Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mit einem Flüssigkeitsstrahl Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mit einem Flüssigkeitsstrahl, welcher oberflächenbehandelnde Teilchen enthält. Erfindungs- gemäss werden die Schleif- oder Oberflächenum- wandlungsteilchen, wie z. B. Schleif- oder Hammer korn, durch hydraulische Mittel mit der erforderlichen Energie versorgt.
Es besteht ein ernstes Problem bei dieser Ver änderung der Materialoberfläche, um beispielsweise Grat, Angüsse und andere Vorsprünge an Metallguss oder plastischen Erzeugnissen zu beseitigen, Walz- zunder von hitzebehandelten Metallstücken zu ent fernen, vorgegebene Metallflächen durch Abschleifen oder sonstige Mittel zu erzeugen und die Oberfläche von Metallkörpern durch Massnahmen zu verän dern, die z. B. durch Abschleifen unerwünschten Oberflächenmaterials oder durch Änderung der Mole külanordnung in der Oberflächenschicht die Ober fläche umwandeln.
Für diese letztgenannte Art der Oberflächenbehandlung ist das Schrotbehämmerungs- verfahren kennzeichnend.
Alle bisher genannten Massnahmen verlangen entweder eine tatsächliche Entfernung von Material teilchen selbst oder eine solche energiereiche Ober flächenbehandlung, dass deren kristalline und/oder sonstige Eigenschaften geändert werden. Alle Ver fahren stellen die gleiche Forderung, dass feste Teilchen, gleichgültig, ob sie schleifend oder hämmernd wirken sollen, mit hochgradiger Energie versorgt wer den müssen, damit sie selbst bei ziemlich harten und festen Materialien, wie z. B. Metallen, eine Oberflächenumwandlung hervorrufen können. Die Oberflächenbehandlung wird nachstehend allgemein als Umwandlung bezeichnet. Die erste und schon seit vielen Jahrzehnten an gewandte Verfahrenstype wird durch Sandstrahlbe- handlung verkörpert.
Anfangs wurde die hohe kine tische Energie den Festteilchen mittels Druckluft zuge führt. Dieses Verfahren wird immer noch angewandt, bietet aber bei Anwendung in umgrenztem Raum und bei der Metallsäuberung ernste Betriebsgefahren.
Staub- und Feuergefahr können zwar durch Ver wendung eines Flüssigkeitsstromes anstelle eines Luft stromes beseitigt werden; jedoch lassen Versuche zur betriebsmässigen Verwendung dieser Verfahrensart noch viel zu wünschen übrig. Die Wiedergewinnung der Schleifkörner bietet Probleme, und ausserdem treten beim Transport der Körner, z. B. durch Leitun gen, Verstopfungen vergleichsweise enger Durchlässe und Verschleisschäden an der Vorrichtung auf.
Ein ganz anderes Problem tritt bei der Säuberung von Flaschen und anderen Artikeln auf, deren Ober fläche nicht angeschnitten oder sonstwie umgewandelt werden soll. In diesen Fällen werden mässig langsame Wasserstrahlen in oder unmittelbar unter Führungs rohre gerichtet, die mit dem Boden eines Wasser und die weichen Scheuerkörner enthaltenden Trichters oder Tanks in Verbindung stehen. Bei Flaschen waschmaschinen wird beispielsweise durch ein langes, in die Flasche hineinreichendes Rohr ein Bleischrot oder Gummikugeln mitführender Flüssigkeitsstrom eingeführt.
Ein ähnliches Verfahren wurde sogar zur Autowäsche benutzt, wobei kleine Stückchen Schwamm oder ähnliches, weiches, leicht verform bares Material als Scheuermaterial dienten. Alle diese Verfahren benötigen verhältnismässig grosse Wasser mengen und bewirken keine Oberflächenumwandlung. Diese beiden Probleme standen also getrennt neben einander und waren keineswegs analog. Immer, wenn schnellbewegte Oberflächenumwandlungskörner in Betracht kamen, wurde mittels Pistolenverfahren ver blasen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass die genannten Teilchen an einer Stelle zugeführt werden, an der ein Flüssigkeitsstrahl von grosser Geschwindigkeit erzeugt wird, der die genannten Teilchen aus dieser Zone mitreisst, wobei dem Flüssigkeitsstrahl eine grosse Geschwindigkeit erteilt wird, damit die mitgerissenen Teilchen die zur Oberflächenbehandlung notwendige Energie erhalten, und dass der die mitgerissenen Teilchen enthaltende Flüssigkeitsstrahl gegen die zu behandelnde Ober fläche gerichtet wird, wobei eine freie Bahn zwischen der Zone, in der die Teilchen mitgerissen werden. und der zu behandelnden Oberfläche des Gegen standes vorhanden ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens mit Antriebsorganen zur Er zeugung eines Flüssigkeitsstrahles von grosser Ge schwindigkeit zum Mitreissen der genannten Teilchen und um den Teilchen die zur Oberflächenbehandlung notwendige Energie zu erteilen, mit Zuführorganen, um einen nachfüllbaren Vorrat an Oberflächenbe- handlungsteilchen in der Zone aufrecht zu erhalten, in welcher der Flüssigkeitsstrahl die Teilchen mitreis sen kann, ist gekennzeichnet durch ein Führungsrohr, das zu dem Flüssigkeitsstrahl ausgerichtet ist und das von der Stelle in der Zone, von welcher der Strahl ausgeht, bis zur Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes reicht,
und welches Rohr die freie Bahn für den Flüssigkeitsstrahl begrenzt.
Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des Verfahrens können schnellströmende Flüssigkeits strahlen dazu gebracht werden, eine flüssige Masse suspendierter, oberflächenumwandelnder Körner mit zureissen und zu beschleunigen. Diese Körner können beispielsweise in einer Trägerflüssigkeit am Boden eines kegelstumpfförmigen Trichters abgesetzt und die so konzentrierten Festteilchen durch die Ejektor- wirkung eines schnellströmenden Strahls in einen Blasstrom eingesaugt werden, wobei der Strahl in ein Führungsrohr geleitet wird, das den Schnellstrom bis zu einem Niveau oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Trichter umgibt.
Dadurch können die oberflächen umwandelnden Körner in einem Flüssigkeitsstrom mit hoher Geschwindigkeit aus dem Leitungsrohr ausge- stossen werden. Die angewandten Geschwindigkeiten können den jeweiligen Bedingungen und Erforder nissen entsprechend verschieden hoch sein, sind aber im allgemeinen derart, dass die mitgerissenen, ober flächenumwandelnden Körnchen eine für das ge wünschte Abschleif- oder Behämmerungsverfahren ausreichende, kinetische Energie erlangen.
Besonders vorteilhaft sind hohe Geschwindigkeiten beim flüssigen Sandblasen oder Schrotbehämmern. Wenn die oberflächenumwandelnden Teilchen ledig lich in einer schnellströmenden Flüssigkeit mitgerissen werden, könnte die überschüssige Flüssigkeit die Kornhöchstleistung beeinträchtigen. Durch die Ver- wendung von höchstschnellen Ejektorstrahlen kann den Körnern jedoch höhere Energie ohne übermässiges Flüssigkeitsvolumen erteilt werden. In der vorliegen den Beschreibung und den Ansprüchen wird diese hohe Energie als für eine zufriedenstellende Ober flächenumwandlung hoch genug bezeichnet. Im Falle von Oberflächenmaterialbeseitigung, z. B.
von Grat, Angüssen oder sonstiger, unerwünschter Vorsprünge, oder beim Entzundern oder Entgraten werden tatsächlich beträchtliche Materialanteile von der behandelten Oberfläche entfernt. Im Falle der Schrotbehämmerung andererseits wird die Oberfläche durch Veränderung ihrer Oberflächenmikrostruktur umgewandelt, obwohl die Umwandlung derart gleich- mässig sein kann, dass sie für das blosse Auge nicht erkennbar ist. Bei gewissen Behämmerungsverfahren wird allerdings auch tatsächlich Material entfernt, indem z. B. spröder Walzzunder oder kleine Uneben heiten der bearbeiteten Oberfläche abgeklopft werden.
Somit kann also das Verfahren eine zweifache Funk tion, nämlich Entzundern und Behämmern, erfüllen. Mit anderen Worten kann in ein und demselben Ar beitsvorgang Zunder entfernt und die verbleibende Oberflächenmikrostruktur geändert werden. In beiden Fällen wird die Oberfläche in vorstehend angegebenem Sinne umgewandelt.
Von den Abgabeflüssigkeiten können verschiedene Sorten von Festteilchen mitgenommen werden. So sind z. B. die von der bearbeiteten Oberfläche ent fernten Teilchen (Walzzunder, Angüsse und Grat ver schiedener Art) manchmal beträchtlich grösser oder manchmal beträchtlich kleiner als die Blaskörner. Der Rückstrom kann auch den Gussstücken noch anhaften den Formsand, Hobel- oder Feilspäne von maschinell bearbeiteten Teilen sowie normalen Schmutz und öl usw. mitführen, und selbst die oberflächenumwandeln den Körner können zu feinen Teilchen verbraucht oder zerschlagen sein.
Diese Feinstteilchen weisen meist eine so kleine niedrige Absetzgeschwindigkeit auf, dass sie in den Trichterüberlauf hinein gewaschen werde--i.
Diese wirkungsvolle Säuberung mittels hydrau lischer Klassierung ist ein wichtiger Vorteil des be schriebenen Verfahrens. Die sauberen Körner können nach dem Absetzen für weitere Oberflächenumwand- lungsarbeit wiederbenutz werden und liefern dennoch sauber bearbeitete Gegenstände.
Ein besonders gewöhnliches Anwendungsgebiet des Verfahrens besteht im Entzundern. Der bei hitzebe handelten Gegenständen auftretende Zunder aus z. B. Eisenoxyden und -carbonaten etc. ist oft recht spröde und löst sich seiner physikalischen Struktur zufolge in ziemlich grossen Flocken. Jedoch selbst diese Schwierigkeit wird von der Erfindung wirkungsvoll gelöst, denn die Zunderflocken besitzen trotz ihrer möglichen Grösse eine solche Form und ein solches spezifisches Gewicht, dass sie eine verhältnismässig geringe Absetzgeschwindigkeit erhalten und deshalb auch mit dem Überlauf entfernt werden können.
Die Trennung des unerwünschten Materials von den zurückgeförderten, oberflächenumwandelnden Körnern ist umso überraschender, als beim beschrie benen Verfahren der Durchsatz sehr hoch ist und ver gleichsweise grosse Mengen oberflächenumwandelnder Körner die Vorrichtung in kurzer Zeit durchlaufen.
Trotzdem ist das vorliegende Verfahren bezüglich der Wiederverwendung der oberflächenumwandelnden Körner und ihrer Reinigung äusserst wirksam. Infolge ihrer Wiederverwendung werden die Körner ausser- dem während ihrer Beschleunigung und Mitnahme durch die Flüssigkeit vom Ejektorstrahl heftig ge waschen und dadurch von allem anhaftenden Schmutz befreit.
Die Art der verwendeten, oberflächenumwandeln den Körner hängt im wesentlichen von dem er wünschten Ergebnis ab. Falls ein Abschleifen der Oberfläche gewünscht wird, können die üblichen Schleifkörner aus z. B. Harstand, Aluminiumoxyd- gries, Siliziumkarbid, Eisenschrot, schmiedbarem Schrot, Stahlschrot, Hartlegierungsschrot oder dergl., und für leichter schleifbare Oberflächen Eisenoxyd körner verwendet werden. Die Wiederverwendung nach hydraulischer Klassierung gestattet ausserdem die wirkungsvolle Verwendung eines Teiles des von der Oberfläche entfernten Materials selbst.
Für das Behämmern können die verwendeten Körner aus hartem, zähem Schrot, z. B. aus Eisen- oder Stahllegierungen in Form kleiner Kugeln, oder aus rundkörnigem Grobsand, wie z. B. Seesand, oder auch aus abgenutztem Sand, z. B. Kiesel- oder Zir- konsand, bestehen, der für das Absanden nicht mehr scharf genug ist. Diese Kornsorten dürfen nicht mit Weichbleischrot verwechselt werden, das schon manch mal beim Flaschenwaschen, wo jede mögliche Ober flächenveränderung durch Abrieb, Abschaben oder sonstige Umwandlung vermieden werden -muss, ver wendet worden ist.
Die Strahlform kann verschieden sein. Bei kleinen Gegenständen oder solchen mit unregelmässiger Ober fläche bieten runde Strahlen viele Vorteile. Für andere Zwecke, wie z. B. Entzundern, Behämmern oder sonstige Oberflächenbearbeitungen grösserer Gegen stände, flacher Metallbleche usw., besitzt der Strahl vorzugsweise die Form eines ausgedehnten Bandes, das längs des Schmaldimension des Bleches oder son stigen, zu beblasenden und dann darüber hinwegbe- wegbaren Gegenstandes ausgerichtet ist. Im Fall eines Breitbandstrahles ist die Düsenöffnung selbstverständ lich eng und mehr oder weniger rechteckig geformt.
Eine ähnliche Wirkung kann aber auch mit einer Reihe dicht benachbarter Ejektorstrahlen erzielt wer den.
Mit runden Strahlen kann eine höhere Gleich- mässigkeit dadurch erzielt werden, dass ein Füh rungsrohr mit engerem, unterem Ende, wo der Schnell stromstrahl die wiederverwendeten Körner einzieht, und vergrössertem Querschnitt an einer höheren Stelle verwendet wird, um die Flüssigkeitssäule von ihrer Reibung an der Rohrwand 5 usw. zu befreien. In anderen Fällen können auch Führungsrohre gleich förmigen Querschnitts mit Vorteil benutzt werden. Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf Füh rungsrohre veränderlichen Querschnitts beschränkt, jedoch ist in besonderer Sicht die Verwendung solcher, sich erweiternder Querschnitte als ein Vorteil zu be trachten.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hohe Wirksam keit von Verfahren und Apparatur ohne besondere Wartungsprobleme erzielt wird. Der einzige Apparate teil, der den schnellströmenden Festteilchen ausgesetzt ist, ist das Führungsrohr, und dieses ist vorteilhafter weise so gross, dass diese Abschleifwirkung gering bleibt. Dieses Rohr kann aus hochabriebsfesten Ma terialien, wie z. B. sehr harten Eisenlegierungen oder Hartgummi bestehen und leicht auswechselbar ge macht werden. Hierdurch werden die Kosten und Probleme der Wartung beträchtlich herabgesetz und die Ausnutzung der übrigen Vorteile der Erfindung ohne erhebliche wirtschaftliche Nachteile ermöglicht.
Als Treibflüssigkeit dient für gewöhnlich Wasser; die Erfindung arbeitet aber auch mit anderen Flüssig keiten geeigneter Schwere und Viskosität, um die Körner anzutreiben und danach zu tragen.
Der aus klarem Wasser oder sonstiger, nicht schlei fend wirkender Flüssigkeit bestehende Strahl wird zusammen mit stark beschleunigtem Schleifmaterial umgrenzt, um den so geschaffenen Nassblassstrahl gegen die gewünschten Teile der zu bearbeitenden Oberfläche zu richten.
Natürlich unterliegen die Begrenzungswände einem Abrieb; da sie aber bei der praktischen Erfindungs durchführung nur aus kurzen Rohren oder wir kungsgleichen, billigen Einrichtungen zu bestehen brauchen, ist es ziemlich bedeutungslos, dass sie sich schliesslich abnutzen, weil sie selbst verhältnismässig billig und billig austauschbar gestalten lassen. Ausser- dem kann der Verschleiss dieser Teile dadurch stark gemindert und vielfach sogar fast ganz vermieden werden, dass die Rohre mit einer glatten geschlossenen Oberfläche aus hochabriebfestem Material, wie z. B. Meehanite (Römpp, Spalte 2771), oder mit einem Futter aus abriebfestem Gummi oder ähnlichem Elasto mer versehen werden.
Ein solches Elastomerfutter kann so gestaltet sein, dass es in das kurze Rohr mit übergreifenden Endflanschen einschnappt, so dass die Auswechselung praktisch eine Sache von Minuten ist. Selbst bei auftretendem Verschleiss an diesem Teil ist die entstehende Querschnittsveränderung nicht kritisch, so dass er bis zum vollkommenen Ver- schleiss gebraucht werden kann. Zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens seien nun unter Bezug nahme auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch den Trichter teil einer einfachen, einen runden Strahl erzeugenden Apparatur; Fig. 2 ein Schaubild durch eine einen Bandstrom oder -strahl erzeugende Apparatur mit teilweise fort gebrochenen Teilen; Fig. 3 eine Teilaufsicht auf den Bodenteil des Trichters gemäss Fig. 2 mit einer anders geformten Düse und Fig. 4 einen lotrechten Schnitt durch eine abge wandelte Apparatur gemäss Fig. 1.
In Fig. 1 ist der kombinierte Trichter und hydrau lische Reiniger mit 1 bezeichnet. Der Trichter besitzt die Form eines stumpfen Kegels. In seinem Boden ist ein durch eine Stellschraube 3 einstellbar gehaltenes Düsenrohr 2 eingebaut, das über ein Rohr 4 mit dem unter Hochdruck stehenden Reinwasservorrat in Verbindung steht. Oberhalb des Düsenrohrs 2 ist ein Führungsrohr 5 vorgesehen, das nicht ganz bis zum Trichterboden, aber über den eingezeichneten Flüssig keitsspiegel im Trichter hinaus reicht. Im unteren Trichterabschnitt befindet sich der grösste Teil der Suspension abgesetzter, oberflächenumwandelnder Körner.
Etwas weiter oben zeigt das Führungsrohr 5 einen vergrösserten Querschnitt 6, der dazu dient, die im Trichter befindliche Flüssigkeit vom Blasstrom fern zuhalten und gleichzeitig von Reibung und das Rohr von Abrieb zu befreien. Das engere Rohr kann ent weder, wie dargestellt, an den erweiterten, tassen artigen Abschnitt ansetzbar sein, oder mit ihm ein Stück bilden, so dass das ganze Rohr als Einheit austauschbar ist.
Der aus dem Rohr 6 mit hoher Geschwindigkeit austretende Strom trifft auf einen (nicht dargestellten) direkt darüber befindlichen Gegenstand, dessen Ober fläche bearbeitet werden soll.
Nach dem Auftreffen auf den Gegenstand wird die verbrauchte Blasflüssigkeit, die neben den ober flächenumwandelnden Körner und sonstigen, ur sprünglich mitgeförderten Materialien gegebenenfalls auch von der Behandlung herrührende Teilchen ent hält, durch eine Haube 7 am Verspritzen gehindert und fällt direkt in den Trichter 1 zurück, wo sie ein Überfliessen über den Trichterrand verursacht. Dieser Trichterrand ist horizontal ausgebildet, so dass der Ablauf praktisch auf ganzer Umfangslänge erfolgt und durch einen nach aussen hin abgechrägten Ab- fluss 8 abfliesst.
Das Abflusswasser läuft in ein Ab setzbecken oder einen Teich, in dem sich vor dem Abpumpen alles noch zurückgebliebene Schleifma terial absetzen kann. Der Ablauf trägt ausserdem Teilchen mit geringerer Absetzgeschwindigkeit, wie z. B. trübe, spezifisch leichte sowie flockige Teilchen mit sich. Die oberflächenumwandelnden Körner setzen sich ab und werden wieder verwendet. Ersatzkörner und etwa verwendete, chemische Substanzen werden nach Bedarf in den Trichter eingeführt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine abgeänderte Apparatur, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugs ziffern versehen sind. Anstelle des einzigen runden Düsenrohrs 2 sind hier ein schmaler Schlitz 2a, siehe Fig. 2, oder eine Reihe nebeneinander angeordneter Runddüsen, siehe Fig. 3, vorgesehen. Während in Fig. 1 das Führungsrohr 5 runden Querschnitt hat, ist es in Fig. 2, wie dargestellt, schmal rechteckig geformt und im Trichter mittels Tragkreuz 13 ver ankert.
Die abgeänderten Apparaturen gemäss Fig. 2 und 3 erzeugen einen Bandstrahl mit hochbeschleunigten, oberflächenumwandelnden Körnern, um, über den Strahl hinweg bewegte, ausgedehnte Flächen, wie z. B. flache Metallbleche oder breitflächige Gegenstände, zu bearbeiten.
Fig. 4 stellt eine noch andere Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Grundapparatur dar. Bei ihr kehren nicht alle oberflächenumwandelnden Körner in den Trichter zurück, um sich an oder nahe dem Unterende des Führungsrohrs 5 abzusetzen und durch den Flüssigkeitsstrahl wieder aufgenommen zu wer den, sondern nur ein Teil der Blaskörner wird zum Trichterboden 1b zurückgeführt, an den über ein Ringglied 11 ein weites Rohr 12 angesetzt ist. Das Strahlrohr 2 durchsetzt die Leitung 12 mittig und ragt über den Trichterboden 1b hinaus.
Das Rohr 12 steht mit einem Körnervorrat in Verbindung, der über eine langsam laufende Pumpe und einen Mixer, beide nicht dargestellt, eine Suspension von oberflächenum wandelnden Körnern in den Trichter einströmen lässt. Infolge der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit tritt im Rohr 12 nur geringe Abnutzung ein, und erst am Führungsrohr 5b werden die Körner durch den sehr schnellen Ejetktorstrahl auf die zur Oberflächen umformung erforderliche, hohe Energiestufe beschleu nigt. Die Bearbeitung das Gegenstandes erfolgt wie bei Fig. 1, lässt sich aber etwas genauer regulieren. Wie bereits dargestellt, werden nur die sich am schnellsten absetzenden Teilchen über den Trichter in den Blasstrom 5b zurückgeführt.
Es ist zwar zu lässig, den Trichter 1b überhaupt fortzulassen und lediglich die Weite des Führungsrohrs 5b in der Zone, in der der Strom durch den Strahl 2 beschleunigt wird, zu verkleinern, so dass die hohe Geschwindigkeit im Blasstrom mit einer niedrigen Geschwindigkeit im Rohr 12 erreicht werden kann.
Fig. 4 zeigt ausserdem die Verwendung eines Führungsrohrs 5b gleichförmigen Querschnitts sowie einer Einschnappauskleidung 14 aus abriebfestem Gummi oder dergl. Diese Auskleidung wird durch Eigenelastizität festgehalten und kann leicht eingesetzt und nach Abnutzung ebenso leicht wieder ersetzt werden.
Wenn auch bei der Erfindung Einrichtungen ver schiedener Grösse und Bauart mit Vorteil verwendbar sind, kommt es zur Erzielung optimaler Ergebnisse auf bestimmte Verhältnisse der Elemente an. Wird gemäss Fig. 1 der Durchmesser des Düsenrohrs 2 mit D bezeichnet, so beträgt der Abstand des Füh rungsrohrs 5 vom Trichterboden vorzugsweise 1 bis 20 D, wobei der Düsenmund vorzugsweise ein gutes Stück über der Trichtersohle, jedoch um etwa V2 D bis 20 D unter dem Führungsrohr 5 liegt. Der Durch messer des Führungsrohrs 5 kann zwischen 2 D und 4 D variieren.
Der kleinere (Ejektor-) Abschnitt des Rohrs 5 braucht nur so lang zu sein, um zusammen mit dem Düsenstrahl Ejektorwirkung zu erzielen, kann natürlich aber auch länger sein. Der Durch messer des erweiterten Rohrabschnitts 6 ist nicht kritisch, aber dadurch praktisch in seiner Weite be grenzt, dass das Absetzgebiet nicht zu stark verkleinert werden darf. Er muss so weit sein; dass der aus dem unteren Ejektorabschnitt austretende Endstrahl genügende Freiheit besitzt, und solche Höhe besitzen, dass er über den Flüssigkeitsspiegel im Trichter reicht und dadurch den Trichterinhalt vom austretenden Strahl fernhält.
Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel kann das Düsenrohr 2 aus einem 31,3 mm weiten Rohr nippel mit oberseitig eingeschweisster, bei 2' durch- bohrter Zwischenscheibe bestehen. Der Bohrungs durchmesser beträgt 15,8 mm. Das Führungsrohr 5 hat einen Aussendurchmesser von 37,7 mm, eine lichte Weite von 25,4 mm und eine Länge von 254 mm und ist über dem Trichterboden 1 um das Düsenrohr 2 herum in einem Abstand von 50,7 mm angeordnet.
Der erweiterte Rohrabschnitt 6 besitzt eine Weite von 126 mm und ragt etwa 253 mm über das Kopfende des engen Rohrabschnitts 5 und etwa 10 mm über den Flüssigkeitsspiegel im Trichter 1 hinaus. Das Rohr 6 kann zwar auch schon etwas unter dem Flüssigkeitsspiegel enden, dann hängt es aber von der Strahlwirkung ab, das Rohr sauber und den Blasstrom zurückzuhalten. Das Flüssigkeitsbad im Trichter hat eine Tiefe von etwa 507 mm, und die Trichterweite beträgt etwa 914 mm, wobei jedoch Grössenvariationen möglich sind.
Bei diesem spe ziellen Beispiel, bei dem mit einem Druck von 4,21 kg/cm' im Rohr 4 gearbeitet wurde, betrug die Wasseraustrittsgeschwindigkeit aus der Düsenöffnung 2' am Kopf des Rohres 2 22,5 m/sec und die Blas stromgeschwindigkeit am Kopf des Rohres 6<B>12,5</B> m/sec. Die mit diesem Druck und diesen Strahlgeschwindig- keitei erzielten Ergebnisse waren äussert zufrieden stellend, erfahrungsgemäss wurde aber insbesondere beim Entzundern und Abschleifen durch Verdoppe lung oder Verdreifachung der Strahlgeschwindigkeit die Leistung noch erhöht.
In der Praxis wurden Strahl geschwindigkeiten zwischen 11 und 56,5 m/sec mit Drucken zwischen 4,21 und 8,43 kg/cm2 angewendet, wobei jedoch der zulässige Bereich noch weiter ist. Die gewünschten Geschwindigkeiten hängen weit gehend von sonstigen Faktoren ab, wie z. B. der Natur des Grundmetalls, d. h. seiner Härte oder Weichheit, der beim Entgraten zu entfernenden Ober flächen, der Grösse, Härte, Dichte und Form der Schleifteilchen. So kann z.
B. zur Erzielung einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit bei weichem Metall ein weicheres und feinkörnigeres Schleifmate rial erwünscht sein, während bei härteren Oberflächen gröbere Schleifteilchen mit höherer Massenschwere und/oder Schneidkraft und allgemein härterer Charak teristik verwendet werden müssen. Zur Erfüllung dieser zahlreich verschiedenen Bedingungen und wegen der sonstigen Betriebsfaktoren ist ein breiter Ge schwindigkeitsbereich anwendbar. Wahrscheinlich kann die Geschwindigkeit der aus dem Strahlrohr austretenden Flüssigkeit zwischen 3,5 und 500 m/sec gewählt werden.
Der Druck im Düsenrohr kann von 0,07 bis 2109,2 kg/cm2 reichen, liegt aber in der Praxis vorzugsweise unter etwa 26,4 kg/cm2. Bei einem bestimmten Druck von Pumpe und öffnungs- system her kann die Geschwindigkeit der aus dem Blasrohr austretenden Flüssigkeit je nach Weite des Blasrohrs und anderen Begleitbedingungen gross oder klein sein.
Bei den verschiedenen Anwendungsformen des flüssig suspendierten Schleifmittel -Verfahrens können Geschwindigkeiten im Blasrohr zwischen 3 und 450 m/sec gewählt werden, um bei speziellen Abschleif- oder Entgratungsarbeiten zu erfolgreichen Voraussetzungen zu kommen.
Bei einem harten Material, wie z. B. Gusseisen oder mässig hartem Stahl, werden gute Erfolgte mit einer Düsengeschwindigkeit von 55 m/sec erreicht.
Die für Fig. 1 angegebenen Dimensionen können auch für die Bandstrahlapparaturen gemäss Fig. 2 bis 4 angewendet werden, wobei D als die kleinere der beiden Dimensionen des Schlitzes 2a und dement sprechend der Durchmesser des rechteckigen Füh rungsrohrs 2 als die kleinere der zwei Dimensionen zu betrachten sind.
Der Eingabedruck der Flüssigkeit im Rohr 2 treibt sie mit so hoher Geschwindigkeit durch die Düse 2' hindurch, dass den in das Führungsrohr 5 einströmenden, oberflächenumwandelnden Körnern die erforderliche kinetische Energie erteilt wird. Die Ejektorwirkung der Düse 2 im Führungsrohr treibt einen praktisch massiven Schlammstrom aus ober flächenumwandelnden Körnern aus dem Rohr 5 he raus gegen die zu bearbeitende Oberfläche, der sich beim Austritt aus dem Rohr nur geringfügig, z. B. um etwa 15 , verbreitert.
Vorteilhafterweise wird die zu behandelnde Ober fläche ziemlich nahe, d. h. z. B. etwa 152 mm entfernt, am Kopfende des Führungsrohrs angeordnet, braucht es aber nicht unbedingt zu sein, solange ihr Abstand so gross ist, dass die Körnerenergie ernstlich verzehrt ist. So ist manchmal ein Abstand von 914 mm hoch zufriedenstellend, wobei dann näturlich höhere An fangsgeschwindigkeit und/oder grösseres Blasstrom- volumen nötig werden könnten.
Das Verhältnis zwischen Blasstrom- und Absetz- trichtervolumen sowie die Blasstromgeschwindigkeit werden so eingestellt, dass im Trichtergrunde bis weit über das Fussende des Führungsrohrs 5, d. h. also auf einer Tiefe von etwa 100 bis 300 mm oder noch mehr, ein konzentrierter Schlamm aus oberflächen umwandelnden Körnern aufrechterhalten wird. Um dies für verschiedene Betriebsweisen leicht zu machen, kann dass Führungsrohr 5 in Klemmstützen 15 lot recht verstellbar gehaltert sein, die auf gerätefesten Stützstangen 16 montiert sind.
Für den Fachmann ist klar, dass die vorstehenden Dimensionen, Geschwindigkeiten und Drücke auch durch andere Bedingungen beeinflusst werden können. So hat beispielsweise eine Viskositätsänderung in der im Trichter 1 und im Strahl 2 befindlichen Flüssig keit auch eine Änderung ihrer kinetischen Energie zur Folge. Es kann auch eine Änderung der Flüssig keitsgeschwindigkeit vorgenommen sowie die Fähig keit der Flüssigkeit, oberflächenumwandelnde Körner mitzureissen, erforderlichenfalls reguliert werden.
Änderungen im spezifischen Gewicht der Flüssig keit, die entweder durch Austausch gegen eine andere Flüssigkeit oder durch Zusätze erfolgen kann, be- einflusst sowohl das Schwimmvermögen und dem zufolge auch die Absetzgeschwindigkeit der Körner in der Flüssigkeit als auch die kinetische Energie des Blasstroms beim Auftreffen auf die zu bearbeitende Oberfläche.
Bei den meisten technischen Anlagen wird mehr als ein Strahl benötigt, und daher können mehrere solcher in ein und demselben Tank 1, la, 1b usw. vorgesehen werden. Die Tankform hängt zum Teil von der Anzahl der erforderlichen Blasstrahlen ab. Für gewöhnlich wird zwecks erleichterter Schlamm ansammlung der Boden, wie dargestellt, nahe dem Strahlrohr abgeschrägt, die Teilchenansammlung kann aber auch in einem Zusatzgerät bewirkt werden, oder das Absetzen kann auf einem mehr oder weniger flachen Boden vor sich gehen, wobei mechanische Kratzvorrichtungen die abgesetzten Festteilchen zu sammenholen.
Die Stellung der Düse des Düsenrohrs 2 kann zwischen unterhalb des Tankbodens, in gleicher Höhe mit ihm, zwischen ihm und dem Fussende des Füh rungsrohrs 5 und innerhalb des Führungsrohrs 5 variieren. Wichtig ist dabei, dass ihre Stellung maxi male Strahlwirkung gibt, also z. B. die durch das Rohr 5 in den Blasstrom eintretenden und auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffenden, ober flächenumwandelnden Körner zu beschleunigen ver mag.
Je nach Strahlleistung muss mehr oder weniger klare Flüssigkeit in die Düse hineingepumpt und in gleicher Menge aus dem System abgeführt werden. Ein bestimmter Teil wird zum Auswaschen des Schmutzes und der zertrümmerten Schleifkörner sowie als Ersatz für unvermeidbare Flüssigkeitsverluste be nötigt. Darüberhinaus ist Flüssigkeit aber unerwünscht, und erfahrungsgemäss bleiben gute Leistungen ge wahrt, wenn das Verhältnis von Umlaufschlamm zu Frischflüssigkeit im Strahlrohr zwischen etwa 0,65 : 1 bis zu 1,5 : 1 oder vorteilhafterweise bei 1 : 1 bis 1,5 : 1 liegt.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur hydraulischen Oberflächenbearbeitung für das Schleifschneiden, Ab graten und sonstige Oberflächenänderung von Gegen ständen bildet.
Es hat sich nicht nur als praktisch erwiesen, die Schnellschleif- oder sonstigen Oberflächenumwand- lungseffekte in einer Vorrichtung beschriebener Art zu entwickeln; die Erfindung kann vielmehr auch dazu benutzt werden, die beschriebene Vorrichtung eine doppelte Funktion ausführen zu lassen.
Der Trichter oder Tank bietet nicht nur einen Behälter für die Supension der oberflächenumwandelnden Körner, sondern sammelt auch das vom behandelten Gegenstand zurückströmende Material und kann aus- serdem noch als kontinuierlicher, hydraulischer Se parator dienen, mit dem das überschüssige Wasser, das mit dem Schnellstromstrahl zwecks Energiezufuhr zu den oberflächenumwandelnden Körnern einge bracht wird, zum Waschen und hydraulischen Klas sieren der wiedergewonnenen Körner verwendet und dann in beruhigtem Zustand unter Mitnahme des leichter suspendierten Schmutzes abgezogen wird, während sich die oberflächenumwandelnden Körner im Trichter absetzen.
Das ausgegebene Material ver drängt beim Wiedereintritt in den Trichter über schüssige Flüssigkeit, die vorzugsweise über den ge samten Trichterrand hinweg abfliesst.
Zwecks Herabsetzung der Abflussgeschwindigkeit kann z. B. durch Verwendung eines grösseren Trich ters die Länge der Überfliesskante vergrössert werden. Der Trichter verhält sich also, mit anderen Worten, wie ein Freiabsetz-Teilchenklassierer in einem hy draulischen System.
Obwohl in der Beschreibung und den Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nebst Ab wandlungen und Variationsbereiche erläutert worden sind, sind sie ersichtlicherweise nicht erschöpfend und nur mitgeteilt, um anderen Fachleuten eine optimale Anpassung und Abwandlung der Erfindung an die Bedingungen und Erfordernisse des jeweiligen An wendungsfalles zu erleichtern.
Method and device for surface treatment with a liquid jet The invention relates to a method and a device for surface treatment of objects with a liquid jet which contains surface-treating particles. According to the invention, the abrasive or surface conversion particles, such as. B. grinding or hammer grain, supplied by hydraulic means with the required energy.
There is a serious problem with this change in the material surface, for example to remove burrs, sprues and other protrusions on cast metal or plastic products, to remove mill scale from heat-treated pieces of metal, to create predetermined metal surfaces by grinding or other means and the surface of metal bodies through measures to change that z. B. by grinding away unwanted surface material or by changing the Mole külanordnung in the surface layer convert the upper surface.
The shot hammering process is characteristic of this last-mentioned type of surface treatment.
All of the measures mentioned so far require either an actual removal of material particles themselves or such an energy-rich surface treatment that their crystalline and / or other properties are changed. All Ver drive make the same requirement that solid particles, regardless of whether they should act grinding or hammering, supplied with high energy who must, so that they even with fairly hard and solid materials, such as. B. metals, can cause a surface transformation. The surface treatment is hereinafter generally referred to as conversion. The first type of process that has been in use for many decades is embodied in sandblasting.
Initially, the high kinetic energy was fed to the solid particles by means of compressed air. This technique is still in use, but presents serious operational hazards when used in confined spaces and when cleaning metals.
Dust and fire hazards can be eliminated by using a flow of liquid instead of an air flow; however, attempts to use this type of process on an operational basis leave much to be desired. The recovery of the abrasive grain presents problems, and furthermore, when the grains are transported, e.g. B. by Leitun gene, blockages comparatively narrow passages and wear damage to the device.
A completely different problem occurs when cleaning bottles and other articles whose surface should not be cut or otherwise converted. In these cases, moderately slow jets of water are directed in or directly under guide tubes, which are connected to the bottom of a funnel or tank containing water and the soft abrasive grains. In bottle washing machines, for example, a stream of lead shot or rubber balls is introduced through a long pipe that extends into the bottle.
A similar process was even used to wash cars, using small bits of sponge or similar, soft, easily deformable material as the scrubbing material. All of these processes require relatively large amounts of water and do not cause any surface transformation. So these two problems stood side by side and were by no means analogous. Whenever fast moving surface conversion grains were considered, the gun method was used.
The method according to the invention is characterized in that the said particles are fed to a point at which a liquid jet of high speed is generated which entrains the said particles from this zone, the liquid jet being given a high speed so that the entrained particles receive the energy necessary for the surface treatment, and that the liquid jet containing the entrained particles is directed against the surface to be treated, with a free path between the zone in which the particles are entrained. and the surface of the object to be treated is present.
The inventive device for carrying out the method with drive elements for generating a high-speed liquid jet to entrain the said particles and to give the particles the energy necessary for surface treatment, with supply elements to provide a refillable supply of surface treatment particles in the zone maintaining, in which the liquid jet can entrain the particles, is characterized by a guide tube which is aligned with the liquid jet and which extends from the point in the zone from which the jet emanates to the surface of the object to be treated,
and which tube limits the free path for the liquid jet.
In an exemplary embodiment of the method, fast-flowing liquid jets can be made to tear up and accelerate a liquid mass of suspended, surface-converting granules. These grains can, for example, be deposited in a carrier liquid at the bottom of a truncated cone-shaped funnel and the solid particles concentrated in this way can be sucked into a blow stream by the ejector effect of a fast-flowing jet, the jet being guided into a guide tube that carries the fast flow to a level above the Surrounds the liquid level in the funnel.
This allows the surface-transforming grains to be expelled from the conduit pipe at high speed in a liquid stream. The speeds used can vary according to the respective conditions and requirements, but are generally such that the entrained, surface-converting grains acquire sufficient kinetic energy for the desired grinding or hammering process.
High speeds are particularly advantageous when blowing liquid sand or hammering shot. If the surface converting particles are only entrained in a fast flowing liquid, the excess liquid could affect the grain performance. However, through the use of extremely fast ejector jets, the grains can be given higher energy without excessive liquid volume. In the present description and claims, this high energy is referred to as high enough for a satisfactory surface conversion. In the case of surface material removal, e.g. B.
from burrs, sprues or other undesirable protrusions, or during descaling or deburring, considerable amounts of material are actually removed from the treated surface. In the case of shot hammering, on the other hand, the surface is transformed by changing its surface microstructure, although the transformation can be so uniform that it is invisible to the naked eye. In certain hammering methods, however, material is actually removed by z. B. brittle mill scale or small uneven units of the machined surface are knocked off.
The method can thus fulfill a twofold function, namely descaling and hammering. In other words, scale can be removed and the remaining surface microstructure changed in one and the same work process. In both cases the surface is transformed in the sense indicated above.
Various types of solid particles can be carried along by the dispensing liquids. So are z. B. the particles removed from the machined surface (mill scale, sprues and burrs of various types) sometimes considerably larger or sometimes considerably smaller than the blown grains. The backflow can also carry along with the castings still adhering to the molding sand, shavings from machined parts, filings from machined parts, normal dirt and oil, etc., and even the surface-converting grains can be used up into fine particles or broken up.
These fine particles usually have such a small, low settling speed that they are washed into the funnel overflow - i.
This effective cleaning by means of hydraulic classification is an important advantage of the method described. The clean grains can be reused for further surface conversion work after settling and still provide cleanly processed objects.
A particularly common field of application of the process is descaling. The scale from z. B. iron oxides and carbonates etc. is often quite brittle and, according to its physical structure, dissolves in rather large flakes. However, even this problem is effectively solved by the invention, because the flakes of scale, despite their possible size, have such a shape and such a specific weight that they have a relatively low settling speed and can therefore also be removed with the overflow.
The separation of the undesired material from the returned, surface-converting grains is all the more surprising since the throughput in the described method is very high and comparatively large amounts of surface-converting grains pass through the device in a short time.
Nevertheless, the present method is extremely effective in recycling the surface converting grains and cleaning them up. As a result of their re-use, the grains are also vigorously washed by the ejector jet while they are accelerating and being carried along by the liquid, and thereby freed from all adhering dirt.
The type of surface converting granules used depends essentially on the result desired. If a grinding of the surface is desired, the usual abrasive grains from z. B. Harstand, aluminum oxide grit, silicon carbide, iron shot, malleable shot, steel shot, hard alloy shot or the like., And iron oxide grains are used for surfaces that are easier to grind. The reuse after hydraulic classification also allows the efficient use of part of the material removed from the surface itself.
For hammering, the grains used can be made of hard, tough meal, e.g. B. from iron or steel alloys in the form of small balls, or from round-grain coarse sand, such as. B. sea sand, or from worn sand, e.g. B. silica or zircon sand, which is no longer sharp enough for sanding. These types of grain must not be confused with soft lead shot, which has been used many times when washing bottles, where any possible surface changes due to abrasion, scraping or other transformation must be avoided.
The beam shape can be different. Round beams offer many advantages for small objects or objects with an irregular surface. For other purposes, such as B. descaling, hammering or other surface treatment of larger objects, flat sheet metal, etc., the beam preferably has the shape of an extended band that is aligned along the narrow dimension of the sheet or other, to be blown and then movable over object. In the case of a broadband jet, the nozzle opening is of course narrow and more or less rectangular in shape.
A similar effect can also be achieved with a number of closely spaced ejector jets.
With round jets, greater uniformity can be achieved by using a guide tube with a narrower, lower end, where the high-speed jet draws in the reused grains, and an enlarged cross-section at a higher point to prevent the liquid column from rubbing against the Free pipe wall 5 etc. In other cases, guide tubes of uniform cross section can also be used with advantage. Understandably, the invention is not limited to guide tubes of variable cross-section, but in a particular point of view the use of such widening cross-sections is to be considered an advantage.
It should be noted that the high efficiency of the method and apparatus is achieved without any particular maintenance problems. The only part of the apparatus that is exposed to the fast-flowing solid particles is the guide tube, and this is advantageously so large that this grinding effect remains low. This tube can be made of highly abrasion-resistant Ma materials such. B. very hard iron alloys or hard rubber and easily replaceable ge makes. This considerably reduces maintenance costs and problems and enables the other advantages of the invention to be used without significant economic disadvantages.
Water is usually used as the driving fluid; however, the invention also works with other liquids of suitable gravity and viscosity to drive the grains and then to carry them.
The jet consisting of clear water or other liquid that does not have a grinding effect is delimited together with highly accelerated grinding material in order to direct the wet-blow jet created in this way against the desired parts of the surface to be processed.
Of course, the boundary walls are subject to abrasion; But since they only need to consist of short pipes or equivalent, cheap devices in the practical implementation of the invention, it is rather meaningless that they eventually wear out because they themselves can be made relatively cheap and inexpensive to replace. In addition, the wear and tear on these parts can be greatly reduced and in many cases even almost completely avoided if the pipes have a smooth, closed surface made of highly abrasion-resistant material, such as B. Meehanite (Römpp, column 2771), or be provided with a lining made of abrasion-resistant rubber or similar Elasto mer.
Such an elastomer lining can be designed so that it snaps into the short tube with overlapping end flanges, so that replacement is practically a matter of minutes. Even if this part is worn, the resulting change in cross-section is not critical, so that it can be used until it is completely worn. Two embodiments of an apparatus for performing the method will now be shown with reference to the accompanying drawings.
They show: FIG. 1 a vertical section through the funnel part of a simple apparatus which generates a round jet; Fig. 2 is a diagram through an apparatus producing a tape stream or jet with parts partially broken away; 3 shows a partial plan view of the bottom part of the funnel according to FIG. 2 with a differently shaped nozzle, and FIG. 4 shows a vertical section through a converted apparatus according to FIG. 1.
In Fig. 1, the combined funnel and hydraulic cleaner is denoted by 1. The funnel has the shape of a truncated cone. A nozzle pipe 2, which is held adjustably by an adjusting screw 3 and is connected via a pipe 4 to the high pressure pure water supply, is installed in its bottom. Above the nozzle tube 2, a guide tube 5 is provided, which does not go all the way to the bottom of the funnel, but extends beyond the liquid level in the funnel. Most of the suspension of settled, surface-converting grains is located in the lower section of the funnel.
A little further up, the guide tube 5 shows an enlarged cross section 6, which serves to keep the liquid located in the funnel away from the blow stream and at the same time to free the tube from friction and abrasion. The narrower tube can ent neither, as shown, be attached to the enlarged, cup-like section, or form a piece with it, so that the entire tube can be replaced as a unit.
The stream emerging from the tube 6 at high speed hits an object (not shown) directly above it, the upper surface of which is to be processed.
After hitting the object, the used blowing liquid, which contains not only the surface-converting grains and other materials originally conveyed, but also particles from the treatment, is prevented from splashing by a hood 7 and falls back directly into the funnel 1, where it causes overflow over the funnel rim. This funnel edge is designed horizontally so that the drainage takes place practically over the entire circumference and flows off through an outwardly sloping drain 8.
The runoff water runs into a settling basin or pond, in which any grinding material left behind can settle before it is pumped out. The process also carries particles with a lower settling rate, such as. B. cloudy, specifically light and flaky particles with it. The surface converting granules settle and are reused. Replacement grains and any chemical substances used are introduced into the funnel as required.
Figures 2 and 3 show a modified apparatus in which the same parts are provided with the same reference numbers. Instead of the single round nozzle tube 2, a narrow slot 2a, see FIG. 2, or a row of round nozzles arranged next to one another, see FIG. 3, are provided here. While in Fig. 1 the guide tube 5 has a round cross-section, it is in Fig. 2, as shown, narrowly rectangular shaped and anchored ver in the funnel by means of support cross 13.
The modified apparatus according to FIGS. 2 and 3 generate a ribbon jet with highly accelerated, surface-converting grains in order to move across the jet, extended areas such as, for. B. flat metal sheets or wide-area objects to edit.
Fig. 4 shows yet another embodiment of the basic apparatus shown in Fig. 1. With her, not all of the surface-converting grains return to the funnel to settle at or near the lower end of the guide tube 5 and to be picked up again by the liquid jet, rather, only a part of the blown particles is returned to the hopper bottom 1b, to which a wide tube 12 is attached via a ring member 11. The jet pipe 2 passes through the center of the line 12 and protrudes beyond the funnel bottom 1b.
The tube 12 is connected to a grain store which, via a slow-running pump and a mixer, both not shown, allows a suspension of grains that convert surface areas to flow into the funnel. As a result of the low flow velocity, only slight wear occurs in the tube 12, and only on the guide tube 5b are the grains accelerated by the very fast ejector jet to the high energy level required for surface deformation. The object is processed as in FIG. 1, but can be regulated more precisely. As already shown, only the fastest-settling particles are returned to the blow stream 5b via the funnel.
It is admittedly permissible to omit the funnel 1b at all and only to reduce the width of the guide tube 5b in the zone in which the flow is accelerated by the jet 2, so that the high speed in the blow stream is reduced to a low speed in the tube 12 can be reached.
4 also shows the use of a guide tube 5b of uniform cross-section and a snap-in lining 14 made of abrasion-resistant rubber or the like. This lining is held in place by its inherent elasticity and can easily be inserted and just as easily replaced again after wear.
Even if devices of different sizes and types can be used with advantage in the invention, it depends on certain ratios of the elements to achieve optimal results. If the diameter of the nozzle tube 2 is denoted by D according to FIG. 1, the distance between the guide tube 5 and the funnel bottom is preferably 1 to 20 D, the nozzle mouth preferably a good distance above the funnel base, but by about V2 D to 20 D below the guide tube 5 lies. The diameter of the guide tube 5 can vary between 2D and 4D.
The smaller (ejector) section of the tube 5 only needs to be long enough to achieve an ejector effect together with the nozzle jet, but it can of course also be longer. The diameter of the expanded pipe section 6 is not critical, but it is practically limited in its width so that the settling area must not be reduced too much. He has to be ready; that the end jet emerging from the lower ejector section has sufficient freedom and such a height that it extends above the liquid level in the funnel and thereby keeps the contents of the funnel away from the emerging jet.
In a special embodiment, the nozzle tube 2 can consist of a 31.3 mm wide pipe nipple with an intermediate disk welded in on the top and bored through at 2 '. The bore diameter is 15.8 mm. The guide tube 5 has an outside diameter of 37.7 mm, a clear width of 25.4 mm and a length of 254 mm and is arranged above the funnel bottom 1 around the nozzle tube 2 at a distance of 50.7 mm.
The widened pipe section 6 has a width of 126 mm and protrudes about 253 mm above the head end of the narrow pipe section 5 and about 10 mm above the liquid level in the funnel 1. The pipe 6 can end a little below the liquid level, but then it depends on the jet effect to keep the pipe clean and to hold back the blowing flow. The liquid bath in the funnel has a depth of about 507 mm, and the funnel width is about 914 mm, although size variations are possible.
In this spe cial example, in which a pressure of 4.21 kg / cm 'was used in the pipe 4, the water outlet speed from the nozzle opening 2' at the head of the pipe 2 was 22.5 m / sec and the blower flow rate at the head of the pipe 6 <B> 12.5 </B> m / sec. The results achieved with this pressure and this jet speed were extremely satisfactory, but experience has shown that the performance was increased even further by doubling or tripling the jet speed, particularly during descaling and grinding.
In practice, jet speeds between 11 and 56.5 m / sec with pressures between 4.21 and 8.43 kg / cm2 have been used, although the permissible range is even wider. The desired speeds depend largely on other factors, such as B. the nature of the base metal, d. H. its hardness or softness, the surfaces to be removed during deburring, the size, hardness, density and shape of the abrasive particles. So z.
B. to achieve a certain surface quality in soft metal, a softer and finer-grain abrasive mate rial be desired, while with harder surfaces coarser abrasive particles with higher mass gravity and / or cutting force and generally harder charac teristics must be used. A wide speed range is applicable to meet these numerous different conditions and because of the other operating factors. The speed of the liquid emerging from the jet pipe can probably be selected between 3.5 and 500 m / sec.
The pressure in the nozzle tube can range from 0.07 to 2109.2 kg / cm2, but in practice it is preferably less than about 26.4 kg / cm2. At a certain pressure from the pump and opening system, the speed of the liquid emerging from the blowpipe can be high or low, depending on the width of the blowpipe and other accompanying conditions.
With the various forms of application of the liquid suspended abrasive process, speeds in the blow pipe between 3 and 450 m / sec can be selected in order to achieve successful conditions for special grinding or deburring work.
With a hard material, such as. B. cast iron or moderately hard steel, good results are achieved with a nozzle speed of 55 m / sec.
The dimensions given for Fig. 1 can also be used for the band jet apparatus according to FIGS. 2 to 4, where D is to be regarded as the smaller of the two dimensions of the slot 2a and accordingly the diameter of the rectangular guide tube 2 as the smaller of the two dimensions are.
The input pressure of the liquid in the tube 2 drives it through the nozzle 2 'at such a high speed that the surface-converting grains flowing into the guide tube 5 are given the required kinetic energy. The ejector effect of the nozzle 2 in the guide tube drives a practically massive stream of sludge from upper surface converting grains from the tube 5 he out against the surface to be processed, which is only slightly when exiting the tube, z. B. by about 15, widened.
Advantageously, the surface to be treated is fairly close, i.e. H. z. B. about 152 mm away, arranged at the head end of the guide tube, but it does not necessarily have to be, as long as their distance is so large that the grain energy is seriously consumed. So sometimes a distance of 914 mm is highly satisfactory, in which case, of course, a higher initial speed and / or a larger blowing flow volume could be necessary.
The ratio between the blowing flow and settling funnel volume as well as the blowing flow speed are set so that in the funnel base far beyond the foot end of the guide tube 5, i.e. H. that is, at a depth of about 100 to 300 mm or more, a concentrated sludge of surface-converting grains is maintained. In order to make this easy for different modes of operation, the guide tube 5 can be held in a quite adjustable manner in clamp supports 15 which are mounted on support rods 16 that are fixed to the device.
It is clear to the person skilled in the art that the above dimensions, speeds and pressures can also be influenced by other conditions. For example, a change in viscosity in the liquid in the funnel 1 and in the jet 2 also results in a change in their kinetic energy. The liquid velocity can also be changed and the ability of the liquid to entrain surface-converting granules can be adjusted if necessary.
Changes in the specific gravity of the liquid, which can be done either by replacing it with another liquid or by adding additives, influences both the buoyancy and, consequently, the settling speed of the grains in the liquid as well as the kinetic energy of the blow stream when it hits the surface to be processed.
Most technical systems require more than one jet, and therefore several of these can be provided in one and the same tank 1, 1a, 1b, etc. The shape of the tank depends in part on the number of jets required. In order to facilitate the accumulation of sludge, the floor near the jet pipe is usually bevelled as shown, but the particle accumulation can also be effected in an additional device, or the settling can take place on a more or less flat floor, with mechanical scraping devices for the settled solid particles to gather.
The position of the nozzle of the nozzle tube 2 can vary between below the tank bottom, at the same height as it, between it and the foot end of the guide tube 5 and within the guide tube 5. It is important that their position gives maximum beam effect, so z. B. the entering through the pipe 5 in the blow stream and impinging on the surface to be processed, upper surface converting grains to accelerate ver mag.
Depending on the jet power, more or less clear liquid must be pumped into the nozzle and the same amount must be drained from the system. A certain part is needed to wash out the dirt and the smashed abrasive grains and as a replacement for unavoidable loss of fluid. In addition, however, liquid is undesirable, and experience has shown that good performance is maintained if the ratio of circulating sludge to fresh liquid in the jet pipe is between about 0.65: 1 to 1.5: 1 or advantageously 1: 1 to 1.5: 1 .
From the foregoing it can be seen that the invention forms a novel method for hydraulic surface treatment for grinding, deburring and other surface changes of objects.
Not only has it proven practical to develop the high speed grinding or other surface conversion effects in a device of the type described; Rather, the invention can also be used to allow the device described to perform a dual function.
The funnel or tank not only offers a container for the suspension of the surface-converting grains, but also collects the material flowing back from the treated object and can also serve as a continuous, hydraulic separator, with which the excess water, which is with the high-speed jet for the purpose Energy is applied to the surface-converting grains, used to wash and hydraulically classify the reclaimed grains, and then withdrawn at a stilled state, entraining the more easily suspended dirt, while the surface-converting grains settle in the hopper.
When it re-enters the funnel, the dispensed material displaces excess liquid, which preferably flows off over the entire edge of the funnel.
To reduce the flow rate, z. B. by using a larger funnel age, the length of the overflow edge can be increased. In other words, the funnel behaves like a sedimentation particle classifier in a hydraulic system.
Although in the description and the drawings, an embodiment of the invention along with modifications and ranges of variation have been explained, they are clearly not exhaustive and only communicated to facilitate other experts optimally adapting and modifying the invention to the conditions and requirements of the particular application .