DE2401969A1 - Verfahren und vorrichtung zum entgraten elektrisch leitfaehiger teile durch waermeeinwirkung - Google Patents

Description

PATM WTAIfWAIlX

Dipl. ixe. S. HOLZEK

AUGSBUIiG

PHILIPPINE ^fELSEB-STBASSi IA TKLBPOVi MSVS

R. 876

Augsburg, den 14. Januar 1974

Rolls-Royce (1971) Limited, 14/15 Conduit Street, London W.l,

England

Verfahren und Vorrichtung zum Entgraten elektrisch leitfähiger

Teile durch Wärmeeinwirkung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten elektrisch leitfähiger Teile durch Wärmeeinwirkung.

Es ist ein Verfahren zum thermischen Entgraten von Metallteilen bekannt, bei welchem die Metallteile dem hohen Druck und der hohen Temperatur eines innerhalb eines Hoch-

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druckbehälters explosiv abbrennenden Gasgemisches ausgesetzt werden. Bei der üblichen Form dieses thermischen Verfahrens wird die Verbrennungsenergie zweier miteinander reagierender Gase dazu ausgenützt, ein selektives Abbrennen der Grate an den zu entgratenden Teilen herbeizuführen. Dieser Explosionswärme wird zwar das ganze zu entgratende Teil ausgesetzt, aber wegen der sehr kurzen Einwirkungsdauer und der unterschiedlichen Oberflächen/Volumen-Verhältnisse zwischen dem ganzen Teil einerseits und den Graten andererseits werden die Grate sehr viel stärker erwärmt als das übrige Teil. Die Wirkung dieses Verfahrens kann dadurch noch vergrößert und selektiver gemacht werden, daß eine so große Erwärmung der Grate herbeigeführt wird, daß die Grate die Zündtemperatur erreichen und exotherm mit der Gasatmosphäre reagieren können.

Dieses bekannte Verfahren weist jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Dazu gehört die Notwendigkeit, einen Hochdruck-Reaktionsbehälter zu verwenden, wodurch einerseits kein kontinuierlicher Betrieb möglich ist und andererseits die Größe der zu bearbeitenden Teile begrenzt ist. Ferner ist es schwierig, gleichzeitig die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit und die Dauer der Wärmeeinwirkung derart zu steuern, daß den Diffusionseigenschaften des Werkstoffs des betreffenden Teils und der Dicke der Grate Rechnung getragen wird. Es besteht außerdem die Möglichkeit, daß die für das Entgraten notwendige Wärmezufuhr

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unzulässige metallurgische Änderungen in der Oberfläche der zu bearbeitenden Teile zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs dargelegten allgemeinen Art im Sinne der Behebung der eben erwähnten Nachteile' zu verbessern.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die zu entgratenden Teile einem in den Plasmazustand versetzten Gas ausgesetzt werden und daß die Größe der dem Plasma aufgeprägten Energie so gewählt ist, daß das Plasma an den Graten der Teile konzentriert wird und die dadurch in den Graten entstehende Vlärmekonzentrat lon zur Auflösung der Grate führt.

Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist gemäß der Erfindung durch Mittel zum Erzeugen einer Plasmaflamme, ferner durch Mittel zum Hineinhalten der zu entgratenden Teile in die Plasmaflamme und durch Mittel zur Steuerung der Plasmaparameter gekennzeichnet.

Die Konzentration des Plasmas an den Graten und deren bevorzugte Erwärmung bei entsprechender Steuerung der Plasmaparameter ist durch einen Vorgang erklärbar, dessen Ursache

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in den verschiedenen Beweglichkeiten der auf die Oberfläche des betreffenden Teils auftreffenden Elektronen und Ionen liegt. Wegen der größeren Beweglichkeit der Elektronen entsteht zwischen dem betreffenden Gegenstand und dem Plasma eine negative Potentialdifferenz, welche einen Gleichgewichtε-wert erreicht, bei welchem Ionen und Elektronen mit gleicher Geschwindigkeit auf das Teil auftreffen. Die größere elektrische Feldstärke an scharfen Kanten und Graten konzentriert das Plasma an diesen Stellen und führt zu einer vergrößerten Ionen-Auftreffgeschwindigkeit, wodurch sich die damit verbundene Erwärmung ebenfalls an diesen Stellen konzentriert.

Ein Parameter, der zur Erreichung der gewünschten Wirkung zweckmäßigerweise steuerbar ist, ist der Ionisationsgrad des Plasmas, der eine Punktion der Plasmatemperatur darstellt und hauptsächlich für die Größe der Entladung verantwortlich ist. Für praktische Zwecke sollte diese Temperatur 5000 ° K nicht unterschreiten. Andererseits soll die Temperatur nicht so hoch sein, daß Lichtbogenentladungen zwischen dem Plasma und dem betreffenden Teil entstehen, da dadurch die Oberfläche dieses Teiles zerstört würde. Aus diesem Grund ist die Plasmatemperatur vorzugsweise auf einen Wert unterhalb 50 000 ⁰K begrenzt.

Ebenfalls zur Vermeidung einer Beschädigung des bearbeiteten Teils durch Lichtbogeneinwirkung wird zur Plasmaer-

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zeugung vorzugsweise ein Verfahren angewandt, bei welchem eine Plasmaflamme zu einer nicht zum plasmaerzeugenden Stromkreis gehörenden Stelle ausströmt, d.h. ein Verfahren, bei welchem das betreffende Teil nicht Bestandteil des plasmaerzeugenden Stromkreises ist bzw. nicht zwischen plasmaerzeugenden Elektroden angeordnet ist.

Bei einer gegebenen Teilchendichte ist die an der Oberfläche des bearbeiteten Teils erzeugte Wärme weitgehend von der Energie, mit welcher die auftreffenden Ionen durch die genannte Potentialdifferenz beschleunigt worden sind, und von der Rekombinationsenergie abhängig, die beim Neutralisieren der auftreffenden Ionen frei wird. Die bei diesem Vorgang freiwerdende Wärme kann Größenordnungen erreichen, die über der Größenordnung der bei einer Explosion freiwerdenden thermischen Energie liegen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind daher die beim bekannten Verfahren erforderlichen hohen Drücke nicht notwendig.

Die Konzentration des Plasmas in den Graten findet zusätzlich zu den beim bekannten Verfahren auftretenden Konzentrationswirkungen statt, die vom größeren Oberflächen/Volumen-Verhältnis der Grate mit Bezug auf das übrige Teil herrühren. Das bedeutet, daß der Anstieg der Oberflächentemperatur des bearbeiteten Teils bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens trotz der höheren Temperatur des Plasmas beträchtlich

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niedriger als beim bekannten Verfahren gehalten werden kann.

Außerdem ermöglicht es die Erfindung, die Dauer der Wärmeeinwirkung auf die Grate leicht so zu steuern, daß die Grate wegen des verhältnismäßig schwachen Wärmeflusses zum übrigen Teil entfernt werden, ohne daß das Teil langer als notwendig der Flamme ausgesetzt werden muß. Die Einwirkungszeiten können bei gegebener Gratdicke langer als beim bekannten Verfahren sein, so daß die Steuerbarkeit weiter .vergrößert wird. Die Steuerung kann dadurch erfolgen, daß das Plasma elektrisch mit Energieimpulsen beaufschlagt wird, jedoch kann im Falle von Werkstoffen mit niedrigen Diffusionseigenschaften die Einwirkungszeit so lange sein, daß eine Steuerung durch mechanische Bewegung des Teils durch die Flamme hindurch möglich ist.

Die Auflösung der Grate kann dadurch verbessert werden, daß zur Erzeugung des Plasmas ein Gas gewählt wird, welches mit dem Werkstoff des betreffenden Teils exotherm reagieren kann.

Abgesehen von der Plasmatemperatur selbst ist der am meisten zu einer vorteilhaften ^lärmeübertragungsgröße beitragende Parameter die Dichte des umgebenden ''rases, dessen Druck zwischen nicht weniger als 0,1 Atmosphären und einigen Atmosphären liegen sollte, -ute Ergebnisse erhält man be L

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Atmosphärendruck, so daß das Verfahren tatsächlich ohne Druckbehälter ausführbar ist.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Teile. -

Einige bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Ansicht eines

Plasmaerzeugers mit Zusatzgeräten zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Plasma

erzeugenden Brenners, wobei die Wirkung der Feldverstärkung durch einen Grat dargestellt ist, wenn ein Teil eines V/erkstücks in die Plasmaflamme hineingehalten wird.

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht

der unteren Hälfte des Brenners, wobei ,-jedoch der Grat eines in die

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Plasmaflamme gehaltenen Werkstücks vom Plasmabrenner wegzeigt,

PIg. 4 eine Seitenansicht einer Vorrichtung

zum Entgraten von Zahnrädern nach dem erfindungsgemaßen Verfahren,

Fig. 5 eine Draufsicht der in Fig. 4 darge

stellten Vorrichtung

Fig. 6 eine Einzelheit der in den Fig. 4

und 5 dargestellten Vorrichtung, und

Fig. 7 ein Schaltbild einer für die in den

Fig. 4 bis 6 dargestellten Vorrichtung geeigneten Schaltung.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Plasmabrenner 1 der Induktionsbauart dargestellt. Anhand des in Fig. 2 dargestellten grundsätzlichen Ausbaues ist ersichtlich, daß der Plasmabrenner 1 drei konzentrische Röhren P, 5 und 4 aufweist, welche alle verschieden lang sind, und wobei die äußerste Röhre ? am längsten und die innerste Röhre ^;i am kürzesten ist. Die drei Röhren weisen jeweils einen Einlaß 5 bzw. 6 bzw. 7 auf, durch welchen ein geeignetes Arbeitsgas zuleitbar ist. Um das

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untere Ende 8 der längsten Röhre 2 der drei konzentrischen Röhren, welches über die beiden Inneren Röhren 3 und 4 hinausragt, ist eine aus einem Kupferrohr hergestellte wassergekühlte Hochfrequenz-Induktionsspule 9 angeordnet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,- wird der Plasmabrenner 1 durch die beiden Einlasse 5 und 6 mit Argon aus einer Argonquelle 10 und durch den Einlaß 7 mit Sauerstoff aus einer Sauerstoffquelle 11 gespeist. Die Steuerventile für diese Einlasse sind mit 13, 14 und 15 bezeichnet. Zum Anfahren kann die Sauerstoffzuleitung durch Argonzuführ ersetzt werden, was jedoch nicht dargestellt ist. Zur Erregung der Hochfrequenzspule 9 ist ein Hochfrequenz-Generator 16 vorgesehen. Außerdem ist eine Kühlwasser-Versorgungseinrichtung 17 mit der Hochfrequenz-Spule verbunden. Die Ausgangsleistung des Generators 16 ist zwecks Änderung der thermischen Energie des Plasmas mittels eines Einstellknopfes ΐβΑ veränderbar.

Nachstehend wird der Betrieb des Brenners zum Entgraten beschrieben:

Zur Inbetriebnahme des Brenners wird Argon durch alle drei Einlasse 5* 6 und 7 des Brenners 1 eingeleitet, wobei pro Einlaß ein Durchsatz von etwa 5 l^/min gewählt wird, und die Hochfrequenzleistung wird niedrig eingestellt, beispielsweise auf 0,5 kV/. Die verschiedenen Längen der Röhren 2, 3 und 4 erzeugen eine Turbulenz des Gases im Abschnitt 8 der

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Röhre 2, der nachstehend als Austrittsrohr bezeichnet wird, Durch die Mündungsöffnung des Austrittrohres 8 des Brenners wird ein angespitzter Wolframdraht eingeführt und ein Funken erzeugt, welcher zur Aufspaltung und Ionisation des turbulenten Gases und zur Bildung eines flackernden, elektrostatisch aufrechterhaltenen Plasmas führt. Danach wird der Draht zurückgezogen und die Hochfrequenzleistung auf den Maximalwert gestellt, der bei Versuchen 2 kW betrug ^siehe auch weiter unten stehende Versuchsbeschreibung'. Dadurch wird eine elektromagnetisch aufrechterhaltene Plasmaflamme hoher Energie erzeugt. Die.Argonzufuhr zum Einlaß 7 der mittleren Röhre wird dann abgesperrt und es wird statt dessen Sauerstoff zugeleitet. Der Sauerstoffdurchsatz wird auf den größten Wert eingestellt, der möglich ist, ohne daß der 3renner erlöscht oder instabil wird. Bei dem zu Versuchen verwendeten Brenner betrug der Sauerstoffdurchsatz mehr als 7 l/min. Bei maximalem Säuerstoffdurchsatζ durch den Brenner kann ein gegen diesen und vorzugsweise gegen Masse isoliertes Werkstück 20 in die Plasmaflamme 21 eingeführt werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Das in Fig. 2 dargestellte Merkstück weist einen Grat auf, der zum Austrittsrohr 8 des Brenners hinzeigt. Bei dieser Anordnung wird das Werkstück sowohl mit Ionen als auch freien Elektronen aus dem Plasma bombardiert. Wegen der relativen Massen der Ionen und Elektronen bombardieren mehr Elektronen als Ionen das Werkstück und folglich baut sich im Werkstück eine negative Ladung auf. Infolge dieser Aufladung

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werden die im Plasma vorhandenen Ionen von dem verhältnismäßig negativ aufgeladenen Werkstück 20 angezogen und die ' Rekombination der Elektronen im aufgeladenen Werkstück und der darauf auftreffenden Ionen findet unter Freiwerden beträchtlicher Energie statt. Wegen der Form des Werkstücks, d.h. wegen des Vorhandenseins des verhältnismäßig scharfen dünnen Grates 27) konzentriert sich das durch die negative Aufladung aufgebaute elektrostatische Feld an diesem Grat. Infolgedessen findet auf dem Grat 23 eine stärkere Rekombination von Ionen als an irgend einer anderen Stelle der Werkstückoberfläche statt, weshalb wiederum eine größere Wärmekonzentration in dem Grat stattfindet als in der übrigen Oberfläche des Werkstücks. Die stärkere Rekombinationsrate an dem Grat wird auch als Plasmakonzentration auf dem Grat bezeichnet. Ferner findet wegen des Vorhandenseins von Sauerstoff in der Plasmaflamme eine thermische Reaktion zwischen dem Sauerstoff und dem Gratwerkstoff statt, falls letzteres beispielsweise Stahl oder Eisen ist, so daß entsprechende Oxyde entstehen. Dadurch wird die Geschwindigkeit vergrößert, mit welcher sieh der Grat auflöst,' und gleichzeitig wird durch die bevorzugt stattfindende Aufladung des Grates verhindert, daß das übrige Werkstück überhitzt wird. Die Oxydbildung auf dem Grat und der Zerfall des ganzen oder im wesentlichen des ganzen Grates in Oxyd führt zur Bildung eines Stoffes, der entweder leicht abgeblasen werden kann oder beispielsweise durch Bürsten leicht entfernbar ist. Der Effekt der Energiekonzentration im Bereich

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des Grates ist in der Plasmaflamme in Form heller Entladungen deutlich sichtbar. Die Plasmakonzentration um den Grat herum ist durch Linien 24 angedeutet.

Ein Versuch hat gezeigt, daß es nicht norwendig ist, daß der Grat zur Austrittsöffnung des Brenners hinzeigt, sondern daß unter der Voraussetzung, daß sich der Grat tatsächlich innerhalb der Plasmaflamme befindet, die bei einem Versuch mit zur Austrittsöffnung des Brenners hinzeigendem Grat auftretende Wirkung auch bei in anderen Richtungen zeigenden Graten beobachtet werden kann. Fig. 3 zeigt eine Situation, bei welcher ein Grat 26 tatsächlich in mit Bezug zur Austrittsöffnung des Brenners entgegengesetzter Richtung zeigt, und, wie leicht sichtbar ist, baut sich wie vorher im Bereich des Grates ein maximales elektrostatisches Feld 27 auf. Die Orientierung der Grate am Werkstück ist also verhältnismäßig unwesentlich.

Die Steuerung der Plasmaflamme kann leicht durch Veränderung der zugeführten Leistung oder durch pulsierenden Betrieb erfolgen. Die Einwirkung auf das Werkstück kann durch Steuerung der Verweilzeit der Plasmaflamme oder durch Herausnahme des Werkstücks aus der Flamme gesteuert werden.

Wie beschrieben, erzeugt die Vorrichtung eine vollständig gasförmige Atmosphäre. Es ist jedoch möglich, eine Atmosphäre

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zu erzeigen, die anfänglich nur gasförmig ist und welcher durch Verdampfung zusätzliche Substanzen zugesetzt werden, die zwecks Beeinflussung ihrer chemischen Reaktivität mit dem Gratwerkstoff gewählt werden. Diese Substanzen können als Pulver in die Gasströmung des Brenners oder in den Glammenbereich eingebracht werden oder sie können als Überzüge auf der Werkstückoberfläche oder auf umgebendem Material aufgebracht sein.

Bei Verwendung reagierenden Gases, beispielsweise von Sauerstoff, ist es bei stärkeren Plasmabrennern möglich, diese mit reinem reagierendem Gas zu betreiben, sofern die Hochfrequenzleistung auch bei Fehlen eines leicht aufspaltbaren Gases für die Plasmaerzeugung ausreichend groß ist. Die Verwendung von Sauerstoff eignet sich bei vielen Metallen. Bei gewissen Metallen, wie sie beispielsweise als "Superlegierungen" oder"Nimol-Legierungen" bekannt sind, reagiert der Sauerstoff jedoch wegen des Vorhandenseins einer besonders zähen Oxydschicht nicht leicht mit diesen Metallen. Bei diesen Legierungen können, wenn nicht eine so große Leistung verfügbar ist, daß der Oxydfilm geschmolzen wird und dadurch das Innere des Metalls durch den Plasmabrenner oxydiert werden kann, je nach der Zusammensetzung des zu entgratenden Werkstoffes andere Gase wie beispielsweise Chlor oder Gase · mit ähnlichen Eigenschaften, oder Schwefel- oder Phosphordampf Anwendung finden.

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In manchen Fällen kann bei ausreichend hoher Anfangstemperatur Stickstoff als reagierendes Gas verwendet werden, beispielsweise zum Abbrennen von Eisen und Titan. Obwohl bei im wesentlichen allen Plasmen einer Erhitzung und Entfernung von Gratwerkstoff auftritt, gibt es zum Entgraten der meisten Werkstoffe einen optimalen Bereich der Plasmaparameter. Wenn, wie oben beschrieben, die durch das verstärkte Feld auftretende bevorzugte Erwärmung der Grate ausgenützt werden soll, muß ein bestimmter Ionisationsgrad erreicht werden. Dadurch wird für diese Betriebsart der Plasmatemperatur eine untere Grenze von etwa 5000 K gesetzt. Anderer seits wird zur Sicherstellung, daß die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Werkstücks nicht durch Bildung von Lichtbogenstellen beschädigt wird, die Potentialdifferenz zwischen dem Werkstück und dem Plasma vorzugsweise unterhalb der für einen Lichtbogen notwendigen Potentialdifferenz gehalten. Daher werden vorzugsweise Hochspannungsentladungen vermieden und die Plasmatemperatur auf einen Wert unterhalb von 50 000 ⁰K begrenzt. Eine Temperatur von etwa 20 000 °K stellt wahrscheinlich das Optimum dar. Ferner ist es zur Sicherstellung einer vorteilhaften WärmeUbergangsgröße aus einem, aus teilweise ionisiertem Gas in diesen Temperaturbereich bestehenden Plasma wünschenswert, ein verhältnismäßig dichtes, unter hohem Druck stehendes Plasma zu verwenden, dessen Druck im Bereich zwischen 0,1 Atmosphären und einigen Atmosphären liegt. Ein solcher Druckbereich, der

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einer Teilchendichte von mehr als 10 Teilchen/cm^ entspricht, ist in jedem Fall wünschenswert, wenn chemische Reaktionen zwischen dem Gratwerkstoff und bestimmten im Plasma enthaltenen Atomen ein wesentliches Ausmaß erreichen sollen, um zu einer verstärkten Graterwärmung und⁷oder zur Umsetzung der Grate in leicht entfernbare Reaktionsprodukte zu führen, wie oben beschrieben.

Obwohl vorstehend ein Hochfrequenz-Plasmabrenner als sehr geeignete Vorrichtung zur Erzeugung der erforderlichen Plasmaflamme beschrieben worden ist, gibt es eine Anzahl anderer Möglichkeiten zur Erzeugung von Plasma, welche alle zumindest theoretisch zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind. Zu diesen Möglichkeiten der Plasmaerzeugung gehören:

1. Elektrische Entladungen zwischen Elektroden, die in eine Atmosphäre geeigneter Zusammensetzung eingetaucht sind.

Die mit dieser Art der Plasmaerzeugung verbundene Schwierigkeit liegt in der Möglichkeit, daß zwischen den Elektroden und dem Werkstück Lichtbogen auftreten. In diesem Fall können Oberflächenbeschädigungen des Werkstücks die Folge sein. Wenn dies nicht zulässig ist, müssen Maßnahmen zum Schutz des übrigen Werkstücks gegen Lichtbogen getroffen werden.

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2. Offene Lichtbogen, angeblasene Lichtbogen und eingeschnürte Lichtbogen, welche in einer Atmosphäre geeigneter Zu s ammen s e t ζ ung abb.r e nnen.

Diese Plasmaart weist wiederum den Nachteil auf, daß die Möglichkeit der Lichtbogenentstehung zwischen der Elektrode und dem Werkstück selbst dann vorhanden 1st, wenn dieses •isoliert ist. Von diesen verschiedenen Lichtbogen ist der angeblasene Lichtbogen wahrscheinlich am günstigsten, da es möglich ist, das Plasma aus dem Lichtbogenbereich herauszublasen und dadurch ein Überspringen des Lichtbogens auf das in der Plasmaflamme befindliche Werkstück erfolgreich verhindert werden kann. Zu den hler verwendbaren Brennerbauarten gehört der bekannte Gleichstrom-Plasmabrenner, bei welchem die Entladung zwischen zwei Elektroden stattfindet und nicht auf das Werkstück übertragen wird. Bei dieser Brennerbauart sind jedoch Schwierigkeiten zu erwarten, wenn der Brenner mit reagierendem >>a.s betrieben wird. Der Grund dafür liegt darin, daß während der Lichtbogenerzeugung zur Bildung der Plasmaflamme die Katode oder andere Elektrode des Brenners sehr heiß wird und dadurch chemisch mit dem Reaktionsgas reagieren kann und dadurch unbrauchbar wird.

3. Elektrisch vergrößerte Flammen.

Bei dieser Art der Plasmaerzeugung kann beispielsweise

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eine Sauerstoff-Wasserstoff-Plamme Anwendung finden, in welcher sich Elektroden befinden, und es läßt sich erreichen, daß sich keine Lichtbogen zwischen den Elektroden und den Werkstücken bilden.

Die oben beschriebenen A^erfahren zur Plasmaerzeugung weisen den Vorteil auf, daß sio bei Atmosphärendruck, bei schwachem Vakuum oder be·, niedrigen Drücken ausführbar sind, d.h., daß kein Hochdruckbehälter erforderlich ist. Zur Ausführung der verschiedenen Verfahren zur Plasmaerzeugung sind wahrscheinlich entweder der Hochfrequenz-Plasmaerzeuger oder ein Brenner mit angeblasenem Lichtbogen (beispielsweise Gleichstrom-Plasmabrenner mit nicht auf das Werkstück übertragener Entladung) am besten geeignet.

Bei einem Versuch, bei welchem ein Plasmabrenner der in Fig. 2 dargestellten Bauart verwendet wurde, besaß der Brenner einen Hochfrequenz-Generator mit einer Frequenz von 30 MHz und einer Leistung von 2 kW, an welchen eine wassergekühlte Kupferspule mit vier Windungen mit jeweils 3 mm Abstand angeschlossen war. Das Kupferrohr der Spule wies einen Außendurchmesser von 6,4 mm auf. Die innere Röhre des Brenners wies einen Gesamtdurchmesser von 10 mm und eine Länge von etwa 60 mm, die mittlere Röhre einen Gesamtdurchmesser von etwa 20 mm und eine Länge von etwa 44 mm und die äußere Röhre einen 3-esamtdurchmesser von

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22 mm und eine Länge von etwa I5Ö mm auf. Die innere Röhre war mit Bezug auf die mittlere Röhre um etwa 3 mm zurückgesetzt. Die Röhren waren aus Silica hergestellt und wiesen eine Wandstärke von etwa 2 mm auf. Der in der Hochfrequenz-Spule fließende Strom induzierte in einer unter Atmosphärendruck: stehenden Gasströmung einen Stromfluß, wodurch das "as ionisiert und erhitzt wurde und an der Austrittsöffnung des Brenners eine glühende Gaskugel bzw. einen glühenden ^Lasring bildete. Am offenen Ende des Brenners strömte eine aus unter hoher Temperatur stehendem Plasma bestehende Nachflamme auf, die zur Behandlung des zu entgratenden Werkstückes verwendet wurde. Bei dem verwendeten, aus Flußstahl bestehenden Testwerkstück mit beispielsweise einem Grat von etwa 1 mm Dicke war der Grat nach' etwa. 1 Minute im wesentlichen verschwunden oder in spröde Rückstände umgesetzt worden. Der Grat war schätzungsweise auf eine Temperatur von 1000 C erhitzt worden, während gleichzeitig die anderen Teile des Werkstücks nur eine Temperatur von etwa hOO ⁰C erreichten. Wegen der etwas geringen Größe des Versuchsbrenners ergab sich eine mit Bezug auf die bei einem mit voller Energie betriebenen Brenner erreichbare Leistung etwas verminderte Leistung.

Es wurde auch ein mit voller Leistung betriebener Brenner erfolgreich getestet, bei welchem ein Hochfrequenz-

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Generator mit einer Leistung von über 16 IcVJ verwendet wurde und welcher nach dem Ingangsetzen, wobei gegebenenfalls Argon verwendet wurde, mit Sauerstoff als einzigem Gas gespeist wurde, während beim erstgenannten Versuch nur ein maximaler Sauerstoffanteil von 60 % möglich war.

Nachstehend wird eine einfache Ausführungsform einer zur Ausführung des erfindungsgemäßen Entgratungsverfahrens in kommerziellem Umfang geeignete Vorrichtung beschrieben, obwohl diese selbstverständlich nur eine von vielen möglichen verwendbaren Ausführungsformen darstellt.

Diese Vorrichtung wird mit Bezug auf die Fig. 4, 5,6, und 7 beschrieben. Sie ist zum Entgraten der Verzahnung von Zahnrädern ausgelegt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen schrittweise schaltbaren Tisch 101 auf, der von Hand durch die Bedienungsperson drehbar und mit vier WerkstUckhaltern 102, 103, 104 und 105 versehen ist. Der Tisch 101 ist um l80 drehbar, um die aufgesetzten Werkstücke (Zahnräder) von der Aufbringstelle 104 zur Entgratungs- bzw. Einwirkungsstelle 102 und die bearbeiteten Werkstücke von der Einwirkungs stelle 102 zur Entnahme st el Ie 10't- zu bringen. Für einen zweckmäßigen Betrieb sind vier Werkstückhalter vorgesehen, so daß jedes Werkstück zwischen der Aufgabe- oder

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Entnahmestelle eine Zwischenstellung einnimmt. Der Tisch ist mit einer Positionierungseinrichtung versehen, die als eine von der Bedienungsperson betätigbaren Klinke 106 ausgebildet ist, mittels welcher das Werkstück während des nachfolgend beschriebenen Entgratens in der korrekten Lage gehalten wird. Jede ein Werkstück tragende Welle 107 ist drehbar auf dem Tisch 101 montiert und trägt an ihrem unteren Ende eine Reibrolle 108 und an ihrem oberen Ende einen Halter 109 für das Werkstück 110. 'Jm sicherzustellen, daß sich das Werkstück 110 mit der Welle 10^ν dreht, kann eine nicht dargestellte zeitweilige Verkeilung vorgesehen sein.

Bei der Einwirkungsstelle ist neben der Reibrolle 108 eine Antriebsrolle 111 vorgesehen, die auf der Welle 112 eines Elektromotor 113 befestigt ist. Ebenfalls auf der Motorwelle sind zwei Arme 114 angeordnet, welche radial über die Antriebsrolle 111 hinausragen und an ihren äußeren Enden eine Zwischenrolle 115 tragen, welche ständig mit der Antriebsrolle 111 in ReibschluS steht. Die beiden Arme 114 werden mittels einer Feder 116 von der Reibrolle 108 weggedrückt und die Zwischenrolle 115 wird dadurch gegen einen Anschlag 117 gedrängt, wenn der Antriebsmotor 113 nicht in Betrieb ist. Beim Einschalten des Motor 113 nach Zufuhr eines neuen Werkstücks 110 zur Einwirkungsstelle wird die Antriebsrolle 111 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wodurch die beiden Arme H^- entgegen der Federkraft der Feder 116

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geschwenkt werden und die Zwischenrolle II5 mit der Reibrolle 108 der Welle 107 der Werkstückhalterung in Reibschluß gebracht wird. Oberhalb der Einwirkungsstelle ist ein Plasmabrenner II9 angeordnet, der nach unten zeigend an einem Arm 120 befestigt ist. Der Brenner II9 ist über Rohrleitungen 121 und Steuerventile 122 mit einer Gasquelle und mit einer einerseits des Armes 120 gelegenen Steuereinrichtung 123 verbunden. Außerdem ist der Brenner mit der auf der anderen Seite des Armes 120 angeordneten erforderlichen Stromquelle 124 verbunden.

Die elektrische Schaltung für den Betrieb der Vorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt und weist einen zweipoligen Hauptschalter S auf, der die Schaltung mit der elektrischen Stromquelle verbindet. Ferner weist die Schaltung ein erstes Relais Rl/4 auf, das durch den Druckknopf B von der Bedienungsperson betätigbar ist und zum Einschalten des Elektromotor 13 dient, welcher das Werkstück unter dem Plasmaerzeuger dreht. Weiter weist die Schaltung ein Relais R4/1 und Kontakte RIl auf. Das Relais Rl/4 ist mit weiteren Kontakten R12 und RI3 und einem Haltekontakt Rl4 versehen. Im Haltestromkreis des Kontaktes R14 ist ein Unterbrechungskontakt R21 eines Verzögerungsrelais R2/1 geschaltet, welcher das Hauptrelais Rl ⁷4 nach Beendigung des Bearbeitungsvorgang in Abhängigkeit von der Zeitverzögerung des Relais R2⁷1 -abschaltet. Weitere

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Kontakte R12 und Rl 3 steuern ein. Relais R3 zum Hochstellen der elektrischen Leistung für den Plasmabrenner, ferner die Einstellung der Gaszufuhr und die Betätigung des Verzögerungsrelais R2/1.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung -wird nachstehend beschrieben:

Bei Beginn der Bearbeitung zündet die Bedienungsperson den Plasmabrenner und legt die zu entgratenden -erkstücke (Zahnräder) auf die ersten beiden Werkstückhalter 102 und 105. Dann wird der Tisch 101 gedreht, so daß das erste Werkstück 110 auf dem Halter 102 unter die Plasmakanone gebracht wird, worauf der Tisch in seiner Stellung mittels der Klinke 106 arretiert wird, die in eine geeignete öffnung 124 im Tisch 101 einrastet. Danach drückt die Bedienungsperson den Knopf B, wodurch das Hauptrelai-s Rl/4 betätigt wird. Der Motor 113 wird durch den Kontakt RIl, das Relais Rl/1 und den Kontakt R4l eingeschaltet, die Plasmaleistung wird durch den Kontakt R12 und das Relais R3 hochgestellt und das Verzögerungsrelais durch den Kontakt Rl 3 betätigt. Das Relais Rl/4 wird durch den Haltekontakt Rl4 in seiner Arbeitsstellung gehalten. Durch den Motor wird das Werkstück in Drehung versetzt, indem die Zwischenrolle II5 die auf der Welle 107 befestigte Rolle 108 antreibt.

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Das Werkstück: wird so lange gedreht, bis der Entgratungsvorgang beendet ist. Dieser Zeitpunkt wird durch die Verzögerung des Verzögerungsrelais R2/1 bestimmt, welches nach Ablauf der Verzögerung den Kontakt. R21 im Haltekreis des Relais Rl/4 öffnet, wodurch die hohe Leistung für den Plasmabrenner und der Motor 113 sowie das Verzögerungsrelais R2./1 abgeschaltet werden. Auf diese Meise wird der Entgratungsνorgang beendet.

In der Zwischenzeit hat die Bedienungsperson ein neues Werkstück auf den vor ihm befindlichen freien Halter 104 aufgelegt. Danach löst er die Arretierung des Tisches 101 und dreht diesen weiter, bis sich das nächste Werkstück an der Einwirkungsstelle befindet. Die Zufuhr der zu entgratenden Werkstücke erfolgt also unter minimaler Verzögerung.

Es ist einzusehen, daß Vorrichtungen viele verschiedener Bauarten für die Entgratung Anwendung finden können. Beispielsweise können Förderbänder verwendet werden und zur Peststellung der Beendigung eines EntgratungsVorgangs können insbesondere im Falle der Zahnrad-Entgratungsvorrichtung verschiedene Verfahren benützt werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Umdrehungen festgestellt werden, welche das Zahnrad während des Entgratens ausgeführt hat.

Aus den obigen Darlegungen geht hervor, daß die Erfindung

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ein Verfahren zum Entgraten metallischer Werkstücke mittels einer Plasmaflamme vorsieht, welches leicht entweder durch pulsierenden Betrieb der Energiequelle und/oder durch Steuern der Einwirkungsdauer der Plasmaflamme gesteuert werden, entweder durch Herausnahme des Werkstücks aus der Flamme oder durch Steuerung der Flamme selbst. Wegen der Möglichkeit des Betriebs bei Atmosphärendruck sind Druckkammern, wie sie bei dem bekannten explosiven Reaktionsverfahren zur Entgratung notwendig sind, nicht erforderlich.

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Claims (1)

1. is-

   Patentansprüche

   1. Verfahren zum Entgraten elektrisch leitfähiger Teile durch Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entgratenden feile einem in den Plasmazustand versetzten Gas ausgesetzt werden und daß die Größe der dem Plasma aufgeprägten Energie so gewählt ist, daß das Plasma an den Graten der Teile konzentriert wird und die dadurch in den Graten entstehende Wärmekonzentration zur Auflösung der Grate führt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas durch Erhöhung seiner Temperatur auf mindestens 5000 °K Energie zugeführt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf eine Temperatur zwischen 5000 K und 50 000 ⁰K gebracht wird.

   h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch eine Heizvorrichtung geleitet wird, aus welcher es in Form einer Plasmaflamme ausströmt, und daß das zu entgratende Teil dieser Flamme ausgesetzt wird.

   5i Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, während welcher das zu entgra-

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   tende Teil dem Plasma ausgesetzt ist, steuerbar ist.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein fräs Anwendung findet, welches mit dem Werkstoff des zu entgratenden Teils exotherm reagieren kann.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da3 der lasdruck mindestens 0,1 Atmosphären beträgt.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das las Atmosphärendruck aufweist.

   9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel Cl, 119') zur Erzeugung einer Plasmaflamme, ferner durch Mittel (101, 102, 103, 104, 107, 109- zum Hineinhalten der zu entgratenden Teile '11O) in die Plasmaflamme und durch Mittel Ί6Α) zur Steuerung der Plasmaparameter.

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