EP0257318A2 - Vorrichtung zur Beschleunigung von ferromagnetischem, körnigem Strahlmittel - Google Patents

Vorrichtung zur Beschleunigung von ferromagnetischem, körnigem Strahlmittel Download PDF

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EP0257318A2
EP0257318A2 EP87110804A EP87110804A EP0257318A2 EP 0257318 A2 EP0257318 A2 EP 0257318A2 EP 87110804 A EP87110804 A EP 87110804A EP 87110804 A EP87110804 A EP 87110804A EP 0257318 A2 EP0257318 A2 EP 0257318A2
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magnetic
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magnet
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Alfred Gutmann Gesellschaft fur Maschinenbau Mbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/08—Devices for generating abrasive blasts non-mechanically, e.g. of metallic abrasives by means of a magnetic field or by detonating cords

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • a device according to the preamble of claim 1 is known. This device is provided with a permanent magnet inside the rotor, the rotor being made of non-ferromagnetic material.
  • the invention is based on the object of providing a device of the type mentioned at the outset which can also be used in practice, ie ensures a correspondingly high acceleration of the blasting medium and a corresponding influencing and control of the blasting medium beam.
  • the rotor consists essentially of soft magnetic material in order to ensure a correspondingly favorable guidance of the magnetic flux.
  • the formation of harmful eddy currents is prevented by the lamella structure.
  • the intermediate rings made of non-magnetizable material between the lamellae made of soft magnetic material ensure that the magnetic flux from the sharp edges of the soft magnetic material passes into the exterior where it is intended to exert the desired force.
  • the soft magnetic material is roughened on the outside (claim 2). This is advantageously done with a firmly adhering layer of granular material with a particularly high saturation induction (claim 3).
  • This material is e.g. Cobalt steel shot.
  • the roughness of the rotor surface favors the adhesion of the ferromagnetic abrasive in this area of the surface for the correspondingly effective acceleration.
  • the blasting agent which is supplied in known devices only by gravity with the aid of a funnel or the like, can advantageously be pre-accelerated, as stated in claims 4 and 5. This means that the speed difference between the impact speed and the peripheral speed of the rotor and the associated friction losses are reduced.
  • the field gradient generated by the magnetic pre-acceleration points as precisely as possible in the direction of the tangent to the rotor at the point of impact and thus brings about the best possible pre-acceleration.
  • the direction of the tangent in the desired manner can be influenced by the adjustment of the permanent or electromagnet.
  • the device can be constructed as specified in claim 9.
  • the device shown in the drawing consists of a rotor 1 and a magnet arrangement 3 arranged therein, made up of individual sectors 2 made of permanent magnetic material.
  • the magnet arrangement normally extends over an angular range of 90 to 270 °. It lies close to the inner surface of the rotor 1 and generates a corresponding magnetic field. This reaches over the air gap 4 through the rotor surface into the space outside the surface. It is thus able to exert forces on ferromagnetic particles perpendicular to the rotor outer surface and to bind them to the surface against the action of the centrifugal forces. In order to make good use of the force of the magnetic field, the air gap must be kept as small as possible.
  • the rotor 1 consists of lamellae 5 made of soft magnetic material, which take over the task of guiding the magnetic flux.
  • the lamellar structure prevents the formation of harmful eddy currents.
  • the areas of soft magnetic material covering one pole of the permanent magnetic sectors 2 are separated by intermediate rings 6 made of non-magnetizable material. As a result, the magnetic flux passes from the sharp edges of the soft magnetic material into the outside space where it should develop the desired force.
  • the lamellae 5 are provided on the outside with a rough surface, which can consist of a firmly adhering layer 7 of granular material with a particularly high saturation induction (eg shot of cobalt steel).
  • a rough surface which can consist of a firmly adhering layer 7 of granular material with a particularly high saturation induction (eg shot of cobalt steel).
  • the roughness of the rotor surface leads to better adhesion of the ferromagnetic abrasive in this area and thus promotes acceleration.
  • the feed device for the tangential feed of the blasting medium is designated by 8. It consists of a permanent or electromagnet 9 adjustable in two directions and a magnetic yoke 10. In this way, a targeted return of the magnetic flux generated by the magnet 9 via the part of the rotor 1 and the air gap 11 is achieved.
  • the abrasive is pre-accelerated, with the generated field gradient pointing exactly in the direction of the tangent to the rotor at the point of impact. There is an acceleration from the speed V0 to the starting speed of V start , which is in the range of 25 m / s.
  • the magnet arrangement 3 has individual magnetic webs or disks 12 which can be adjusted by rotation relative to the corresponding, adjacent, fixed magnetic webs or disks. This can also be done by group-wise adjustment of the magnetic webs or disks with a specific magnetization direction. In this way, the discharge point for part of the blasting medium is shifted on the circumference and a larger resulting scattering width is obtained for the entire beam, i.e. a fan is created so that a correspondingly large surface can be irradiated. The angle that the fan describes can also be adjusted to adapt to the various workpieces.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which two devices according to the invention are connected in series if a particularly high ejection speed is desired or if one device is not sufficient for acceleration for certain design reasons.
  • the permanent magnetic systems 16 each extend over 180 °.
  • the drop point of the first device 13 is the transfer point for the second device 14, ie the entrance area of this device.
  • the two devices are thus complementary to each other.
  • FIG. 4 is particularly advantageous if a wider rotor arrangement (axially longer) with wider soft iron rings is provided. It can be seen that the magnet arrangement 3 from the sectors 2 is constructed differently in the middle region. The middle sector is divided so that two sectors with the same polar direction lie side by side. Each middle sector lies on the edge of the associated lamella 5 made of soft magnetic material.
  • the magnetic flux of the sector 2 located at the very top travels in the shortest possible way via the intermediate ring 6 made of non-magnetizable material into the “divided” sector 2 below.
  • the division of the middle sector into two sectors with the same polar direction is - as I said - only chosen for the middle area. If the rotor arrangement is correspondingly wider, a corresponding number of sectors with alternating pole directions can be provided in a corresponding manner on the outside.

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Abstract

Die Vorrichtung zur Beschleunigung von ferromagnetischem, körnigem Strahlmittel zur Oberflächenbehandlung besteht aus einem als Trommel ausgebildeten Rotor (l), in dessen Innenraum eine sich über einen Winkelbereich von mindestens 90 ° erstreckende Magnetanordnung (3) aus vorzugsweise permanenmagnetischem Material angeordnet ist. Eine Einrichtung (8) zur tangentialen Zuführung des Strahlmittels ist vorgesehen. Der Rotor (l) besteht aus Lamellen (5) aus weichmagnetischem Material, zwischen denen Zwischenringe (6) aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, wodurch der magnetische Fluß aus den scharfen Kanten des weichmagnetischen Materials in den Außenraum so übertritt, daß er die gewünschte Kraftwirkung besonders günstig entfaltet und so für eine wirksame Beschleunigung des Strahlmittels sorgt. In vorteilhafter Weise kann die Zuführeinrichtung (8) mit einer magnetischen Vorbeschleunigungseinrichtung (9,l0) versehen sein, die für eine Vorbeschleunigung des Strahlmittels tangential zu der entsprechend gerichteten Geschwindigkeit des Rotors (l) im Eingangsbereich sorgt. In besonders vorteilhafter Weise ist der Magnet (3) in einzelne Magnetstege (l2) aufgeteilt, die verstellbar sind, um insbesondere im Abwurfbereich für eine entsprechende Streubreite (Fächer) des Strahlmittels zu sorgen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Ober­begriff des Patentanspruches l.
  • Aus der DT-OS 2 24l 506 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches l bekannt. Diese Vorrichtung ist mit einem Permanentmagneten im Inneren des Rotors versehen, wobei der Rotor aus nicht-ferromagnetischem Material besteht.
  • In der Praxis konnten sich derartige Vorrichtungen zur magnetischen Beschleunigung von Strahlmittel bisher nicht durchsetzen, da die Beschleunigung und die Beeinflussung des Strahlmittels für die praktischen Anforderungen nicht ausreichend war.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vor­richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch in der Praxis einsetzbar ist, d.h. für eine entsprechend hohe Beschleunigung des Strahlmittels und für eine entsprechende Beeinflussung und Steuerung des Strahlmittelstrahles sorgt.
  • Diese Vorrichtung wird grundsätzlich durch das Kennzeichen des Anspruches l gelöst.
  • Erfindungsgemäß besteht der Rotor im wesentlichen aus weich­magnetischem Material, um für eine entsprechend günstige Führung des magnetischen Flusses zu sorgen. Durch die Lamellen­struktur wird die Ausbildung schädlicher Wirbelströme ver­hindert. Die Zwischenringe aus nichtmagnetisierbarem Material zwischen den Lamellen aus weichmagnetischem Material stellen sicher, daß der magnetische Fluß aus den scharfen Kanten des weichmagnetischen Materials dort in den Außenraum übertritt, wo er die gewünschte Kraftwirkung entfalten soll.
  • Um den für die Kraftwirkung entscheidenden Gradienten des magnetischen Feldes noch weiter zu erhöhen, wird das weichmagnetische Material außen aufgerauht (Anspruch 2). Dieses geschieht in vorteilhafter Weise mit einer festhaftenden Schicht aus körnigem Material mit besonders hoher Sättigungsinduktion (Anspruch 3). Dieses Material ist z.B. Schrot aus Kobaltstahl. Durch die Rauhigkeit der Rotoroberfläche wird die Haftung des ferromagnetischen Strahlmittels in diesem Bereich der Oberfläche zur entsprechend wirksamen Beschleunigung begünstigt.
  • Das Strahlmittel, das bei bekannten Vorrichtungen lediglich durch Schwerkraft mit Hilfe eines Trichters oder dergl. zugeführt wird, kann in vorteilhafter Weise, so wie in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben, vorbeschleunigt werden. Das heißt, die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Auftreff­geschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit des Rotors und die damit verbundenen Reibungsverluste werden vermindert. Der durch die magnetische Vorbeschleunigung erzeugte Feld­gradient weist möglichst genau in Richtung der Tangente an dem Rotor im Auftreffpunkt und bewirkt so eine möglichst gute Vorbeschleunigung. Die Richtung der Tangente in der gewünschten Weise kann durch die Verstellung des Permanent- ­oder Elektromagneten beeinflußt werden.
  • In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, im Abwurfbereich des Strahlmittels einen Fächer für das Strahlmittel zu erzeugen, um so eine entsprechend flächige Oberflächenbehandlung zu ermöglichen. Wenn ein solcher Fächer erzeugt wird, ist es wiederum wünschenswert, den Winkel, den der Fächer beschreibt, zur Anpassung an das zu strahlende Werkstück zu verändern. Dieses geschieht in vorteilhafter Weise durch die Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8.
  • Wenn eine besonders hohe Beschleunigung erwünscht ist oder die Beschleunigung einer Vorrichtung nicht ausreicht, so kann die Vorrichtung so aufgebaut werden, wie in Anspruch 9 angegeben.
  • Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. l einen Querschnitt durch die wesentlichen Teile einer Vorrichtung nach der Erfindung;
    • Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie A-A der Fig. l;
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform, und
    • Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt, jedoch durch eine andere Ausführungsform.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Rotor l und einer in diesem angeordneten Magnet­anordnung 3 aus einzelnen Sektoren 2 aus permanentmagne­tischem Material. Die Magnetanordnung erstreckt sich normaler­weise über einen Winkelbereich von 90 bis 270 °. Sie liegt nahe an der inneren Oberfläche des Rotors l an und erzeugt ein entsprechendes magnetisches Feld. Dieses greift über den Luftspalt 4 durch die Rotoroberfläche in den Raum außerhalb der Oberfläche über. Es ist so in der Lage, senkrecht zur Rotoraußenfläche gerichtete Kräfte auf ferromagnetische Partikel auszuüben, und diese entgegen der Wirkung der Zentrifugalkräfte an die Oberfläche zu binden. Um zu einer guten Ausnutzung der Kraftwirkung des magnetischen Feldes zu gelangen, muß der Luftspalt möglichst klein gehalten werden.
  • Der Rotor l besteht - wie aus Fig. 2 ersichtlich - aus Iamellen 5 aus weichmagnetischem Material, die die Aufgabe der Führung des magnetischen Flusses übernehmen. Die Lamellen­struktur verhindert die Ausbildung von schädlichen Wirbel­strömen. Die jeweils einen Pol der permanentmagnetischen Sektoren 2 überdeckenden Bereiche aus weichmagnetischem Material sind durch Zwischenringe 6 aus nicht magnetisier­barem Material getrennt. Dadurch tritt der magnetische Fluß aus den scharfen Kanten des weichmagnetischen Materials in den Außenraum dort über, wo er die gewünschte Kraft ent­falten soll.
  • Um den für die Kraftwirkung entscheidenden Gradienten des magnetischen Feldes noch weiter zu erhöhen, sind die Lamellen 5 außen mit einer rauhen Oberfläche versehen, die aus einer festhaftenden Schicht 7 aus körnigem Material mit besonders hoher Sättigungsinduktion (z.B. Schrot aus Kobalt­stahl) bestehen kann. Die Rauhigkeit der Rotoroberfläche bedingt eine bessere Haftung des ferromagnetischen Strahl­mittels in diesem Bereich und fördert somit die Beschleunigung.
  • Die Zuführeinrichtung zur tangentialen Zuführung des Strahl­mittels ist mit 8 bezeichnet. Sie besteht aus einem in zwei Richtungen einstellbaren Permanent- oder Elektromagneten 9 und einem magnetischen Joch l0. Hierdurch wird eine gezielte Rückführung des von dem Magneten 9 erzeugten magnetischen Flusses über den Teil des Rotors l und den Luftspalt ll erreicht. Es erfolgt eine Vorbeschleunigung des Strahl­mittels, wobei der erzeugte Feldgradient genau in Richtung der Tangente an den Rotor im Auftreffpunkt weist. Es erfolgt eine Beschleunigung von der Geschwindigkeit V₀ auf die Startgeschwindigkeit von Vstart, die im Bereich von 25 m/s liegt.
  • Die Magnetanordnung 3 weist - wie der Fig. 2 zu entnehmen - ­einzelne Magnetstege oder -scheiben l2 auf, die durch Verdrehung gegenüber der entsprechenden, benachbarten, feststehenden Magnetstegen oder -scheiben verstellbar sind. Dieses kann auch durch gruppenweise Verstellung der Magnet stege oder -scheiben mit einer bestimmten Magnetisierungs­richtung geschehen. Auf diese Weise wird der Abwurfpunkt für einen Teil des Strahlmittels auf dem Umfang verschoben und man erhält eine größere resultierende Streubreite für den gesamten Strahl, d.h. es entsteht ein Fächer, so daß eine entsprechende große Oberfläche bestrahlt werden kann. Der Winkel, den der Fächer beschreibt, ist hierdurch zur Anpassung an die verschiedenen Werkstücke ebenfalls einstellbar.
  • In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der zwei Vorrichtungen nach der Erfindung hintereinandergeschaltet sind, wenn eine besonders hohe Abwurfgeschwindigkeit erwünscht wird oder aber eine Vorrichtung aus bestimmten konstruktiven Gründen zur Beschleunigung nicht ausreicht.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die permanentmagnetischen Systeme l6 über jeweils l80 °. Der Abwurfpunkt der ersten Vorrichtung l3 ist die Übergabestelle für die zweite Vorrichtung l4, d.h. der Eingangsbereich dieser Vorrichtung. Die beiden Vorrichtungen sind also komplementär zu einander angeordnet.
  • Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine breitere Rotoranordnung (axial länger) mit breiteren Weicheisenringen vorgesehen ist. Es ist erkennbar, daß die Magnetanordnung 3 aus den Sektoren 2 im mittleren Bereich anders aufgebaut ist. Der mittlere Sektor ist aufgeteilt, so daß zwei Sektoren mit gleicher Pol­richtung nebeneinander liegen. Jeder mittlere Sektor liegt am Rand der zugeordneten Lamelle 5 aus weichmagnetischem Material.
  • Hierdurch gelangt der magnetische Fluß des ganz oben ge­legenen Sektors 2 aus permanentmagnetischem Material auf kürzestem Wege über den Zwischenring 6 aus nicht magnetisier­barem Material in den darunter befindlichen "geteilten" Sektor 2. Für die untere Hälfte gilt aus Symmetriegründen entsprechendes. Die Aufteilung des mittleren Sektors in zwei Sektoren mit gleicher Polrichtung wird - wie gesagt -nur für den mittleren Bereich gewählt. Ist die Rotoranordnung entsprechend breiter, so können außen eine entsprechende Anzahl von Sektoren mit abwechselnder Polrichtung in ent­sprechender Weise vorgesehen sein.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Beschleunigung von ferromagne­tischem, körnigem Strahlmittel zur Oberflächenbehandlung mit einem als Trommel ausgebildeten Rotor, in dessen Innenraum eine sich über einen Winkelbereich von mindestens 90 ° erstreckende Magnetanordnung (3) angeordnet ist, sowie mit einer Einrichtung zum tangentialen Zuführen des Strahl­mittels im Bereich des Beginns des Magneten, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Rotor (l) aus Lamellen (5) aus weich­magnetischem Material besteht, zwischen denen Zwischenringe (6) aus nicht magnetisierbarem Material angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeich­net, daß die Lamellen (5) aus weichmagnetischem Material an ihrem Außenumfang eine rauhe Oberfläche aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß die rauhe Oberfläche durch eine Schicht (7) aus körnigem Material mit hoher Sättigungsinduktion, z.B. Kobaltstahl, gebildet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch l oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Einrichtung (8) zum Zuführen des Strahl­mittels einen magnetischen Vorbeschleuniger aufweist, der aus einem Permanent- oder Elektromagneten (9) und einem magnetischen Joch (l0) besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Permanent- oder Elektromagnet (9) verstell­bar ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor­stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Innenraum des Rotors (l) vorgesehene Magnetanordnung (3) insbesondere im Bereich der Abwurfstelle des Strahlmittels verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Magnetanordnung durch Magnetstege oder -scheiben (l2) gebildet ist, die gegeneinander verstellbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Verstellung der Magnetstege oder -scheiben (l2) durch Verdrehung erfolgt.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei derartige Vorrichtungen hintereinandergeschaltet sind, wobei die Abwurfstelle der ersten Vorrichtung den Einfangbereich der zweiten Vorrichtung bildet, und der Rotor der zweiten Vorrichtung mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit umläuft als der Rotor der ersten Vorrichtung.
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