der Codierer 66 insbesondere die lineare Bewegung der Kolbenstange 38 überwachen, die dem Kolben 37 zugeordnet ist.
Die Pumpe 72 liefert hydraulisches Fluid unter Druck an den hydraulischen Zylinder 82, wo das Fluid Druck auf den hydraulischen Kolben 84 ausübt. In Bezug auf die in 4 veranschaulichte Anordnung, ist es insgesamt für die stromabwärtige Seite 29 des Halters 25 möglich, in die Atmosphäre abzuführen, wie dies in 6 veranschaulicht ist. In einer Alternative und wiederum mit Bezug auf 4, ist es möglich, die Bewegung des Kolbens 37 mit der des Kolbens 57 zu koordinieren, so dass der Fluss des Mediums 15, der unter Druck auf der ersten Seite 27 durch die Öffnung 18 hindurch erfolgte, durch den Kolben 57 weder behindert noch unterstützt wurde, jedoch der Druck auf der zweiten Seite 29 verringert wird. Es ist auch, möglich die Bewegung des Kolbens 57 mit der des Kolbens 37 zu koordinieren, so dass der Fluss des Mediums 15, der unter Druck auf der zweiten Seite 57 durch die Öffnung 18 hindurch angelegt wurde, weder behindert noch unterstützt durch den Kolben 37 wird, jedoch der Druck auf der ersten Seite 37 verringert wird. Solch eine Anordnung erlaubt der in 4 veranschaulichten Fließläppmaschine 10 in einer Hin- und Herbewegung zu laufen, wobei in einem ersten Modus die Verdrängerpumpe 35 das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch zwingt, während die zweite Verdrängerpumpe 55 passiv ist, und im zweiten Modus die Verdrängerpumpe 55 das Medium 15 durch die Öffnung 18 hindurch zwingt, während die erste Verdrängerpumpe 35 passiv ist.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Verschiedene Veränderungen und Umbildungen werden sich beim Lesen und Verstehen der vorstehenden ausführlichen Beschreibung zeigen. Es wird angestrebt, dass die Erfindung so ausgelegt wird, dass sie all diese Veränderungen und Umbildungen enthält, insofern als sie in den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

Fließläppmaschine (10) zum Bewegen von Schleifmedien (15) durch die Öffnung (18) eines Werkstücks (20) hindurch, umfassend: a) einen Werkstückhalter (25), wobei der Halter (25) dazu angepasst ist, das Werkstück (20) sicher zu halten, und wobei eine Seite des Halters (25) eine stromaufwärtige Seite (27) definiert und die andere Seite des Halters (25) eine stromabwärtige Seite (29) definiert; b) eine erste Verdrängerpumpe (35), die auf der stromaufwärtigen Seite (27) positioniert ist und die mit der stromaufwärtigen Seite (27) des Halters (25) verbunden ist, um das Medium (15) bei einem vorgegebenen Druck hin zur stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) zu zwingen; c) eine dem Medium (15) entgegenwirkende Vorrichtung (45), die auf der stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) positioniert ist und die mit der stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) verbunden ist, um dem Fluss des Mediums (15) zur stromabwärtigen Seite (29) hin entgegenzuwirken; d) eine Mediumdurchsatz-Messvorrichtung (65) zur Bestimmung des Durchsatzes des Mediums (15), das den Halter (25) durchströmt; e) eine Kontrollvorrichtung (112) zum Kontrollieren der dem Medium entgegenwirkenden Vorrichtung (45), damit der Fluss des Mediums auf einen vorgegebenen Durchsatz von der stromaufwärtigen Seite (27) aus bis hin zur stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) begrenzt ist, während die erste Verdrängerpumpe (35) den vorgegebenen stromaufwärts wirkenden Druck aufrechterhält.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdrängerpumpe (35) ein Kolben (37) in einem Zylinder (39) ist, wobei der Kolben (37) betrieben werden kann, um das Medium (15) von dem Zylinder (39) aus hin zur stromabwärtigen Seite (29) des Halters (25) zu drücken und wobei der Kolben (37) durch einen Treiber bewegt wird; wobei der Treiber vorzugsweise ein hydraulisches Betätigungselement (41) oder ein lineares Motorbetätigungselement (42) ist.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Medium (15) entgegenwirkende Vorrichtung (45) ein Entlastungsventil (60) ist; insbesondere ein proportionales elektrisches Entlastungsventil.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Medium (15) entgegenwirkende Vorrichtung (45) eine zweite Verdrängerpumpe (55) ist; wobei die zweite Verdrängerpumpe (55) vorzugsweise ein Kolben (57) in einem Zylinder (59) ist und der Kolben (57) betrieben werden kann, um zu widerstehen und dabei den Fluss des Mediums zur flussabwärtigen Seite (29) hin des Halters (25) zu kontrollieren.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdrängerpumpe (35) aus einem Kolben (37) innerhalb eines Zylinders (39) zusammengesetzt ist, wobei der Kolben (37) eine Stange (38) aufweist und wobei einen Codierer (66) die lineare Bewegung der Stange (38) misst, um den Durchsatz des Mediums zu bestimmen.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Medium (15) entgegenwirkende Vorrichtung (45) eine zweite Verdrängerpumpe (55) ist, die aus einem Kolben (57) innerhalb eines Zylinders (59) zusammengesetzt ist, wobei der Kolben (57) eine Stange (58) hat und wobei die Mediumdurchsatz-Messvorrichtung (65) ein Codierer (67) ist, der die lineare Bewegung der Stange (58) misst, um den Durchsatz des Mediums zu bestimmen.
Fließläppmaschine (10) zum Bewegen von Schleifmedien (15) durch die Öffnung (18) eines Werkstücks (20) hindurch, umfassend: a) einen Werkstückhalter (25), wobei der Halter (25) dazu angepasst ist, das Werkstück (20) sicher zu halten, und wobei eine Seite des Halters (25) eine erste Seite (27) definiert und die andere Seite des Halters (25) eine zweite Seite (29) definiert; b) eine erste Verdrängerpumpe (35), die auf der ersten Seite (27) positioniert ist und die mit der ersten Seite (27) des Halters (25) verbunden ist; c) eine zweite Verdrängerpumpe (55), welche auf der zweiten Seite (29) positioniert ist und mit der zweiten Seite (29) des Halters (25) verbunden ist; d) worin in einer ersten Stufe die erste Verdrängerpumpe (35) das Medium (15) von der ersten Seite (27) hin zur zweiten Seite (29) des Halters (25) zwingt, wobei die zweite Verdrängerpumpe (55) einem Fluss entgegenwirkt und dadurch den Durchsatz zu der zweiten Seite (29) des Halters (5) kontrolliert; e) worin in einer zweiten Stufe die die zweite Verdrängerpumpe (55) Medium (15) von der zweiten Seite (29) hin zur ersten Seite (27) des Halters (25) zwingt, wobei die erste Verdrängerpumpe (35) dem Fluss entgegenwirkt und dadurch den Durchsatz zur ersten Seite (27) des Halters (25) kontrolliert; f) eine Mediumdurchsatz-Messvorrichtung (65) zur Bestimmung des Durchsatzes des Mediums (15), das an dem Halter (25) vorbeiströmt; und g) eine Kontrollvorrichtung (112) zum Kontrollieren der ersten Verdrängerpumpe (35) und der zweiten Verdrängerpumpe (55), um den Durchfluss des Mediums auf einen vorgegebenen Durchsatz zu begrenzen während es sich an dem Halter vorbei vor- und zurück bewegt.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und der zweiten Verdrängerpumpen (35, 55) aus Kolben (37, 57) in Zylindern (39, 59) besteht, wobei die Kolben (37, 57) durch einen Treiber bewegt wird; worin bevorzugt mindestens ein Treiber ein hydraulisches Betätigungselement (41) oder ein lineares Motorbetätigungselement (42) ist.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Verdrängerpumpe (35) und der zweiten Verdrängerpumpe (55) eine Stange (38, 58) aufweist, welche mit den ihr entsprechenden Kolben (37, 57) verbunden ist und worin die Mediumdurchsatz-Messvorrichtung (65) ein Codierer (100) ist, welcher die lineare Bewegung von mindestens einer Stange (38, 39) misst, um den Durchsatz des Mediums zu bestimmen.
Fließläppmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließläppmaschine (10) weiterhin eine Kühleinrichtung für das Medium (15) umfasst, wobei die Kühleinrichtung vorzugsweise zusammengesetzt ist aus – Kühlmanschetten (115, 117) um zumindest den ersten Verdrängerpumpenzylinder (39) oder den zweiten Verdrängerpumpenzylinder (59) herum, oder – einem in Reihe angeordneten Wärmetauscher (200) in Nachbarschaft des Halters (25) in zumindest dem ersten Verdrängerpumpenzylinder (39) oder dem zweiten Verdrängerpumpenzylinder (59).