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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Vorrichtungen zur
Oberflächenbehandlung durch
Stöße.
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Es
ist bekannt, ein Metallteil durch Stahlkornstrahlen, zum Beispiel
zur Härtung
des Teiles, zu behandeln.
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Das
Stahlkornstrahlen kann unter Einwirkung eines Druckluftstrahls mit
Hilfe einer Schleuderstrahlmaschine erfolgen.
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Der
Nachteil einer solchen Maschine ist, dass sie einen großen Vorrat
an Schrot benötigt
und nur ein einem Raum eingesetzt werden kann, der für eine Bergung
des Schrots nach dem Aufprall auf dem Teil geeignet ist.
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Bekannt
sind ebenfalls Vorrichtungen zur Oberflächenbehandlung durch Stöße, bei
denen das Schrot mit Hilfe einer Sonotrode geschleudert wird, die
am Boden einer Metallschüssel
angeordnet ist, deren Öffnung
wiederum der zu behandelnden Oberfläche in geringem Abstand gegenüber gestellt
ist.
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FR-A-2
689 431 beschreibt eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung durch Stöße mit einem Wiedergabewandler,
einer vibrierenden Wand und Projektilen (Kugeln), die in Richtung
der zu behandelnden Fläche
geschleudert werden. Die Projektile sind in einer Arbeitskammer
eingeschlossen, die aus zwischen der vibrierenden Wand und der zu
behandelnden Fläche
angeordneten Stäben
gebildet wird.
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Vorrichtungen
dieser Art haben den Vorteil, dass das Schrot nach dem Aufprall
auf dem Teil zur Sonotrode zurückfliegen,
um von dort aus erneut auf die zu behandelnde Fläche geschleudert zu werden.
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So
geht das Schrot nicht verloren, soweit das Spiel zwischen der Schüssel und
dem behandelten Teil klein genug ist, dass sie nicht entweichen
können.
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Zur
Einleitung der Bewegung des Schrots ist es notwendig, dieses mit
der Sonotrode in Berührung zu
bringen, was Schwierigkeiten bereitet, wenn die Öffnung der Schüssel zur
Behandlung der Fläche nach
unten gerichtet werden muss.
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Zudem
ist diese Behandlung in reglementierten Umfeldern wie dasjenige
der Kernkraft verboten, da Gefahr besteht, dass Schrot bei einer
Ausweitung des Spiels zwischen dem behandelten Teil und der Schüssel entweicht,
zum Beispiel bei Bewegung der Schüssel.
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Infolgedessen
besteht ein Bedarf nach einer Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
durch Stöße, welche
insbesondere für
die oben beschriebenen Nachteile Abhilfe schafft.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
durch Stöße des Typs
mit einer vibrierenden Fläche
und mindestens einem Projektil, das geeignet ist, von der vibrierenden
Fläche
in Richtung der zu behandelnden Fläche geschleudert zu werden,
wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Haltemittel umfasst,
um jedes Projektil in der Vorrichtung eingeschlossen zu halten,
wenn diese sich von der zu behandelnden Fläche entfernt, wobei die Projektile
eingeschlossen bleiben, wenn kein zu behandelndes Teil anliegt.
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Dank
der Erfindung kann die Oberfläche
eines Teils auf einfache Weise durch Stöße behandelt werden, ohne die
Gefahr des Schrotverlustes oder eines Problems mit dem Schrotverbrauch,
im Gegensatz zu den oben genannten bekannten Vorrichtungen.
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Die
Projektile werden unabhängig
von der zu behandelnden Fläche
vorteilhaft in der Vorrichtung eingeschlossen gehalten.
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In
einer besonderen Ausführung
umfasst die Vorrichtung Führungsmittel
zur Führung
eines jeden Projektils in seiner Bewegung vor und nach dem Aufprall
auf der vibrierenden Fläche.
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Bei
Verwendung von mehreren Projektilen können diese somit derart geführt werden,
dass ein Gegeneinanderprallen der Projektile untereinander vermieden
und der Weg der Projektile zwischen der vibrierenden Fläche und
der zu behandelnden Fläche
optimiert werden kann.
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In
einer besonderen Ausführung
umfasst die Vorrichtung Antriebsmittel zur Bewegung der Führungsmittel
gegenüber
der restlichen Vorrichtung.
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Mit
diesen Antriebsmittel können
die Verteilung der Aufprallpunkte auf der zu behandelnden Fläche sowie
die Abnutzung der Sonotrode vorteilhaft vergleichmäßigt werden.
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In
einer besonderen Ausführung
gleitet jedes Projektil in einem Führungsmittel.
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In
einer anderen besonderen Ausführung dreht
sich jedes Projektil um eine Achse zwischen der Position, in der
es gegen die vibrierende Fläche stößt, und
derjenigen Position, in der es gegen das zu behandelnde Teil stößt.
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In
einer weiteren besonderen Ausführung umfasst
die Vorrichtung Rückholmittel
zur Einleitung der Bewegung eines jeden Projektils, wobei die Rückholmittel
unabhängig
von der Ausrichtung der Vorrichtung jedes Projektil in Berührung mit
der vibrierenden Fläche
bringen.
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In
einer besonderen Ausführung
umfassen die Rückholmittel
mindestens eine Kammer, in die Luft eingeführt oder aus der Luft abgesaugt
werden kann, um jedes Projektil in Richtung der vibrierenden Oberfläche wegzustoßen oder
anzuziehen.
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In
einer besonderen Ausführung
sind die Haltemittel derart angeordnet, dass jedes Projektil direkt
auf die zu behandelnde Fläche
stoßen
kann.
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In
einer Ausführungsvariante
sind die Haltemittel derart angeordnet, dass sie die kinetische
Energie eines jeden Projektils aufnehmen und sie lokal an die zu
behandelnde Oberfläche
weitergeben können.
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Die
Masse eines jeden Projektils liegt zum Beispiel zwischen 0,1 und
5 g.
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Die
Erfindung bietet den Vorteil, dass nur eine geringe Menge an Projektilen
benötigt
wird.
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So
ist es zum Beispiel möglich,
als Projektile hochwertige Kugeln vom Typ Kugellager zu verwenden.
Mit dieser Art Projektil kann die Steuerung und die Wiederholbarkeit
der gewünschten
Beschaffenheitseffekte gesichert werden.
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In
einer besonderen Ausführung
umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl an Projektilen, die jeweils die
Form eines Stiftes bzw. eines Spherils aufweisen, sowie Führungsmittel
in Form eines Führungsstückes, welches
eine Mehrzahl an Einlassungen zur Führung der Gleitbewegung der
benannten Stifte oder Spherile aufweist.
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Unter
Spheril ist ein Zylinder zu verstehen, der gestuft sein kann und
bei dem eines oder beide abgerundete Enden leicht halbkugelförmig sind, ohne
flachen Bereich.
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Eine
Kugel kann mit einem Spheril gleichgesetzt werden, bei dem die Höhe der Erzeugenden gleich
Null wäre.
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In
einer besonderen Ausführung
sind die Stifte bzw. Spherile jeweils mit einem Bund versehen, und
die Einlassungen des Führungsstückes umfassen
jeweils einen Bund, welcher als Anschlag für den jeweiligen Stift bzw.
das jeweilige Spheril dient.
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In
einer besonderen Ausführung
umfasst das Führungsstück eine
Kammer, welche derart angeordnet ist, dass sie Pressluft vorne auf
die Bünde
der Stifte oder Spherile bläst,
um sie dadurch nach hinten in Richtung der vibrierenden Fläche zu schieben.
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Diese
Kammer ist zum Beispiel hinten durch den Körper des Führungsstückes, und vorne durch einen
gelochten Deckel begrenzt, welcher auf den Körper des Führungsstückes aufgesetzt ist.
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In
einer besonderen Ausführung
ist das Führungsstück rotierend
um eine geometrische Drehachse montiert, die parallel zur Gleitrichtung
der Stifte bzw. Spherile verläuft.
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In
einer weiteren besonderen Ausführung sind
die Stifte oder Spherile durch Einführen eines Schaftes in eine
Hülse realisiert,
die kürzer
ist als der Schaft.
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Alternativ
können
die Stifte oder Spherile aus einem einzigen Stück bestehen.
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In
einer anderen besonderen Ausführung
bestehen die Haltemittel aus einer Kugelmatte, und die Vorrichtung
umfasst mindestens ein Projektil, das aus einer Kugel besteht, welche
wiederholte Rückpralle
zwischen der vibrierenden Oberfläche
und der Kugelmatte frei ausführen
kann.
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Vorzugsweise
umfasst die Kugelmatte Kugeln, die beweglich auf Haltefäden angebracht
sind.
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In
einer weiteren besonderen Ausführung bestehen
die Haltemittel aus beweglichen Stiften oder Spherilen in einer
kuppelförmigen
Wand, wobei diese Stifte ein Ende aufweisen, das auf die zu behandelnde
Fläche
aufstoßen
kann, wobei die Projektile aus Kugeln bestehen, welche in Rinnen
geführt werden,
um Vor- und Rückbewegungen
zwischen der vibrierenden Fläche
und dem anderen Ende der Stifte oder Spherile auszuführen.
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In
einer besonderen Ausführung
sind die Projektile in einem Führungsaggregat
eingeschlossen, das abnehmbar auf der Vorrichtung angebracht ist,
wodurch die Projektile je nach Art der zu behandelnden Fläche auf
einfache Weise ausgetauscht werden können.
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In
einer Ausführungsvariante
umfasst die Vorrichtung einen Behälter, der in Richtung der zu
behandelnden Fläche
offen ist, und die Haltemittel umfassen Mittel, mit denen ein Unterdruck
in diesem Behälter
erzeugt werden kann, wenn dieser Behälter sich von der zu behandelnden
Fläche über einen
vorbestimmten Abstand hinaus entfernt, wodurch die Projektile angesaugt
werden und nicht aus der Vorrichtung entweichen können.
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So
entweichen die Projektile nicht aus der Vorrichtung.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Vorrichtung eine Bergungskammer für die Projektile, die mit dem oben
genannten Behälter
verbunden ist, und in die die Projektile gesaugt werden, wenn der
Behälter sich über einen
vorbestimmten Abstand hinaus von der zu behandelnden Fläche entfernt.
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Vorzugsweise
umfasst diese Vorrichtung darüber
hinaus Mittel, mit denen die in der Bergungskammer enthaltenen Kugeln
in den Behälter
ausgestoßen
werden können,
wenn der Behälter
ausreichend nahe an der zu behandelnden Fläche ist, dass die Projektile
nicht entweichen können.
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In
einer besonderen Ausführung
ist der Rand des Behälters,
welcher geradlinig an die zu behandelnde Fläche herangeführt wird,
mit mindestens einem Fühler
ausgestattet, welcher seinen Zustand wechseln kann, wenn der Abstand
zwischen dem Rand des Behälters
und der zu behandelnden Fläche einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
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Vorzugsweise
ist der Rand des Behälters
mit mehreren Fühlern
ausgestattet, um sicher zu stellen, dass der Behälter mit seinem gesamten Rand
ringsum ausreichend nahe an der zu behandelnden Fläche ist,
wenn die Projektile in den Behälter
ausgestoßen
werden.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren eine tragbare Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
durch Stöße, dadurch
gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine Sonotrode und eine Mehrzahl
an Projektilen in Form von Stiften oder Spherilen umfasst, welche
getrennt oder nicht getrennt gleitend in einem Führungsstück angeordnet sind, wobei dieses
Führungsstück mit Greifmitteln
versehen ist, mit denen der Benutzer es manuell gegenüber dem
zu behandelnden Teil positionieren kann, wobei das Führungsstück im Verhältnis zur
Sonotrode derart angeordnet und positioniert ist, dass einerseits
die Stifte oder Spherile Vor- und Rückbewegungen zwischen der Sonotrode
und dem zu behandelnden Teil durch wiederholte Rückpralle auf diesen Elementen
ausführen können, und
andererseits die Stifte bzw. Spherile in Abwesenheit eines zu behandelnden
Teils gehalten werden können.
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Mit
einer solchen Vorrichtung kann ein Teil auf einfache Weise vor Ort
behandelt werden, ohne Gefahr zu laufen, Schrot zu verlieren, was
gegenüber den
bekannten Vorrichtungen sehr vorteilhaft ist.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren ein Projektilaggregat für eine Vorrichtung
wie oben beschrieben.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung einer Vorrichtung
wie oben beschrieben zur Veränderung
der Form eines Teiles vor Ort, um es in eine Konstruktion einzufügen.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung der Vorrichtung wie
oben beschrieben zur Durchführung
einer Oberflächenbehandlung
vor Ort und Herstellung eines spezifischen Oberflächenzustandes.
Diese Behandlung kann zum Beispiel die Behandlung eines rissigen,
reparierten Teils durch Werkstoffzuführung sein, oder das sehr schnelle Ausbeulen
eines Blechteils, oder die Anpassung eines Teils.
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Die
Erfindung betrifft die Behandlung aller Sorten von mechanisch beanspruchten
Teilen, wie Motor-, Konstruktions-, Verbindungsteile oder geschweißte Verbindungen.
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Die
Erfindung wird verständlicher
beim Lesen der hier folgenden detaillierten Beschreibung mit nicht
einschränkenden
Umsetzungsbeispielen, und bei Ansicht der angefügten Zeichnung, auf der folgendes
dargestellt ist:
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1 ist
eine schematische Ansicht des achsrechten Schnitts einer Vorrichtung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,
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2 ist
eine schematische Teilansicht des achsrechten Schnitts einer Vorrichtung
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,
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3 ist
eine schematische Teilansicht des achsrechten Schnitts einer Vorrichtung
nach einem dritten Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,
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4 ist
eine schematische Teilansicht des achsrechten Schnitts einer Vorrichtung
nach einem vierten Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,
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5 ist
eine Obenansicht folgend dem Pfeil V auf 4,
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6 ist
eine schematische Teilansicht des achsrechten Schnitts einer Vorrichtung
nach einem fünften
Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung,
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7 zeigt
ein Detail der Ausführung
nach 6,
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8 zeigt
ein einzelnes Projektil der Vorrichtung nach 1,
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9 zeigt
ein Ausführungsdetail
der Kugelmatte nach 2,
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10 und 11 zeigen
ein sechstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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12 zeigt
den achsrechten Schnitt eines in einem Stück gefertigten Stifts bzw.
Spherils,
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13 zeigt
eine Ausführungsvariante
mit Stiften bzw. Spherilen wie auf 12 dargestellt,
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14 zeigt
ein Projektil gemäß einer
Ausführungsvariante,
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15 und 16 zeigen
ein siebtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
im Folgenden beschriebenen Behandlungsvorrichtungen dienen der Behandlung
einer Fläche
S eines Teils P, mit folgenden Zielen als Beispiele:
- – Erhöhung der
Oberflächenhärte des
Teils,
- – Erzeugung
von Restspannungen an der Oberfläche
für eine
längere
Lebensdauer des Teils
- – Verformung
oder Anpassung des Teils,
- – Erzeugung
eines besonderen Oberflächenzustands,
- – Erhöhung der
Dichte an der Oberfläche
des Teils, insbesondere wenn dieses porös ist, und/oder
- – Erhöhung der
Korrosionsbeständigkeit.
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Die
auf 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst
ein akustisches Aggregat 2 mit Längsachse X.
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Dieses
akustische Aggregat 2 umfasst eine metallische Sonotrode 3,
die von einem piezoelektrischen Sender 5 durch ein oder
mehrere zwischengeschaltete akustische Verstärkerelemente 4 gesteuert wird,
wobei die Verstärkerelemente
ein an sich bekanntes Profil aufweisen, dass geeignet ist, die Schwingungsweite
auf der Achse X zu verstärken.
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Das
akustische Aggregat 2 ist an einer oder mehreren Befestigungsstellen,
die als Schwingungsknoten dienen, an einem Gestell 8 befestigt,
das seitlich um die Sonotrode 3 läuft und nach vorne über die Sonotrode 3 hinausragt,
um die Befestigung eines Führungsstückes 9 zu
ermöglichen,
das zur Führung einer
Mehrzahl von Projektilen 11 dient, wie später genauer
beschrieben.
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Der
piezoelektrische Sender 5 ist elektrisch an einen an sich
bekannten Stromerzeuger 6 angeschlossen, der Wechselstrom
mit einer Frequenz zwischen 5 und 20 kHz liefert, wobei in dem hier
beschriebenen Beispiel von etwa 10 kHz ausgegangen wird.
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Das
akustische Aggregat 2 ist hier für eine Eigenresonanzfrequenz
in der Größenordnung
von 20 kHz für
den Vibrationsmodus auf der Achse X konzipiert.
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Die
Frequenz des vom Stromerzeuger 6 gelieferten Stroms ist
einstellbar und kann mit der Eigenresonanzfrequenz des akustischen
Aggregats 2 in Einklang gebracht werden, und somit die
Schwingungsweite der freien Stirnseite der Sonotrode 3 optimiert
werden.
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Das
Ende der Sonotrode 3 bildet eine vibrierende Fläche 7,
die zum Schleudern der Projektile 11 auf die zu behandelnde
Fläche
dient.
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Im
beschriebenen Beispiel sind die Projektile 11 jeweils nach
einer parallel zur Achse X verlaufenden Richtung gleitend in einer
durchgehenden Einlassung 10 im Führungsstück 9 angebracht.
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Jede
Einlassung 10 ist rotationssymmetrisch und ist mit einem
Bund 12 versehen.
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Die
Einlassungen 10 können
beliebig auf dem Führungsstück 9 positioniert
sein.
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Auf 8 ist
ein einzelnes Projektil 11 dargestellt.
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Wie
auf dieser Figur ersichtlich ist, weist dieses Projektil 11 in
dem beschriebenen Beispiel die Form eines Stifts bzw. eines Spherils
auf, das durch kraftvolles Einführen
eines Metallschafts 11b in eine rotationszylindrische Metallhülse 11a hergestellt
wurde, wobei die Länge
dieses Schafts größer ist
als diejenige der Hülse 11a,
so dass das vordere Ende 11c des Schafts 11b aus
dem Führungsstück 9 herausstehen
kann, wenn der Bund 11e, den das vordere Ende der Hülse 11a bildet,
gegen den Bund 12 der dazugehörigen Einlassung 10 in
Anschlag kommt.
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Zur
Herstellung des Schafts 11b kann vorteilhaft eine Rolle
verwendet werden, die ursprünglich zur
Herstellung von Wälzlagern
produziert wurde.
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Um
eine bestimmte auf die Oberfläche übertragene
Energie zu erhalten, werden die Form und die Masse des Projektils
je nach der Geometrie der zu behandelnden Teile gewählt.
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Die
Form des vorderen Endes 11c des Schafts 11b wird
nach dem Abdruck gewählt,
der auf dem Teil P nach dem Aufprall hinterlassen werden soll.
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Wenn
das vordere Ende 11c kugelförmig ist, wie im beschriebenen
Ausführungsbeispiel,
wird der Profilhalbmesser im Verhältnis zur Tiefe des Teils P gewählt, das
mit einem Aufprall verändert
werden soll.
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Zum
Beispiel wird für
die hintere Seite 11d des Projektils 11 eine kugelförmige oder
flache Fläche
gewählt,
wobei der Profilhalbmesser zum Beispiel über 0,5 m liegt.
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Das
vordere Ende 11c und das hintere Ende 11d des
Projektils können
für eine
höhere
Härte und zur
Verbesserung des Rückpralls
auf dem zu behandelnden Teil und der Sonotrode 3 oberflächenbehandelt
werden.
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Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde
jedes Projektil durch Verbindung von zwei Elementen realisiert,
aber auch eine Realisierung eines jeden Projektils 11 aus
einem Stück
bleibt im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Als
Beispiel wurde auf 12 ein aus einem Stück gefertigtes
Projektil 11' dargestellt.
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Dieses
Projektil 11' umfasst
einen zylindrischen Körper 11'a mit zwei Bünden 11'e und 11'f an seinen
beiden achsrechten Enden, und zylindrische Abschnitte 11'b und 11'g mit einem
kleineren Durchmesser als der Körper 11'a hinter diesen
Bünden.
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Die
achsrechten Enden 11'c und 11'd des Projektils 11' sind in alle
Richtungen abgerundet und weisen im beschriebenen Beispiel eine
leicht halbkugelförmige
Form auf.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsvariante
könnten
die Bünde 12 kegelförmig, und
die Form der Stifte entsprechend angepasst sein.
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Das
Führungsstück 9 ist
gegenüber
der vibrierenden Fläche 7 derart
positioniert, dass kein Projektil 11 aus seiner Einlassung 10 entweichen
kann, wenn sein hinteres Ende 11d in Berührung mit
der Sonotrode 3 kommt.
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Die
Funktionsweise der Vorrichtung 1 ist die Folgende:
Nachdem
das hintere Ende 11d eines jeden Projektils 11 in
Berührung
mit der vibrierenden Fläche 7 gebracht
wurde, schleudern die Vibrationen der Sonotrode 3 die Projektile 11 in
Richtung des zu behandelnden Teils P, dessen Fläche S in geringem Abstand oder
in Berührung
mit dem Führungsstück 9 steht.
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Die
Projektile 11 schlagen mit ihrem vorderen Ende 11c auf
der Fläche
S auf, und bei diesen Aufschlägen
wird ihre kinetische Energie durch Reibung in Wärme umgewandelt, sowie in plastische und
elastische Verformungsenergie.
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Die
Projektile 11 prallen auf dem Teil P zurück, und
es entsteht eine Vor- und Rückbewegung der
Projektile zwischen der Sonotrode 3 und dem Teil P während der
Behandlung der Fläche
S.
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Die
oben beschriebene Vorrichtung 1 bietet zahlreiche Vorteile
gegenüber
den bekannten Vorrichtungen mit Verwendung von Schrot, insbesondere:
- – kein
Energieverlust durch Gegeneinanderprallen der Projektile untereinander,
und somit ein höherer
Wirkungsgrad der Behandlung,
- – keine
Gefahr von Schrotverlust
- – der
Weg der Projektile zwischen der Sonotrode und dem zu behandelnden
Teil erfolgt in gerader Linie, wodurch die Leerlaufzeit zwischen
zwei aufeinander folgenden Stößen eines
selben Projektils auf der zu behandelnden Fläche, und somit die Intensität und Dauer
der Behandlung, reduziert werden kann,
- – die
Masse des Projektils kann mehr oder minder groß gewählt werden, indem zum Beispiel
die Länge
der Hülse 11a oder
diejenige des Schafts 11b verändert wird, ohne Veränderung
der Form der Fläche,
die den Aufprall auf dem zu behandelnden Teil ausführt.
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Auf 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
dargestellt.
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Diese
Vorrichtung unterscheidet sich von dem vorherigen Beispiel durch
die Tatsache, dass das Gestell 8 hier zur Befestigung eines
Rings 15 dient, dessen Öffnung
durch eine Kugelmatte 17 abgedeckt ist, mit der die Projektile 18 gehalten
werden.
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Diese
Projektile 18 bestehen hier aus Kugeln, die sich im Bereich 14 frei
bewegen können, wobei
dieser Bereich achsrecht durch die Kugelmatte 17 und die
Sonotrode 3, und seitlich durch das Gestell 8 begrenzt
wird.
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Die
Projektile 18 werden durch die Vibrationen der Sonotrode 3 in
Bewegung gesetzt und vollziehen wiederholte Rückpralle zwischen der vibrierenden
Fläche 7 und
der Kugelmatte 17.
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Die
Kugeln der Kugelmatte 17 übertragen lokal die kinetische
Energie der Projektile 18 auf die Fläche S des zu behandelnden Teils
P.
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Auf 9 sind
zwei Kugeln 17a der Kugelmatte 17 dargestellt.
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Die
Kugeln 17a werden durch jegliche geeignete Befestigungsmittel
gehalten, zum Beispiel anhand von Haltefäden 17b, auf denen
die sie beweglich wie abgebildet angebracht sind.
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Das
Beispiel der 3 unterscheidet sich von demjenigen
der 2 durch die Tatsache, dass der Ring 15 an
dem Gestell 8 mit einem gewinkelten Anschlussstück 20 befestigt
ist.
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Dieses
gewinkelte Anschlussstück 20 wird verwendet,
wenn die Behandlungsvorrichtung aus Platzgründen nicht mit ihrer Längsachse
X etwa rechtwinklig zur Ebene der zu behandelnden Fläche S positioniert
werden kann.
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Auf 4 ist
eine Ausführungsvariante
abgebildet, bei der das Gestell, das um die Sonotrode 3 verläuft, hier
mit der Nummer 21 gekennzeichnet, derart angeordnet ist,
dass es einen Bolzen 24 trägt, auf dem sich eine Mehrzahl
an Speisern 22 als Projektile um eine geometrische Drehachse
Y gelenkig drehen, wobei die Drehachse Y rechtwinklig zur Ebene
der 4 verläuft.
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Jeder
Speiser 22 weist in diesem Beispiel einen allgemein quaderförmigen Körper auf,
der um den Bolzen 24 in der Nähe der unteren linken Ecke drehbar
ist und sich mit der unteren rechten Ecke auf der vibrierenden Fläche 7 abstützen kann,
wie auf 4 ersichtlich ist.
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Jeder
Speiser 22 umfasst des weiteren in der oberen rechten Ecke
einen Vorsprung 23, der mit seiner Spitze auf die Fläche S des
zu behandelnden Teils P stoßen
kann.
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Während des
Betriebs vollzieht jeder Speiser 22 eine Vor- und Rückbewegung
zwischen der Fläche
S des Teils P und der Sonotrode 3.
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Durch
die drehende Montierung der Speiser 22 kann das Teil P
mit der Längsachse
X der etwa parallel zur behandelten Fläche S ausgerichteten Vorrichtung
behandelt werden, was sich aus Platzgründen als vorteilhaft erweisen
kann.
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Auf 14 ist
eine Ausführungsvariante
dargestellt, bei der die Speiser 22 durch Speiser 22' mit zwei Armen 70 und 71 ersetzt
wurden, welche miteinander einen Winkel i bilden, der beliebig weit
sein kann, zum Beispiel 90° wie
im beschriebenen Beispiel.
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Die
Arme weisen Vorsprünge 73 und 74 auf, die
derart angeordnet sind, dass sie jeweils auf die Sonotrode 3 und
die zu behandelnden Fläche
S stoßen.
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6 und 7 zeigen
eine Ausführungsvariante,
bei der die Projektile 11 die Form von Stiften wie in der
oben zu 1 beschriebenen Vorrichtung aufweisen,
wobei die Projektile 11 gleitend parallel zur Achse X in
den Einlassungen 25 eines Führungsstücks 26 geführt werden,
wobei diese Einlassungen 25 vorteilhafterweise wie im beschriebenen
Beispiel beliebig auf dem Führungsstück 26 angeordnet
sein können.
Im Unterschied zur Vorrichtung der 1 ist das
Führungsstück hier
drehend um die Achse X montiert, und um diese Achse durch ein Getriebesystem 36 angetrieben,
das mit einem elektrischen Motor 28 verbunden ist, der
in der Dicke der Wand des die Sonotrode 3 umlaufenden Gestells
angebracht ist, Referenznummer 29.
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Die
Einlassungen 25 sind jeweils mit einem Bund 35 versehen,
um das dazugehörige
Projektil 11 zu halten.
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Der
Körper
des Führungsstückes 26 umfasst an
seinem vorderen Ende eine Vertiefung 27, die entlang ihrer
Umfangs 34 abgestuft ist, um einen Deckel 39 mit
Ausbohrungen 30 als Durchgang für die Schäfte 11b der Projektile
montieren zu können.
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Der
Deckel 39 bildet mit dem Boden der Vertiefung 27 eine
Kammer 31, in die Pressluft durch eine Leitung 32 kommend
von einem Kompressor 33, der hier sehr schematisch auf 7 dargestellt
ist, geblasen werden kann.
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Mit
dieser Pressluftzufuhr in die Kammer 31 können die
Projektile 11 nach hinten gedrückt werden, um sie in Berührung mit
der vibrierenden Fläche 7 zu
bringen, welche ihnen den Initialimpuls in Richtung der zu behandelnden
Fläche
gibt.
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So
kann die Bewegung der Projektile unabhängig von der Ausrichtung der
Vorrichtung eingeleitet werden, und insbesondere wenn das Führungsstück 26 nach
unten gerichtet ist.
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Mit
der Pressluft können
auch der Körper
des Führungsstücks 26,
der Deckel 39, die Sonotrode 3 und die Projektile 11 während des
Betriebs der Vorrichtung gekühlt
werden.
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In
einer nicht abgebildeten Variante wird anstelle des oben beschriebenen Überdrucks
ein Unterdruck verwendet, um die Projektile anzusaugen und sie in
Richtung der Sonotrode zu bewegen.
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Dieser
Unterdruck wird zwischen dem Führungsstück 26 und
der Sonotrode 3 erzeugt.
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Der
Drehungsantrieb des Führungsstücks 26 durch
den Motor 28 während
des Betriebs der Vorrichtung sowie die beliebige Anordnung der Einlassungen 25 verhindern,
dass die Projektile zweimal in Folge an der gleichen Stelle auf
der Sonotrode 3 oder der Fläche S des zu behandelnden Teils
P aufprallen, wenn das Gestell stillsteht, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung
der Stöße auf der
Fläche
S erreicht wird. Hierdurch kann auch die Abnutzung der Sonotrode 3 vergleichmäßigt werden.
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Unter
Referenznummer 37 steht ein Fortsatz des Gestells 29,
der als Greifmittel dient und nicht vollständig dargestellt ist, und mit
dem der Benutzer die Behandlung manuell durchführen und steuern kann.
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Auf
den 10 und 11 ist
ein sechstes Umsetzungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
werden die Projektile von Kugeln 40 gebildet, die in einzelnen Rinnen 41 geführt werden,
die aus Röhren 42 bestehen.
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Jede
Kugel 40 vollzieht Vor- und Rückbewegungen in der entsprechenden
Röhre 42 zwischen der
vibrierenden Fläche
an einem Ende der Röhre, und
dem anderen Ende, an dem sich ein in einem kuppelförmigen Führungsstück 44 beweglich
angebrachter Stift 43 befindet, wie sehr schematisch auf 11 dargestellt.
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Die
Achsen der Stifte sind wie Radien der Wand 44 angeordnet.
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Jeder
Stift 43 umfasst einen zylindrischen Körper mit einer ringförmigen Erhebung 45 etwa
auf halber Höhe,
wobei an diese Erhebung achsrecht zwei kegelförmige Bünde 46 und 47 angrenzen.
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Die
Erhebung 45 liegt in einer Kammer 49 der Wand 44,
die achsrecht durch zwei kegelförmige Bünde 50 und 51 begrenzt
ist, gegen welche jeweils die Bünde 46 und 47 des
Stifts 43 in Anschlag kommen können.
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In
einer nicht abgebildeten Variante könnten die Bünde 51 und 51 gerade
und die Form der Stifte 43 entsprechend angepasst sein.
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Der
Abstand zwischen den Bünden 50 und 51 erlaubt
eine bestimmte achsrechte Beweglichkeit des Stifts 43 auf
seiner Achse.
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Die
Kammer 49 mündet
einerseits auf die Außenseite
der Wand 44 durch eine Bohrung 52, und andererseits
auf ein Rohr 42 durch eine Bohrung 53, wobei der
Durchmesser der Bohrungen 52 und 53 leicht größer ist
als derjenige der zylindrischen Teile des Stifts 43, die
auf jeder Seite der Erhebung 45 liegen.
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Die
Wand 44 wird im Ausführungsbeispiel von
einer Verbindung aus einer Innenwand 54 und einer Außenwand 55 gebildet,
wobei diese Wände nach
dem Einfügen
der Stifte 43 miteinander verbunden werden.
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Die
Innenwand 54 weist auf der Seite, die in Berührung mit
der Außenwand
kommt, Vertiefungen zur Bildung von Rinnen 57 auf, durch
die Pressluft zum Ende des auf den Stift 43 mündenden
Rohrs 42 gebracht werden kann, um die Kugel 40 in
Richtung der Sonotrode zu schieben und wiederholte Rückpralle
einzuleiten.
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Dieser
Ausführungsmodus
bietet den Vorteil, dass Flächen
mit komplexerer Geometrie, zum Beispiel mit Verbindungsradien, behandelt
werden können.
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Bei
der Benutzung vollzieht die Kugel 40 wiederholte Rückpralle
zwischen der Sonotrode und dem inneren Ende 60 des Stifts 43,
und überträgt ihre kinetische
Energie an den Stift.
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Die
zu behandelnde Fläche
wird von dem äußeren Ende 59 des
Stifts 43 gestoßen.
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Auf 13 ist
eine Ausführungsvariante
der Vorrichtung der 7 dargestellt, um zu zeigen,
wie die Projektile in einem abnehmbaren Führungsaggregat eingeschlossen
werden können,
um so ihren Austausch zu vereinfachen.
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Es
können
eine Reihe an Führungsaggregaten
realisiert werden, wobei jedes Führungsaggregat mit
einem bestimmten Projektiltyp ausgestattet wird.
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Dazu
wird das Führungsaggregat
in dieser Reihe nach der auszuführenden
Behandlung ausgewählt.
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Es
können
Führungsaggregate
auf einer Revolvertrommel angebracht werden, die einen schnellen
Wechsel der verwendeten Projektile je nach behandelter Fläche ermöglicht.
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Bei
dem Beispiel nach 13 birgt das Führungsaggregat
Projektile 11' und
umfasst ein Halteteil 60, das auf dem Führungsstück 26 des Ausführungsbeispiels
der 7 befestigt ist.
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Das
Halteteil 60 umfasst Bohrungen 61 mit Bünden 62.
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Die
Tiefe der Bohrungen 61 wird derart gewählt, dass die inneren Enden 11'd der Projektile 11' die Sonotrode 3 erreichen
können,
bevor die Bünde 11'f in Anschlag
gegen die Bünde 62 kommen.
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In
allen beschriebenen Ausführungsbeispielen
bleiben die Projektile in der Vorrichtung eingeschlossen, wenn kein
zu behandelndes Teil anliegt.
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Selbstverständlich beschränkt sich
die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele,
deren Ausführungsbesonderheiten
in vielerlei Art kombiniert werden können.
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Insbesondere
kann das Führungsstück etwa nicht
drehend angetrieben werden, wie bei dem Beispiel der 6 und 7,
sondern verschiebend in eine oder zwei Richtungen einer Ebene, mit
beliebigen Bewegungen in jede Richtung.
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Die
Kugelmatte 17 des Ausführungsbeispiels der 2 und 3 kann
durch jede andere verformbare Wand ersetzt werden, die geeignet
ist, die kinetische Energie der Projektile lokal an das zu behandelnde
Teil weiterzugeben, und die Kühlung
des Körpers
des Führungsstücks 44,
der Rohre 42, der Projektile 40 und der dazugehörigen Sonotrode
während
des Betriebs zu sichern.
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Es
ist ebenfalls möglich,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, die Verwendung
von Pressluft, um die Projektile mit der vibrierenden Fläche in Berührung zu
bringen, durch andere Rückholmittel
wie zum Beispiel Federn oder Magnete zu ersetzen.
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Auf 15 und 16 ist
eine Vorrichtung 100 gemäß einem anderen Umsetzungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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Diese
Vorrichtung 100 umfasst ein akustisches Aggregat 101,
das an eine Sonotrode 102 gekoppelt ist, die eine vibrierende
Fläche 103 aufweist, mit
der die Projektile in Richtung einer zu behandelnden Fläche S geschleudert
werden können.
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Die
Sonotrode 102 ist am Boden eines Gefäßes 104 angeordnet,
das seitlich durch eine Wand 105 begrenzt ist, deren vorderer
Rand 106 der Fläche
S während
des Betriebs gegenüber
gestellt ist.
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Die
Wand 105 ist mit elektrischen Schützen 107 versehen,
die auf dem Umlauf ihres vorderen Randes 106 verteilt sind,
wobei jeder Schütz
geeignet ist, seinen Zustand zu wechseln, wenn der Abstand d zwischen
dem vorderen Rand 106 und der Fläche S einen vorbestimmten Wert
unterschreitet.
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Das
Gefäß 104 ist
durch eine Leitung 108 mit einer Bergungskammer 109 verbunden,
die wiederum mit Mitteln 110 verbunden ist, mit denen quasi
augenblicklich ein starker Unterdruck in der Bergungskammer 109 erzeugt
werden kann.
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Die
Bergungskammer 109 ist ebenfalls durch eine Leitung 120 mit
einer nicht dargestellten Pressluftquelle verbunden.
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Die
Bergungskammer 109 ist geeignet, eine bestimmte Anzahl
an Projektilen 111 aufzunehmen, die im beschriebenen Beispiel
aus Kugeln bestehen.
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Die
Vorrichtung 100 umfasst einen elektrischen Schütz 112,
der vom Benutzer zur Steuerung des Betriebs des akustischen Aggregats 101 benutzt werden
kann.
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Die
Funktionsweise der Vorrichtung 100 ist die Folgende.
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Es
wird angenommen, dass die Projektile 111 sich in der Bergungskammer 109 befinden.
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Der
Benutzer stellt die Öffnung
des Gefäßes 104 mit
der zu behandelnden Fläche
gegenüber
und nähert
den vorderen Rand 106 dieser Fläche.
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Der
Benutzer drückt
auf den Schütz 112,
um die Erregung der Sonotrode einzuleiten.
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Die
Vorrichtung ermittelt anhand der Schütze 107, ob der vordere
Rand 106 nahe genug an der zu behandelnden Fläche ist,
um ein Entweichen von Kugeln bei der Behandlung zu vermeiden.
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Ist
der vordere Rand 106 nahe genug, wird ein Pressluftstrahl
in die Bergungskammer 109 eingeleitet, um die Kugeln aus
dieser Kammer in das Gefäß 104 zu
treiben, wo sie den Vibrationen der Sonotrode 102 ausgesetzt
sind und wiederholte Wege zwischen der zu behandelnden Fläche und
der Sonotrode vollziehen.
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Wenn
der Benutzer die Vorrichtung von der zu behandelnden Fläche wegzieht,
verändern
die Schütze 107 ihren
Zustand, unterbrechen den Betrieb des akustischen Aggregats, und
starten gleichzeitig die Unterdruckerzeugung in der Bergungskammer 109,
wodurch die Kugeln 111 geborgen werden und ein Entweichen
der Kugeln aus der Vorrichtung vermieden wird.
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Die
Erzeugung eines Unterdrucks zur Bergung der Kugeln in der Bergungskammer
bildet ein Haltemittel im Sinne der vorliegenden Erfindung, mit dem
der Verlust von Projektilen vermieden wird.
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Der
Unterdruck kann auch auf diverse andere Weisen erzeugt werden, zum
Beispiel mit Hilfe einer Vakuumpumpe oder anhand von Pressluft mit
einer Venturivorrichtung.