DE2811474C2 - Vorrichtung zum Entfernen eines Grates von metallischen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-AS 22 09 619 entnehmbar.

Der hier verwendete Ausdruck »Grat« bezeichnet einen dünnen Kamm oder Rücken oder rauhen Bereich, der bei der Bearbeitung von metallischen Werkstücken entsteht. Der Ausdruck »Grat« wird gewöhnlich bei einer spanabhebenden Bearbeitung und bei Schmieden gebraucht, während beim Schweißen und Gießen im allgemeinen von einer »Naht« gesprochen wird. Der Ausdruck »Grat« soll hier sämtliche Ausdrücke decken, welche einen derartigen Kamm, Rücken oder Bereich in einem hergestellten Werkstück bezeichnen.

Es ist allgemein bekannt daß Grate an den Kanten, Enden, Verbindungsstellen u. dgl. der Werkstücke entstehen, wenn ein metallisches Werkstück durch ein plastisches Verformen, wie Schmieden und Ziehen, eine spanabhebende Bearbeitung, Gießen oder Schweißen verarbeitet wird. Diese Grate möchte man von den Werkstücken entfernen, da die Grate funktionell nutzlos sind und das Aussehen der Werkstücke beeinträchtigen.

Es ist allgemein üblich, die Grate durch ein mechanisches Verfahren oder durch ein Abschmelzen von den Werkstücken zu entfernen, indem die Grate mit einer Schleifmaschine abgeschliffen, mit einer Drehbank abgedreht oder mit einer Gasflamme abgeschmolzen werden. Die herkömmlichen Verfahren zum Entfernen der Grate haben jedoch einen oder mehrere Nachteile. Es ist beispielsweise eine verhältnismäßig lange Zeitspanne für den Vorgang zum Entfernen der Grate erforderlich oder der Vorgang zum Entfernen der Grate ist kompliziert Es können auch beachtliche Lärm- und Staubbelästigungen während des Vorganges zum Entfernen der Grate auftreten, wodurch die Arbeitsumgebung verschlechtert wird.

Aus der DE-AS 22 09 619 ist ein Elektrodenhalter für Lichtbogenschneidbrenner zum Schneiden metallischer Werkstücke durch einen an der Schneidlinie entlang bewegten Lichtbogen bekannt wobei das abgeschmolzene und zu entfernende Material durch ein in deh Raum zwischen dem Elektrodenmaterial und der Schneidlinie eingeführtes Gas mittels des Gasstromes weggeblasen wird.

Ein Nachteil hierbei ist jedoch darin zu sehen, daß zur Bewegung des Lichtbogens über die zu bearbeitende Oberfläche der Elektrodenhalter von Hand bewegt werden muß.

Die der Anmeldung zugrundliegende Aufgabe ist es daher, eine Vorrichtung so auszubilden, daß die Bewegung des Lichtbogens entlang des zu beseitigenden Grates selbsttätig erfolgt

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung nach dem Kennzeichen von Anspruch 1.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt daß Grate von Werkstücken innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne entfernt werden können, ohne daß eine Beschädigung der Oberfläche der bearbeiteten Werkstücke verursacht wird.

Aus der VDI-Zeitschrift Band 97 (1955) Nr. 13, Seite 392, war es bekannt den Lichtbogen längs der zu bearbeitenden Fläche zu bewegen, indem man als Werkzeug eine sehr schnell umlaufende profilierte Scheibe benutzt auf deren Umfang man einen in Zickzack- oder in Wellenlinien verlaufenden Belag aufbringt Die behandelten Oberflächenteile erwärmen sich jedoch beim Bearbeiten mit dem Lichtbogen nur sehr wenig, so daß nach einer Bearbeitungsdauer von 1 min sie kaum handwarm werden. Wie ersichtlich, eignet sich eine derartige Technik nicht für das rasche und einwandfreie Abschmelzen von Graten von Werkstücken, wie dies gemaß der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird.

Die US-PS 33 52 997 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von an der Oberfläche verunreinigten Metallen, wobei der zu reinigende Gegenstand als Kathode und die diesen Gegenstand umgebende Elektrode als Anode geschaltet sind. Zwischen dem Metallgegenstand und der Elektrode wird ein Lichtbogen erzeugt, wobei die Bewegung des reinigenden Lichtbogens über die Oberfläche des verunreinigten Metalls ein Abtrennen und Abstreifen der Verunreinigungen von der Metalloberfläche bewirkt. Dabei findet kein Schmelzen der Verunreinigungen und/oder der Metalloberfläche durch den Lichtbogen statt. Auch dieses bekannte Verfahren, das unter Anwendung einer niedrigen Stromstärke von 5 bis 20 A ausgeführt wird, ist nicht zur Entfernung von Graten durch Abschmelzen geeignet.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Grat ringförmig und befindet sich auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstückes, wobei die Elektrode ebenfalls ringförmig ist und den Grat umgibt.

Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders gleichförmige Bewegung des Lichtbogens um das zu bearbeitende Werkstück herum erreicht, so daß in rascher Zeit eine gleichförmige Entfernung des Grates erzielt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verläuft der zwischen Elektrode und Grat führbare Gasstrom senkrecht zur Lichtbogenachse. Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders saubere und vollständi-

ge Entfernung des abgeschmolzenen Graünaterials erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Figuren dargestellt, die zeigt

F i g. 1 einen vereinfachten Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entfernen eines Grates, und

F i g. 2 eine vereinfachte Draufsicht auf die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Werkstück 2 gezeigt, welches dadurch entstanden ist, daß die Enden von beispielsweise zylindrischen Werkstücken 2a und 26 durch eine Stumpfschweißung miteinander verschweißt worden sind Das Werkstück 2 weist eine ringförmige Naht (d. h. einen Grat) 4 auf, welche um die Umfangsfläche der Schweißverbindung verläuft Um den Grat 4 des Werkstürkes 2 gemäß der Erfindung zu entfernen, wird das Werkstück 2 in einer ringförmigen Elektrode 6 so angeordnet, daß die Elektrode 6 die Naht oder den Grat 4 umgibt und der Innenfläche längs des Grates 4 in einem vorherbestimmten Abstand von dem Grat 4 verläuft Dann wird eine Spannung über das Werkstück 2 und die Elektrode 6 mit Hilfe einer geeignet«? Stromquelle 8 angelegt, welche an das Werkstück 2 und die Elektrode 6 angeschlossen wird. Folglich dient der Grat 4 als die eine Elektrode und die Elektrode 6 als die andere Elektrode. Es entsteht daher ein Lichtbogen 10 zwischen dem Grat 4 und der Elektrode 6 an einer oder mehreren Stellen, an welchen diese Elektroden zueinander am nächsten liegen, d. h. es entsteht ein Lichtbogen zumindest zwischen einem am weitesten vorstehenden Teil des Grates 4 und dem entsprechenden Teil der Elektrode 6. Wenn ein Magnetfeld gebildet wird, dessen Magnetfluß 12 den Lichtbogen 10 kreuzt, und zwar vorzugsweise im wesentlichen in einem rechten Winkel, wird eine elektromagnetische Kraft gemäß der linken Handregel nach Fleming erzeugt. Die Wirkung der sich ergebenden elektromagnetischen Kraft bewegt den Lichtbogen iO beispielsweise in Richtung des Pfeiles 14, so daß die elektromagnetische Kraft den Lichtbogen 10 längs des Ringraumes zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 dreht. Der Grat 4 wird auf diese Weise durch die vom Lichtbogen 10 erzeugte Hitze geschmolzen und sehr rasch, beispielsweise innerhalb einiger Sekunden, vom Werkstück 2 entfernt.

Wenn ein Gleichstrombogen zwischen zwei Elektroden erzeugt wird, ist es allgemein bekannt, daß die negative Elektrode eine verhältnismäßig niedrige Temperatur und die positive Elektrode eine verhältnismäßig hohe Temperatur hat. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes hat daher die Elektrode 6 als negative Elektrode eine verhältnismäßig niedrige Temperatur und der Grat 4 als positive Elektrode eine verhältnismäßig hohe Temperitur. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Elektrode 6 durch Hitze verhindert ur.d die Elektrode 6 hat eine längere Lebensdauer. Der Grat 4 dagegen kann mit einer größeren Schmelzwirksamkeit geschmolzen werden.

Es ist wesentlich, daß die Gestalt der Elektrode 6 der Form des zu bearbeitenden Werkstückes entspricht und daß die Elektrode 6 längs des Grates 4 und in einem Abstand davon verläuft. In den Fig. 1 und 2 ist das zu bearbeitende Werkstück ringförmig und die Elektrode 6 weist eine entsprechende, ringförmige Gestalt auf.

Die dem Grat 4 zugekehrte Seite der Elektrode 6 ist vorzugsweise abgeschrägt, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Auf :liesc Weise wird ein konzentrierter Lichtbogen zwischen diesem abgeschrägten Ende und dem Grat 4 erreicht

Die Größe des Lichtbogenstromes zwischen dtr Elektrode 6 und dem Grat 4 kann je nach Wunsch in Abhängigkeit vom Material, der Größe und der Gestalt des abzuschmelzenden und zu entfernenden Grates gewählt werden. Im allgemeinen kann ein Lichtbogenstrom in der Größenordnung von 100 A bis 10 000 A in Abhängigkeit von den vorstehend genannten Faktoren erzeugt werden. Wenn das Abschmelzen und Entfernen des Grates weiter fortschreitet, kann die an die Elektrode 6 und an den Grat 4 anzulegende Spannung je nach Wunsch geändert werden, um die Größe des zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 fließenden Lichtbogenstromes zu ändern. Bei einem Grat beispielsweise, dessen Breite von seinem Ende zur Basis allmählich zunimmt, wie dies bei dem in F i g. 1 gezeigten Grat 4 der Fall ist, kann die Größe des Lichtbogenstromes allmählich gesteigert werden, wenn das Abschmelzen und Entfernen des Grates weiter fortschreitet. Wie im nachstehenden noch näher erläutert wird, ka* ι der Lichtbogenstrom gegen Ende des Vorganges zum entfernen des Grates durch das automatische Wärmeregelsystem verringert werden, so daß nur der Grat 4 ohne eine Beeinträchtigung des Aussehens des Werkstückes 2 abgeschmolz m wird.

Die Stromquelle 8 zur Erzeugung des Lichtbogens 10 zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 durch Anlegen einer Spannung an diese kann eine beim Lichtbogenschweißen verwendete Stromquelle, beispielsweise eine herkömmliche Gleichstromquelle sein, die mit einem Hochfrequenzgenerator ausgerüstet ist.

Das Magnetfeld, das zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft erforderlich ist, um den Lichtbogen 10 längs des Grates 4 zu bewegen, kann durch irgendein gewünschtes Verfahren gebildet werden. Das Magnetfeld kann beispielsweise dadurch gebildet werden, daß eine elektromagnetische Spule oder ein Permanentmagnet oberhalb und unterhalb der Elektrode 6 und dem Grat 4 angeordnet wird oder die Elektroden selbst als Permanentmagnete verwendet werden. Der Lichtbogen 10 kann auch durch die Verwendung eines Magnetfeldes bewegt werden, das rings um die Elektrode 6 aufgrund des durch die Elektrode 6 fließenden Stromes induziert wird. Bei der in den F i g. 1 und 7 dargestellten Ausführungsform ist die Elektrode 6 ein Permanentmagnet aus einem ferromagnetischen Material, das an seinen Ober- und Unterseiten magnetisch ist. Der Lichtbogen 10 wird längs des Grates 4 bewegt, indem sowohl ein von diesem Permanentmagneten gebildetes Magnetfeld als auch ein Magnetfeld verwendet wird, das durch den durch die Elektrode 6 fließenden Strom induziert wird.

Vei judie haben ergeben, daß der Lichtbogen mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 70 m/s bewegt wird, wenn ein Magnetfeld von 5 bis 5OxIO-³T gebildet wird, das einen Lichtbogen von 100 bis 700 A im wesentlichen in einem rechten Winkel kreuzt. Wenn ein Magnetfeld von 30 bis «00 χ 10-³T gebildet wird, das einen Lichtbogen von etwa 1000 A im wesentlichen in einem rechten Winkel kreuzt, wird der Lichtbogen mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 300 m/s bewegt.

Es ist wichtig, daß während des Abschmelzens und Entfernens des Grates 4 mit Hilfe des Lichtbogens 10 ein Aufschmelzen ehes anderen Teils des Werkstückes 2 verhindert wird, um eine Verschlechterung des Aussehens des Werkstückes 2 zu vermeiden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Erzeugung des Lichtbogens 10 zwischen der Elektrode 6 und dem

Grat 4 zu einem geeigneten Zeitpunkt unterbrochen wird, indem nämlich die Zeit in geeigneter Weise eingestellt wird, die zum Abschmelzen und Entfernen des Grates 4 durch den Lichtbogen 10 gebracht wird. Das gleiche kann auch dadurch erreicht werden, daß der Abstand zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 so eingestellt wird, daß nach einem im wesentlichen vollständigen Entfernen des Grates 4 der Abstand zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 eine weiters Entstehung des Lichtbogens nicht mehr gestattet

Die Zeit zum Abschmelzen des Grates kann aufgrund von Versuchen vorherbestimmt werden. Sie läßt sich auch automatisch durch ein Abtasten der Änderung der Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 steuern. Wenn sich die Bogenlänge ändert, ändert sich bekanntermaßen die Spannung zwischen den Elektroden entsprechend, und wenn die Bogenlänge zunimmt, steigt die Spannung zwischen den Elektroden. Wenn daher der Grat 4 entfernt wird uriu der Abstand rwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 zunimmt, nimmt die Länge des Lichtbogens 10 zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 zu, so daß die Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 entsprechend größer wird. Das Ausmaß zum Entfernen des Grates 4 kann daher durch ein Abtasten einer Änderung der Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 bestimmt werden. Wenn eine im wesentlichen vollständige Beseitigung des Grates 4 festgestellt wird, kann die Erzeugung des Lichtbogens 10 dadurch beendet werden, daß das Anlegen der Spannung '.n die Elektrode 6 und den Grat 4 entsprechend der Feststellung automatisch unterbrochen wird. Der Grat 4 kann daher in zufriedenstellender Weise abgeschmolzen und entfernt werden, ohne daß das Aussehen des Werkstückes 2 verschlechtert wird. Bei dieser automatischen Regelung kann das Ausmaß des Entfernens des Grates 4 durch die Lichtbogenspaniiüitg gegsn Ersde des Vorganges zuni Entfernen des Grates leichter festgestellt werden, um hierdurch den Lichtbogenstrom zu verringern und die Geschwindigkeit zum Entfernen des Grates 4 herabzusetzen.

Wenn der Grat 4 durch die Bildung des Lichtbogens 10 zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 und durch das Bewegen des Lichtbogens 10 längs des Grates 4 abgeschmolzen und entfernt werden soll, erfolgt die Beseitigung des Grates 4 dadurch, daß eine geeignete Menge, beispielsweise 0,8 bis 170 χ 10~⁵ nvVs eines Gases durch den Raum zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 geführt wird, wie dies durch die Pfeile 16 in F i g. 1 gezeigt ist, und der geschmolzene Grat unter der Einwirkung des Gasstromes weggeblasen wird. Wenn ein Gas mit einer niedrigen Ionisationsspannung, wie Argon, verwendet wird, kann ein zusätzlicher Vorteil dadurch erzielt werden, daß der Lichtbogen 10 zwischen der Elektrode 6 und dem Grat 4 stabil gehalten werden kann. Wenn Sauerstoff mit dem Gas gemischt wird und das Werkstück 2 ein Material wie Eisen oder Stahl ist, kann ein zusätzlicher Vorteil dadurch erzielt werden, daß der Grat 4 durch den zugeführten Sauerstoff brennt, wobei die Verbrennungsreaktion eine Wärme erzeugt, welche wiederum das Abschmelzen des Grates 4 unterstützt

Die Erfindung wird anhand von Beispielen nachstehend näher erläutert

Bei spie! !

Ein ringförmiger Grat mit einer durchschnittlichen Dicke von 0.5 mm und einer durchschnittlichen abstehenden Länge von 10 mm wurde unter den nachfolgenden Bedingungen mit einer in den Fi g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung behandelt. Der ringförmige Grat entstand an der Unifangsfläche eines zylindrischen Werk-Stückes eines in einer Grünsandform hergestellten Guß eisens mit einem Durchmesser von 150 mm. In etwa 3 Sekunden konnte im wesentlichen der gesamte Grat abgeschmolzen und entfernt werden, ohne daß das Aussehen des Werkstückes verschlechtert wurde.

Strom des Gleichstrombogens: Intensität des Magnetfeldes: Durchsatz des Gases (90% Ar+10% O₂):

Beispiel 2

200A

etwa 3000 A/m

83 mVs

Ein ringförmiger Grat mit einer durchschnittlichen Dicks von 1,0 mm und ?iner durchschnittlichen abste henden Länge von 10 mm wurde unter den nachfolgen den Bedingungen mit einer in den F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung behandelt. Der ringförmige Grat entstand an der Umfangsfläche eines zylindrischen Werkstückes eines in einer CO2-Gasform hergestellten Guß- eisens mit einem Durchmesser von 150 mm. In etwa 4 Sekunden konnte im wesentlichen der gesamte Grat abgeschmolzen und entfernt werden, ohne daß das Aussehen de· Werkstückes verschlechtert wurde.

Strom des Gleichstrombogens: 300A Intensität des Magnetfeldes: etwa 5000 A/m Durchsatz des Gases

(90% Ar +10% O₂): 83 m^J/s

Beispiel 3

Ein ringförmiger Grat mit einer durchschnittlichen Dicke von 2,0 mm und einer durchschnittlichen abstehenden Länge von 15 mm wurde unter den nachfolgen-

den Bedingungen mit einer in den F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung behandelt Der ringförmige Grat entstand an der Umfangsfläche eines zylindrischen Werkstückes eines in einer Grünsandform hergestellten Gußstahls mit einem Durchmesser von 150 mm. In etwa 7 Sekunden konnte im wesentlichen der gesamte Grat abgeschmolzen und entfernt werden, ohne daß das Aussehen des Werkstückes verschlechtert wurde.

Strom des Gleichstrombogens: Intensität des Magnetfeldes: Durchsatz des Gases (90% Ar+10% O₂):

500A

etwa 7000 A/m

83 mVs

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entfernen eines Grates von metallischen Werkstücken mittels eines zwischen einer Elektrode und dem Grat brennenden bewegbaren Lichtbogens, der von einer zwischen Werkstück und Elektrode angeschlossenen Stromquelle speisbar ist, und eines zwischen dem Grat und der Elektrode einführbaren Gasstromes, von dem das geschmolzene und zu entfernende Material des Grates fortblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grat (4) in sich geschlossen auf einem Umfang der Werkstücke (2a, 2b) verläuft und die ebenialls geschlossene, dem Verlauf des Grates angepaßte an dem negativen Pol der Stromquelle (8) liegende Elektrode (6) den an den positiven Pol angeschlossenen Grat mit Abstand umgibt und daß ein Magnet vorgesehen ist, dessen magnetische Kraftlinien (12) den Lichtbogen (10) annähernd senkrecht zu dessen Achse so durchsetzen, daß dieser auf einer ümiaufbahn (14) zwischen dem Grat und der Elektrode bewegbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Grat (4) ringförmig ist und sich auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstückes (2) befindet, und daß die Elektrode (6) ebenfalls ringförmig ist und den Grat (4) umgibt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der zwischen Elektrode und Grat führbaie Gasstrom senkrecht zur Lichtbogenachse verläuft