DE3543910C2 - Verfahren zum Entgraten von Formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten von Gummi- und Kunststofformteilen, wobei die Grate mittels einer kalten Flüssigkeit versprödet und vom Formteil abgelöst werden.

Bei der Fertigung von Formteilen aus Gummi oder Kunststoffen durch Pressen und Spritzen entstehen gewöhnlich an Kanten und Oberflächen der Formteile Werkstoffgebilde (Grate), die über die ideale Formteiloberfläche hinausragen.

Es ist bekannt, Formteile - insbesondere große und sperrige Formteile - manuell zu entgraten. Diese Art der Entgratung ist sehr kostspielig. Zur maschinellen Entfernung derartiger Grate ist es bereits bekannt, die zu entgratenden Formteile abzukühlen und die Grate nach ihrer Versprödung abzuschlagen.

Unter anderem ist es bekannt, filigrane, relativ kleine, im kalten Zustand zerbrechliche Gummi-Formteile mit dünnen, zum Teil versteckten Graten in Nuten, Bohrungen usw. mit Hilfe der Strahlentgratung zu entgraten. Dabei wird das Entgratungsgut in einem Behälter umgewälzt, gekühlt und mit einem Strahlgut (z. B. Stahlkies oder Schleifsand) beschossen.

Ein anderes Verfahren zum maschinellen Entgraten ist das Trommelverfahren, bei dem das Entgratungsgut, dem Zuschlagstoffe beigefügt sein können, in einer Trommel umgewälzt wird. Dieses Verfahren bringt häufig nicht die gewünschte Entgratqualität. Lochtrommel-Strahlanlagen wälzen auch die Formteile. Durch dieses Wälzen können Abreißkanten abgetrommelt werden. Allerdings treten dabei häufig Schäden am Formteil auf.

Wird zum Entgraten von Formteilen ein Strahlgut oder ein Zuschlagstoff verwendet, ist es erforderlich, das Strahlgut (bzw. den Zuschlagstoff) zu separieren und aufzubereiten. Zu diesem Zweck ist eine in sich geschlossene Entgratungsanlage notwendig. Eine derartige Anlage ist aber sehr aufwendig.

In der DE 30 48 893 A1 wird ein Verfahren zum Entgraten von elastischen Formteilen mittels einer Flüssigkeit vorgeschlagen, wobei die Flüssigkeit in Form eines oder mehrerer Strahlen auf die Formteile gelenkt wird. Als Flüssigkeit wird ein halogenierter Kohlenwasserstoff verwendet, der beispielsweise durch Wärmetausch mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Üblicherweise besitzt die Flüssigkeit Temperaturen zwischen -40°C und -100°C. Die Flüssigkeit kühlt die Werkstücke, gleichzeitig werden durch die Auftreffenergie die Grate abgewaschen.

In der DE-OS 16 79 985 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem es möglich ist, Formteile aus polymeren Werkstoffen zu bearbeiten, indem der Strahl eines Fluids, vorzugsweise Wasser, mit einer kinetischen Energie von 10⁵ Joule/cm² s auf die Oberfläche des Werkstückes gerichtet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, durch das Formteile auf einfache und wirtschaftliche Weise entgratet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei im wesentlichen parallel und mit Abstand zueinander strömende Vollstrahlen eines verflüssigten, tiefkalten Inertgases gezielt nacheinander auf die Grate des Formteils gerichtet und diese Strahlen und das Formteil relativ zueinander entlang der Grate bewegt werden, wobei die Grate durch den vorlaufenden Inertgasstrahl versprödet und die versprödeten Grate durch den nach laufenden Inertgasstrahl abgeschnitten werden.

Wurden Grate bisher z. B. durch Eintauchen des gesamten Formteils in ein Bad des kryogenen Kühlmittels oder durch Besprühen des Kühlmittels abgekühlt und versprödet, so werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zwei im wesentlichen parallel und mit Abstand zueinander strömende Inertgasstrahlen auf den Grat gerichtet, wobei der Grat durch den vorlaufenden Inertgasstrahl versprödet und der versprödete Grat durch den nachlaufenden Inertgasstrahl abgeschnitten wird. Der vorlaufende Inertgasstrahl hat lediglich die Aufgabe, den Grat zu verspröden. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit und damit die kinetische Energie dieses Strahles relativ klein sein. Sobald der Grat unter dem Einfluß des vorlaufenden Strahles versprödet worden ist, wird der Grat durch die Wirkung des nachfolgenden Inertgasstrahles abgeschnitten. Diese Verfahrensweise hat sich besonders bei Graten geringer Stärke, die unter dem Einfluß eines Strahles hoher kinetischer Energie umknicken würden, bewährt.

Nach der Erfindung werden das Formteil und der auf einen Grat des Formteils gerichtete Inertgasstrahl relativ zueinander bewegt derart, daß der Inertgasstrahl entlang des Grates bewegt wird. Auf diese Weise wird der Grat kontinuierlich versprödet und nach dem Verspröden abgeschnitten.

Im Unterschied zu den herkömmlichen maschinellen Entgratungsverfahren, bei denen Strahlgut oder Zuschlagstoffe ungezielt auf Formteil und Grat einwirken, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren gezielt auf den Grat eingewirkt. Es hat sich gezeigt, daß mit den beim erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Inertgasstrahlen nicht nur ein Verspröden des Grates, sondern auch dessen vollständige Entfernung gelingt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann also auf den Einsatz von festen Strahlmitteln und Zuschlagstoffen verzichtet werden. Eine Reparierung und Aufbereitung von Strahlmitteln oder Zuschlagstoffen entfällt. Somit ist es auch nicht notwendig, das Entgraten in einer in sich geschlossenen Entgratungsanlage durchzuführen. Die Inertgasstrahlen werden erfindungsgemäß nur auf den Grat gerichtet. Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen ein Kühlmittel versprüht wurde und daher auch Bereiche des Formteils mit abgekühlt wurden, sind durch die gezielte Versprödung nur relativ kleine Kühlmittelmengen erforderlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formteile - insbesondere große, sperrige Formteile, die bisher manuell zu entgraten waren - auf wirtschaftliche und einfache Weise entgratet werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der nach laufende Inertgasstrahl ein 0°-Strahl. Das bedeutet daß der Strahl einerseits im wesentlichen nicht divergiert und andererseits kein Hohlstrahl oder in feine Tröpfchen aufgeteilter Strahl ist, sondern ein Strahl dessen gesamte Querschnittsfläche von Inertgas durchströmt wird.

Nach der Erfindung werden das Formteil und der auf einen Grat des Formteils gerichtete Inertgasstrahl relativ zueinander bewegt derart, daß der Inertgasstrahl entlang des Grates bewegt wird. Auf diese Weise wird der Grat kontinuierlich versprödet und nach dem Verspröden abgeschnitten.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der nach laufende Inertgasstrahl vorzugsweise dadurch gebildet, daß das Inertgas auf hohen Druck gebracht und anschließend einer Düse mit geeignetem Öffnungsquerschnitt zugeführt wird. Das Inertgas kann beispielsweise in einer Hochdruckpumpe auf Hochdruck gebracht werden. Das Inertgas kann aber auch in unterkühltem Zustand in einem Hochdruckbehälter gespeichert werden und mittels Druckgas unter Druck gesetzt werden. Als Düsen eignen sich alle Düsen, aus denen das Inertgas in Form eines Strahles mit ausreichend hoher kinetischer Energie und mit einer Querschnittsfläche, die lediglich ein Verspröden des Grates oder Teilbereiche des Grates ermöglicht, austritt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der nachlaufende Inertgasstrahl in einer Düse mit einem Öffnungsdurchmesser zwischen 0,1 mm und 3 mm gebildet, wobei das Inertgas der Düse mit einem Druck zwischen 10 bar und 800 bar zugeführt wird.

Ein bevorzugter Druckbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt zwischen 10 bar und 400 bar.

Ein besonders wirtschaftliches Entgraten ist möglich, wenn nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Inertgasstrahl nur auf den Gratfuß gerichtet wird. In dieser Ausführungsform wird nur der unmittelbar am Formteil angrenzende Teil des Grates versprödet. Der Grat wird anschließend an der versprödeten Stelle abgetrennt. Diese Verfahrensweise erfordert natürlich einen feinen Inertgasstrahl, d. h. einen Inertgasstrahl mit sehr kleinem Durchmesser.

In eine bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat sich verflüssigter Stickstoff wegen seiner tiefen Siedetemperatur und seiner Umweltfreundlichkeit als besonders geeignet erwiesen.

Für ein maschinelles Entgraten von Formteilen - insbesondere von zahlreichen Formteilen derselben Form - hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung die Düse(n) oder das Formteil von einem Roboter gehalten und programmabhängig auf einer vorgegebenen Bahn durch entsprechende Bewegungen des Roboters geführt wird bzw. werden.

In einer anderen bevorzugten Variante wird der Grat einem pulsierenden Inertgasstrahl ausgesetzt. Auf diese Weise können besonders gute Entgratungsergebnisse erzielt werden.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.

An einem Formteil 1 befindet sich ein Grat 2. Formteil 1 wird von schematisch dargestellten Halterungen 3 gehalten. Als Kühlmittel wird im Ausführungsbeispiel verflüssigter Stickstoff verwendet, der als inertes Gas nach dem Versprühen und Entgraten an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Verflüssigter Stickstoff wird in einem Tank 4 gespeichert. Der verflüssigte Stickstoff kann unterkühlt sein. Er wird eine Hochdruckpumpe 5 (z. B. Tieftemperatur-Kolbenpumpe KP 3 L-36180 V mit Dämpfer) mit geringer Zulaufhöhe (z. B. 1 mWS) zugeführt. In der Hochdruckpumpe kann der Druck des verflüssigten Stickstoffs auf bis zu 400 bar erhöht werden. Der unter Hochdruck stehende verflüssigte Stickstoff wird in eine Leitung 6 eingespeist, aus der einerseits eine schematisch dargestellte Düse 7 und eine ebenfalls schematisch dargestellte Düse 8 gespeist werden. Pfeile 9 und 10 deuten die Relativbewegung des Formteils 1 gegenüber den Düsen 7 und 8 an. Erfindungsgemäß ist es prinzipiell unerheblich, ob das Formteil gegenüber ruhenden Düsen oder die Düsen gegenüber dem ruhenden Formteil bewegt wird bzw. werden. Im Ausführungsbeispiel werden zwei Düsen verwendet, die gegenüber dem feststehenden Formteil bewegt werden. Zur Bewegung der Düsen dient ein nicht dargestellter Industrieroboter. Es sind lediglich Halterungen 11, 12 schematisch dargestellt, über die die Düsen 7, 8 vom Industrieroboter entlang des Grates 2 geführt werden. Über Düse 7 wird ein Stickstoffstrahl auf den Grat 2 geleitet. Dieser Stickstoffstrahl dient zur Versprödung des Grates 2. Wie bereits erläutert, wird die Strömungsgeschwindigkeit dieses Strahles so gewählt, daß der Grat nicht umknickt. Dazu wird der verflüssigte Stickstoff Düse 7 unter geringerem Druck zugeführt als Düse 8. Um anzudeuten, daß der Stickstoff der Düse 7 mit geringem Druck zugeführt wird, ist eine Druckreduziereinrichtung 13 dargestellt. Die Düse 7 ist im Ausführungsbeispiel eine Flachstrahldüse der der verflüssigte Stickstoff mit einem Druck von ca. 0,2-6 bar zugeführt wird. Aus Düse 7 tritt ein Strahl 14 verflüssigten Stickstoffs aus. Dieser Strahl ist lediglich auf den Gratfuß, also auf den unteren, direkt an das Formteil 1 anschließenden Bereich des Grates gerichtet.

Der Düse 8 (beispielsweise Dosierscheibe 4916-29, Durchmesser 0,736 mm von Spraying-Systems) wird verflüssigter Stickstoff mit einem Druck von z. B. 100 bar zugeführt. Aus dieser Drüse 8 tritt ein gebündelter Vollstrahl aus und trennt den versprödeten Grat 2 vom Formteil, das aus Gummi oder Kunststoff bestehen kann.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß das erfindungsgemäße Verfahren ein einfaches und wirtschaftliches Entgraten ermöglicht. Dabei erfolgt ein gezieltes maschinelles Entgraten von Gummi- und Kunststofformteilen beliebiger Größe mittels eines gebündelten Hochdruckstrahles aus beispielsweise verflüssigtem Stickstoff und ohne Verwendung von Strahlmitteln oder Zuschlagstoffen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Entgraten von Gummi- und Kunststoff-Formteilen, wobei die Grate mittels einer kalten Flüssigkeit versprödet und vom Formteil abgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen parallel und mit Abstand zueinander strömende Vollstrahlen eines verflüssigten, tiefkalten Inertgases gezielt nacheinander auf die Grate des Formteils gerichtet und diese Strahlen und das Formteil relativ zueinander entlang der Grate bewegt werden, wobei die Grate durch den vorlaufenden Inertgasstrahl versprödet und die versprödeten Grate durch den nachlaufenden Inertgasstrahl abgeschnitten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Stickstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des nachlaufenden Inertgasstrahls zwischen 0° und 10°, vorzugsweise 0°, beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nachlaufende Inertgasstrahl mittels einer Düse gebildet wird, der das verflüssigte Inertgas unter Hochdruck zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nachlaufende Inertgasstrahl mittels einer Düse mit einem Öffnungsdurchmesser zwischen 0,1 mm und 3 mm gebildet wird, der das verflüssigte Inertgas mit einem Druck zwischen 10 bar und 800 bar zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen 10 bar und 400 bar liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertgasstrahl nur auf den Gratfußbereich gerichtet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse(n) oder das Formteil von einer programmierten Vorrichtung gehalten und programmabhängig auf einer vorgegebenen Bahn durch entsprechende Bewegungen der Vorrichtung geführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Inertgasstrahl pulsierend auf die Grate gerichtet wird.