DE3629255C1

DE3629255C1 - Device for accelerating abrasive that can be influenced magnetically

Info

Publication number: DE3629255C1
Application number: DE3629255A
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof Dr-Ing Stange
Original assignee: ALFRED GUTMANN GES fur MASCHB
Current assignee: ALFRED GUTMANN GESELLSCHAFT FUER MASCHINENBAU MBH,
Priority date: 1986-08-28
Filing date: 1986-08-28
Publication date: 1987-04-02
Also published as: DE3763157D1; EP0261376A2; EP0261376A3; EP0261376B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Herkömmliche Vorrichtungen arbeiten mit mechanischen Schleuderrädern oder mit Hilfe von Preßluft, um das Strahlmittel zu beschleunigen. Es ist auch schon versucht worden, diese Beschleunigungsverfahren durch den Einsatz von Beschleunigerspulen zu ersetzen, die die Beschleunigung mit Hilfe von Magnetkräften durchführen (DE-PS 33 24 710).Conventional devices work with mechanical ones Centrifugal wheels or with the help of compressed air to the To accelerate the abrasive. It's already been tried been using this acceleration method Accelerator coils to replace the acceleration with the help of magnetic forces (DE-PS 33 24 710).

Wenn beispielsweise Preßluft als Treibmittel eingesetzt wird, so entsteht eine leicht zu handhabende Vorrichtung, die aber einen großen Energieaufwand erfordert, um die erforderliche Beschleunigung des Strahlmittels durchzuführen.If, for example, compressed air is used as a blowing agent an easy-to-use device is created, which, however, requires a great deal of energy in order to required acceleration of the abrasive perform.

Die bekannten Linearbeschleuniger nutzen Beschleunigerspulen konventioneller Bauart, die in Richtung der Beschleuniger räumlich und zeitlich nacheinander wirken. Bei diesen Syste men ist eine sehr große Anzahl (12 bis 15 Stück) von Be schleunigerspulen notwendig, um auf die erforderliche Gesamtbeschleunigung zu kommen, wie sie zum Erreichen von Strahlmittelgeschwindigkeiten von 90-100 m/s benötigt werden. Eine derartige Geschwindigkeit ist für eine ent sprechende Oberflächenbehandlung erforderlich. Solche mehr stufigen Anordnungen werfen erhebliche Probleme auf, da die zeitliche Abfolge der Pulse in den einzelnen Stufen sehr genau an die von Stufe zu Stufe zunehmende Geschwindigkeit der Strahlmittelpakete angepaßt werden muß. Der Zwang zu mehrstufigen Anordnungen bei Verwendung konventioneller Beschleunigerspulen ist letzten Endes begründet in den geringen Induktionswerten, die mit solchen Spulen erzielbar sind. The known linear accelerators use accelerator coils conventional design that is in the direction of the accelerator act one after the other in space and time. With this system men is a very large number (12 to 15 pieces) of Be accelerator coils necessary to get to the required Total acceleration to come as it reaches Abrasive speeds of 90-100 m / s are required will. Such a speed is ent for one speaking surface treatment required. Such more tiered arrangements pose significant problems since the temporal sequence of the pulses in the individual stages very much exactly at the speed increasing from level to level the blasting media packages must be adjusted. The compulsion to multi-stage arrangements when using conventional Accelerator coils are ultimately founded in the low induction values that can be achieved with such coils are.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, d. h. eine Vorrichtung zu schaffen, bei der das Strahlmittel mit Hilfe der in einer Beschleunigerspule erzeugten Magnetkraft beschleunigt wird und dabei mit einem geringeren Energiebedarf im Vergleich zu herkömmlichen Beschleunigungsarten bei gleichwertiger Leistung (durchgesetzte Strahlmittelmenge pro Zeiteinheit) auskommt.The invention is based on the object To create device of the type mentioned, d. H. to create a device in which the abrasive with Using the magnetic force generated in an accelerator coil is accelerated and with a lower Energy requirements compared to conventional ones Types of acceleration with equivalent performance (throughput of blasting media per unit of time).

Diese Aufgabe wird durch den Einsatz eines an sich bekannten Flußkonzentrators erreicht. Derartige Flußkonzentratoren wurden bisher auf vollständig anderen Gebieten, insbesondere in der Grundlagenforschung, eingesetzt. Diese Flußkonzentra toren weisen einen Kern aus elektrisch gut leitendem Material, z. B. aus Kupfer, auf, in dem eine Nutzfeldbohrung und ein radialer Schlitz vorhanden ist. Wenn nun eine sich außen auf dem Kern befindliche Wicklung von einem pulsförmigen Strom durch flossen wird, so wird nach dem Transformatorprinzip ein Strom in Gegenrichtung in dem elektrisch gut leitenden Kern induziert, der als Pulsstrom nur an der Oberfläche des Kerns fließt. An der Stelle des radialen Schlitzes wird der Strom fluß nach innen um die Nutzfeldbohrung erzwungen. Hierdurch baut sich ein sehr starkes Magnetfeld auf, das so stark ist, daß in manchen Fällen bereits ein "einstufiger" Flußkonzen trator ausreicht, um die gewünschte Strahlmittelgeschwindig keit zu erreichen. In jedem Fall ist aber gegenüber bekann ten Anordnungen mit konventionellen Beschleunigerspulen eine Reduktion der Spulenzahl um den Faktor 4-5 möglich.This task is accomplished by using a known per se River concentrator reached. Such flow concentrators have so far been in completely different fields, in particular used in basic research. This river concentration gates have a core made of electrically highly conductive material, e.g. B. from Copper, on which a useful field bore and a radial one Slot is present. Now if one is outside on the core located winding by a pulsed current is flowed, then is based on the transformer principle Current in the opposite direction in the electrically conductive core induced as a pulse current only on the surface of the core flows. At the location of the radial slot, the current flow forced inward around the useful field drilling. Hereby builds up a very strong magnetic field that is so strong that in some cases a "one-step" river concentration trator is sufficient to the desired abrasive speed ability to achieve. In any case, however, is known arrangements with conventional accelerator coils Possible to reduce the number of coils by a factor of 4-5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.Advantageous embodiments are the subject of claims 2 and 3.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In the following the invention with reference to the Drawing explained in more detail using exemplary embodiments.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung; Figure 1 is a schematic perspective view of a device according to the invention.

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die eigentliche Beschleunigungseinheit mit einem Flußkonzentrator; Figure 2 is a schematic longitudinal section through the actual acceleration unit with a flux concentrator.

Fig. 3 ein Schaubild zur Veranschaulichung der zeitlichen Steuerung der wesentlichen Bauteile der Beschleunigereinheit nach Fig. 2; Fig. 3 is a diagram for illustrating the timing of the essential components of the accelerator unit according to Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Flußkonzentrators im Querschnitt zur Verdeutlichung seiner Wirkungsweise; Fig. 4 is a schematic view of a flux concentrator in cross-section to illustrate its mode of action;

Fig. 5 eine Stirnansicht auf eine Ausführungs form eines Flußkonzentrators; Fig. 5 is an end view of an embodiment of a flow concentrator;

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI der Fig. 5; Fig. 6 is a section along the line VI-VI of Fig. 5;

Fig. 7 ein Ersatzschaubild für einen Pulsge nerator zur Versorgung eines Flußkonzentrators nach den Fig. 5 und 6; und Figure 7 is an equivalent diagram for a Pulsge generator for supplying a flux concentrator according to Figures 5 and 6. and

Fig. 8 ein Schaubild zur Verdeutlichung des Verlaufs der Induktion bei dem Fluß konzentrator nach Fig. 6. Fig. 8 is a diagram showing the course of the induction in the flux concentrator according to Fig. 6.

In Fig. 1 ist eine Strahlmittelvorrichtung dargestellt, die grundsätzlich so aufgebaut ist, wie herkömmliche Strahl mittelvorrichtungen. Sie besteht aus einer elektromagnetischen Beschleunigungs einheit 1, deren Herzstück ein Flußkonzentrator ist. In der Strahlmittelkabine 2 ist ein beweglicher Strahlschlauch 3 angeordnet, mit dessen Hilfe eine Bedienungsperson das beschleunigte Strahlmittel auf ein Werkstück 4 lenken kann. Die Strahlmittelrück- und -zuführung ist mit 5 bezeichnet. In Fig. 1, a blasting agent device is shown, which is basically constructed as conventional blasting agent devices. It consists of an electromagnetic acceleration unit 1 , the heart of which is a flux concentrator. A movable blasting hose 3 is arranged in the blasting agent booth 2 , with the aid of which an operator can direct the accelerated blasting agent onto a workpiece 4 . The blasting agent return and feed is designated 5 .

Die in Fig. 2 dargestellte Beschleunigungseinheit besteht aus einem Flußkonzentrator 6 als Beschleunigerspule. Das Strahlmittel 9 wird über eine Zuführeinrichtung 8 zugeführt. Eine Dosierspule 7 dient als "Vorbündeler", durch den das Strahlmittel in der gewünschten Menge dem Flußkonzentrator 6 zugeteilt wird. Der Strahlmittelaustritt ist mit 10 bezeichnet. Auf diesen Austritt wird der in Fig. 1 erkennbare Strahlschlauch 3 aufgesetzt. Durch den Einsatz eines derartigen magnetischen Flußkonzentrators als Beschleunigerspule sind sehr viel höhere Induktionswerte (mindestens um den Faktor 4 bis 5 gegenüber konventionellen Beschleunigerspulen) erzielbar. Damit können bereits grundsätzlich in einer einstufigen Anordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, Strahlmittelgeschwindigkeiten von ca. 50 bis 60 m/s erreicht werden. Die zeitliche Steuerung ist dadurch erheblich einfacher, weil der Flußkonzentrator 6 und die Dosierspule 7 zeitlich synchron so er- bzw. entregt werden können, wie es in Verbindung mit Fig. 3 dargestellt ist. Die geschwindigkeitsabhängige - und damit besonders komplexe - Steuerung weiterer Beschleunigungsstufen entfällt.The acceleration unit shown in Fig. 2 consists of a flux concentrator 6 as an accelerator coil. The blasting agent 9 is fed via a feed device 8 . A metering coil 7 serves as a “pre-bundler” through which the abrasive is distributed in the desired amount to the flux concentrator 6 . The blasting agent outlet is designated by 10 . The blasting hose 3 which can be seen in FIG. 1 is placed on this outlet. By using such a magnetic flux concentrator as an accelerator coil, much higher induction values (at least a factor of 4 to 5 compared to conventional accelerator coils) can be achieved. In principle, abrasive speeds of approximately 50 to 60 m / s can thus already be achieved in a one-stage arrangement, as shown in FIG. 2. The timing is considerably easier because the flux concentrator 6 and the metering coil 7 can be excited or de-energized synchronously, as shown in connection with FIG. 3. The speed-dependent - and therefore particularly complex - control of further acceleration levels is eliminated.

Der in Fig. 4 praktisch als Schnitt senkrecht zur Achse der Bewegung des Strahlmittels dargestellte, im wesentlichen rotationssymmetrische Flußkonzentrator weist einen aus elektrisch gut leitendem Material (z. B. Kupfer) aufgebauten Kern 11 auf, in dem eine zylindrische Nutzfeldbohrung 12 und ein radialer Schlitz 13 vorhanden sind. Die Erregerwicklung, die aus mehreren Windungen bestehen kann, ist mit 14 bezeichnet.The essentially rotationally symmetrical flow concentrator shown in FIG. 4 practically as a section perpendicular to the axis of the movement of the blasting medium has a core 11 constructed of electrically good conductive material (e.g. copper), in which a cylindrical useful field bore 12 and a radial slot 13 are present. The excitation winding, which can consist of several turns, is designated by 14 .

In den Fig. 5 und 6 ist eine andere, vorteilhafte Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Erregerwicklungen 14 und 15 konzentrisch mit entsprechenden Konzentratorkernen miteinander verschachtelt. Der innere Teil entspricht demjenigen nach Fig. 4 und ist mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Auf diesen inneren Teil ist eine Konzentratorschale 18 aufgesetzt, die als zusätzlicher Kern für die äußere Erregerwicklung 15 wirkt. Die beiden Anordnungen addieren sich in ihrer Wirkung. Die Konzentratorschale 18 ist mit dem inneren Kern 11 bei 19 verbunden.In FIGS. 5 and 6, another advantageous embodiment is shown. In this embodiment, two excitation windings 14 and 15 are nested concentrically with corresponding concentrator cores. The inner part corresponds to that according to FIG. 4 and is designated with corresponding reference numerals. A concentrator shell 18 is placed on this inner part, which acts as an additional core for the outer field winding 15 . The two arrangements add up in their effect. The concentrator shell 18 is connected to the inner core 11 at 19 .

Fig. 7 zeigt das Schaltbild eines mit Thyristoren T ₁, T ₂ arbeitenden Pulsgenerators, mit dem ein nach den Fig. 5 und 6 aufgebautes System erprobt wurde. Die Spannungsquelle mit der Spannung U _O lädt den Kondensator C _L, der periodisch über die parallel als steuerbare Schalter wirkenden Thyristoren T ₁, T ₂ in die Lastinduktivität L _L des Flußkonzentrators entladen wird (Induktivität der Erregerspulen) und aufgrund des so entstehenden pulsförmigen Stromflusses dort das gewünschte Nutzfeld mit der Induktion B bewirkt. FIG. 7 shows the circuit diagram of a pulse generator working with thyristors T ₁ , T ₂ , with which a system constructed according to FIGS. 5 and 6 was tested. The voltage source with the voltage U _O charges the capacitor C _L , which is periodically discharged via the thyristors T ₁ , T ₂ , which act in parallel as controllable switches, into the load inductance L _{L of} the flux concentrator (inductance of the excitation coils) and due to the resulting pulsed current flow there causes the desired useful field with induction B.

Fig. 8 zeigt einen mit einem Konzentratoraufbau nach den Fig. 5 und 6 und einem Pulsgenerator nach Fig. 7 erhaltenen Verlauf der Induktion B über der Achse des Flußkonzentrators. Die angegebenen Abmessungen in Millimeter entsprechen einer in der Praxis erprobten Ausführungsform. Bei dieser wurden zwei Erregerwicklungen mit je zehn Windungen mit je einem Strom von 10 000 A betrieben. Die Windungen der Erregerwicklungen wurden direkt wassergekühlt. Bei einem Betrieb mit einer Pulsfolgefrequenz von 50 Hz und einer Pulsdauer beträgt die Verlustleistung ca. 5 kW. FIG. 8 shows a curve of the induction B over the axis of the flux concentrator obtained with a concentrator construction according to FIGS. 5 and 6 and a pulse generator according to FIG. 7. The dimensions given in millimeters correspond to an embodiment that has been tried and tested in practice. In this, two excitation windings with ten windings each with a current of 10,000 A were operated. The turns of the excitation windings were directly water-cooled. When operating with a pulse repetition frequency of 50 Hz and a pulse duration, the power loss is approx. 5 kW.

Wird nun eine sich außen auf dem Kern des Flußkonzentrators nach Fig. 4 befindliche Wicklung 14 in Pfeilrichtung von einem pulsförmigen Strom durchflossen, so wird nach dem Transformatorprinzip ein Strom in Gegenrichtung in dem elektrisch gut leitenden Kern induziert (siehe Pfeilrichtung dort), der als Pulsstrom nur an der Oberfläche des Kerns fließt. An der Stelle des radialen Schlitzes 3 wird der Stromfluß nach innen um die Nutzfeldbohrung 12 in der dargestellten Pfeilrichtung erzwungen. Hier baut sich das gewünschte sehr starke Magnetfeld auf.If a winding 14, which is located on the outside of the core of the flux concentrator according to FIG. 4, now flows through in the direction of the arrow, then a current is induced in the opposite direction in the electrically conductive core (see arrow direction there) according to the transformer principle, which is the pulse current only flows on the surface of the core. At the location of the radial slot 3 , the current flow is forced inwards around the useful field bore 12 in the direction of the arrow shown. The desired very strong magnetic field builds up here.

Die in Fig. 2 dargestellte Beschleunigereinheit arbeitet so, daß zuerst die Dosierspule 7 kurzzeitig stromlos wird (siehe auch oberes Zeitdiagramm in Fig. 3), so daß auch die Induktion B dieser Dosierspule verschwindet. Das Strahlmittel wird freigegeben und setzt sich in Bewegung. Wird nun gleichzeitig der als Beschleuniger wirkende magnetische Flußkonzentrator 6 erregt (siehe auch unteres Zeitdiagramm in Fig. 3), so wird unter dem Einfluß der sehr viel höheren Induktion B des Flußkonzentrators eine kräftige Beschleunigung des Strahlmittels einsetzen. Diese ist nur während der Pulsdauer in der Beschleunigerspule wirksam. Diese Pulsdauer muß gerade so eingestellt werden, daß beim Austritt des Strahlmittels aus dem Flußkonzentrator der Puls beendet ist. Wird nun mit dem Ende des Beschleunigerpulses synchron die Dosierspule 7 wieder erregt, so setzt ihre Haltewirkung wieder ein (siehe oberes Zeitdiagramm in Fig. 3). Auf diese Weise wird der Zufluß weiteren Strahlmittels unterbunden. Insgesamt ergibt sich eine periodisch pulsförmige Beschleunigung von Strahlmittelpaketen mit der Periodendauer T (siehe Fig. 3), die z. B. 20 ms betragen kann. Dieses entspricht einer Pulsfolgefrequenz von 50 Hz.The accelerator unit shown in Fig. 2 works so that the metering coil 7 is briefly de-energized (see also the upper timing diagram in Fig. 3), so that the induction B of this metering coil also disappears. The abrasive is released and starts to move. If the magnetic flux concentrator 6 acting as an accelerator is excited at the same time (see also the lower time diagram in FIG. 3), a strong acceleration of the blasting agent will start under the influence of the much higher induction B of the flux concentrator. This is only effective during the pulse duration in the accelerator coil. This pulse duration must be set so that the pulse ends when the blasting agent emerges from the flow concentrator. If the metering coil 7 is now excited again synchronously with the end of the accelerator pulse, its holding action resumes (see upper timing diagram in FIG. 3). In this way, the inflow of further blasting media is prevented. Overall, there is a periodic, pulse-shaped acceleration of blasting media packets with the period T (see FIG . B. can be 20 ms. This corresponds to a pulse repetition frequency of 50 Hz.

In Verbindung mit der Verwendung eines Flußkonzentrators und ggf. einer stromaufwärts angeordneten Dosierspule, kann eine Meßspule verwendet werden, die bei der Ausführungsform nach Fig. 2 zwischen den Spulen 6 und 7 angeordnet ist. Diese Meßspule erfaßt eintretendes Strahlmittel als elektrisches Signal, um in der in Bewegungsrichtung folgenden Beschleunigerspule (in Fig. 2 mit 6 bezeichnet) einen Stromimpuls zu zünden. Hierdurch wird eine besonders wirtschaftliche und genaue Steuerung möglich.In connection with the use of a flux concentrator and possibly a metering coil arranged upstream, a measuring coil can be used, which is arranged between the coils 6 and 7 in the embodiment according to FIG. 2. This measuring coil detects incoming blasting agent as an electrical signal in order to ignite a current pulse in the accelerator coil following in the direction of movement (designated 6 in FIG. 2). This enables particularly economical and precise control.

Claims

1. Device for accelerating a blasting medium consisting of magnetically influenceable, in particular iron particles, for treating workpiece surfaces with one or more along the path of the blasting medium on ordered electromagnetic accelerator coil (s), which are excited or de-energized depending on the moving blasting medium, characterized in that each accelerator coil is a flux concentrator known per se.

2. Device according to claim 1, characterized in that a metering coil ( 7 ) is connected upstream of the first flux concentrator ( 6 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that in the direction of movement of the blasting agent a measuring coil is arranged in front of each accelerator coil, the incoming abrasive as an electrical signal detected to follow in the direction of movement Accelerator coil to ignite a current pulse.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that two or more excitation windings ( 14, 15 ) are nested concentrically with each other, a concentrator sleeve ( 18 ) being arranged as a core between two excitation windings arranged in this way, which core with the inner Concentrator core ( 1 ) is connected.