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Verfahren und Vorrichtung zum Entgraten von elastischen
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Formteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Entgraten von elastischen Formteilen, wobei die Formteile gekühlt und versprödete
Grate entfernt werden.
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Beim Pressen und Spritzen von Formteilen aus Gummi oder Kunststoffen
bleiben gewöhnlich Anguß und Austrieb auch nach dem Ausformen mit dem Teil fest
verbunden. Diese unerwünschten Werkstoffgebilde, die an Kanten oder Oberflächen
der Formteile bei der Fertigung entstehen und über die ideale Formteiloberfläche
hinausragen, werden als Grat bezeichnet. Es sind verschiedene Verfahren zum Entgraten
von Kunststoff- und Gummiartikeln bekannt. Bei herkömmlichen Entgratungsverfahren
wird der Werkstoff durch Abkühlung versprödet. Anschließend werden die zu entgratenden
Werkstücke mechanisch beaufschlagt. Dabei sollen die Grate abbrechen.
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Bei der Trommelentgratung beispielsweise findet der Entgratungsvorgang
durch Umwälzen des Entgratungsgutes unter Druck-und Stoßwirkung der Teile untereinander
statt. Im Unterschied dazu werden z.B. bei der Strahlentgratung versprödete Formteile
umgewälzt und mit Festkörpern beschossen.
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Gerade die richtige Einbringung der mechanischen Kräfte ist bei diesep
Verfahren von entscheidender Bedeutung. Sind die Kräfte zu groß, werden die Werkstücke
beschädigt oder zerstört - sind sie zu klein, erfolgt eine unbefriedigende Entgratung.
Dasselbe gilt, wenn diese Kräfte nicht in der richtigen Richtung auf das Werkstück
zur Wirkung kommen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem Grate der verschiedensten Art sicher entgratet
werden können, ohne daß die Werkstücke beschädigt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Grate mittels
einer relativ zu den Formteilen bewegten Flüssigkeit abgetrennt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß zu entgratende
Werkstücke nach der Versprödung der Grate in einer Flüssigkeit wesentlich besser
mit einer gerichteten mechanischen Kraft beaufschlagt werden können, als beispielsweise
bei der Trommelentgratung oder bei der Strahlentgratung.
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Je nach Art und Form der Grate und derzu entgratenden Werkstücke können
die notwendigen mechanischen Kräfte erfindungsgemäß gut dosiert auf die zu entgratenden
Teile übertragen werden. Insbesondere ist die Intensität der Wechselwirkung zwischen
Flüssigkeit und Werkstücken so abgestuft einstellbar, daß eine vollständige Entgratung
mit einer im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erheblich geringeren Beschädigungsgefahr
der Werkstücke möglich ist.
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ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu
sehen, daß keine festen Strahlmittel sondern eine pumpfähige Flüssigkeit Verwendung
findet. Da zudem die Werkstücke und abgeschlagenen Grate leicht von dem Entgratungshilfsmittel,
der Flüssigkeit, abzutrennen sind, lassen sich
beim erfindungsgemäßen
Verfahren einfachere Entgratungsmaschinen als bisher einsetzen. Darüber hinaus kann
die Flüssigkeit für das Abschlagen der Grate auch zur Kühlung der Werkstücke und
zur Versprödung der Grate dienen. Vorteilhafte Folge des direkten Wärmekontaktes
zwischen den Werkstücken bzw. deren Grate und der Flüssigkeit sind ein guter Wärmeübergang
und somit eine rasche Kühlung. Die Dauer der Entgratung ist beim erfindungsgemäßen
Verfahren daher kurz.
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Ein besonders guter Wärmeübergang wird nach einer Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens erreicht, wenn die Formteile in ein Flüssigkeitsbad getaucht
werden. Die Beschädigungsgefahr der Werkstücke ist hierbei viel geringer als bei
herkömmlichen Verfahren, da die Flüssigkeit eine Bewegung der Werkstücke gegeneinander
dämpft. Zur Entfernung der Grate können hierbei in der Flüssigkeit mechansiche Schwingungen,
z.B.
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durch eine Schallquelle, insbesondere eine Ultra- und/oder Infraschallquelle
angeregt werden.
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Durch die Wahl von Schwingungsamplitute und Schwingungsfrequenz kann
die Entgratungswirkung abgestuft und optimal an Grate unterschiedlicher Größe angepat
werden.
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Mittels Ultraschall können trotz kleine Schwingungsamplitute Wechseldrücke
im Bereich zwischen 0 Atomsphären bis hin zu einigen Atmosphären erzeugt werden.
so daß auch Teile, die bisher nicht oder nur mit großem Aufwand entgratet werden
konnten, beispielsweise besonders kleine oder große Teile, ohne Schwierigkeit entgratet
werden.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens
wird die Flüssigkeit in Form eines Strahles oder in Form mehrerer Strahlen auf die
Formteile gelenkt. In einer nach diesem Verfahrensprinzip arbeitenden Entgratungsmaschine
sind lediglich Pumpen sowie geeignete Sprüheinrichtungen,
durch
die die Flüssigkeitsstrahlen gebildet werden, vorzusehen, so daß nur geringe Investitionskosten
anfallen.
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Je nach Art des Entgratungsgutes können die zu entgratenden Werkstücke
oberhalb oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet sein.
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Der Spritzprozeß erfolgt bevorzugt unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche,
wenn Formteile zu entgraten sind, die relativ kleine Abmessungen haben und bei denen
die zu entfernenden Grate vorwiegend an den Außenkanten sind.
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Die Formteile werden hauptsächlich dann oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
angeordnet und mit Flüssigkeitsstrahlen beauf schlagt, wenn relativ große, unregelmäßig
geformte Werkstücke entgratet werden sollen.
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Die Entgratung von Werkstücken wird üblicherweise in einem Temperaturbereich
zwischen -400C und -1000C durchgeführt.
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Flüssigkeiten, die beim erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden
sollen, dürfen daher in diesem-Temperaturbereich nicht gefrieren. Als für den erfindungsgemäßen
Zweck geeignete Flüssigkeiten haben sich halogenierte, aliphatisch gesättigte Kohlenwasserstoffe
erwiesen. Vertreter dieser Stoffgruppe erfüllen nicht nur die obengenannte Bedingung,
sondern besitzen auch andere vorteihafte Eigenschaften. So lassen sich Flüssigkeiten
aus dieser Stoffgruppe auswählen, deren Siedepunkt oberhalb Raumtemperatur liegen,
die sich chemisch inert verhalten und kaum toxisch sind, deren Viskosität bei niedrigerer
Temperatur klein ist und die eine möglichst hohe Dichte besitzten.
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Es wurden gefunden, daß aus der obengenannten Stoffgruppe die fluorierten
und/oder chlorierten Alkane die meisten dieser Forderungen in fast idealer Weise
erfüllen. Insbesondere die
perfluorierten Vertreter dieser Stoffgruppe
sind - was ihre inerten Eigenschaften betrifft - besonders geeignet.
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Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Verbindungen, die für das
Verfahren geeignet sind: Chem. Name Fp 0C Sp DC Dichte kg/l Dichlorfluormethan CHFCl2
- 135 8,9 1,4 n-Perfluorpentan C5F12 - 130 29 1,6 Trichorfluormethan CFC13 - 111
24 1,476 n-Perfluorhexan C6F14 - 87 57 1,67 iso-Perfluorheptan 6 11 3 - 38 76 1,788
Trichlortrifluoräthan C2F3C13 - 37 48 1,565 Die inder Tabelle angegebenen Stoffe
besitzen alle eine hohe Dichte, wodurch sid für die Anwendung bei der mit Infra-
oder Ultraschall arbeitenden Variante des Erfindungsgedankens prädestiniert sind.
Außerdem besitzen sie ein hohes Benetzungsvermögen (Oberflächenspannung zwischen
10 und 15 Dyn/cm), so daß die entgrateten Formteile trocken dem Flüssigkeitsbad
entnommen werden können, und ein hohes Wärmeleitvermögen, so daß Formteile rasch
abgekühlt werden können.
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Wie schon erwähnt, sind die perfluorierten Verbindungen am geeignetsten.
Diese Stoffen haben jedoch bislang keine großtechnische Verwendung wie die aufgeführten
Fluod- Chlor-Verbindungen des Methans und trans (~Kältemittel") gefunden, weshalb
ihr Preis relativ hoch liegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird
daher die Flüssigkeit im Kreislauf geführt und gekühlt.
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Diese Variante ist besonders wirtschaftlich, da praktisch keine Flügsigkeitsverluste
auftreten. Der Flüssigkeit ist lediglich die Wärme zu entziehen, die diese im Wärmetausch
mit
den Werkstücken sowie durch Wärmeabgabe an die Umgebung verloren hat. Zu diesem
Zweck wird die Flüssigkeit z.B. in indirektem Wärmetausch mit einem kryogenen Kühlmediu,
z.B.
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mit flüssigem Stickstoff, gebracht. Mit derartigen Kühlmedien kann
die Temperatur der Flüssigkeit rasch gesenkt und auf einem bestimmten Niveau gehalten
werden. Die abzuführende Wärmemenge, d.h. der Verbrauch an kryogenem Kältemittel,
ist beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders gering. Im Unterschied zu herkömmlichen,
mit Entgratungshilfsmitteln arbeitenden Entgratungsverfahren, bei denen das Entgratungshilfsmittel
nach einem Entgratungsprozeß wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt wurde, bleibt
die Temperatur der Flüssigkeit auf dem niedrigen Niveau der Entgratungstemperatur.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem.
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die Flüssigkeit in Form eines Strahls oder in Form mehrerer Strahlen
auf die zu entgratenden Formteile gelenkt wird, enthält im wesentlichen einen geschlossenen
Entgratungsbehälter mit siebförmigen Tragevorrichtungen für die Aufnahme der zu
entgratenden Formteile sowie auf die Tragevorrichtung orientierte Sprüheinrichtungen
für eine Flüssigkeit, wobei die Sprüheinrichtungen #über Versorgungsleitungen an
eine Pumpe angeschlossen sind, deren Saugleitung in einen Tank für die Flüssigkeit
mündet. Hierbei können die Tragevorrichtungen so angeordnet oder verstellbar sein,
daß diese sowohl unterhalb als auch oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche mit Flüssigkeit
bestrahlt werden können. Zweckmäßigerweise wird die versprühte Flüssigkeit aufgefangen
und erneut dem Tank zugeführt,so daß die Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird.
Hierbei kann innerhalb des Tanks ein Wärmetauscher angeordnet sein, durch den zur
Kühlung der Flüssigkeit ein kryogenes Kühlmedium gef hrt werden kann. Außerdem ist
es möglich die Flüssigkeit umzupumpen und hierbei durch einen außerhalb der Entgratungsvorrichtung
angeordneten Wärmetauscher zuleiten. Grundsätzlich ist auch eine Kombination beider
Kühlvarianten möglich.
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Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensvariante mit in
einem Flüssigkeitsbad angeregten mechanischen Schwingungen, eignet sich ein geschlossener
Entgratungsbehälter mit einer flüssigkeitsgefüllten Schwingwanne, in die an Halterungen
befestigte Tragvorrichtungen für die Aufnahem der zu entgratenden Formteile unter
die Flüssigkeitsoberfläche hineinreichen, wobei an die Schwingwanne ein Schwingungsgernerator
angeflanscht ist und in die Schwingwanne die Saugleitung einer Pumpe 4 mündet, die
druckseitig an eine Kühlvorrichtung 3 angeschlossen ist, deren Ausgang in die Schwingwanne
mündet.
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Zweckmäßigerweise wird in dieser Variante kein Wärmetauscher innerhalb
der Schwingwanne angeordnet. Um eine Zerstörung des Wärmetauschers durch die Schallschwingungen
zu vermeiden.
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Vielmehr kann eine Kühlvorrichtung außerhalb der Schwingwanne angeordnet
sein, zu der die Flüssigkeit mittels einer Pumpe gefördert wird. Nach der Abkühlung
wird die Flüssigkeit erneut in die Schwingwanne geleitet. Insbesondere eignen sich
Ultra- und Infraschallgeneratoren als Schwingungsgeneratoren. Zur Erzeugung des
Ultraschalls können mechanische oder elektrische (z.B. Magnetostriktive oder piezoelektrische)
Ultraschallgeneratoren dienen. Je nach Größe und Art der Formteile werden zum Entgraten
verschiedene Frequenzen und Leistungsdichten angewandt.
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Erfindungsgemäß wird zwischen den Tragvorrichtungen und der Pumpe,
die die Flüssigkeit zum Versprühen über die Sprüheinrichtungen oder zum Kühlen in-einen
Wärmetauscher fördert, ein Sieb angeordnet. Das Sieb dient dazu, abgeschlagene Grate
zurückzuhalten.
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Im folgenden sollen anhan schematischer Skizzen Ausführungsbeispiele
zweier erfindungsegemäßer Vorrichtungen beschrieben werden. Diese sind nur in einer
die Erläuterung der Ar-
beitsprinzipien ermöglichenden skizzenhaften
Art dargestellt.
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Es zeigen.
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Figur 1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung, mittels der Formteile
durch Flüssigkeitsstrahlen entgratet werden.
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Figur 2 eine schematisch dargestellte Vorrichtung, mittels der Formteile
durch Ultraschall entgratet werden können.
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In Figur 1 ist ein geschlossener Entgratungsbehälter 7 dargestellt,
der auf seiner Außenseite isoliert sein kann. Der untere Teil des Entgratungsbehälters
ist als Tank 1 ausgebildet. Der Tankbereich wird vom übrigen Entgratungsbehälterraum
durch ein Sieb 2 abgeteilt. Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 11 und des Siebes
2 sind mehrere siebförmige Tragevorrichtungen 6, von denen lediglich eine symbolisch
dargestellt ist, z.B. am Gehäuse des Entgratungsbehälters 7 befestigt. In den Tank
mündet die Saugleitung 9 einer Pumpe 4, die eine im Tank 1 gespeicherte Flüssigkeit
in eine Versorgungsleitung 8 fördert, aus der die Flüssigkeit über mehrere Düsen
5 austritt.
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Innerhalb des Tanks ist ein Wärmetauscher 3 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel
an einen nicht dargestellten Speicher für flüssigen Stickstoff über ein Ventil angeschlossen
ist.
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Zum Entgraten werden die Formteile auf die Tragevorrichtungen 6 gebracht,
die z.B. über-nicht dargestellte Türen aus dem Entgratungsbehälter entnommen werden
können. Die als Arbeitsmedium dienende Flüssigkeit wird in dem Tank 1 über den Wärmetauscher
3 auf die gewünschte Temperatur gekühlt. Hierzu wird flüssiger Stickstoff in den
Wärmetauscher eingeleitet.
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M#t Hilfe der Pumpe 4 wird die Flüssigkeit über die Düsen 5 auf die
in den Tragevorrichtungen 6 befindlichen Werkstücke gespritzt. Das Medium kühlt
die Werstücke, gleichzeitig werden durch die Auftreffenergie die Grate abgewaschen.
Die ab-
gewaschenen Grate sammeln sich auf dem Sieb 2, von dem
sie von Zeit zu Zeit entfernt werden können.
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Für bestimmte Anwendungsfälle ist es sinnvoll, dieselbe Anordnung
zu verwenden, nur erfolgt der Spritzvorgang unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche.
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In Figur 2 ist ein als Schwingwanne ausgebildeter Tank 1 dargestellt.
Im Tank befindet sich eine Flüssigkeit möglichst hoher Dichte, beispielsweise n-Perfluorhexan.
Eine Tragvorrichtung 6 ist mittels an dem Gehäuse des Entgratungsbehälters befestigten
Halterungen unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 11 angeordnet. Die Schwingwanne 1
ruht auf der Ultraschall-Sendefläche eines Ultraschallgenerators 10. In die Schwingwanne
mündet die Saugleitung 9 einer Pumpe 4, die#ausgangsseitig über eine Leitung 12
mit einem Wärmetauscher 3 in Verbindung steht. Der mit Leitung 12 in Verbindung
stehende Ausgang des Wärmetauschers 3 mündet über eine Leitung 13 erneut in die
Schwingwanne. Wie in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann in den
Wärmetauscher 3 flüssiger Stickstoff eingeleitet werden. Zwischen der Tragevorrichtung
6 und der Saugleitung der Pumpe 4 ist ein Sieb 2 angeordnet.
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Zur Kühlung der Flüssigkeit wird diese mittels Pumpe 4 umgewälzt und
durch Wärmetauscher-3 geleitet. Zur Entgratung werden die Werkstücke in Körben 6
oder direkt in das Arbeitsmedium gehängt, wo sie durch Wirkung der Schallwellen
vom Grat befreit werden. Am Sieb 2 sammeln sich die entfernten Grate, so daß diese
beseitigt werden können.
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Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß zu entgratende Werkstücke
in einer geeigneten Flüssigkeit wesentlich besser mit einer gerichteten mechanischen
Kraft baufschlagt werden könne und, da die Flüssigkeit die Bewegung der Werkstücke
dämpft, die Beschädigungsgefahr der Werkstücke viel geringer ist, als bei herkömmlichen
Verfahren.