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Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Eisen und anderen geeigneten
Metallen mittels Sauerstoff zur schichtweisen Entfernung von Werkstoff Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur werkstoffentfernenden Oberflächenbearbeitung von Eisen
und anderen Metallen mittels Sauerstoff.
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Man kennt zweierlei Verfahren zur Bearbeitung von Eisenteilen od.
dgl. durch Entfernung von Werkstoff mittels Sauerstoff, einmal das Schneiden mittels
Brennschneider und dann das Hobelverfahren mit linear bewegten Brenndüsen.
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Beim Brennschneiden hat man unter anderem auch umlaufende Scheiben
mit Brenndüsen verwendet, die während des ganzen Umlaufes Sauerstoff ausblasen,
was eine ungeheure Sauerstoffverschwendung bedeutet, wobei es vollkommen gleichgültig
ist, unter welchem Winkel und zu welchem Zeitpunkt die Schneidstrahlen auf das Werkstück
treffen, wenn nur ein Schnitt durch das ganze Werkstück erreicht wird. Eine Spanabhebung
etwa zur Erzeugung vom Nuten war unmöglich.
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Bisher geschah dies derart, daß man über dem zu bearbeitenden Werkstück,
und zwar unter einem spitzen Winkel zu demselben, eine oder mehrere Sauerstoff ausblasende
Düsen anordnete, die rasch in Richtung ihrer Neigung fortbewegt wurden. Die dabei
erforderliche Vorwärmung des Werkstückes
erfolgt durch den Düsen
benachbarte Heizflammen bekannter Art. In Anlehnung an einen bei der spanabhebenden
Werkstoffbearbeitung üblichen Ausdruck wurde dieses Verfahren mit Sauerstoffhobeln
bezeichnet. Der hauptsächlichste Nachteil desselben besteht darin, daß hierbei die
festen und flüssigen Verbrennungsrückstände von dem Sauerstoffstrahl in Richtung
seiner Vorsahubbewegung -,weggeblasen werden müssen. Dies hat zur Folge, daß sich
der Sauerstoffstrahl schon bei geringen Unebenheiten der Werkstückoberfläche sehr
leicht fängt, wodurch Düsenverstopfungen sowie unsaubere und ungleichmäßige Brennfugen
hervorgerufen werden. Ferner muß, damit eine unterbrechungsfreie Durchführung des
Verbrennungsvorganges gewährleistet ist, die Brennfuge eine gewisse Mindesttiefe
aufweisen, während andererseits die Werkstoffentfernung auch nicht über ein gewisses
Maß hinaus vorgenommen werden kann, weil sonst die lebendige Kraft des Sauerstoffstrahles
nicht mehr ausreichen würde, um die Verbrennungsrückstände aus der Fuge fortzublasen.
Die Einhaltung der richtigen Brenntiefe bedingt aber ein hohes Maß von Erfahrung
und Geschicklichkeit, weil schon sehr kleine Veränderungen des Düsenneigungswinkels
sowie ,des Düsenvorschubs das Ausmaß der Brenntiefe sowie Brennweite des Sauerstoffstrahles
weitgehend beeinflussen. Infolge dieser Umstände kommt das Sauerstoffhobelverfahren
im allgemeinen nur für grobe Oberflächenbearbeitung in Frage.
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Die Erfindung hat die Aufgabe der werkstoffentfernenden Metallbearbeitung
mittels Sauerstoff auf eine ganz andere Weise gelöst. Hier gelangt an Stelle des
Hobelverfahrens das Fräsverfahren zur Anwendung. Dabei wird über das Werkstück ein
sich drehender Körper, der zumeist die Form einer Scheibe oder Walze besitzt, hinwegbewegt.
Dieser Körper besitzt an seinem Umfang eine gewisse Anzahl ungefähr tangential verlaufender
Düsenaustrittsbohrungen oder Schlitze, aus welchen während einer bestimmten Winkellage
zum Werkstück Sauerstoff ausgeblasen wird. Ein solcher Sauerstofffräser nach der
Erfindung ist bisher nicht bekanntgewesen. Durch entsprechend angeordnete Heizflammen
wird für eine genügende Vorwärmung der Berührungsstellen der Sauerstoffstrahilen
mit der Werkstückoberfläche gesorgt. Es handelt sich hierbei um nichts anderes als
um eine Art Fräsvorgang, wobei an Stelle des spanabhebenden Stahles Sauerstoff Verwendung
findet.
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Daß dieses Sauerstofffräsen gegenüber dem Sauerstoffhobeln eine Menge
großer Vorteile besitzt, liegt auf der Hand. Zunächst läßt sich hier die Brenntiefe
innerhalb weiter Grenzen genau einstellen, indem man die Dreh- und Vorschubgeschwindigkeit
des Düsenkörpers sowie die Winkelneigung der Ausblasöffnungen entsprechend wählt.
Die auf diese Weise eingestellte Brenntiefe und damit auch die Brennbreite bleibt
stets dieselbe. Durch seitliches Aneinanderreihen von Düsen verschiedener Art und
Größe können Oberflächenveränderungen mannigfaltigster Art erzielt werden. Bei Anwendung
des Gleichlauffräsens, wobei also die Abwälzrichtung des Düsenkörpers mit der Vorschubrichtung
des letzteren zusammenfällt, wird erreicht, daß die Verbrennungsrückstände nach
rückwärts, also entgegen der Vorschubbewegung, weggeblasen werden, wodurch nicht
nur die Gefahr vonDüsenverstopfungenweitgehendherabg emindert wird, sondern auch
ein störungsfreier Verlauf der Werkstoffentfernung bei selbst ungleichmäßiger Beschaffenheit
der Werkstückoberfläche gewährleistet ist: Dazu kommt noch, daß infolge der verhältnismäßig
geringen Vorschubgeschwindigkeit des sich drehenden Düsenkörpers hier eine viel
leichtere Überwachung und Steuerung des Bearbeitungsvorganges möglich ist als bei
dem Hobelverfahren.
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In. manchen Fällen wird es zweckmäßig sein, den Düsenkörper nur mit
einer einzigen Düse zu versehen. Auch lassen sich an Stelle unmittelbar in den Düsenkörper
eingebrachter Austrittsöffnungen für den Sauerstoff besondere auswechselbare Düsen
verwenden, die zur Erzielung verschiedener Brenntiefen gegebenenfalls schwenkbar
angeordnet sein können. Ferner kann an Stelle des Düsenkörpers auch das Werkstück
oder beide zusammen zur Erzielung des erforderlichen Vorschubs bewegt werden. Schließlich
sind an Stelle umlaufender Düsen auch schwingende (oszillierende) Düsen benutzbar,
wenn durch eine entsprechende Steuerung dafür gesorgt wird,' daß dieselben während
ihres Rücklaufs von der Sauerstoffzufuhr abgeschnitten sind.
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Das neue Verfahren ist jedenfalls dazu angetan, um in vielen Fällen
eine weitgehende Verbesserung der Möglichkeiten für die Werkstoffentfernung an bestimmten
Metallen zu bedeuten..
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Im folgenden wird nun seine Anwendung an einem einfachen Beispiel
näher erläutert. In den Zeichnungen bedeutet Abb. i einen Längsschnitt durch die
Mitte des Düsenkörpers, Abb. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-B, Abb. 3 ein,
Schaubild über den Weg der Sauerstoffstrahlen.
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Auf dem kegelförmigen Ende einer Achse i ist gasdicht ein Körper :2
angeordnet, welcher über ein Zahnrad 3 in Drehung versetzt wird. Ein Stellring q.
sichert den Körper 2 gegen seitliches Verschieben auf der Achse i. An dem Körper
:2 sind eine Anzahl Düsen 5 angebracht, deren schlitzförmige Austrittsbohrungen
9 mit entsprechenden Bohrungen im Körper 2 fluchten. Letztere münden in auf den
Mittelpunkt der Achse i zu verlaufende Kanäle B. Diesen Kanälen strömt während der
Drehung des Körpers 2 um die Achse i zeitweilig Sauerstoff zu, und zwar von dem
durch die Achse i gehenden Kanal 6 über die rechtwinklig hierzu verlaufende Bohrung
7, die so eingebracht ist, daß ihre Mittellinie bei bestimmten Stellungen des Körpers
2 mit den Mittellinien der in den ersteren vorhandenen Bohrungen 8 zusammenfällt.
Durch eine entsprechende Wahl der Richtungen der Bohrungen 7 bis 9 ist dafür gesorgt,
daß bei der Drehung des Körpers 2 aus den Düsen 5 nur während einer bestimmten
Winkellage
der Mittellinien der Austrittsbohrungen 9 in bezug auf das Werkstück io Sauerstoff
ausströmt. Dies ist durch Abb. 3 näher erläutert. Hier bedeutet m den Mittelpunkt
der Drehung des Körpers 2, ö den Drehungswinkel desselben während des Ausströmvorganges,
a1 den Neigungswinkel des Sauerstoffstrahles zur Werkstückoberfläche A-A zu Beginn,
a2 den Neigungswinkel desselben bei Beendigung des Ausströmvorganges. Das Kreisbogenstück
c-c stellt den Weg des Düsenendes dar. Somit gibt die schraffierte Fläche F den
senkrecht auf .die Bewegungsebene des Düsenkörpers gesehenen Weg des Sauerstoffstrahles
zwischen Düsenrand und Werkstoffoberfläche während eines Ausströmvorganges an. Vor
dem Düsenkörper 2 ist eine Heizdüse i i (Abb. i) angebracht, aus welcher ein Brenngasgemisch
zur entsprechenden Vorwärmung der Oberfläche des Werkstückes i o ausströmt.
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Wird nun der Düsenkörper 2 in den Pfeilrichtungen gedreht sowie gleichzeitig
über der Werl:-stückoberfläche fortbewegt und durch die Bohrung 6 Sauerstoff unter
bestimmtem Druck geschickt, so brennen die nacheinander zeitweilig aus den Düse
nöffnungen 9 ausströmenden Sauerstoffstrahlen aus dem durch die aus der Düse i i
kommende Heizflamme vorgewärmten Werkstück io eine Fuge 12 von bestimmter Breite
und Tiefe aus. Selbstverständlich kann der Düsenkörper auch senkrecht zu seiner
Bewegungsebene verstellbar sein, lind zwar auch während des Fräsvorganges. Auf diese
Weise können Flächen von beliebiger Breite bearbeitet werden. Überhaupt lassen sich
durch sinngemäße Anwendung dieses Verfahrens Arbeiten verschiedenster Art, wie z.
B. Verzahnungen u. dgl., ausführen, besonders wenn man zugleich mit dem Düsenkörper
auch dem Werkstück eine entsprechende Bewegung erteilt.