Schleuderradanordnung
Die Erfindung betrifft eine Schleuderradanordnung zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken, mit einem Schleuderrad, das mehrere radial an diesem angeordnete Wurfschaufeln, ein koaxial zu dem Schleuderrad angeordnetes Verteilerrad und eine ebenso koaxial zu diesem angeordnete, nachstellbare Strahlleithulse aufweist, mit der die Richtung des bearbeitenden Strahles durch Verstellung eines Fensters der Strahlleithulse gesteuert wird.
Aus der DE 44 10 628 C2 ist eine gattungsgemäße Schleuderradanordnung bekannt. Die fenster- oder schlitzartige Leithülsenöffnung eines solchen Schleuderrades wird durch das fließende und fliegende Strahlmittel abgerieben und verschlissen. Dieser Verschleiß wird in erster Linie in Dreh- richtung beobachtet. Stellung und Größe der Leithülsenöffnung bestimmen den Abstrahlwinkel des Strahlmittels, so dass der Verschleiß, der zu einem Abtragen des Kantenmaterials führt, auch die Steuerkante verschiebt. Die Putzleistung verschlechtert sich und die Leithülse muss ersetzt werden. Außerdem verschiebt sich das Strahlbild in unerwünschter Weise. Zwar kann durch manuelles Zurückstellen der Strahlleithulse eine Verbesserung des Strahlbildes eingeleitet werden. Jedoch erfordert dies jeweils eine genaue Zentrie-
rung und Neu- Justierung der Strahlleithulse sowie eine Arbeitsunterbrechung .
Aus der DE-PS 197 52 549 Cl ist weiterhin eine Schleuderradanordnung bekannt, die mit einem externen oder internen Sen- sor zur Ermittlung des Verschleißes und der Verschleißrichtung am Fenster der Strahlleithulse versehen ist. Der Sensor ist mit einem elektronischen Steuerkreis verbunden. Bei einem durch Verschleiß verursachten Ansprechen des Sensors ist eine Winkelverstellung der Strahlleithulse über ein Stell- glied auslösbar. Diese Schleuderradanordnung hat sich für die meisten Anwendungsfälle bewährt, da sie ein automatisches Nachführen der Steuerkante, die im Betrieb fortwährend abgetragen wird, erlaubt.
Nachteilig bleibt jedoch, dass sich die Leithülsenöffnung wegen des Verschleißes der Steuerkante insgesamt vergrößert. Zwar ist an der Steuerkante der stärkere Verschleiß zu beobachten, jedoch ist auch eine hintere, zur Steuerkante parallele Begrenzungskante der Leithülsenöffnung dem Strahlmittel ausgesetzt und verschleißt. Insgesamt vergrößert sich der Strahlbereich mit zunehmender Standzeit der Leithülse. Erreicht der Öffnungswinkel der Leithülsenöffnung ein bestimmtes Maß, ist es nicht mehr möglich, den Strahl in den freien Winkel zwischen zwei Turbinenschaufeln zu lenken, so dass das unkontrolliert austretende Strahlmittel letztlich zur Selbstzerstörung der Turbine führen kann. Die Strahlleithulse muss daher laufend auf Erreichen dieses Verschleißzustandes überwacht und rechtzeitig ausgetauscht werden, wodurch erhebliche Stillstandzeiten der Schleuderradanordnung in Kauf zu nehmen sind.
Eine Anordnung von Sensoren in der Steuerkante ist zudem bei Strahlleithülsen aus Sintermetall nicht möglich, wobei dieser Werkstoff aber aufgrund seiner hohen Standzeit vorteilhaft ist.
Es stellt sich damit die Aufgabe, eine Schleuderradanordnung anzugeben, bei der die kontinuierliche Vergrößerung des Strahlbereichs kompensiert werden kann, so dass der Strahl wirksam auf diejenigen Bereiche des Werkstücks zu begrenzen ist, bei denen eine Strahlbehandlung vorgesehen ist, und be- nachbarte Bereiche am Werkstück frei von einer direkten Strahlmitteleinwirkung zu halten sind.
Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Schleuderradanordnung der eingangs genannten Art, die durch eine konzentrisch zu der Strahlleithulse angeordnete Strahlbegrenzungshülse ge- kennzeichnet ist, die relativ zu der Strahlleithulse verdrehbar ist und die eine Begrenzungshülsenöffnung mit einer Strahlbegrenzungskante aufweist, welche in eine die Leithülsenöffnung der Strahlleithulse wenigstens teilweise überdek- kende Position stellbar ist.
Vorgesehen sind demnach zwei koaxiale Hülsen, die ineinander setzbar sind und die beide fensterartige Öffnungen an ihrem Umfang aufweisen, welche es erlauben, Strahlgut von einem innerhalb der beiden Hülsen liegenden Verteilerrad in den freien Winkel zwischen zwei Turbinenschaufeln zu leiten.
Mit fortwährendem Verschleiß vergrößert sich der Öffnungs- winkel und die Öffnungshöhe, da die Kanten der Leithülsenöffnung und der Begrenzungshülsenöffnung vom Strahlmittel abgetragen werden. Durch die vergrößerte Öffnungsfläche verändert sich auch das Strahlbild der Schleuderanordnung am Werkstück. Um dem entgegenzuwirken, kann die Strahlbegren-
zungshulse so weit gegenüber der Strahlleithulse verdreht werden, bis ein Teil des Umfangs der Strahlbegrenzungshülse einen Teil der Strahlleithulse überdeckt. An Stelle der hinteren Begrenzungskante der Strahlleithulse begrenzt dann die Strahlbegrenzungskante der Strahlbegrenzungshülse den Öffnungswinkel für den Austritt des Strahlmittels. Das Austrittsfenster wird durch die Überlappung der fensterartigen Öffnungen in den beiden Hülsen definiert.
Vorzugsweise haben die Leithülsenöffnung und die Begren- zungshülsenöffnung einen gleichen Öffnungswinkel und eine gleiche Öffnungshöhe, so dass sie in eine Ausgangslage zu bringen sind, in der sie sich überdecken. Damit steht bei Betriebsbeginn mit neuen Hülsen die maximale Öffnungsfläche zur Verfügung .
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Strahlbegrenzungshülse gegenüber der Strahlleithulse axial verschiebbar zueinander ist. Damit kann eine weitere Vergrößerung der Öffnungsfläche kompensiert werden, die auf einem Verschleiß der entlang des Umfangs der Leit- bzw. Begrenzungshülsenöff - nung verlaufenden Bogenkanten beruht. Durch eine axiale Verschiebung der Strahlleithulse gegenüber der Strahlbegrenzungshülse schiebt sich eine der Bogenkanten über die Öffnung, wodurch die Öffnungshöhe verändert wird.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass mit der Veränderung des Öffnungswinkels und/oder der Öffnungshöhe der zunehmende Abtrag der Begrenzungskanten durch Verschleiß kompensierbar ist, so dass das Strahlbild konstant bleibt.
Daneben ist es aber auch möglich, die radiale und ggf. axiale Verstellbarkeit der Strahlleithulse zu der Strahlbegren- zungshulse dazu zu nutzen, im laufenden Betrieb das Strahl-
bild in seiner Größe zu ändern, um je nach Beschaffenheit des Werkstücks mehr oder weniger große bzw. unterschiedlich geformte Bereiche am Werkstück zu strahlen.
Weiterhin kann wegen der Verstellbarkeit der Hülsen zueinan- der die Fensteröffnung für den Strahlmittelaustritt auch vollständig geschlossen werden. So kann die Schleuderradanordnung beim Auslaufen des Schleuderrads schon über nicht zu strahlende Werkstückbereiche gefahren werden bzw. das Werkstück kann aus dem Wirkungsbereich des Schleuderrads entfernt werden. Reste von Strahlmittel, die von dem auslaufenden Verteilerrad noch abgegeben werden, werden an der geschlossenen Leithülsenöffnung zurückgehalten. Eine Verstellung der Strahlleithulse und/oder der Strahlbegrenzungshülse ist relativ einfach möglich, da diese Teile nicht mit dem Schleuderrad selbst rotieren. Beispielsweise kann mit Hilfe eines Servomotors oder eines Schrittschaltgetriebes entsprechend einer vorgegebenen Signalfolge die Strahlleithulse soweit verstellt werden, dass die Abtragung ihrer Steuerkante kompensiert ist. Das Gleiche gilt für die Strahlbegrenzungs- hülse und die Verstellung ihrer Strahlbegrenzungskante.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Anordnung wenigstens eines externen oder internen Sensors zur Ermittlung des Verschleißes und der Verschleißrichtung bei der Leithülsenöffnung der Strahlleithulse und/oder einer Fensteröffnung der Strahlbegrenzungshülse vor. Der Sensor ist mit einem elektronischen Steuerkreis verbunden. Bei einem durch Verschleiß verursachten Ansprechen des Sensors ist eine Winkelverstellung der Strahlleithulse und/oder der Strahlbegrenzungshülse über jeweils wenigstens ein Stellglied auslösbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig. 1 ein Schleuderrad mit einer zu bestrahlenden
Werkstückoberfläche in schematisierter, per- spektivischer Ansicht;
Fig. 2 und 3 eine Strahlbegrenzungshülse mit eingesetzter
Strahlleithulse in perspektivischer Ansicht;
Fig. 4 eine Schleuderradanordnung in schematischer
Schnittdarstellung.
In Fig. 1 ist eine Schleuderstrahlanlage dargestellt, die ein Schleuderrad 10 mit radial an diesem angeordneten Wurfschaufeln 11.1 , ... , 11. n, ein Verteilerrad 12, eine dieses umgebende Strahlleithulse 1 und eine Strahlbegrenzungshülse 20 aufweist. Das innenliegende Verteilerrad 12, die Strahlleit- hülse 1 und die Strahlbegrenzungshülse 20 sind jeweils konzentrisch zueinander und zu dem Schleuderrad 10 angeordnet. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform liegt die Strahl - begrenzungshülse 20 in der schwarz gezeichneten Strahlleithulse 1. Sowohl die Strahlleithulse 1 als auch die Strahlbe- grenzungshulse 20 weisen Fensteröffnungen an ihrem Umfang auf, durch die Strahlmittel in den winkelförmigen Spalt zwischen je zwei der Wurfschaufeln 11.1 , ... , 11.n austreten kann. Der Schleuderstrahl 15 gelangt entlang einer Steuerkante 5 der Strahlleithulse 1 auf die Vorderseite der Wurfschaufel 11 und wird von dieser erheblich beschleunigt, so dass anschließend die einzelnen Partikel des Strahlmittels mit hoher Energie auf eine Werkstückoberfläche 16 auftreffen.
Dabei kommt der Steuerkante 5 der Strahlleithulse 1 eine wichtige Rolle zu, da diese die Stellung und Größe der Leit- hülsenöffnung und den Abstrahlwinkel des Strahlmittels be-
stimmt. Durch Verschleiß wird die Steuerkante 5 abgetragen, wodurch sich die Fensteröffnung vergrößert. Die Putzleistung und die Exaktheit des Strahlbildes verschlechtern sich wesentlich. Gleiches gilt für die zur Steuerkante 5 parallele hintere Begrenzungskante 6.
In Figur 2 ist eine Strahlbegrenzungshülse 20 gezeigt, die in eine Strahlleithulse 1 eingesetzt ist. Die beiden Teile sind gegeneinander verdrehbar. Insbesondere erfolgt die Verstellung wenigstens einer der Hülsen durch einen Stellmotor. Die Strahlleithulse 1 und die Strahlbegrenzungshülse 20 weisen jeweils eine fensterartige Leithülsen- bzw. Begrenzungshülsenöffnung 2; 22 auf, die durch sich axial erstreckende Steuer- und Begrenzungskanten 5,6; 25,26 sowie durch vorzugsweise umfangsparallele Bogenkanten 7,8; 27,28 begrenzt werden. Die Steuerkanten 5; 25 liegen direkt im Bereich des durch das Verteilerrad 12 ausgeworfenen Strahlmittelstroms und verschleißen daher am stärksten. Durch Verschleiß wandern aber auch die Begrenzungskanten 6; 26 aus und vergrößern die Leithülsen- bzw. Begrenzungshülsenöffnung 2; 22.
Mit der Schleuderradanordnung der Erfindung ist es möglich, die Begrenzungshülse 20 soweit radial gegenüber der Strahlleithulse 1 zu verdrehen, dass ihre Begrenzungskante in eine die Leithülsenöffnung 2 wenigstens teilweise überdeckende Position stellbar ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Damit wird die durch Verschleiß bedingte Vergrößerung der Fläche der
Leithülsenöffnung 2 kompensiert und die Strahlausdehnung des Strahlmittels 15 wieder auf ein gewünschtes Maß reduziert.
Möglich ist auch, eine außenliegende Strahlbegrenzungshülse vorzusehen, die eine innenliegende Strahlleithulse ein- schließt.
Außerdem können die Strahlleithulse 1 und die Strahlbegrenzungshülse 20 so gegeneinander angestellt werden, dass eine verschlissene Steuerkante 5 der außenliegenden Strahlleithulse 1 durch die Steuerkante 25 der inneren Strahlbegren- zungshulse 20 überdeckt wird. Dadurch erfüllt bei starkem Verschleiß die Strahlbegrenzungshülse die ursprüngliche Funktion der Leithülse und umgekehrt.
In Fig. 3 sind die Strahlleithulse 1 und die Strahlbegrenzungshülse 20 zudem noch axial gegeneinander verschiebbar angeordnet. Dadurch sind je zwei der Bogenkanten 7, 27 und 8, 28 in den Eingriff mit dem Strahlmittel zu bringen, wodurch die Höhe H der Öffnung für den Strahlmittelaustritt reduzierbar ist. In der gezeigten Ausführungsform wird die Austrittsöffnung einerseits von der innenliegenden Strahlbe- grenzungshulse 20 mit deren Begrenzungskante 26 und unterer Bogenkante 28 und andererseits von der Strahlleithulse 1 mit deren Steuerkante 5 und oberer Bogenkante 6 definiert .
In Fig. 4 ist die Funktion der Strahlleithulse 1 und der Strahlbegrenzungshülse 20 im Betrieb schematisch darge- stellt. Das Strahlmittel 15 wird durch ein Verteilerrad 12 beschleunigt und in den Raum zwischen zwei Wurfschaufeln 11.1, 11.2 geschleudert. Dabei ist die Strahlleithulse 1 so gestellt, dass ihre Steuerkante 5 das Strahlmittel von der Unterkante der Wurfschaufei 11.1 weglenkt, damit letztere nicht von unten zerstört wird. Die Strahlleithulsenöffnung ist aber im Betrieb so groß geworden, dass durch die Begrenzungskante 6 der Strahlleithulse 1 nicht mehr verhindert wird, dass Strahlmittel 15 die Unterkante der Wurfschaufel 11.2 trifft.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Strahlbegrenzungshülse 20 wird eine Begrenzungskante 26 bereitgestellt, die die genannte Funktion der Begrenzungskante 6 übernimmt. Durch kontinuierliches Nachdrehen der Strahlleit- hülse 1 in der durch den Pfeil in Fig. 4 angedeuteten
Schleuderraddrehrichtung und durch gegensätzliches Verdrehen der Strahlbegrenzungshülse 20 kann der kontinuierliche Verschleiß der Steuerkante 5 kompensiert werden, so dass die durch die beiden Hülsen 1, 20 im Zusammenspiel definierte Öffnung immer den gleichen Öffnungswinkel aufweist und das Strahlmittel verschleißunabhängig zwischen die Wurfschaufeln 11.1, 11.2 geschleudert wird, ohne deren Unterkante zu treffen und damit eine Selbstzerstörung des Schleuderrads auszulösen.
Der Werkstoff der Strahlleithulse 1 und/oder der Strahlbegrenzungshülse 20 ist beispielsweise hochfestes Sintermetall oder eine hochfeste Legierung, gegebenenfalls auch Keramik- Material .
Je nach Funktion weisen die Hülsen an den besonders dem Strahlmittel ausgesetzten Stellen gehärtete Steuer- oder Begrenzungskanten auf. Vorgesehen sein kann auch, die Steuer- und oder Begrenzungskanten als auswechselbare Einsätze für die Strahlleithulse bzw. Strahlbegrenzungshülse auszubilden.