DE2264827C3 - Vorrichtung zum Behandeln und/oder Bearbeiten der Oberfläche eines Werkstücks - Google Patents
Vorrichtung zum Behandeln und/oder Bearbeiten der Oberfläche eines WerkstücksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln
und/oder Bearbeiten der Oberfläche eines Werkstückes mit einem fließfähigen Werkstoff und einem
hydro- oder pneumatischen Lager für das Werkstück.
Es sind pneumatische Lager (US-PS 3140 853)
bekannt, die eine berührungslose Halterung eines Gegenstandes in einem gleichmäßigen Lagerspalt
zwischen der Lagerfläche und dem Gegenstand erlauben, in den Druckmittel eingeführt wird. Dadurch
lassen sich die Reibungskräfte sowie der Verschleiß sehr stark verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß die Werkstücke auch behandelt werden können, wahrend sie von dem Lager abgestützt werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
gelöst
In vorteilhafter Weise läßt sich die für das Lagern des
Werkstücks vorgesehene Anordnung auch für die Behandlung des Werkstückes verwenden, da Druckmittel
und das Bearbeitungsmedium zusammen durch die Wirbelkammer herangeführt und dem Lagerspalt
zugeführt werden. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung für Werkstücke mit sehr empfindlicher
Oberfläche, die somit berührungslos gelagert und behandelt bzw. bearbeitet werden können. Auch die
Anordnung der Wirbelkammer mit den tangential gerichteten düsenartigen Eintrittsöffnungen stellt eine
erhebliche Verbesserung des Lagers dar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet Insbesondere
läßt sich das Werkstück in Längsrichtung des Lagers auch transportieren, wobei dann mehrere Bearbeitungsvorgänge aufeinanderfolgen können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der 7.eichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 2 einen Schnitt durch das Lager in F i g. 1 längs der Linie 2-2,
F i g. 3 eine Draufsicht auf die Lagerfläche mit den Wirbelkammern,
F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der Wirbelkammern
von unten,
F i g. 5 die Druckverteilung im Lagerspalt in mehreren
Querebenen,
Fig.6 die Druckverteilung im Lagerspalt in einer
Querebene,
Fig.7 die Anordnung der in die Wirbelkammer
mündenden düsenartigen Eintrittsöffnungen und
F i g. 8 eine abgeänderte Wirbelkammer.
Die Zeichnungen, insbesondere die F i g. 1 und 2 zeigen ein Druckmittellager 10 in Form einer Schiene mit einer Vielzahl von Wirbelkammern 12, die in Längsabständen angeordnet sind. Das Lager 10 umfaßt eine Kammerwandung 14, welche in dem dargestellten jo Ausführungsbeispiel mit einer konkaven Lagerfläche 16 versehen ist, die in ihrer Formgebung im wesentlichen dem Umfang eines beweglich darauf gelagerten Gegenstandes, wie z. B. eines Werkstückes 18 entspricht An der Unterseite des Lagers 10 ist ein Verteiler 20 fest angeordnet, der eine Sammelkammer 22 bildet, von der aus unter Druck stehendes Gas jeder einzelnen Wirbelkammer 12 zugeführt wird. Das Innere der Sammelkammer 22 kann durch eine Leitung 24 mit einer Druckquelle des Gases verbunden werden. Wie am besten aus den Fig.2 und 4 ersichtlich, ist jede Wirbelkammer 12 in Verbindung mit der Sammelkammer 22 angeordnet und zwar mitteis vier senkrechter Kanäle 25, die jeweils mit einer von vier tangential gerichteten Eintrittsöffnungen 26 in Verbindung stehen, wodurch das Druckgas neben dem Boden der Wirbelkammer eintritt und sich schneckenförmig nach außen in Richtung auf ihr offenes Ende zubewegt, an welchem es mit der Oberfläche des Werkstückes in Berührung kommt, das in Abstand von der Lagerfläche 16 angeordnet ist Die Kanäle 25 sind mit Bezug auf den Druck und das Volumen der Luft in der Sammelkammer 22 so bemessen, daß der Luftstrom in jeder Wirbelkam· me<· im wesentlichen unabhängig ist von Veränderungen in den Durchflußmengen benachbarter Wirbelkammern nicht beeinflußt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das in Form eines Wirbelstromes aus jedem der Wirbelkammern ausgetretene Gas ein Luftkissen zwischen dem Werkstück und der Lagerfläche 16, die durch den in F i g. 2 gezeigten Lagerspalt 28
Die Zeichnungen, insbesondere die F i g. 1 und 2 zeigen ein Druckmittellager 10 in Form einer Schiene mit einer Vielzahl von Wirbelkammern 12, die in Längsabständen angeordnet sind. Das Lager 10 umfaßt eine Kammerwandung 14, welche in dem dargestellten jo Ausführungsbeispiel mit einer konkaven Lagerfläche 16 versehen ist, die in ihrer Formgebung im wesentlichen dem Umfang eines beweglich darauf gelagerten Gegenstandes, wie z. B. eines Werkstückes 18 entspricht An der Unterseite des Lagers 10 ist ein Verteiler 20 fest angeordnet, der eine Sammelkammer 22 bildet, von der aus unter Druck stehendes Gas jeder einzelnen Wirbelkammer 12 zugeführt wird. Das Innere der Sammelkammer 22 kann durch eine Leitung 24 mit einer Druckquelle des Gases verbunden werden. Wie am besten aus den Fig.2 und 4 ersichtlich, ist jede Wirbelkammer 12 in Verbindung mit der Sammelkammer 22 angeordnet und zwar mitteis vier senkrechter Kanäle 25, die jeweils mit einer von vier tangential gerichteten Eintrittsöffnungen 26 in Verbindung stehen, wodurch das Druckgas neben dem Boden der Wirbelkammer eintritt und sich schneckenförmig nach außen in Richtung auf ihr offenes Ende zubewegt, an welchem es mit der Oberfläche des Werkstückes in Berührung kommt, das in Abstand von der Lagerfläche 16 angeordnet ist Die Kanäle 25 sind mit Bezug auf den Druck und das Volumen der Luft in der Sammelkammer 22 so bemessen, daß der Luftstrom in jeder Wirbelkam· me<· im wesentlichen unabhängig ist von Veränderungen in den Durchflußmengen benachbarter Wirbelkammern nicht beeinflußt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das in Form eines Wirbelstromes aus jedem der Wirbelkammern ausgetretene Gas ein Luftkissen zwischen dem Werkstück und der Lagerfläche 16, die durch den in F i g. 2 gezeigten Lagerspalt 28
begrenzt wird.
Infolge der Anordnung der vier düsenartigen Eintrittsöffnungen 26 mit im wesentlichen gleichen
Umfangsabständen wird ein im wesentlichen gleichförmiger Gaswirbelstrom gebildet, der keine linearen
*■> Restkomponenten aufweist, die die Neigung hätten, eine
einseitige Bewegung des Werkstücks 18 längs des Lagers zu verursachen. Demzufolge kann das Werkstück
an frei wählbaren Stationen ruhen und kann
wahlweise mittels einer Hilfsduse 30 entsprechend der Darstellung in F i g. I vorwärts getrieben werden, wobei
diese Düse auf das Werkstück 18 ausgerichtet ist und dieses nach rechts in F i g. 1 antreibt Die Hilfsduse 30
kann mit derselben Druckquelle verbunden sein, die für die Versorgung des Lagers benutzt wird, und kann
ununterbrochen betrieben oder intermittierend durch Impulse betrieben werden, um eine angemessene
Fortbewegung des Werkstücks zu erreichen.
In ähnlicher Weise kann durch eine zweite Hilfsduse 32 eine Drehbewegung des Werkstücks 18 erreicht
werden, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, wobei diese Düse seitlich zur Förderrichtung des Werkstücks 18 liegt und
ununterbrochen oder intermittierend einen Gasstrom ausstoßen kann, der das Werkstück in Uhrzeigerrichtung
dreht Entsprechend den Darstellungen in den F i g. 1 und 2 sind die Zuführungsleitungen, die an die
Hilfsdüsen 30 und 32 angeschlossen sind, mit Ventilen 34 zur Regelung der Gasmenge versehen, um die
erwünschte Beschleunigung, Verzögerung und/oder Drehbewegung des Werkstücks einzustdlen.
Die Kräfte, die auf die im Bereich der Lagerfläche gelagerten Gegenstände aufgebracht werden, sind in
den schematischen Darstellungen der Fig.5 bis 7 gezeigt Die Druckverteilung ändert sich jeweils in
Abhängigkeit von der Form der Lagerfläche 16, dem
Druck und der Geschwindigkeit des Gases, das in den einzelnen Wirbelkammern 12 den Wirbel bildet, der
Form und Anpassung der Umfangsfläche eines Gegenstandes mit Bezug auf die Lagerfläche, der Dichte des
Druckmittels, dem Gewicht des Gegenstandes, der Größe des das Gaskissen bestimmenden Lagerspalts,
der Fördergeschwindigkeit des Gegenstandes, dem Längsabstand der benachbarten Wirbelkammern, der
Anzahl und Ausrichtung der in Verbindung mit den einzelnen Wirbelkammern angeordneten Düsen, dem
Umriß oder der Formgebung der Wand, die den die Wirbelkammer bildenden Hohlraum begrenzt, einschließlich
der Form des Randes zwischen Hohlraum und Lagerfläche auftrifft, sowie der allgemeinen
Ebenheit der benachbarten Flächen, die mit dem strömenden Gas in Berührung sind. Die in Fig.5
gezeigte Druckverteilung wurde in Längsabstäiiden von
etwa '/« Zoll und Radialabständen von etwa V4 Zoll um
das Werkstück herum, wie bei 18' in Fig.6 gezeigt,
gemessen, wobei die Kammerwand 14' mit einer konkaven Lagerfläche 16' ausgebildet ist, die etwa 38%
der kreiszylindrischen Unfangsfläche des Werkstückes überlagert Die Wirbelkammer 12' selbst ist mit zwei
Düsen ausgestattet, die schematisch bei 26' gezeigt sind, die den Eintritt von Luft bei Raumtemperatur und mit
einem Druck von 0,01 bar in Pfeilrichtung gestatten.
F i g. 5 zeigt die Druckunterschiede von je vierzehn Punkten in sechs Querebenen A-F, wobei das Profil
oberhalb der Geraden A-F einen überatmosphärischen Druck bezeichnet, während der Druck in darunterliegenden
Abschnitten unterhalb des atmosphärischen Drucks liegt Jeder Druckverlauf in den Querebenen
A-F wurde in der Weise ermittelt, die durch die
Querebene Cin Fig. 6 kennzeichnend für alle erläutert
ist. So herrscht, wie auch F i g. 6 zeigt, im Lagerspalt 28'
ein positiver Druck, während im Bereich der Wirbelkammer 12 ein geringerer als der atmosphärische Druck
wirkt. Dadurch wird das Werkstück getragen und andererseits nach unten in Richtung auf die Lagerfläche
16'gezogen.
Kräfte ist ersichtlich, daß die Wirbelkammer für das Lager an anderen Punkten als unmittelbar unterhalb
eines zu stützenden Gegenstandes angeordnet werden kann.
ϊ In der in den F i g. 1 —4 gezeigten Ausführungsform
besteht die Kammerwand 14 zweckmäßigerweise aus Metall, Kunststoff oder einem anderen geeigneten
Material in einzelnen gegossenen oder stranggepreßten Abschnitten mit Z-förmigen Enden 36 in F i g. 3, die eine
ίο genaue Ausrichtung benachbarter Abschnitte erlauben.
16 eingesenkten Köpfen sicher befestigt werden.
π F i g. 1 —4 können beispielsweise darin bestehen, daß die
Lagerfläche flach, konvex oder profiliert ist um ein entsprechend geformtes Werkstück aufzunehmen. Auch
kann das Lager selbst an einem beweglichen Körper befestigt sein, der wiederum auf einem Luftkissen relativ
zu einer mit entsprechenden Konturen versehenen oder flachen Lagerfläche transportierbar ist
Zusätzlich zu dem Druckmittel für den Transport der Werkstücke, wie Luft eine Flüssigkeit oder Druckmittelgemische
wie Aerosole, bestehend aus einem Trägergas mit winzigen Flüssigkeitströpfchen werden
Substanzen, wie in dem Druckmittelgas suspendierte
Feststoffpartikel verwendet, um gleichzeitig eine Bearbeitung der Werkstücke zu bewirken. Solche
Behandlungen können in vorher festgelegten aufeinanderfolgenden Phasen durchgeführt werüen, und zwar
durch einen Wechsel in der Art der aus bestimmten Abschnitten des Lagers abgegebenen Substanzen, so
daß jedes Werkstück auf seinem Förderweg an jedem derartigen Abschnitt einer vorgeschriebenen Behandlung
unterworfen wird. Durch eine entsprechende Auswahl der gasförmigen Substanz können Werkstücke
verschiedenen Behandlungen wie einer Reinigung, Beizung, einer Wärmebehandlung, beispielsweise mithilfe
eines brennbaren Gases, einem Ausbacken, Trocknen, Kühlen, Abschrecken, einem Abschmiervorgang
usw. unterworfen werden oder mit einem Überzug oder einem Anstrich, auch nach einem elektrostatischen
oder elektrischen Verfahren versehen werden. Außerdem kann durch eine in der Zeichnung nicht
dargestellte zentrisch am Kammerboden in der Wirbelkammer 12 mündende Eintrittsöffnung ein
zusätzliches Bearbeitungsmittel zugeführt werden.
Abgesehen von den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Hilfsdüsen 30 bzw. 32 kann die Wirbelkammer 12 auch
so so abgewandelt werden, daß ihr Rand an der Lagerfläche 16 abgerundet oder mit einer Aussparung
40 versehen ist, wie in F i g. 8 gezeigt, wodurch die auf
das Werkstück einwirkenden Kräfte unsymmetrisch werder und im Ergebnis das Werkstück linear auf dem
Lager angetrieben wird. Mit einer solchen Anordnung von Düsen entweder allein oder in Kombination mit
Hilfsdüsen kann dem Werkstück eine angemessene Beschleunigung, Verzögerung, eine Drehbewegung
nach rechts oder nach links, eine lineare und/oder eine
eine lineare Bewegung erhalten, um den Transport und/oder die Behandlung der Werkstücke zu bewirken.
sein. Es können auch andere befriedigend arbeitende
b5 Formen benutzt werden, wie ein mehreckiger Umfang
oder unterschiedliche Querscbnittsprofile.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Behandeln und/oder Bearbeiten
der Oberfläche eines Werkstückes mit einem fließfähigen Werkstoff und einem hydro- oder
pneumatischen Lager für das Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß ein druckmitteldurchströmter
Lagerspalt (28) mit wenigstens einer Aussparung in einer der als Lagerfläche (16)
dienenden Kammerwände (14) und eine tangentiale Druckmittelzufuhr in die das Werkstück (18)
aufnehmende Aussparung vorgesehen sind und daß die Aussparung als Wirbelkammer (12) mit tangentialen
Eintrittsöffnungen (26) in der Kammerwand nahe dem Kammerboden für den gleichzeitig das
Druckmittel und das Bearbeitungsmedium bildenden fließfähigen Werkstoff ausgebildet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirbelkammer (12) mehrere an ihrem Umfang verteilte Eintrittsöffnungen (26) für
den das Druckmittel und das Bearbeitungsmedium darstellenden fließfähigen Werkstoff aufweist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (12) außerdem eine
zentrische Eintrittsöffnung im Kammerboden zur zusätzlichen Zufuhr von Bearbeitungsmittel aufweist
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von in
einer Förderrichtung hintereinander angeordneten Wirbelkammern (12) und eine auf das Werkstück
(18) in Förde/dchtung gerichtete Druckmittelströmung
(Düse 30) vorgesehen sind
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, das Werkstück
(18) in vorbestimmter Weise treibende Druckmittelströmung(Düse 32, Aussparung 40).
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