-
Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken mittels
-
Temperatur- und Druckstößen Stand der Technik Die Erfindung geht aus
von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei den besonders angesprochenen
Vorrichtungen zum thermischen Entgraten von Werkstücken wird der abzutragende Werkstoff
mit Sauerstoff oxidiert bzw. verbrannt. Der zum Entgraten not wendige Hitzeschock
wird durch das Abbrennen eines Brenngas-Sauerstoffgemisches erzeugt, wobei z.B.
Wasserstoff oder Erdgas bzw. Methan als Brenngas verwendet werden kann. Um die notwendige
Energie freisetzen zu können, muß das Gasgemisch vor dem Entzünden komprimiert werden.
Dies geschieht im allgemeinen mit Hilfe von Dosierzylindern und Gaseinstoßzylindern.
-
Bei bekannten Anlagen erfolgt die Vermischung und Zündung des Gasgemisches
in einem separaten Mischblock, welcher über einen verhältnismäßig langen Gaszuführkanal
mit der Bearbeitungskammer verbunden ist. Die Verbrennungstemperatur des Gases liegt
im
Bereich von 2500 bis 350000. Die in der Werkstück-Bearbeitungskammer und dem Mischblock
auftretenden Drücke liegen in der Größenordnung von 40 bar bei Füllung der Kammer.
Kurz nach dem Zünden tritt aufgrund der Explosion in der Kammer ein Druck von ca.
700 bar auf.
-
Dieser kurzzeitig sehr hohe Druck belastet auch die an die Bearbeitungskammer
angeschlossenen Bauteile des Mischblocks.
-
Bei bekannten Anlagen zum thermischen Entgraten wird das zu bearbeitende
Werkstück auf einen Schließteller aufgelegt, der dann von unten her gegen die zylindrische
Bearbeitungskammer gefahren wird, um so mit dieser einen gegen hohe Drücke und Temperaturen
abgedichteten Arbeitsraum zu bilden.
-
Anlagen zum thermischen Entgraten unterliegen einem starken Verschleiß.
Dieser ist zum einen durch die sehr starke Druck- und Hitzeentwicklung beim Entgratvorgang
bedingt. Zum anderen ist der Verschleiß darauf zurückzuführen, daß das Brenngas-Sauerstoffgemisch
bei seiner Zündung nicht nur zur Entgratung der zu bearbeitenden Werkstücke führt,
sondern auch korrodierend auf die Teile wirkt, mit denen es beim Zünd- bzw.
-
Entgratvorgang in Berührung kommt. Dies sind vor allem die Innenflächen
der Bearbeitungskammer, der Gaszuführkanal und derjenige Teil des Mischblocks, in
den der Zündvorgang hineinreicht.
-
Es wurde versucht, der durch Zündung des Brenngas-Sauerstoffgemisches
entstehenden korrodierenden Wirkung dadurch entgegenzutreten, daß man die Bearbeitungskammer,
den Gaszuführkanal und den Mischblock wenigstens teilweise mit einer Auskleidung
aus
Keramikmaterial in Form von Aluminiumoxid oder Zirkondioxid versehen hat. Dabei
hat sich jedoch herausgestellt, daß die genannten Materialien keinen dauerhaften
Schutz gegen Korrosion zu bilden vermögen, da sie unter dem Einfluß des beim Entgratprozeß
auftretenden Druck- und Hitzeschocks Spannungsrisse bekommen, zerbröseln und sich
nach kurzer Zeit von ihrer Unterlage lösen. Dies hat zur Folge, daß die Auskleidung
verhältnismäßig oft ausgebessert oder gar ersetzt werden muß, was jedesmal beträchtliche
Kosten und lange Ausfallzeiten der Anlage verursacht.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Metallbeschichtung
aufgrund ihrer dem Bearbeitungskammer-Werkstoff ähnlichen physikalischen Eigenschaften
bezüglich Wärmeleitfähigkeit und Elastizitätmodul den Druck- und Hitzeeinwirkungen
beim Zünden des Brenngas-Sauerstoffgemisches weit besser gewachsen ist als eine
Auskleidung aus relativ sprödem Keramikmaterial.
-
Der dem Elastizitätsmodul des Bearbeitungskammer-Werkstoffes angenäherte
Elastizitätsmodul der Metallbeschichtung sorgt dafür, daß diese dem beim Entgratprozeß
auftretenden Druck etwa um die gleiche Größenordnung elastisch nachgibt wie der
Werkstoff der Bearbeitungskammer, so daß keine Rißbildung in der Beschichtung auftritt.
Dazu trägt auch die annähernd gleiche Wärmeleitfähigkeit von Bearbeitungskammer-Werkstoff
und Beschichtung bei, die gewährleistet, daß die beim Entgratprozeß auftretende
Wärmebelastung von den beiden Materialien gleichmäßig aufgenommen wird und keine
partiellen, ein Ablösen der Beschichtung fördernde Hitze staus entstehen
können.
Schließlich sorgt die höhere Schmelztemperatur der Metallbeschichtung dafür, daß
die Werkstückbearbeitungskammer auch sehr hohen Temperaturen standhält, die dann
auftreten, wenn das Brenngas-Sauerstoffgemisch in der Kammer aufgrund der Beschaffenheit
der zu entgratenden Werkstücke stark komprimiert werden muß, um die notwendige Energie
zu erzeugen. Alles in allem bietet die vorgeschlagene Beschichtung einen wirksamen
Schutz sowohl gegen Hitze- und Druckeinwirkungen als auch gegen Korrosionserscheinungen,
so daß sich mit relativ geringen Kosten erheblich längere Standzeiten für die teuren
Verschleißteile einer thermischen Entgratanlagen ergeben.
-
Eine besonders geeignete Werkstoffkombination besteht darin, daß das
die Bearbeitungskammer enthaltende Gehäuse sowie gegebenenfalls der Gasmischblock
aus Gußstahl, und die Metallbeschichtung aus Chrom oder Tantal besteht.
-
Zeichnung Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es
zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Anlage zum thermischen
Entgraten von Werkstücken, Figur 2 die wesentlichen Teile einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Entgratanlage in einem Längsschnitt.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 ist mit 1 eine Bearbeitungskammer
bezeichnet, in der sich das zu entgratende Werkstück 2 befindet. Das Werkstück 2
ruht hierbei auf einem in Richtung des Doppelpfeils 3 bewegbaren Teller 4, welcher
vor der Auslösung
des Entgratvorgangs an die Stirnfläche eines die
Kammer 1 enthaltenden zylindrischen Gehäuses 5 angelegt wird. Zwischen dem Teller
4 und der Stirnfläche des Gehäuses ist eine Dichtung 6 angeordnet.
-
Die Gaskomponenten des Brenngas-Sauerstoffgemisches werden durch einen
Dosierzylinder 7 für Brenngas sowie einen Dosierzylinder 8 für Sauerstoff mittels
Gaseinstoßkolben 9 bzw. 10 in einen Mischblock 11 eingebracht. Ventile 12 und 13
für Brenngas bzw. Sauerstoff steuern den Einlaß der Gaskomponenten in den Mischblock
11. In der Bohrung 14 des Mischblocks 11 wird das Brenngas-Sauerstoffgemisch gebildet,
das dann über einen im Kopfteil des Gehäuses 5 ausgebildeten Gaszuführkanal 15 in
die Bearbeitungskammer 1 gelangt.
-
Für den Zündvorgang, der durch eine im Bereich der Bohrung 14 des
Mischblocks 11 angebrachte Zündkerze 16 ausgelöst wird, wird die Verbindung zwischen
den Zylindern 7, 8 einerseits und dem Mischblock 11 andererseits durch die Ventile
12, 13 unterbrochen, wobei die Ventilstößel auf Ventilringen 17 bzw. 18 aufsitzen.
-
Das durch die Zündkerze 16 entzündete Brenngas-Sauerstoffgemisch bewirkt
das Entgraten des Werkstücks 2. Dieser Vorgang geschieht in äußerst kurzer Zeit,
wobei nur das Gratmaterial überhitzt und damit abgerannt wird.
-
Nach Beendigung des Entgratvorgangs wird der Schließteller #4 abgesenkt
und es wird das bearbeitete Werkstück 2 durch ein zu bearbeitendes Werkstück ersetzt,
worauf sich der Vorgang in der beschriebenen Weise wiederholt.
-
Die zur Vorrichtung gehörenden Teile unterliegen beim Abbrennen des
Gasgemisches erheblichen Wärme- und Druckbelastungen. Außerdem übt das Abbrennen
des Gemisches im Laufe der Zeit eine korrodierende Wirkung auf die beim Zünden mit
dem Gasgemisch in Berührung stehenden Flächen der Vorrichtung aus, so daß diese
Flächen einem gewissen Verschleiß unterliegen, der bisher ein öfteres Auswechseln
der diese Flächen aufweisenden Teile notwendig machte. Dies sind im wesentlichen
das die Bearbeitungskammer 1 und den Gaszuführkanal 15 enthaltende Gehäuse 5 und
der Mischblock 11, innerhalb dessen der Abbrennvorgang bis zu den Ventilringen 17,
18 vordringen kann.
-
Um dem zu begegnen ist bei der mehr im Detail gezeichneten Vorrichtung
nach Figur 2 vorgesehen, die Wände 19, 20 der in einem zylindrischen Gehäuse 21
ausgebildeten Bearbeitungskammer 22 sowie zweckmäßigerweise auch den im Kopfteil
des Gehäuses 21 ausgebildeten, gekrümmten Gaszuführkanal 23 und die sich daran anschließende
Bohrung 24 eines an das Gehäuse 21 angeflanschten, mit einer Zündkerzenbohrung 30
versehenen Mischblocks 25 mit einer Metallbeschichtung zu versehen, welche die nachstehend
näher beschriebenen Eigenschaften aufweist. Die Metallbeschichtung im Bereich des
Gehäuses 21 ist mit 26 eine gleichartige Beschichtung in der Bohrung 24 des Mischblocks
25 mit 27 bezeichnet.
-
Die Metallbeschichtung 26, 27 hat einen Schmelzpunkt, der höher liegt
als die Schmelztemperatur des Werkstoffs, aus dem das Gehäuse 21 und der Gasmischblock
25 hergestellt sind. Dadurch können auch noch Verbrennungstemperaturen verkraftet
werden, die in der Nähe der Schmelztemperatur des Gehäuses 21 bzw. des Mischblocks
25
liegen, ohne daß Beschädigungen dieser Teile zu befürchten sind.
-
Die Wärmeleitfähigkeits- und Elastizitätswerte der Metallbeschichtung
entsprechen annähernd denjenigen des für die Teile 21 und 25 verwendeten Werkstoffs.
Dadurch ist gewährleistet, daß die Beschichtung thermisch nicht zu hoch belastet
wird, was den Verschleiß der Beschichtung begünstigen würde. Die annähernd gleich#
Elastizitätswerte von Gehäusewerkstoff und Beschichtungsmaterial sorgen dafür, daß
die beiden Werkstoffe den beim Entgratprozeß auftretenden Druckbelastungen etwa
in gleichem Maße elastisch nachgeben, was für eine zuverlässige, riß-und faltenfreie
Haftung der Beschichtung an den Flächen der Bearbeitungskammer, des Gaszuführkanals
23 und der Bohrung 24 des Gasmischblocks von entscheidender Bedeutung ist.
-
Als Werkstoff für das Gehäuse 21 der Bearbeitungskammer 22 und für
den Gasmischblock 25 wird bevorzugt Gußstahl GS 45.3 verwendet, der für Druckbehälter
zugelassen ist.
-
Die Schmeiztemperatur dieses Werkstoffs liegt bei 14000c, sein Elastizitätsmodul
E in KE beträgt 20600, die Wärmecal mm leitfähigkeit # in cal mm² etwa 0,12.
-
cmsecgrd Die Metallbeschichtung besteht aus Chrom oder Tantal, die
eine Schmelztemperatur von 1890 bzw. 3000 C, einen Elastizitätsmodul E von 19000
bzw. 18820 und eine Wärmeleitfähigkeit X von 0,16 bzw. 0,13 haben. Die Metallbeschichtung
kann insbesondere bei Verwendung von Chrom auf galvanischem Wege aufgebracht werden.
Ihre Dicke liegt zwischen 0,4 bis 0,6 mm. Sowohl Chrom als auch Tantal zeichnet
sich neben den bereits aufgezählten Eigenschaften durch gute Korrosionsbeständigkeit
aus.
-
Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Metallbeschichtung 26 auch
über die mit dem nicht dargestellten Schließteller in Berührung kommende Stirnfläche
28 des Gehäuses 21 um diese Stirnfläche gegen die korrodierende Wirkung der beim
Absenken des Schließtellers als Folge des Entgratprozesses aus der Bearbeitungskammer
22 austretenden Dämpfe zu schützen.
-
- Leerseite -