Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung kleiner Werkstücke Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung kleiner Werkstücke unter Verwendung länglicher Trommeln mit gleichseitigem, polygonalem Innenquerschnitt, die praktisch bis zur Hälfte mit einer Mischung aus den Werkstücken und einem Schleifmittel gefüllt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bisher wurden zahlreiche Versuche zur Oberflächen bearbeitung von Werkstücken aus Metall oder Kera mik durchgeführt. Beispielsweise ist das Drehtrommel verfahren typisch für Bearbeitungsverfahren in Trom meln, welche seit langem bekannt sind und tatsächlich auf den verschiedensten Gebieten der Bearbeitungs technik angewandt werden.
Nach dem Drehtrommel- bearbeitungsverfahren führt eine Mischung von zu be arbeitenden Werkstücken und Schleifmitteln, denen ein geeignetes Schmiermittel oder ein geeignetes Ober- flächenaktivierungsmittel zugemischt sein kann, in einer mit verhältnismässig geringer Drehzahl um ihre zen trale Längsachse rotierenden Trommel eine Sturzbe wegung aus, wodurch die Werkstücke mit dem Schleif mittel miteinander in Berührung kommen und anein ander scheuern, so dass die Werkstückoberfläche be arbeitet wird.
Dieses Verfahren erfordert notwendiger weise viel Zeit, bis der Bearbeitungsvorgang beendet ist, und es ist nicht möglich, damit sehr kleine Werk stücke zu bearbeiten, weil eine Mischung von Werk stücken und Schleifmitteln schon wegen ihres Gewichts allein umgewälzt wird.
Es ist ausserdem allgemein bekannt, dass unter Ver wendung irgendeiner zylindrischen Tiegel- oder Schrot mühle Werkstücke einer Oberflächenbehandlung nicht unterworfen werden können. Wenn eine solche Mühle zur Bearbeitung der Werkstücke verwendet wird, gleiten diese zusammen mit den beigemischten geeigneten Schleifmitteln normalerweise an der Innenfläche der Anordnung als einheitliche Masse entlang, was ein weitgehend ungleichmässiges Abschleifen der Werkstücke zur Folge hat. Anderseits kann eine aus Werkstücken und diesen beigemischten Schleifmitteln bestehende Masse zwangläufig eine unzulässige Gleitbewegung an der Innenfläche des Behälters bewirken, was ein Auf reiben und Vermahlen der Werkstücke zur Folge hätte.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindungen, die Nachteile und Mängel der bisherigen Bearbeitungs technik zu beheben.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Körner und die Werkstücke in den Trommeln nur in einer Oberflächenschicht der Mischung miteinander zur Reibung gebracht werden, indem nacheinander verschiedene Teile der Mischung in diese Oberflächenschicht und entsprechend andere Teile der Mischung aus der Oberflächenschicht in die restliche Mischung gebracht werden, wobei die frei liegende Oberfläche der Mischung praktisch eben bleibt, wozu Trommeln, deren innerer Querschnitt ein gleich seitiges Polygon ist, um eine parallel und im Abstand zu ihren Längsachsen angeordnete Achse mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht werden, dass die Zen trifugalkraft der Mischung in den Trommeln die Schwer kraft überwiegt, und wobei die Trommeln gegenüber der Achse eine planetarische Kreiselbewegung aus führen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Durch führung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens zwei Trommeln, deren innerer Querschnitt ein gleichseitiges Polygon ist und die in zwei stirn- seitigen und um eine zentrale, zu den Trommelachsen parallele Achse drehbaren Scheiben drehbar gelagert sind, sowie durch eine Antriebsvorrichtung zum An trieb dieser beiden Scheiben und der darin gelagerten Trommeln, so dass die letzteren eine planetarische Kreiselbewegung um die Achse ausführen.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt die Weise, in der die in die Trommel der bisherigen Art einer Dreh trommelbearbeitungsanlage eingebrachte Masse wäh rend ihrer Sturzbewegung in der rotierenden Trommel teilweise fliesst. Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Trommel, wobei die Füllung durch die Zentrifugalwirkung an der Innenfläche an liegt. Die Zentrifugalwirkung entsteht dadurch, dass die Trommel mit hoher Drehzahl, und zwar über der kritischen Drehzahl, rotiert.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zur Er läuterung des Prinzips der Erfindung und zeigt im Schnitt die Weise, in der die in jede der Trommeln mit gleichseitigem, polygonalem Querschnitt einge brachte Masse angehäuft ist, wobei die Trommeln mit hoher Drehzahl und in der Richtung rotieren, dass die freie Oberflächenschicht der Masse in der Trommel fliesst.
Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen im Schnitt und veranschaulichen ausführlicher, wie die in Fig. 3 gezeigte, in die Trommel eingebrachte Masse in der Trommel, die mit hoher Drehzahl kreiselt, fliesst.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Aufriss der gemäss den Lehren der Erfindung gebauten Vorrichtung.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Seitenansicht der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung.
Fig. 8 ist eine schematische Draufsicht auf eine Anlage zur Erzielung der Kreiselbewegung der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Mehrzahl von Trommeln.
Fig. 9 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Er gebnisse der Erfindung.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile.
Zur leichteren Verständlichkeit der Erfindung wird nachfolgend die bisherige Art von Trommelbearbei- tungsverfahren beschrieben.
Bisher kannte man zahlreiche Trommelbearbeitungs- verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung einer Vielzahl von Werkstücken aus Metall und Keramik. Sie weisen jedoch alle Vor- und Nachteile auf und be finden sich zur Zeit in einem Stadium, das eine weit gehende Verbesserung wünschenswert erscheinen lässt.
Beispielsweise besteht das Drehtrommelbearbeitungsver- fahren, das typisch für bekannte Trommelbearbeitungs- arten ist und seit langem weitgehend Verwendung findet, darin, eine Füllung bestehend aus zu bearbeitenden Werkstücken, aus geeigneten Schleifmitteln, Wasser und falls erwünscht einem Schmiermittel oder einem Oberflächenaktivierungsmittel im richtigen Verhältnis in eine Trommel einzubringen und diese mit der Masse um ihre zentrale Längsachse langsam zu drehen, wobei die Trommel in ihrer horizontalen Lage gehalten wird.
Unter diesen Umständen neigt die Masse in der Trom mel dazu, in der Richtung, in der die Trommel rotiert, anzusteigen. Fig. 1 veranschaulicht diese Neigung der Masse. Die Trommel B rotiert mit einer geeigneten Menge der oben beschriebenen Füllmasse C um ihre horizontal angeordnete Längsachse in der Richtung des Pfeiles r. Es ist ersichtlich, dass die obere bzw. freie Oberflächenschicht S der Masse C in der Rotations richtung r aufwärtsbewegt wird.
Auf Grund ihres Gewichts neige die freie Oberflächenschicht S dazu, entlang der geneigten Fläche in Richtung s entgegengesetzt zur Rotationsrichtung abzugleiten, wodurch sie fliesst und eine Sturzbewegung ausführt. Innerhalb der auf diese Weise fliessenden, freien Oberflächenschicht S, die im folgenden als Gleitschicht bezeichnet wird, stossen die Werkstücke und das Schleifmittel aneinander, sie wer den dadurch aneinander gerieben und bearbeitet. Was ser hat die Funktion, einen heftigen Zusammenstoss zwischen den Bestandteilen der Masse sowie auch einen Aufprall der Masse gegen die Innenwandung der Trom mel zu verhindern.
Wenn das genannte Drehtrommelbearbeitungsver- fahren zur Bearbeitung sehr kleiner Werkstücke ange wandt wird, werden diese wegen ihres leichten Gewichts nur einem sehr niedrigen Stossdruck bzw. einer Stossbe anspruchung ausgesetzt, die von ihrer Berührung mit den verwendeten Schleifmitteln herrührt, und werden daher kaum bearbeitet. Beispielsweise betrug der Ab rieb von der Oberfläche der Werkstücke lediglich einige Mikron, wenn solche Werkstücke in einer Rotations trommel mehrere Stunden lang bearbeitet wurden.
Wenn der Abrieb von der Oberfläche des Werkstücks vergrössert werden soll, kann die Drehzahl der Trom mel erhöht werden: Anderseits kann auch die Be arbeitungszeit erhöht werden. Wie jedoch bekannt ist, ist die obere Grenze der Drehzahl N _einer Trommel praktisch durch die Formel N = 321-[/d bestimmt, wo bei d der Durchmesser der Trommel von kreisförmigem Querschnitt in Metern ist.
Wenn die Trommel mit einer Drehzahl rotiert, die diese obere Grenze über steigt, wird die Masse in der Rotationstrommel zu weit entlang der Innenfläche. der Trommel aufwärts bewegt, bis sie in diesem Augenblick nahe dem ober sten Teil des Trommelinneren herunterfällt. Auf diese Weise können die einen Teil der Masse bildenden Werkstücke beim Niederfallen deformiert werden, wo durch eine glatte Bearbeitung unmöglich gemacht wird.
Wenn die Drehzahl N der Trommel eine durch die For mel N = 4211/d bestimmte Grösse übersteigt, bewirkt die Zentrifugalwirkung auf Grund der Rotation der Trommel, dass die Masse, wie in Fig. 2 ersichtlich, an der gesamten Innenfläche der Drehtrommel anhaftet, wodurch die Fliessbewegung der Masse verlorengeht, mit dem Ergebnis, dass der Bearbeitungsvorgang über haupt nicht ausgeführt wird.
Ferner war es bereits bekannt, Werkstücke in einer Vibrationstrommel zu bearbeiten. In diesem Fall ist es erforderlich, die Vibrationsfrequenz mit der Vibra- tionsamplitude in wechselseitige Beziehung zu setzen, so dass sie umgekehrt proportional zueinander sind. Im allgemeinen soll die maximale Vibrationsamplitude vermindert werden, wenn die Frequenz erhöht wird.
Es ist bekannt, dass die Trommel mit einer Frequenz zwischen etwa 1500-1800 Perioden pro Minute für die maximale Amplitude von 8 mm, und zwischen 3000-3600 Perioden pro Minute für die maximale Amplitude von 1 mm vibriert wird, was die untere Grenze für die praktischen Anwendungszwecke darstellt. Wenn die Trommel ausserhalb des genannten Bereichs vibriert wird, findet keine Bearbeitung statt. Es wurde festgestellt, dass es keinen grossen Einfluss sowohl auf den Abstand, über welchen eine Masse in der Trommel fliessen kann, als auch auf deren Fliessrate hat, ob die Trommel innerhalb eines der genannten praktischen Arbeitsbereiche rotiert oder vibriert wird.
Diejenigen Bearbeitungsverfahren, die rotierende oder vibrierende Trommeln verwenden, beruhen auf einer intermittierenden Reibungsbewegung zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel, welche zusammen eine Gleitschicht der Masse in der Trommel bilden, wobei die zwischen diesen erzeugte Stosskraft bewirkt, dass die Bewegung eine Sturz- und Kontaktbewegung der Masse ist und intermittierend innerhalb der Gleit- schicht erfolgt.
Es ist somit offensichtlich, dass bei derartigen Verfahren mindestens 90 % der Bearbei tungswirkung verlorengehen, im Vergleich zum Ver fahren, bei dem zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel eine kontinuierliche Reibungsbewegung be wirkt wird, mit dem sich die Erfindung befasst. Ausser dem stellt die zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel wirkende Stosskraft, die sich aus ihrem Gewicht ergibt, einen Druck dar, unter dem diese an einanderstossen, wenn sie in der Gleitschicht abwärts gleiten, wie anhand von Fig. 1 beschrieben. Aus diesem Grund ist die zwischen den Werkstücken und dem Schleifmittel wirkende Stosskraft während ihrer Berüh rung sehr klein, was eine Abnahme der Bearbeitungs kraft zur Folge hat.
Dies zeigt, dass äusserst kleine Werkstücke grundsätzlich nicht in einer Drehtrommel bearbeitet werden können. Dasselbe gilt auch für die Vibrationstrommel.
Da die zu bearbeitenden Werkstücke von ver schiedenster Art sind, sind die Betriebsbedingungen zu ihrer Bearbeitung kritisch. Mit anderen Worten, diese Bedingungen mussten bisher gemäss der spezifischen Schwerkraft, der Form, der Ausmasse und des Materials des Werkstücks sowie gemäss dem Bearbeitungsgrad, wie Vorschleifen bzw. Schleifen, Abrunden, Polieren bzw. Brünieren, gewählt werden. Daher war es für jede einzelne Art von Werkstücken notwendig, Material, Form und Ausmasse der Schleifmittel, das Verhältnis von Werkstücken, Schleifmitteln, Wasser und einem Schmier- bzw. Aktivierungsmittel zueinander, die Menge der in die Trommel eingebrachten Masse, die von den Ausmassen und der Form der Werkstücke ab hängende Drehzahl der Trommel usw. zu bestimmen.
Folglich musste daher eine Reihe von Versuchen durch geführt werden, damit die kritischen Betriebsbedingun gen zum Zweck einer zufriedenstellenden Bearbeitung der jeweiligen Werkstücke bestimmt werden konnten.
Man hat dabei festgestellt, dass die Anwendung der Zentrifugalwirkung, die sich bisher auf Drehtrom- melbearbeitungsverfahren nachteilig auswirkte, eine Zu nahme der Bearbeitungsgeschwindigkeit und folglich der Wirksamkeit des Bearbeitungsvorgangs zur Folge hat.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass die mit Werkstücken und Schleifmitteln beschickten Trommeln eine planetarische Kreiselbewegung um die Achse einer Welle ausführen, welche von den Trommeln in Ab stand und parallel zu den Längsachsen aller Trommeln angebracht ist, wobei die Rotation mit einer Drehzahl ausgeführt wird, welche die bisherige obere Grenze der Drehzahl zur Vermeidung einer übermässigen Zentri- fugalwirkung, wie anhand von Fig. 2 beschrieben, über schreitet. Auf diese Weise kann die Erfindung eine Zentrifugalkraft ausnützen, welche das mehrhundert fache der Zentrifugalkraft beträgt, die der oberen Grenze der Drehzahl der Trommel entspricht.
In Fig. 3 der Zeichnung ist das Prinzip der Er findung dargestellt. Mehrere Paare, in diesem Fall zwei Paare von Trommeln von gleichseitigem, poly- gonem Querschnitt B1, B2, B3 und B4, in diesem Fall von gleichseitigem, sechseckigem Querschnitt sind so angebracht, dass ihre entsprechenden Längsachsen im wesentlichen im gleichen Winkelabstand zueinander auf einer kreisförmigen zylindrischen Fläche liegen, welche durch den Kreis K mit dem Mittelpunkt Z dargestellt ist. Mit anderen Worten, die Trommeln sind im symmetrischen Rotationsverhältnis angeordnet.
Sämtliche Trommeln können mittels eines später be schriebenen Antriebes mit hoher Drehzahl eine plane- tarische Kreiselbewegung um eine Achse ausführen, welche durch den Mittelpunkt Z und parallel zu den entsprechenden Längsachsen der Trommeln verläuft. Bei der gezeigten Anordnung stellt jede Ecke oder Scheitellinie jeder Trommel einen geometrischen Ort von runder Form, z. B. den Ort L dar, der die oberste Ecke der Trommel B 1 darstellt, während die Trommeln immer in ihrer festen Lagerung bzw. Ortsbestimmung gehalten werden.
Die Trommeln sollen mit einer Ge schwindigkeit angetrieben werden, welche 180 Kreise lungen pro Minute übersteigt und vorzugsweise bei 200 Kreiselungen pro Minute liegt. Allgemein sollen die Trommeln auf vorteilhafte Weise mit einer Dreh zahl von 165/1/D Kreiselungen pro Minute angetrieben werden, wobei D der Durchmesser des Kreises K bzw. L in Fig. 3 ist.
Man erkennt, dass während einer solchen Kreisel bewegung der Trommeln jede der aus Werkstücken, Schleifmitteln, Wasser und dergleichen zusammenge setzten Massen Cl, C2, C3 und C4, die in die ent sprechenden Trommeln B1, B2, B3 bzw. B4 einge bracht sind, auf dem Abschnitt der Innenwandung der entsprechenden Trommel, der ausserhalb des geometri schen Ortes, wie dem geometrischen Ort K liegt, durch die Wirkung der auf sie ausgeübten starken Zentri fugalkraft angehäuft wird, und dass die so angehäufte Masse hinsichtlich der zugehörigen Trommel verlagert wird, während diese um die Drehachse Z in Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeiles r gedreht wird.
Beispielsweise fliesst, während die Trommel in der höch sten Stellung, dargestellt durch die Trommel B1, nach einander durch ihre durch die Trommeln B2, B3 bzw. B4 dargestellten Stellungen rotiert, die in Fig. 3 dar gestellte, in der oberen Hälfte angehäufte erstgenannte Masse nach und nach in den Abschnitt, der durch die Massen C2, C3 bzw. C4 dargestellt ist.
Wie durch den in Fig. 3 in jeder Trommel mit s bezeichneten Pfeil dargestellt ist, wird die relative Ver lagerung der Masse so bewirkt, dass die Brechung der Masse mit dem freien Oberflächenteil, das den leeren Teil der Trommel berührt, beginnt und sich progressiv in das Innere der Masse fortsetzt, wobei diese sanft gleitet und in ihre nächste Stellung verlagert wird.
In den Fig. 4 und 5 der Zeichnung ist beispiels weise die Art dargestellt, wie die Masse C2 in der Trommel B2 fliesst und in ihre Stellung verlagert wird, die durch die Masse C3 in der Trommel B3 dar gestellt ist. Um die freie Oberfläche S1-S1' der Masse C2 in die neue freie Oberfläche S2-S2' zu verlagern, wird eine durch die Linien S 1-S 1' und S2--S 1" be stimmte Schichtzone, welche die oberste Schicht der Masse bildet, als eine Gleitschicht bewegt, um eine andere Gleitschicht S2-S2'-S1'-S2" zu bilden,
welche anschliessend in die nächste Stellung der Gleitschicht bewegt wird. Genauer gesagt, wird wie in Fig. 5 gezeigt, die freie Oberfläche S1-S1' der Masse C2 in eine Linie S5-55' über Linien S2-52', S3-S3' und S4-54' verlagert, während sie in Richtung des Pfeiles s gleitet. Somit neigt die Masse C2 dazu, an dem Teil des Trommelinneren während einer Vierteldrehung der Trommel angehäuft zu werden, der durch die Masse C3 dargestellt ist, mit dem Ergebnis, dass sämtliche Teile der Masse gleichmässig verlagert sind.
Die Versuche ergaben, dass die Dicke der auf diese Weise sanft fliessenden Gleitschicht bzw. der Ab stand 1 zwischen den Linien S1-S1' und S2-S1" (siehe Fig. 4) etwa einem Achtel des Durchmessers d des dem polygonen Querschnitt der Trommel einbe schriebenen Kreises entspricht. Daher soll, wie beim Drehtrommelverfahren, zur Erzielung zufriedenstellen der Ergebnisse die Grösse der Werkstücke oder Schleif mittel weniger als 1 betragen.
Wenn eine Masse aus Werkstücken und Schleifmitteln besteht, die grösser als 1 sind, können diese aus der Gleitschicht heraus geschleudert werden, und gegen die Innenwandung der Trommel stossen. Daher sollte kein Werkstück oder Schleifmittel verwendet werden, dessen Grösse 1 über steigt. Jedoch wurde jedes Werkstück in Form einer Folie oder eines Drahtes zufried'enstellend gemäss der Erfindung bearbeitet, vorausgesetzt, dass dessen maxi male Länge etwa zwei- bis fünfmal der Tiefe 1 der Gleitschicht entspricht.
Man hat ebenfalls festgestellt, dass eine Masse aus Werkstücken und kugeligen Schleif mitteln von geringerer Grösse als 1 und sogar mit einer Grösse von 0,01 mm oder darunter sanft in der genannten Gleitschicht durch die Wirkung der hohen Zentrifugalkraft fliessen kann, ohne dass sie an die Innenwandung der Trommel anhaftet, wodurch ein Be arbeitungsvorgang von hoher Wirksamkeit ausführ bar ist.
Unter diesen Umständen wird die Masse durch die hohe Zentrifugalwirkung immer gegen die Aussenseite des geometrischen Ortes, beispielsweise des Ortes K, gezogen und dort ohne intermittierende Berührung und ohne ein Aneinanderstossen der Werkstücke mit den Schleifmitteln angehäuft. Gleichzeitig fliesst nur die Gleitschicht, welche die freie Oberflächenschichtzone der Masse bildet, in Richtung des in Fig. 3 darge stellten Pfeiles s.
Auf diese Weise bewirken die Werk stücke und Schleifmittel in der Gleitschicht eine völlig kontinuierliche Reibungsbewegung, sie sind jedoch keineswegs voneinander getrennt. Es ist zu bemerken, dass während dieser Fliessbewegung der grössere Teil des Teiles der Masse, welcher in einem anderen Be reich, als in. der Gleitschicht angehäuft ist, und ins besondere der Teil der Masse, welcher die Innen wandung der Trommel berührt, überhaupt nicht be züglich der Trommel bewegt wird, sondern zusammen mit dieser rotiert. Daher wird die Innenwandung der Trommel nicht beschädigt.
Ferner wird jeder Teil der Masse, der bezüglich der Drehtrommel nicht bewegt wird, allmählich in seine Stellung bezüglich der Trom mel dadurch verändert, dass die Gleitschicht der Masse nacheinander auf die beschriebene Weise verlagert wird, bis sie das Innere der Gleitschicht erreicht.
Zu diesem Zeitpunkt fliesst der Teil der Masse, der das Innere der Gleitschicht erreicht hat, das erste Mal in der Schicht ohne Sturzbewegung. Somit werden sämtliche Werkstücke in der Masse auf Grund ihrer Fliess bewegung in der Gleitschicht wiederholt dem Bearbei tungsvorgang ausgesetzt und nach Ablauf einer be stimmten Betriebsdauer werden sie homogen und gleich mässig bearbeitet sein.
Erfindungsgemäss wird, ebenso wie bei der her- kömmlichen Art von Drehtrommelbearbeitungsverfah- ren, die Masse vorzugsweise in einer Menge in die Trommel eingebracht, die etwa zu 50-60 % dem Vo lumen der Trommel entspricht, und die Werkstücke sollen mit den Schleifmitteln derart gemischt werden, dass auf jeden Anteil der Werkstücke ein bis zwei Anteile an Schleifmitteln kommen. Dieses Mischungs verhältnis ist höher als das bei den herkömmlichen Bearbeitungsverfahren verwendete.
Ferner ergaben die Versuche, dass während einer vollen Kreiselbewegung der Trommel erfindungsgemäss die Gleitschicht der Masse über eine Strecke bzw. in einer Menge fliesst, die der Entfernung bzw. Menge entspricht, mit der die Gleitschicht der Masse in einer Drehtrommel gleicher Grösse während einer vollen Drehung der selben während der Sturzbewegung fliesst.
Bei jedem der Drehtrommelbearbeitungsverfahren kann tatsächlich die maximale Drehzahl der Trommel, welche 2511/d UpM nicht übersteigt, verwendet werden, wobei d der bereits definierte Wert ist, während die vorliegende Trommel normalerweise mit 16511/D Kreise lungen pro Minute kreiseln kann, wobei D der Durch messer des in Fig. 3 gezeigten Kreises K ist.
An genommen, dass die Trommeln in beiden Fällen die selbe Grösse haben, weist der geometrische Ort jeder Trommel, beispielsweise der Ort K für die Trommel B1 (siehe Fig. 3), immer einen Durchschnittsradius auf, der vom Standpunkt der Konstruktion etwa dem 3,3-fachen Rotationsradius zum Rotieren der Trommel entspricht. Dies hat einen grossen Kreiselradius, auf dem die Trommel kreiseln kann, zur Folge.
Somit erkennt man, dass der zwischen Werkstücken und Schleifmitteln auftretende Stossdruck während deren Fliessbewegung durch die hohe Zentrifugalwirkung er höht wird, wodurch der Bearbeitungsvorgang, beispiels weise ein starkes Abrunden oder ein Poliervorgang, wesentlich verbessert wird. Tatsächlich ist der Stoss druck, unter dem die Werkstücke eine beständige Reibungsbewegung bezüglich der Schleifmittel mit hohen Drehzahlen ausführen, etwa das mehrhundertfache des Stossdrucks, unter dem die Werkstücke durch die Wir kung ihrer Gewichte die Schleifmittel in der Trommel intermittierend berühren.
Zusätzlich kann die erfin dungsgemässe Trommel mit einer beliebig hohen Dreh zahl kreiseln, vorausgesetzt, dass die dazu verwendete Vorrichtung eine ausreichende Festigkeit hat, um einer derart hohen Kreiseldrehzahl standzuhalten.
In den Fig. 6, 7 und 8 der Zeichnung ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens verwendbar ist. Die ge zeigte Vorrichtung enthält das starre Gehäuse 10, wel ches aus dem unteren dickwandigen Teil 12 mit quadra tischem Querschnitt, einem oberen, mit der kuppel- förmigen Abdeckung 14 verschlossenen Teil, sowie aus der dicken waagrechten Trennwand 16 besteht, welche das Gehäuseinnere in einen unteren und einen oberen Abschnitt unterteilt.
Die kuppelförmige Abdeckung 14 ist an ihrem Oberteil mit einem Griff 18 versehen, welcher dazu dient, die in der Zeichnung nicht ge zeigte und Teil der Abdeckung bildende Tür zu öffnen und zu schliessen. Wenn die Tür geöffnet ist, sind die im folgenden beschriebenen Bestandteil zugäng lich. Innerhalb des oberen Teils des Gehäuses sind senkrecht zwei Drehscheiben 20 einander gegenüber liegend angeordnet, zwischen welchen mehrere Trommel käfige 22 auf einem zu den Scheiben konzentrischen Kreis mit im wesentlichen gleichen Winkelabständen drehbar angeordnet sind.
Die Vorrichtung ist mit vier Trommelkäfigen 22-1, 22-2, 22-3 und 22-4 gezeigt, welche voneinander um einen Winkelabstand von 90 entfernt sind, es kann jedoch, falls erwünscht, auch eine grössere oder kleinere Anzahl von Trommelkäfigen verwendet werden. Jeder Trommelkäfig 22r1, 22-2, 22-3 bzw. 22-4 ist an beiden Enden mit zwei Drehzapfen 24-1, 24-2, 24-3 bzw. 24-4 versehen, die in den zu- gehörigen senkrechten Scheiben 20 drehbar gelagert sind, und enthält eine Trommel B1, B2, B3 bzw. B4 von gleichseitigem, polygonalem Querschnitt, welche in dem Trommelkäfig zur Rotierung mit diesen koaxial angeordnet ist.
Die zwei Drehscheiben 20 sind auf einer horizontalen Welle 26 befestigt, die an ihren beiden Enden durch zwei Lager 28 drehbar gehalten wird, welche wiederum starr auf der horizontalen Trenn wand 16 befestigt sind. An einem Ende, z. B. dem linken Ende, der horizontalen Welle 26 ist, wie aus Fig. 6 ersichtlich, eine mit mehreren Nuten versehene Riemenscheibe 30 angebracht, welche wiederum über mehrere endlose Riemen 32 mit der mit mehreren Nuten versehenen Riemenscheibe 30 gekuppelt ist. Die Riemenscheibe 30 ist starr auf der Antriebswelle des elektrischen Motors 36 befestigt, welcher starr am Boden des unteren Teils 12 des Gehäuses 10 ange bracht ist.
Damit die Trommel B1, B2, B3 und B4 um die Achse der horizontalen Welle 26 kreiseln können, kann jeweils einer der Drehzapfen 24 eines jeden Trommelkäfigs 22 ein Zahnrad 38 aufweisen, das an dem Ende angebracht ist, welches über die entspre chende Drehscheibe 20 in diesem Fall über die rechte Scheibe, hervorragt. Anschliessend wird das Zahnrad wirksam über entsprechende endlose Ketten 40 mit jeweils einem anderen der vielen, die Zahnradanord nung 42 bildenden Zahnräder gekuppelt. Die Zahnrad anordnung 42 ist lose auf der Antriebswelle 26 auf gepasst und von dem Grundblock 44 gehalten, der wiederum starr auf der horizontalen Trennwand 16 befestigt ist.
Man kann feststellen, dass die Zahnräder 38 für die Trommeln bezüglich ihrer Anzahl und ihres Durchmessers den zentralen Zahnrädern 42 entspre chen. Um die Ketten 40 in ihrem gespannten Zu stand zu halten, ist das Spannzahnrad 46 auf der Drehscheibe 20 an einem geeigneten Punkt drehbar angebracht, um in die Kette 40 einzugreifen. Man erkennt, dass die zentrale Zahnradanordnung 42 starr am Grundblock 44 auf der horizontalen Trennwand befestigt ist und unabhängig von der Rotationsbewe gung der Welle 26 auf diese lose aufgepasst ist.
Die bisher beschriebene Anordnung wird folgender massen angetrieben: Die Erregung des Motors 36 be wirkt die Rotationsbewegung der Drehscheiben 20 in einer Richtung, z. B. in Richtung des in Fig. 8 dar gestellten Pfeiles r über die Komponenten 34, 32, 30 und 26. Da, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die Dreh scheiben 20 um die Achse der Antriebswelle 26 im Uhrzeigersinn rotiert werden, werden die Käfige 22 und folglich die Trommeln B bezüglich der Scheiben auf Grund der endlosen Ketten 40, welche die stationären zentralen Zahnräder 42 mit dem zugehörigen Zahn rad 38 verbinden, entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. in der Richtung rotiert, die der Richtung entgegen gesetzt liegt, in welcher die Scheiben rotiert werden.
Da die Zahnräder 38 und die zentralen Zahnräder 42, wie bereits ausgeführt, einen gleichen Durchmesser auf weisen, führen die Käfige und die Trommeln eine volle Rotationsbewegung zu den Tragscheiben 20 während einer vollen Rotationsbewegung der letzteren aus. Es wird somit offensichtlich, dass die Trommel eine Kreisel bewegung um die Achse der Antriebswelle 26 aus führen kann. Mit anderen Worten, jede Trommel wird während der Kreiselbewegung in fester Lage gehalten.
Nachdem die Füllung aus Werkstücken und Schleif mitteln, deren Mischungsverhältnis und deren Menge bereits angegeben wurden, in jede der von den Trom melkäfigen entfernten Trommeln eingebracht ist, wer den die beschickten Trommeln wieder in ihren ent sprechenden Käfigen befestigt, wonach die Vorrichtung für den Bearbeitungsvorgang bereit ist.
Wie bereits ausgeführt, weisen die erfindungsge mäss verwendeten Trommeln einen gleichseitigen, poly gonalen Querschnitt aus einem später ersichtlichen Grund auf, und man hat festgestellt, dass ein sechs eckiger Querschnitt für eine kleinere Trommel geeignet ist, deren zwei gegenüberliegende Seiten ihres poly gonalen Querschnitts durch eine lichte Weite von weni ger als 200 mm voneinander getrennt sind, während ein achteckiger Querschnitt für eine grössere Trommel geeignet ist, deren lichte Weite mehr als 200 mm zwischen den zwei gegenüberliegenden Seiten des poly gonalen Querschnitts beträgt, und man erhielt so zu friedenstellende Ergebnisse.
Selbstverständlich ist mit Querschnitt der Innenquerschnitt der Trommel ge meint. Deshalb kann, wenn gewünscht, vorteilhafter weise eine Trommel verwendet werden, die eine be liebige äussere Form, beispielsweise eine kreisförmige zylindrische Oberfläche, aufweist, so lang ihr Innen querschnitt ein gleichseitiges Polygon ist.
Um die dynamische Unwucht der beschriebenen Vorrichtung zu verringern, können vorzugsweise min destens zwei Trommelkäfige auf den Drehscheiben mit im wesentlichen gleichen Winkelabständen im syme- trischen Rotationsverhältnis angebracht sein, wobei die Drehzapfen für die Käfige auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt auf der Achse der Haupt welle 26 liegt. Ausserdem versteht sich, dass die Fül lung in möglichst gleichen Mengen in die entsprechen den Trommeln eingebracht werden soll.
Beispielsweise wurde die in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellte Vorrichtung verwendet, um Lagernadeln von einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Länge von 1,7 mm mit Schleifmitteln oberflächenzubehandeln, welche zu Kugeln vorgeformt wurden und einen Durch messer von 15 mm aufwiesen. Die Ergebnisse werden in Fig. 9 veranschaulicht, wobei die Abszisse die Be handlungszeit in Stunden und die Ordinate die ab polierte Stärke in Tausendstel Millimeter darstellt. Die Kurve a veranschaulicht die mit der Erfindung er zielten Ergebnisse, die Kurven b und c ergaben sich bei der Verwendung der Vibrations- bzw. Rotations trommeln.
Aus den in Fig. 9 dargestellten Kurven ist ersichtlich, dass durch die Erfindung die Bearbei tungswirksamkeit gegenüber den herkömmlichen Vibra- tions- und Drehtrommelverfahren um mehr als das zehnfache verbessert wird. Je kleiner das Werkstück, umso höher wird dieser Faktor und tatsächlich kann dieser Faktor etwa das tausendfache betragen.
Ausser der grossen Zunahme an Bearbeitungsge schwindigkeit liegt der Vorteil der Erfindung darin, dass sehr kleine Teilchen, wie Blendensektoren für Photoapparate, die 0,04 mm stark sind, und Sekunden zeiger für Armbanduhren, zufriedenstellend ohne die Bildung von Formveränderungen in den Teilchen be arbeitet werden können, da der Reibungsbearbeitungs- vorgang ohne Sturzbewegung erfolgt.
Bei der Erfindung ist auch noch bemerkenswert, dass die Erfordernisse zur Auswahl der verwendeten Art von Schleifmitteln weitgehend erleichtert sind. Mit anderen Worten, sämtliche mit starkem Abschleifen und Polieren zusammenhängenden Bearbeitungsvor gänge erfordern lediglich die Verwendung von kuge- ligen, gebundenen Steinsplittern oder fast kugeligen Körnern für das Schleifmittel zu dem Zweck, dass keine Sturzbewegung bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens bewirkt wird.
Es ist bekannt, dass die kuge ligen Steinehen oder fast kugeligen Körner äusserst geeignet für Fliessbewegungen bei höheren Drehzahlen sind. In scharfem Gegensatz zu vorliegenden Erfin dung wurden bei den herkömmlichen Arten des Dreh- bzw. Vibrationstrommelverfahrens hauptsächlich Schleif mittel verwendet, die zum Zweck der Abbremsung der Sturzbewegung einer vorher beschriebenen Gleitschicht dreieckig oder rhombisch vorgeformt waren, um da durch eine Verminderung oder ,einen Verlust von Stoss- und Bearbeitungskraft zu verhindern.
Man hat festgestellt, dass die Verwendung von dreieckigen oder rhombischen Schleifmitteln bei der Anwendung der Er findung eine starke Abnahme der Betriebsleistung zur Folge hat, und zwar wegen des Widerstands der Schleif mittel und der zu bearbeitenden Werkstücke gegen eine Fliessbewegung und also wegen der Schwierigkeit, eine sanfte Fliessbewegung zu erzielen.
Daraus ergibt sich, dass, da die in der Erfindung verwendeten Stein- chen oder Schleifmittel kugelförmig oder nahezu kugel förmig sein sollen, die Auswahl der Schleifmittel ledig lich durch die Wahl des Materials und dessen Grösse gemäss der entsprechenden Anwendung erfolgt.
Abschliessend ist noch zu beschreiben, dass, wenn Anlagen mit zylindrischem Querschnitt um eine, wie in Fig. 3 dargestellte Achse Z kreiseln würden, wobei diese in den fest eingebauten Lagern gehalten ist, die beschriebenen Ergebnisse der Erfindung niemals zu erzielen wären. Genauer gesagt, neigt die freie Ober flächenschicht der in eine solche Anlage eingebrachten Masse dazu, in derselben Richtung zu gleiten, in der die Anlage kreiselt, wenn diese auf die gleiche Weise wie in der Erfindung in eine Kreiselbewegung versetzt wird.
Bevor jedoch nur eine kleine Menge davon in einer solchen Richtung geglitten ist, wird der grösste Teil der Masse an der inneren, zylindrischen Ober fläche der Anlage in der Kreiselrichtung abrutschen, wobei die Masse in einer halbkreisförmigen, zylindri schen Form gehalten wird,
in der sie anfänglich beim Einbringen in die Anlage angehäuft wurde. Die Wieder holung dieser Rutschbewegung der Masse verursacht wiederholte Reibung zwischen der Innenfläche der An lage und dem anliegenden Teil der Masse, wodurch sowohl eine Beschädigung der Innenfläche und eine Wärmeentwicklung an dieser, als auch ein Verkratzen der zu bearbeitenden Werkstücke verursacht wird. Die Werkstücke können daher nicht zufriedenstellend ober flächenbearbeitet werden..