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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenstrahlen von Rohren, insbesondere Torsionsrohren, im axial äußeren Endbereich des Rohrinneren zur Erzeugung einer Oberflächenvergütung in diesem Bereich der inneren Oberfläche, wobei ein Strahlmittel auf die Oberfläche des Rohrinneren gestrahlt wird, wobei das Strahlmittel in Form eines durch eine Schleuderrad-Strahlvorrichtung erzeugten Strahlmittelstrahls von außerhalb des Rohres her unter einem vorgebbaren Winkel α zur Längsmittelachse des Rohres in dieses eingestrahlt wird.
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Ein aus der einschlägigen Praxis bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art verwendet eine oder mehrere Strahldüsen, die mit Druckluft und Strahlmittel beaufschlagt werden. Die Düse oder Düsen werden von außen in das Rohr hineinbewegt, um die zu strahlenden Bereiche der inneren Oberfläche des Rohres mit dem Strahlmittel zu beaufschlagen. Strahldüsen haben den Vorteil, dass sie relativ klein sind und deshalb auch in Rohre eingeführt werden können, die einen relativ kleinen Durchmesser haben, der das Einführen einer anderen Strahlvorrichtung nicht gestattet. Nachteilig ist aber bei dem bekannten Verfahren, dass es einen sehr hohen Energieverbrauch aufweist, also insgesamt eine relativ geringe Wirtschaftlichkeit besitzt. Außerdem ist das erzielbare Ergebnis des Strahlens nicht immer gleichmäßig und zuverlässig reproduzierbar, weil insbesondere Druckschwankungen der Druckluft und Verschleiß an den Düsen sich negativ auf das Ergebnis des Strahlens auswirken.
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Die
DE 39 39 888 C1 und die
DE 25 33 952 A1 offenbaren Verfahren zum Innenstrahlen eines Rohres im axial äußeren Endbereich des Rohrinneren zum Reinigen der inneren Oberfläche des Rohres in diesem Bereich, wodurch Rost, Zunder oder dergleichen von der inneren Oberfläche entfernt wird. Hierzu wird ein Strahlmittel auf die Oberfläche des Rohrinneren gestrahlt. Das Strahlmittel wird in Form eines durch eine Schleuderrad-Strahlvorrichtung erzeugten Strahlmittelstrahls von außerhalb des Rohres her in das Rohr eingestrahlt. Hierzu weist die Schleuderrad-Strahlvorrichtung ein Leitrohr auf, dessen Mittenachse zur Mittenachse des zu reinigenden Rohres in allen Richtungen verstellbar ist. Das zu reinigende Rohr wird während des Strahlens relativ zu dem Strahlmittelstrahl gedreht. Diese bekannten Verfahren bewirken also nur eine oberflächliche Reinigung und haben nur eine begrenzte ”Wirktiefe” in Richtung zum Inneren des Rohres.
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Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs Art zu schaffen, das die dargelegten Nachteile vermeidet und mit den bei einem geringeren Energieverbrauch ein gleichmäßiges und reproduzierbares Strahlergebnis erreicht wird, auch wenn eine großen Anzahl von Rohren gestrahlt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Strahlmittel im Strahlmittelstrahl mit einer solchen Geschwindigkeit und unter einem solchen Winkel in das Rohr eingestrahlt wird, dass die einzelnen Partikel des Strahlmittelstrahls durch Abprallen von der inneren Oberfläche des Rohres diese innere Oberfläche jeweils mehrfach mit einer zur Erzeugung der gewünschten Oberflächenvergütung ausreichenden Aufprallenergie treffen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine erhebliche Energieeinsparung erreicht, weil dieses Verfahren zur Erzielung einer gleichen Strahlleistung im Vergleich mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Strahlverfahren mit Strahldüsen nur etwa 1/10 bis 1/20 des Energieaufwandes erfordert. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zum bekannten Stand der Technik wesentlich wirtschaftlicher. Ein zweiter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es zu gleichmäßigen und zuverlässig reproduzierbaren Strahlergebnissen führt, weil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weder Druckluftschwankungen noch ein Düsenverschleiß auftreten können. Damit wird eine gleichbleibende Qualität auch beim Strahlen einer großen Zahl von Rohren gewährleistet, was ein weiterer Beitrag zur einen hohen Wirtschaftlichkeit ist. Aufwendige Kontrollen des Strahlergebnisses an den gestrahlten Rohren können zumindest erheblich reduziert werden. Dabei hat sich auch für die Fachwelt überraschend gezeigt, dass eine ausreichende ”Wirktiefe” in das hohle Innere des Rohres hinein erreicht wird, obwohl der Strahlmittelstrahl von außerhalb des Rohres in dessen hohles Innere eingestrahlt wird. Die erreichbare ”Wirktiefe” in axialer Richtung des Rohres in dieses hinein hängt dabei vom Winkel des Strahlmittelstrahls zur Längsmittelachse des Rohres sowie vom lichten Innendurchmesser des zu strahlenden Rohres ab. Für viele praktische Anwendungsfälle, beispielsweise bei den oben erwähnten Torsionsrohren, muss lediglich deren axial äußerer Endbereich zur Oberflächenvergütung gestrahlt werden. Dieser zu strahlende Endbereich ist mit dem vom außen in das Innere des Rohres eingeleiteten Strahlmittelstrahl mit vollkommen ausreichender Wirkung zu erreichen.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Energie, die jedem Partikel des Strahlmittels von der Schleuderrad-Strahlvorrichtung mitgegeben wird, für mehrere ”Zusammenstöße” zwischen dem Strahlmittelpartikel und der inneren Oberfläche des zu strahlenden Bereiches des Rohres genutzt. Auf diese Weise wird die gewünschte Strahlwirkung an der inneren Oberfläche des Rohres mit kürzerer Strahlzeit erreicht und es wird eine größere ”Wirktiefe” in das hohle Innere des Rohres hinein erzielt. Gleichzeitig wird hiermit vermieden, dass das Strahlmittel unter einem ungünstig flachen Winkel auf die innere Oberfläche des zu strahlenden Bereichs des Rohres trifft. Vielmehr kann der Strahlmittelstrahl unter einem relativ steilen Winkel auf die innere Oberfläche des Rohres gerichtet werden, wobei die gewünschte, ausreichend großen ”Wirktiefe” in axialer Richtung des Rohres in dessen Inneres hinein durch das mehrfache Abprallen oder ”Reflektieren” der Partikel des Strahlmittels erreicht wird.
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Zwar sind Schleuderrad-Strahlvorrichtungen aus dem Stand der Technik seit langem bekannt, jedoch werden bisher derartige Schleuderrad-Strahlvorrichtungen entweder zur Bearbeitung der äußeren Oberflächen von Werkstücken oder zur Bearbeitung der inneren Oberfläche von so großen Werkstücken verwendet, dass die komplette Schleuderrad-Strahlvorrichtung in das Innere des hohlen Werkstücks passt. Bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu strahlenden Rohren geht es um solche Rohre, deren lichter Innendurchmesser für die Aufnahme einer Schleuderrad-Strahlvorrichtung zu klein ist.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Rohr und der Strahlmittelstrahl während des Strahlens relativ zueinander bewegt werden. Durch die Bewegung von Rohr und Strahlmittelstrahl relativ zueinander wird die Möglichkeit geschaffen, den Strahlmittelstrahl auf unterschiedliche Flächenbereiche der inneren Oberfläche des zu strahlenden Rohres auftreffen zu lassen oder den Strahlmittelstrahl unter unterschiedlichen Auftreffwinkeln auf die innere Oberfläche des zu strahlenden Rohrbereichs zu richten.
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Die Bewegung von Rohr und Strahlmittelstrahl relativ zueinander kann z. B. mindestens eine lineare Bewegung sein, wobei die lineare Bewegung vorzugsweise quer zur und/oder in Richtung der Längsmittelachse des Rohres verläuft.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung von Rohr und Strahlmittelstrahl relativ zueinander eine rotierende Bewegung sein.
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Bevorzugt wird dabei das Rohr um seine Längsmittelachse um einen Winkel von bis zu 360° gedreht. Hiermit wird erreicht, dass das Rohr über den gesamten Umfang seiner inneren Oberfläche mit dem Strahlmittel beaufschlagt werden kann, wenn eine in Umfangsrichtung vollständige Strahlung gewünscht ist. Wenn in Umfangsrichtung kleinere Bereiche gestrahlt werden sollen, wird der Winkel entsprechend verkleinert.
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Weiterhin besteht im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Möglichkeit, dass der Winkel α, unter dem der Strahlmittelstrahl in das Rohr eingestrahlt wird, während des Strahlens verändert wird. Durch Veränderung dieses Winkels α wird einerseits der Auftreffwinkel, unter dem das Strahlmittel auf die innere Oberfläche des Rohres trifft, verändert. Außerdem wird so die ”Wirktiefe” in das hohle Innere des Rohres hinein verändert, da bei einem flacheren Winkel, also einem kleineren Winkel α, die Partikel des Strahlmittels weiter in das Rohrinnere gelangen, bevor sie auf die innere Oberfläche des Rohres treffen.
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Eine weitere Maßnahme zur Optimierung des Strahlvorganges besteht darin, dass in Anpassung an den Durchmesser und/oder den Formverlauf der zu strahlenden inneren Oberfläche des Rohrendbereichs der Durchmesser und/oder der Öffnungswinkel des Strahlmittelstrahl vor dem Strahlen passend eingestellt und/oder während des Strahlens gezielt verändert wird.
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Um das eingesetzte Strahlmittel möglichst einfach wiedergewinnen zu können, ist weiter vorgesehen dass das an dem einen Rohrendbereich in das Rohr eingestrahlte Strahlmittel nach Abgabe seiner Bewegungsenergie an die innere Oberfläche des Rohres an dem entgegengesetzten Rohrendbereich abgesaugt wird. Das abgesaugte Strahlmittel kann, wie dies an sich bekannt ist, der Schleuderrad-Strahlvorrichtung wieder zugeführt werden, wobei gegebenenfalls eine Reinigung des Strahlmittels vor dem Rückführen zur Strahlvorrichtung erfolgt.
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In einer technisch einfacheren Alternative ist vorgesehen, dass das Rohr beim Strahlen so ausgerichtet wird, dass das an dem einen Rohrendbereich in das Rohr eingestrahlte Strahlmittel nach Abgabe seiner Bewegungsenergie an die innere Oberfläche des Rohres mittels Schwerkraftwirkung zu dem entgegengesetzten Rohrendbereich rutscht oder fällt und dort das Rohrinnere verlässt. Das aus dem Rohr austretende Strahlmittel kann beispielsweise in einem Sammelbehälter oder einem Sammeltrichter aufgefangen werden, von wo aus es dann chargenweise oder stetig der Strahlvorrichtung wieder zugeführt werden kann.
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Für solche Anwendungsfälle des Verfahrens, bei denen beide Endbereiche des Rohres gestrahlt werden sollen, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Rohr horizontal ausgerichtet wird, dass der eine Endbereiche und der andere Endbereich des Rohrinneren gleichzeitig gestrahlt werden und dass das von den beiden Seiten her in das Rohr eingestrahlte Strahlmittel nach Abgabe seiner Bewegungsenergie an die innere Oberfläche des Rohres während des Strahlens im axial mittleren Bereich des Rohrinneren gesammelt und nach dem Strahlen aus dem Rohrinneren ausgeschüttet oder abgesaugt wird. Durch dieses gleichzeitige Strahlen beider Endbereiche des Rohres wird eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit bei der Bearbeitung erreicht. Das hohle Innere des Rohres dient dabei als vorübergehender Sammelbereich für das eingestrahlte Strahlmittel. Falls die Menge des eingesetzten Strahlmittels größer ist als die Aufnahmefähigkeit des hohlen Inneren des Rohres, kann zweckmäßig der Strahlvorgang kurz unterbrochen werden, um das Strahlmittel aus dem Rohr zu entfernen; danach kann das gleichzeitige Strahlen der beiden Rohrendbereiche fortgeführt werden.
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Zur Erzielung der gewünschten Oberflächenvergütung ist bevorzugt das Strahlen ein Kugelstrahlen und als Strahlmittel werden vorzugsweise Kugel aus einem harten metallischen oder mineralischen Material, vorzugsweise aus Stahl oder Glas, verwendet.
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Im Folgenden wird das Verfahren anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Rohr und eine dieses strahlende Strahlvorrichtung.
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Rechts in der Zeichnungsfigur ist der linke Endbereich 11 eines Rohres 1 in Seitenansicht, teils in aufgebrochener Darstellung sichtbar. Bei dem hier gezeigten Rohr 1 handelt es sich um ein Torsionsrohr, das beispielsweise als federnde Achse bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
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Zur Oberflächenvergütung der inneren Oberfläche 12 im hohlen Inneren 13 des Endbereichs 11 des Rohres 1 wird diese innere Oberfläche 12 mit einem Strahlmittelstrahl 20 gestrahlt.
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Der Strahlmittelstrahl 20 wird von einer Strahlvorrichtung 2, die als Schleuderrad-Strahlvorrichtung ausgeführt ist, erzeugt. Dabei wird, wie die Zeichnung veranschaulicht, der Strahlmittelstrahl 20 von außerhalb des Rohres 1 her durch dessen nach links weisende offene Stirnseite in den Endbereich 11 des hohlen Inneren 13 eingestrahlt. Wie im oberen, aufgebrochen dargestellten Bereich des Rohres 1 erkennbar ist, treffen die Strahlmittelpartikel des Strahlmittelstrahls 20 auf die inneren Oberfläche 12 des Endbereichs 11 des Rohres 1 auf und sorgen dort mittels ihres Aufprallens für die gewünschte Oberflächenvergütung. Wie durch gestrichelt dargestellte Bewegungspfeile dargestellt ist, prallen die Strahlmittelpartikel an der inneren Oberfläche 12 ab und setzen nach Abgabe eines Teils ihrer Bewegungsenergie ihre Bewegung in Richtung zum Inneren des Rohres 1, das heißt in der Zeichnung nach rechts, fort. Dabei treffen die Strahlmittelpartikel an einer tiefer im Inneren des Rohres 1 liegenden Stelle erneut auf die innere Oberfläche 12 und sorgen dort ebenfalls, wenn auch mit etwas verringerter Bewegungsenergie, für die gewünschten Oberflächenvergütung, bis die Energie der Strahlmittelpartikel verbraucht ist.
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Wie die Zeichnungsfigur weiter verdeutlicht, tritt der Strahlmittelstrahl 20 unter einen Winkel α zur Längsmittelachse 10 des Rohres 1 in dessen hohles Innere 13 ein. Je nach Bedarf kann der Winkel α für den Strahlvorgang auf einen festen günstigen Wert gesetzt werden; alternativ besteht auch die Möglichkeit, den Winkel α während eines Strahlvorganges zu verändern, indem die Ausrichtung der Längsmittelachse 10 des Rohres 1 relativ zum Strahlmittelstrahl 20 verändert wird.
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Das in das hohle Innere 13 des Rohres 1 eingestrahlte Strahlmittel kann an dem in der Zeichnung nicht sichtbaren, entgegengesetzten Rohrende abgesaugt und der Strahleinrichtung 2 wieder zugeführt werden.
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Neben einer Veränderung des Winkels α können das Rohr 1 und der Strahlmittelstrahl 20 bzw. die Strahlvorrichtung 2 in weiteren Richtungen relativ zueinander bewegt werden, beispielsweise in linearer Richtung parallel oder senkrecht zur Längsmittelachse 10 des Rohres 1 oder auch im Sinne einer Drehbewegung des Rohres 1 um seine Längsmittelachse 10. In der Praxis ist die Strahlvorrichtung 2 zweckmäßig lagefest angeordnet, während das Rohr 1 mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Halterung in der gewünschten Weise relativ zum Strahlmittelstrahl 20 bewegt und transportiert wird.
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Zur Vermeidung eines unkontrollierten Austritts von Strahlmittelpartikeln in die Umgebung ist zweckmäßig die Anordnung aus Rohr 1 und Strahlvorrichtung 2 gekapselt untergebracht, wie dies von Strahlvorrichtungen an sich bekannt ist und deshalb in der Zeichnung nicht eigens dargestellt ist.
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Die Zeichnungsfigur macht anschaulich deutlich, dass, obwohl die Strahlvorrichtung 2 deutlich größer als der lichte Innendurchmesser des Rohres 1 ist, mit dieser Strahlvorrichtung 2 und dem vorstehend beschriebenen Strahlverfahren die innere Oberfläche 12 des Endbereichs 11 des Rohres 1 über einen ausreichend großen axialen Längenbereich wirksam gestrahlt werden kann
