EP0800440B1

EP0800440B1 - Vorrichtung zum dosieren von körnigen, rieselfähigen materialien, insbesondere strahlmittel

Info

Publication number: EP0800440B1
Application number: EP96938116A
Authority: EP
Inventors: Heinz Ruholl
Original assignee: Heinrich Schlick GmbH
Current assignee: Heinrich Schlick GmbH
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2001-07-25
Anticipated expiration: 2016-11-06
Also published as: ATE203447T1; EP0800440A1; ES2162109T3; JPH10512502A; KR100399697B1; US6000995A; PT800440E; KR19980701240A; DE59607361D1; WO1997017169A1; CA2189201A1; DE19541228A1; DE19541228C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahleinrichtung für eine Bearbeitung von Werkstücken oder großen Flächen mit einer Vorrichtung zum Dosieren von körnigem, rieselfähigem Strahlmittel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der EP-A-0 578 132 bekannt. Unter einem Kessel, der mit Strahlmittel gefüllt ist, ist eine Strahlmittelzuführung angeordnet. Die Strahlmittelzuführung besteht aus einem Schneckenrohr, in dem eine Dosierschnecke angeordnet ist. Das von der Dosierschnecke beförderte Strahlmittel fällt durch ein am Ende eines Abgabebereichs angeordnetes Rohr. Am Rohr ist ein Durchflußaufnehmer angeordnet, der aufgenommene Meßsignale einer Auswerteeinheit zuführt. Die Auswerteeinheit wertet die Meßsignale aus und vergleicht das Auswerteergebnis mit Sollwerten. Mit Hilfe der Auswerteergebnisse wird die Drehgeschwindigkeit der Dosierschnecke eingestellt.

Diese Vorrichtung hat sich bewährt. Auch wenn die Dosierschnecke eine Zweigang-Schneckenwendel aufweist, reicht das nicht aus, um alle körnigen, rieselfähigen Materialien für einen Bearbeitungsvorgang einzusetzen. Sehr feinkörnige Materialien weisen ein mehlähnliches Verhalten auf. Die Zweigang-Schneckenwendel der Dosierschnecke sorgt mit ihrem sich verjüngenden Schneckenende bei diesen Materialien nicht für eine gleichmäßige Dosierung, sondern drückt die mehlähnlichen Materialien zusammen, so daß das Strahlmittel klumpenweise das Fallrohr passiert. Hierdurch wird die Funktion des Durchflußaufnehmers und der mit ihm zusammenarbeitenden Auswerteeinheit empfindlich gestört. Der Durchflußaufnehmer stellt höchste und niedrigste Materialdichten fest, so daß die Auswerteeinheit die Dosierschnecke auf Null-Umdrehungen oder Maximal-Umdrehungen einstellt.

Verbesserungswürdig ist darüber hinaus der Transport des aus dem Fallrohr kommenden Materials zur Strahldüse. Da durch, daß die ankommenden Materialmengen einfach nur weggeblasen werden, ist eine vereinzelte und gezielte Wirkung jedes einzelnen Korns nicht gegeben.

Aus der US 2,365,250 ist eine Reinigungseinrichtung bekannt, bei der unter einer Strahlmittelzuführung eines Strahlmitteltrichters ein Mischglied angeordnet ist. Das Mischglied besteht aus einer Quer- und einer Längsbohrung, die mit einer Mischkammer verbunden sind. In die Bohrung ist ein Nippel montiert, der mit seiner Spitze hinter der Verbindungsstelle der Querbohrung und damit außerhalb der Mischkammer angeordnet ist und so vor einem Adpater endet. Mit dem Adapter ist eine Leitung mit einem relativ großen Innendurchmesser verbunden.

Nachteilig ist, daß die in die Mischkammer einströmende Druckluft hier nur ein Vakuum gegenüber dem in die Mischkammer einströmenden Strahlgut erzeugt. Durch das Vakuum wird das Strahlgut angesaugt und in die Leitung gedrückt. Zur Unterstützung der Förderleistung der Mischkammer muß die Längsbohrung nach unten gerichtet werden, denn der auf die Leitung ausgeübte Förderdruck ist so gering, daß die Länge der Leitung und damit die Wirkung des Strahlguts begrenzt ist. Damit das Strahlmittel seine reinigende Wirkung ausüben kann, muß wenigstens Dampf hinzugesetzt werden.

Aus der GB-A-2 182 628 ist eine Kugelstrahlvorrichtung bekannt, die eine Förderschnecke mit einem Einlaß umfaßt, der mit granulatförmigem Medium über einen Trichter versorgt wird. Die Förderschnecke wird mittels eines Schrittmotors angetrieben, um das in den Einlaß zugeführte Medium mit einer genau geregelten Geschwindigkeit zu einer Auslaßleitung voranzuschieben. Der Motor wird durch einen Computer geregelt, damit eine programmierte Strömungsmenge aus der Auslaßleitung austritt. Ein kapazitiver Näherungsschalter ist in der Auslaßleitung vorgesehen, um zu ermitteln, ob der Auslaß blockiert ist.

Nachteilig ist, daß mit der bekannten Vorrichtung gleichfalls nicht sämtliche Materialien, also auch nicht mehlähnliche, ohne Funktionsstörungen verarbeitet werden können. Außerdem wird das Material nach dem Austritt aus der Förderschnecke ebenfalls nur weggeblasen, so daß das einzelne Korn nicht voll seine Wirkung entfalten kann, was aber insbesondere bei Shot-Peening-Prozessen unverzichtbar ist.

Schließlich ist aus der EP-A-0 218 869 eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Dosieren von körnigem Strahlmittel bei pneumatisch arbeitenden Strahlmittelanlagen bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird Strahlmittel in einen geschlossenen druckfesten Kessel vorrätig gehalten. Unter einem Auslauftrichter des Kessels ist eine Förderschnecke angeordnet, die sich in einem waagerechten Schneckenrohr dreht. Dabei erfaßt der Aufnahmebereich der Förderschnecke Strahlmittel und gibt es an den Abgabebereich ab. Das Schneckenrohr ist an seinem Ende mit einer Rohrleitung verbunden, in die das Strahlmittel eingegeben wird. Da die Rohrleitung mit Druckluft beaufschlagt ist, wird das Strahlmittel zum Förderkreisstrom mitgerissen und zur Strahldüse geführt. Zur Vergleichmäßigung des zu dosierenden Strahlmittels ist eine Vorrichtung zum Ausgleich des Druckgefälles vom Inneren des geschlossenen Kessels zum Inneren des Schneckenrohrs bis hin zur Förderleitung vorgesehen.

Um aber sämtliche Materialien verarbeiten zu können und deren Wirskamkeit voll zur Geltung zu bringen, sind die bisherigen Maßnahmen zur Vergleichmäßigung des Materials nicht ausreichend.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, eine Strahleinrichtung der eingangs genannten are so weiter zu entwickeln, daß sämtliche Materialkonfigurationen verarbeitbar sind und jedes Material seine Wirksamkeit voll zur Geltung bringen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Strahleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Material, insbesondere das Strahlmittel, wirksam mit der ankommenden Druckluft vermengt wird. Dadurch wird eine unterschiedliche Materialkonzentration an der Strahldüse vermieden. Außerdem wird jedes einzelne Korn des Materials "freigelegt" und unter hoher Geschwindigkeit der Strahldüse zugeführt. Durch die Verstellbarkeit der Treibdüse läßt sich die Mischkammer unterschiedlichsten Materialien anpassen. Je nach dem einzusetzenden Material wird dabei die Treibdüse entweder weiter hinein in die oder weiter heraus aus der Mischkammer herausgedreht. Hierdurch wird für eine veränderbare Mischkammer gesorgt. Der Düsenabschnitt-Förder-Einsatz sorgt dafür, daß dem Material-Druckluft-Gemisch eine hohe Strahl-Geschwindigkeit verliehen wird.

Die Unterteilung des Düsenabschnitt-Förder-Einsatzes in den Düsenabschnitt und das sich daran anschließende Mischrohr sichert ein Weiterleiten des im Mischraum hergestellten Material-Druckluftgemisches mit entsprechender Geschwindigkeit zur Strahldüse.

Die wahlweise Positionierung der Dosierschnecke ermöglicht es, körnige, rieselfähige Materialien sämtlicher Konfigurationen zu befördern. Die Steigung der Zweigang-Schneckenwendel kann auf zweierlei Art und Weise ausgebildet sein. In der ersten Ausbildungsart nimmt die Steigung der Zweigang-Schneckenwendel vom Zweigang-Wendelsteigungs-Ende unter Verkleinerung von ersten Sektionen kontinuierlich ab. In der zweiten Ausführungsform nimmt die Steigung der Zweigang-Schneckenwendel vom Wendelsteigungs-Anfang zum Wendelsteigungs-Ende unter Vergrößerung von zweiten Sektionen kontinuierlich zu.

Weiterhin können die Dosierschnecken im Schneckenrohr vom Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang zum Zweigang-Wendelsteigungs-Ende unter dem Aufnahmebereich umanordnenbar sein.

Handelt es sich um übliche körnige und rieselfähige Materialien, wird die erste Ausführungsform der Dosierschnecke eingesetzt. Durch die kontinuierliche Verkleinerung der Scheckenwendelsektionen, bedingt durch die Steigungsverjüngung, wird das Strahlmittel komprimiert und die gleichmäßige Dosierung im Abgabebereich begünstigt.

Bei rieselfähigen, körnigen Materialien, die sich mehlähnlich verhalten, wird eine Dosierschnecke der zweiten Ausführungsform mit dem Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang unter dem Aufnahmebereich positioniert. Durch diese Umpositionierung der Steigung gegenüber der ersten Ausführungsform der Dosierschnecke wird erreicht, daß das ankommende mehlänliche Material, insbesondere Strahlmittel auf die schmaleren Sektionen der Dosierschnecke fällt. Durch die sich nun kontinuierlich vergrößernden Sektionen der Zweigang-Schneckenwendel liegt das Material immer flacher in den einzelnen Sektionen auf, so daß bestehende Verklumpungen sicher aufgehoben werden. Von besonderer Bedeutung ist, daß hierdurch spezielle Strahlmittel für Feinstrahlarbeiten effektiv eingesetzt werden können. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, daß sich mit der so umpositionierten Steigung der Zweigang-Schneckenwendel das gesamte Strahlmittel wirksam "auswaschen" läßt. Um durchgeführte Strahlungen sicher reproduzieren zu können, muß bei dem Einsatz eines neuen Strahlmittels das vorherige vollständig aus der Einrichtung entfernt werden. Dieses Bespülen erfolgt mit Druckluft. Der umgekehrte Verlauf der Zweigang-Schneckenwendel sorgt für ein stärkeres Wirksamwerden der Druckluft. Dadurch werden sämtliche Strahlmittelreste entfernt.

Um die Dosierschnecke der ersten Ausführungsform gleichfalls wirksam "auswaschen" zu können, wird diese im Schneckenwendelgehäuse umpostioniert. Dadurch gelangt anstelle des Zweigang-Wendelsteigungs-Anfangs das Zweigang-Wendelsteigungs-Ende unter den Aufnahmebereich. Durch die sich vergrößernden Sektionen der der Zweigang-Schneckenwendel wird auch hier der Spül-Druckluft im wesentlichen kein Widerstand entgegensetzt. Dadurch, daß der konisch verjüngte Schneckenanfang am Aufnahmebereich und das konisch verbreiterte Schneckenende am Abgabebereich positioniert ist, wird der durch die Strahlmittelzuführung fließenden Druckluft kein Widerstand entgegengesetzt. Vielmehr sorgt auch hier der umgekehrte Verlauf der Zweigang-Schneckenwendel für ein verstärktes Wirksamwerden der Druckluft, so daß sämtliche Strahlmittelreste entfernt werden können.

Welche Dosierschnecke beim Strahlbetrieb eingesetzt wird, wird bei einem Probelauf der Anlage durch den Betreiber bzw. anhand von Erfahrungswerten entschieden.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Druckausgleichsleitung mit dem Kessel, einem Druckausgleichsleitungs-Anschluß der Strahlmittelzuführung und der Treibdüse der Mischkammer verbunden ist. Die Druckausgleichsleitung sorgt für ein gleichmäßiges Nachfließen des Materials, insbesonderedes Strahlmittels.

Um einen kontinuierlichen Strahlmittelbetrieb zu gewährleisten, ist über dem Kessel ein weiterer Kessel angeordnet. Mit Hilfe des zweiten Kessels ist es möglich, Material, insbesondere Strahlmittel, während eines laufenden Strahlvorganges nachzufüllen, ohne daß dessen Qualität beeinflußt wird bzw. den Strahlvorgang ohne Unterbrechung fortzuführen.

Vorteilhaft ist es, wenn der Kessel, der weitere Kessel und die Treibdüse an einer Druckluftleitung angeschlossen sind. Hierdurch kann die gesamte Anlage mit einer Druckluftquelle betrieben werden.

Um die Treibdüse verstellbar zu machen, kann an der Kammerrückwand ein Gewindering angeordnet sein, der mit einem auf der Treibdüse angebrachten Außengewinde verstellbar ist.

Die Material-Verbindungsstelle zwischen Fallrohr und Kammerrohr kann als Anschlußstutzen ausgeführt sein. Hierdurch wird gewährleistet, daß das ankommende Strahlmittel im freien Fall weiter in den Mischraum der Mischkammer faller kann. Die Materialverbindungsstelle zwischen Fallrohr und Kammerrohr kann aber auch als Materialzuführungs-Doppeltrichter ausgebildet werden. Hierdurch ist eine gewollte Konzentration des aus dem Fallrohr ankommenden Materials möglich. Je enger der Querschnitt vom Trichtereingang zum Trichterausgang wird, um so eher eine Materialkonzentration möglich. Der Einsatz des Doppeltrichters bewirkt darüberhinaus eine dosierende Funktion. Fällt die Strahlmitteldosierung über die Dosierschnecke aus, kann hierdurch für eine Übergangszeit eine Dosierung vorgenommen.

Um sich unterschiedlichen Einsatzbedingungen und Materialverschleißerscheinungen anpassen zu können, kann die Treibdüse auswechselbar angeordnet sein.

Vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteeinheit aus folgenden Teilen besteht:

einem Correlator mit einer Strahlmittelwahl, der an dem Durchflußaufnehmer anliegt,
einem Sysline regler, der mit dem Correlator verbunden ist,
einer Steuereinheit, die bidirektional an dem Sysline regler und jeweils unidirektional an der Strahlmittelwahl des Correlators und dem regelbaren Antrieb der umpositionierbaren Dosierschnecke angeordnet ist.

Hierdurch ist es möglich, durch die Strahlmittelwahl unterschiedliche Strahlmittel mit abweichenden Gewichten zu kalibrieren und zu programmieren. Die übergeordnete Steuereinheit hat die Möglichkeit, diese unterschiedlichen Strahlmittel automatisch am Correlator abzurufen. Der Syslineregler sorgt dafür, daß der jeweilige Strahlvorgang direkt mit dem vorgegebenen Sollwert gestartet wird. Hierdurch verkürzt sich die Einstrahlzeit um etwa 35 s.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß SIEGEL, Wolfgang: Pneumatische Fördertechnik, 1. Aufl. Vogel-Fachbuch Verfahrenstechnik, 1991, S. 187 ff. eine Injektorschleuse beschreibt, die aus vier Teilen besteht. Eine Treibdüse, an die sich eine Mischkammer anschließt. In der Mischkammer erweitert sich der aus der Treibdüse austretende Treibstrahl konisch, bevor er in ein Mischrohr einströmt. In einem sich daran anschließenden Düsenabschnitt wird die sich gebildete kinetische Energie der Luft in Druck umgesetzt. Ist der Gegendruck in einer sich anschließenden Förderleitung gering, kann die Injektorschleuse als Saug-Druck-Injektor wirken. Allerdings wird die Injektor-Schleuse lediglich als pneumatische Förderanlage zum Befördern von Fördergütern aus Behältern verwendet. Mit Hilfe der nach dem beschriebenen Prinzip arbeitenden Saug-Druck-Förderanlagen kann Getreide aus Schiffen entladen werden, PE-Pulver befördert oder Schaum-Polystyrol-Perlen und Styrophil gefördert werden. Außerdem ist die Injektorschleuse im beschriebenen Aufbau nicht für Strahlanlagen einsetzbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Strahleinrichtung,
Fig. 2: eine Mischkammer für eine Strahleinrichtung gemäß Fig. 1 in einer geschnittenen, schematischen Darstellung,
Fig. 3: einen Schnitt durch eine Mischkammer gemäß Fig. 2 entlang der Linie III - III in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4: eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes X aus der in Fig. 2 dargestellten Mischkammer und
Fig. 5a und 5b: Ausführungsformen einer Strahlmitteldosierschnecke für eine Strahlmitteleinrichtung gemäß Fig. 1 in einer schematischen, geschnittenen Darstellung.

Eine erfindungsgemäße Strahleinrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.

Mit 1 ist ein unterer Kessel und mit 2 ein oberer Kessel bezeichnet. Der obere Kessel 2 ist durch eine Absperrklappe 3' abgeschlossen. Zwischen dem oberen Kessel 2 und dem unteren Kessel 1 ist eine Absperrklappe 3 angeordnet. Beide Kessel haben eine im wesentlichen trichterförmige Gestalt und sind durch ein Dach luftdicht verschlossen. In ihnen befindet sich als körniges, rieselfähiges Material ein Strahlmittel 30. An der Seite des Kessels 2 ist eine Max-Füllstandssonde 4' angeordnet, um den maximalen Füllstand des Strahlmittesl 30 ermitteln zu können. Am Kessel 1 ist eine Max-Füllstandssonde 4 und eine Min-Füllstandssonde 5 installiert, mit deren Hilfe der maximale und der minimale Füllstand an Strahlmittel im Kessel 1 feststellen zu können. Unterhalb des Kessels 1 ist durch eine weitere Absperrklappe 3" unterbrochen eine Strahlmittelzuführung 6 angeordnet.

Die Strahlmittelzuführung besteht, wie im Detail die Fig. 5a und 5b zeigen, aus einem Schneckenrohr 66 und einer darin rotierenden Dosierschnecke 60, 60'. Die Dosierschnecke 60 trägt auf einer Schneckenwelle 61, die mit einer Drehwelle 61' verbunden ist, Schneckenwendeln 65 und 65'. Die Schneckenwendeln 65 und 65' sind einstückig mit der Schneckenwelle 61 verbunden.

Die Schneckenwendeln 65, 65' sind am Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang 70, 70' relativ groß, verglichen mit denen am Zweigang-Wendelsteigungs-Ende 71, 71'. In den Fig. 5a und 5b sind diese Durchmesser mit D1 und D2 definiert. Die Schneckenwendeln 65 und 65' begrenzen zwischen sich einen Schneckenwendelabstand 63.1, ... 63.n. Er wird bei einer Dosierschnecke 60 gemäß Fig. 5a mit abnehmender Steigung und abnehmendem Durchmesser von D1 zu D2 in Förderrichtung immer schmaler. Bei einer Dosierschnecke 60' gemäß Fig. 5b wird mit zunehmender Steigung und abnehmendem Durchmesser von D1 zu D2 der Schneckenwendelabstand 63'.1,...63'.n immer größer. Hierdurch entstehen Sektionen 64.1, ... 64.n; 64'.1,... 64'.n mit unterschiedlichem Volumen, die durch die Zweigang-Schneckenwendel 65, 65' eine Schneckenwendel 61 und das Schneckenrohr 66 begrenzt sind. Die so beschriebene Dosierschnecke 60, 60' wird in Drehlagern im Schneckenrohr 66 drehbar gehalten.

Im Schneckenrohr befindet sich ein Kesselanschlußstutzen 67, der einen Aufnahmebereich für das aus dem Kessel 1 über die Absperrklappe 3" fließende Strahlmittel 30 bildet. Am entgegengesetzten Ende befindet sich im Schneckenrohr 66 ein Rohranschluß 69, der einen Abgabebereich für das von der Dosierschnecke beförderte Strahlmittel 30 bildet. Erfindungswesentlich ist, daß der Zweigang-Steigungs-Anfang 70 gemäß Fig. 5a unter dem Kesselanschlußstutzen 67 und das Zweigang-Steigungs-Ende 71 gegenüber dem Rohranschluß 69 positioniert ist oder das Zweigang-Wendelsteigungs-Ende 71 unterhalb des Kesselanschlußstutzens 67 angeordnet und der Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang 70 gegenüber dem Rohranschluß 69 werden kann.

Die Dosierschnecke 60, 60' der Strahlmittelzuführung 6 wird über einen Gleichstrommotor 7 angetrieben. Der Gleichstrommotor 7 ist mit einem Getriebe oder einer Thyristor-Steuerung oder selbst als Getriebemotor ausgebildet. Außerdem ist der Gleichstrommotor 7 über ein Tacho 8 verbunden. Hierdurch wird gesichert, daß die Drehzahl der Dosierschnecke 60 stufenlos und bei eingestellter Umdrehungszahl mit einen nahezu 100 %igen Gleichlauf bewegbar ist.

Am Rohranschluß 69 ist ein Fallrohr 28 angeordnet. Es besteht aus einer Vorlaufstrecke 9, an die sich ein Durchflußaufnehmer 10 anschließt. Nach dem Durchflußaufnehmer 10 ist eine Nachlaufstrecke 11 angeordnet. Der Durchflußaufnehmer 10 verwendet für eine Meßwertaufnahme einen Meßwertkondensator. Die absolute Kapazitätsänderung hervorgerufen durch Feststoffpartikel des Strahlmittels 30 pro Raumeinheit im Meßkondensator - im Vergleich zu der vorher gemessenen Leerrohrkapazität ist proportional zum Strahlmitteldurchsatz. Die durch den Strahlmitteldurchsatz hervorgerufene Kapazitätsänderung wird in ein störsicheres Puls-Frequenz-Modulationssignal umgewandelt und an einen angeschlossenen Correlator 25 weitergegeben. Mit dem Correlator 25 ist eine Strahlmittelwahl S1, ... S8 verbunden. Hierdurch ist es möglich, insgesamt acht unterschiedliche Strahlmittel 30 mit abweichenden Schüttgewichten zu kalibrieren und programmieren. Eine mit der Strahlmittelwahl S1, ... verbundene Steuereinheit 24 hat die Möglichkeit, diese acht unterschiedlichen Strahlmittel 30 automatisch am Strahlmittelvorgaberegler 25 abzurufen. Die Steuereinheit 24 ist weiterhin mit einem Syslineregler verbunden. Bei dem Syslineregler 26 handelt es sich um einen mikroporzessorgesteuerten Universalregler für Regelstrecken. Er ist ebenfalls mit dem Correlator 25 und über einen 4-Quadranten-Regler 22 mit dem Gleichstrommotor 7 verbunden. Der 4-Quadranten-Regler 22 liegt über einen Transformator 23 an Netz N. Hervorzuheben ist, daß der Syslineregler beim Starten sofort direkt zum vorgegebenen Sollwert regelt, so daß sich die Einstrahlzeit um ca. 35 s verringert.

Wesentlich ist, daß sich an die Nachlaufstrecke 11 des Fallrohrs 28 eine Mischkammer 12 anschließt.

Die Mischkammer 12 ist im Detail in den Figuren 2 und 3 wiedergegeben. Sie besteht aus einem Kammerrohr 123, auf dem sich ein Anschlußstutzen 125 befindet, mit dem die Nachlaufstrecke 11 des Fallrohrs 28 direkt verbunden ist. An einem Ende ist das Kammerrohr 123 mit einer Kammerrückwand 130 verschlossen. Auf der Kammerrückwand 130 ist ein Gewindering 122 positioniert. Durch den Gewindering 122 und die Kammerrückwand 130 ist eine verstellbare Treibdüse 121 geführt. Um eine stufenlose Verstellung gewährleisten zu können, trägt sie auf ihrer Außenseite ein Außengewinde 122'. Um ein Auswechseln der Treibdüse nach einem Verschleiß erleichtern zu können, ist die Kammerrückwand 130 mit Feststellschrauben 133, wie auch Fig. 4 zeigt, von dem Kammerrohr 123 lösbar.

Vom gegenüberliegenden Ende des Kammerrohrs 123, an das sich ein Strahlschlauch 13 mit einer Strahldüse 14 anschließt ist ein Düsenabschnitt-Förder-Einsatz 124 angeordnet.
Um auch hier ein Auswechseln nach einem Verschleiß zu erleichtern, ist der Düsenabschnitt-Förder-Einsatz 124 lösbar mit dem Vakuumrohr 123 verbunden.

Durch die beschriebenen Einzelteile wird die Mischkammer 12 in folgende Bereiche unterteilt:

einen Mischraum 126, der vom Ausgang der Treibdüse 121 bis zum Beginn des Düsenabschnitt-Förder-Einsatzes 124 reicht,
einen Düsenabschnitt 127, der im inneren Querschnitt des Kammerrohrs 123 konisch auf den inneren Durchmesser des Strahlschlauchs 13 verringert,
ein Mischrohr 128, das sich an den Düsenabschnitt 127 anschließt und
ein Förderrohr 129, das durch den Strahlschlauch 13 realisiert wird.

Der Mischraum 126 kann durch die veränderbare Treibdüse 121 verstellt werden. Sie ist so ausgebildet, daß die Ausströmverluste gleich Null gehalten werden. Dadurch ist es möglich, den vollen Druck in Geschwindigkeitsenergie umzusetzen. In der dem Düsenabschnitt 127 nachfolgenden Strecke des Mischrohrs 128 erfolgt eine gute Durchmischung der Druckluft und des Strahlmittels 30, so daß ein Druckluft-Strahlmittel-Gemisch die Mischkammer 12 verläßt, das mit hoher Geschwindigkeit die Strahldüse erreicht. Durch dieses Durchmischen wird gesichert, daß jedes Korn des Strahlmittels voll zur Geltung gelangen kann.

Die Treibdüse 121 der Mischkammer 12 ist an einer Druckluftleitung 29 angeschlossen. Mit der Druckluftleitung 29 ist gleichfalls über ein Belüftungsventil 18 der Kessel 1 und über ein weiteres Belüftungsventil 19 und eine sich daran anschließende Luftdrossel 21 der obere Kessel 2 angeschlossen. Ein nach dem Abzweig zum Kessel 2 in der Druckluftleitung 29 angeordnetes Entlüftungsventil sichert den Bereich der übrigen Leitungen an sich.

Um einen möglichst konstanten und exakten Druck der Druckluft zu erhalten, ist unmittelbar hinter der Treibdüse 121 der Mischkammer 12 ein Druckluftanschluß 17 installiert, der über einen Druckregler 15 geführt ist. Mit Hilfe eines Manometers 16 ist der Druck der in die Treibdüse strömenden Druckluft meßbar. Ein Druckmanometer 16' hingegen mißt den Druck der von dem Druckluftanschluß 17 ankommenden Druckluft.

Durch eine Druckausgleichsleitung 27 ist

der Kessel 1,
die Strahlmittelzuführung 6 und
die unmittelbar in die Treibdüse einmündende Druckluftleitung 29 verbunden.

Durch die Druckausgleichsleitung 28 wird gesichert, daß an allen den Stellen, an denen Strahlmittel 30 fließt, ein gleicher Druck herrscht. So wird verhindert, daß durch eventuelle Luftbewegungen Sekundär-Strahlmittel gefördert wird.

Die Funktion der Strahleinrichtung, wie sie sich aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt, sei erläutert:

Über die Absperrklappe 3' wird Strahlmittel 30 in den oberen Kessel 2 gegeben. Das Strahlmittel 30 fließt dabei zum trichterförmigen Ausgang des Kessels 2 und gelangt bei geöffneter Absperrklappe 3 in das Innere des unteren Kessels 1. Das nachströmende Strahlmittel übersteigt dabei den Meßraum der Min-Füllsonde 5 und danach den der Max-Füllsonde 6. Ist der Meßpunkt der Max-Füllsonde 4 überschritten, wird durch einen Antrieb die Sperrklappe 3 geschlossen.

Durch ein Öffnen der Absperrklappe 3" beginnt der Strahlvorgang. Hierbei fließt Strahlmittel 30 auf die Strahlmittelzuführung 6 zu.

Das Strahlmittel 30 gelangt bei einer gemäß Fig. 5a positionierten Dosierschnecke 60 über den Kesselanschlußstutzen 67 auf den Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang 70. Entsprechend der Drehzahl der Dosierschnecke 60 und bedingt durch die zuerst breitere Sektion 64.1 wird durch die Rotation das Strahlmittel in die darauffolgenden Sektionen bis zur Sektion 64.n nach vorn (in Fig. 5a nach links) befördert. Beim Eintreffen am Zweigang-Wendelsteigungs-Ende 71 beginnt in den letzten Sektionen 64 bereits das Strahlmittel auszutreten, um dann in der letzten Sektion der Dosierschnecke diese dann vollständig zu verlassen. Die konische Verjüngung der Dosierschnecke 60 am Ende sorgt für ein gleichmäßiges Auslaufen der Zweigang-Schneckenwendel 25, 25'.

Wird hingegen anstelle eines sehr körnigen, insbesondere runden und damit sehr leicht fließfähigen Strahlmittels 30 ein Aluminiumoxyd 320 eingesetzt, das hygroskopisch und darüber hinaus durch die mehlänliche Struktur nicht rieselfähig ist, kommt es bei einer Positionierung der Dosierschnecke 60 gemäß Fig. 5a zu einer Verklumpung des Strahlmittels 30. Das auf die breiteren Sektionen 61, ... auftreffende Aluminiumoxyd 320 wird mit abnehmendem Volumen zu den Sektionen 64.n hin immer mehr zusammengedrückt, so daß sich am Zweigang-Wendelsteigungs-Ende 71 zusammenhängende Streifen bilden, die durch die Rotation der Dosierschnecke 60 als Klümpchen abfallend sich in dieser Konstellation keinesfalls für eine weitere Verarbeitung eignen.

Damit Aluminiumoxyd 320 bzw. andere Strahlmittel 30 mit mehlähnlicher Konfiguration gut verarbeitet werden können, wird die Dosierschnecke 60 herausgenommen und die bereits beschriebene und in Fig. 5b dargestellte Dosierschnecke 60' eingesetzt. In diesem Fall gelangt das mehlartige Aluminiumoxyd 320 auf die engen Sektionen 64'.1 am Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang 70'. Dadurch, daß die Sektionen immer großräumiger werden, übernimmt die rotierende Dosierschnecke 60' hier die Auflockerung und Pulverisierung, d. h. das Trennen der einzelnen Körner des Aluminiumoxyds aus einem zusammenhängenden Haufen. Durch die breiter werdenden Sektionen von 64'.1 zu 64'.n hin liegt das Aluminiumoxyd 320 als eingesetztes Strahlmittel 30 immer weiter auseinandergezogen auf den Grund der Schneckenwelle 61 der Dosierschnecke 60'. Verbunden mit den Drehbewegungen der Dosierschnecke wird das Trennen der einzelnen Körner voneinander vollzogen.

Das positionierte und vereinzelte Strahlmittel 30 gelangt zum Rohranschluß 69. Hier fällt das Strahlmittel 30 im freien Fall durch das Fallrohr 28. Insbesondere dadurch, daß durch die umgekehrte Steigung der Dosierschnecke 60' das Aluminiumoxyd 320 entklumpt ist, ist ein gleichmäßiger Durchfluß gegeben. Gleiches gilt auch für fließfähige Strahlmittel. In der Vorlaufstrecke 9 erhält dabei das Strahlmittel 30 eine entsprechende gleichmäßige Geschwindigkeit. Beim Passieren des Durchflußaufnehmers 10 wird ein entsprechendes Meßwertsignal durch die Kapazitätsänderung erzeugt und an den Strahlmittelvorgaberegler über den Strahlmittelabgleichregler weitergegeben. Dieser stellt entsprechend der Strahlmittelwahl und anderer Parameter die Dosierschnecke 60 so ein, daß die erforderliche Menge an Strahlmittel in den Materialzuführungs-Anschluß 125 der Mischkammer 12 gelangt, um danach wieder frei in den Mischraum 126 zu fallen. Im Mischraum wird das Strahlmittel 30 von der aus der Treibdüse 121 austretenden Druckluft mitgerissen und in den Düsenabschnitt 127 des Düsenabschnitt-Förder-Einsatz 124 gegeben. Im Düsenabschnitt 127 erhält die Druckluft und das Strahlmittel eine erforderliche Geschwindigkeit, die durch die Stellung der Treibdüse 121 im Mischraum 126 geregelt werden kann. In dem daran anschließenden Mischrohr 128 werden Strahlmittel und Druckluft wirksam durcheinander gewirbelt. Da keine laminare, sondern eine turbulente Strömung in diesem Abschnitt vorhanden ist, wird dafür gesorgt, daß jedes Korn des Strahlmittels 30, selbst dann, wenn es die negativen Strömungs-Eigenschaften von Aluminiumoxyd 320 aufweist, voll vereinzelt wird. Das Druckluft-Strahlmittel-Gemisch gelangt mit einer sehr hohen und wie bereits erläutert durch die Stellung der Treibdüse 121 regelbaren Geschwindigkeit aus der Strahldüse 14.

Die Druckausgleichsleitung 27 sorgt dabei dafür, daß im Kessel 1, der Strahlmittelzuführung 6 und der Strahlkammer 12 der gleiche Druck herrscht. Nimmt das Strahlmittel ab, kann es ohne Unterbrechung des Strahlvorgangs durch Öffnen der Absperrklappe 3 aus dem oberen Kessel 2 nachgefüllt werden.

Durch das Zusammenarbeiten der Kessel 1 und 2, die besondere Ausgestaltung und Positionierung der Dosierschnecke 60 in der Strahlmittelzuführung 6, der Mengenermittlung und Steuerung in dem Fallrohr 28 und das gezielte Beschleunigen in der Mischkammer 12, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, werden jederzeit reproduzierbare Verarbeitungswerte gewährleistet.

Um die Reproduzierbarkeit gewährleisten zu können, muß gesichert werden, daß bei einem Einsatz eines anderen Strahlmittels die Reste des Strahlmittels 30, die für den vorherigen Strahlungsvorgang eingesetzt wurden, restlos aus der Strahleinrichtung entfernt werden. Hierzu wird die Strahleinrichtung über einen Spülanschluß 32 mit Druckluft "bespült". Um den Spülvorgang auch in der Strahlmittelzuführung 6 wirksam durchführen zu können, wird die Dosierschnecke 60 im Schneckenrohr 66 so positioniert, daß sich das Zweigang-Wendelsteigungsende 71 gegenüber dem Kesselanschlußstutzen 67 und der Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang 70 am Rohranschluß 69 positioniert ist. Hierdurch wird - ebenso wie bei der Dosierschnecke 60'- erreicht, daß der beim Spülvorgang eingesetzten Druckluft kein Widerstand entgegengesetzt wird. Vielmehr fördert die umgekehrt positionierte Steigung der Zweigang-Schneckenwendel 65, 65' die Spülwirkung der Druckluft, so daß gesichert ist, daß sämtliche Reste des vorherigen Strahlmittels 30 auch aus der Dosierschnecke 60 entfernt sind. Das ist immer dann von Bedeutung, wenn mehlähnliche Strahlmittel zum Einsatz kommen. Auch wenn die einzelnen Sektionen bei umgekehrt positionierter Dosierschnecke immer breiter werden, können in Eckbereichen Strahlmittelreste haftenbleiben. Das wirksame Ausspülen mit Druckluft verhindert ein Vermischen dieser Reste mit einem anderen Strahlmittel anderer Konfiguration und sichert damit die Reproduzierbarkeit der einzelnen Strahlwerte ab.

Im Laufe der einzelnen Strahlvorgänge wird die Treibdüse 121 angegriffen. Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten kantigen Abschlüsse runden ab, wodurch sich die Geschwindigkeiten des Druckluft-Strahlmittel-Gemisches verändern können. In diesem Fall wird entweder die Treibdüse 121 herausgedreht und durch eine neue ersetzt. Ist darüber hinaus das Gewinde verschlissen, wird die gesamte Kammerrückwand 130 durch ein Lösen der Feststellschrauben 133 (vgl. Fig. 4) vom Mischrohr 128 gelöst und durch eine neue Kammerrückwand 130 mit einem daran angebrachten Gewindering 122 und einer darin befindlichen neuen Treibdüse 121 ersetzt. Ein solcher genereller Austausch kann auch dann vorgenommen werden, wenn durch den Einsatz einer Treibdüse 121 mit einem anderen Innendurchmesser zur Erzeugung anderer Geschwindigkeitswerte erforderlich ist.

Damit die Strahleinrichtung bei einem industriellen Einsatz wirksam und mit hoher Genauigkeit arbeiten kann, wird vor Einsatz eines neuen Strahlmittels 30 ein Probelauf durchgeführt. Hierbei wird anhand von Erfahrungswerten die Dosierschnecke 60 oder 60' eingesetzt und ihre zu erwartende Umdrehungsgeschwindigkeit voreingestellt. Danach wird die Treibdüse in die richtige Position gebracht, um den Mischraum 126 die gewünschte Größe für das Treiben des Strahlmittels 30 zu geben. Ist die richtige Position der Treibdüse 121 festgestellt worden, wird sie arretiert, damit es während der Serienarbeiten zu keinen Verstellungen kommen kann.

Claims

Strahleinrichtung für eine Bearbeitung von Werkstücken oder großen Flächen, mit einer Vorrichtung zum Dosieren von körnigem, rieselfähigem Strahlmittel (30), welches durch einen Strahlmittelschlauch (13) mittels Druckluft einer Strahldüse (14) zuführbar ist, und folgenden weiteren Teilen:

wenigstens einem geschlossenen Kessel (1, 2), in dem sich ein Vorrat an Strahlmittel (30) befindet,

eine durch einen regelbaren Antrieb (7) angetriebene Strahlmittelzuführung (6), die eine Dosierschnecke (60, 60') umfaßt,

die mit einem Aufnahmebereich (67), der unter dem Kessel (1) positioniert ist, und einem Abgabebereich (69), der mit einem Fallrohr (28) verbunden ist, versehen ist, und

die eine Zweigang-Schneckenwendel aufweist, die sich vom Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang (70, 70') zum Zweigang-Wendelsteigungs-Ende (71, 71') verjüngt,

einem Durchflußaufnehmer (10) für den Materialdurchfluß im Fallrohr (28), der Meßsignale erzeugt,

einer Auswerteeinheit (24, 25, 26), die mit dem Durchflußaufnehmer und dem regelbaren Antrieb (7) verbunden ist und nach Verarbeitung der empfangenen Meßsignale und einem Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert die Drehgeschwindigkeit der Dosierschnecke (60, 60') so einstellt, daß ein gleichmäßiger und kontrollierter Durchsatz des Materials (30) gewährleistet ist, und

einer Mischkammer (12), die mit dem, dem Abgabebereich (69) der Strahlmittelzuführung (6) entgegengesetzten Ende des Fallrohrs (28) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Zweigang-Schneckenwendel wahlweise vom Aufnahme- zum Abgabebereich (67, 69) hin positionierbar ist, und daß die Mischkammer (12) ein Kammerrohr (123) aufweist, das auf der einen Seite mit einer Kammerrückwand (130) verschlossen ist, durch die eine verstellbare, mit der Druckluft beaufschlagte Treibdüse (121) unterhalb der Verbindungsstelle (125) zwischen dem Fallrohr (28) und dem Kammerrohr (123) in das Kammerrohr (123) hineinragt, und in dem auf der entgegengesetzen Seite, an der der Strahlmittelschlauch (13) angeschlossen ist, ein Düsenabschnitt-Förder-Einsatz (124) angeordnet ist, der in einen hinter dem durch die Treibdüse (121) veränderbaren Mischraum (126) angeordneten Düsenabschnitt (127), der sich vom inneren Querschnitt des Kammerrohrs (123) auf einen Querschnitt des Strahlschlauchs (13) verringert, und ein sich anschließendes Mischrohr (128) unterteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (60, 60') mit dem Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang (70, 70') oder dem Zweigang-Wendelsteigungs-Ende (71, 71') als Aufnahmebereich (67) in einem Schneckenrohr umsteckbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (60) derart ausgebildet ist, daß die Steigung der Zweigang-Schneckenwendel (65, 65') vom Zweigang-Wendelsteigungs-Anfang (70) zum Zweigang-Wendelsteigungs-Ende (71) unter Verkleinerung von ersten Sektionen (64.1, ... 64.n) kontinuierlich abnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierschnecke (60') derart ausgebildet ist, daß die Steigung der Zweigang-Schneckenwendel (65, 65') vom Wendelsteigungs-Anfang (70') zum Wendelsteigungs-Ende (71') unter Vergrößerung von zweiten Sektionen (64'.1, ... 64'.n) kontinuierlich zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckausgleichsleitung (27) mit dem Kessel (1), einem Druckausgleichs-Anschluß (62) der Strahlmittelzuführung (6) und der Treibdüse (121) der Mischkammer (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Kessel (1) ein weiterer Kessel (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel (1), der weitere Kessel (2) und die Treibdüse (121) an einer Druckluftleitung (29) angeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kammerrückwand (130) ein Gewindering (122) angeordnet ist, in dem die Treibdüse (121) mit einem auf ihr eingebrachten Außengewinde (122') verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialverbindungsstelle zwischen Fallrohr (28) und dem Kammerrohr (123) als Anschlußstutzen (125) oder Materialzuführungs-Doppeltrichter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibdüse (121) auswechselbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit besteht aus

einem Correlator (25) mit einer Strahlmittelwahl (S1, ... S8), der an dem Durchflußaufnehmer (10) anliegt,

einem Syslineregler (26), der mit dem Correlator (25) verbunden ist,

einer Steuereinheit (24), die bidirektional an dem Syslineregler (26) und jeweils unidirektional an der Strahlmittelwahl (S1, ... S8) des Correlators (25) und dem regelbaren Antrieb (7) der Dosierschnecke (60, 60') angeordnet ist.