DE4039877C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Entgraten von Werkstücken bei denen der Grat eine große Oberfläche bei geringem Volumen aufweist.

Beim bekannten thermischen Entgraten werden die Werkstücke in eine Explosionskammer gebracht, in der ein Gasgemisch gezündet wird. Die durch die Explosion verursachte Flammenfront oxidiert oder verdampft die Bearbeitungsgrate an den Kanten der Werkstücke. Die Explosionskammer muß gepanzert, dickwandig ausgeführt werden. Der Bauaufwand und Platzbedarf ist erheblich. Die Flammenfront beeinträchtigt die Werkstückoberfläche, so daß hier zusätzliche Oberflächenbehandlungen erforderlich werden.

Aus der EP 3 07 550 A1 ist das Entgraten mit robotergeführten Werkzeugen bekannt. Kompliziert geformte Werkstücke lassen sich aber wegen der relativ großen geometrischen Abmessungen der verwendeten Werkzeuge nicht vollständig bearbeiten. Insbesondere Gratbereiche im Inneren von komplizierten Werkstücken sind oft nicht erreichbar.

In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem eine thermische Entgratung mit geringem Aufwand an Energie und Bauvolumen gezielt an den Entgratstellen vorgenommen werden kann, wobei bei günstigem Kosten-Leistungsverhältnis eine Beeinträchtigung der gesamten Werkstückoberfläche weitgehend vermieden werden soll und das Verfahren eine wesentliche Verbesserung der Zugänglichkeit bieten und gut automatisierbar sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein Laser oder ein Plasmabrenner EDV-gesteuert am Grat vorbeigeführt wird, und daß die Energiedichte so gewählt wird, daß der eine große Oberfläche bei geringem Volumen aufweisende Grat verdampft oder zumindest oxidiert wird.

Durch das gezielt nur örtliche Aufbringen der Energie durch Laser oder Plasmabrenner wird die aufzuwendende Energie relativ klein gehalten, die Oberfläche des Werkstücks wird praktisch überhaupt nicht beeinträchtigt, insbesondere ist die thermische Beanspruchung wesentlich geringer als beim Entgraten in einer Explosionskammer.

Insbesondere bei der Verwendung eines Lasers sind auch noch schwer zugängliche Stellen innerhalb eines Werkstücks erreichbar.

Besonders vorteilhaft beim vorgeschlagenen Verfahren ist, daß die Wirkung des Lasers bzw. Plasmabrenners weitgehend unabhängig von der Strahlorientierung ist. Damit wird die Werkzeugführung besonders einfach und mit geringem Aufwand automatisierbar. Laser oder Plasmabrenner verursachen keine Reaktionskräfte, so daß erhebliche Aufwendungen bei der Fixierung der Werkstücke in automatisierten Anlagen eingespart werden können. Durch die Kräftefreiheit kann die Roboterführung im Aufbau einfach gehalten werden. Positionskorrekturen wegen auftretender wechselnder Bearbeitungskräfte entfallen so.

Zur Anpassung an unterschiedliche Werkstoffe und unterschiedliche Gratgrößen kann die auf den Grat auftreffende Energie gesteuert werden, insbesondere durch die Steuerung der Relativgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück, durch die Steuerung der abgegebenen Energiedichte des Lasers bzw. Plasmabrenners oder auch einer Überlagerung dieser Möglichkeiten.

Besonders vorteilhaft kann bei einem Laser zur Steuerung der abgegebenen Energiedichte der Fokusdurchmesser des Laserstrahls verändert werden. Es kann damit aber auch die Anpassung der Bearbeitungsbedingungen an unterschiedliche Abstände des Grats vom Laser berücksichtigt werden insbesondere, wenn schwer zugängliche Grate im Innern des Werkstücks entfernt werden sollen.

Die abgegebene Energiedichte liegt vorteilhaft bei etwa 5 kw bei einem Fokusdurchmesser von 5 mm. Diese Energiedichte hat sich insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium bewährt. Durch die örtliche relativ hohe Energiezuführung wird dabei der Grat oxidiert und zerfällt einfach in pulverförmiges Aluminumoxid.

Zur Bearbeitung von Oxidationsempfindlichen Werkstoffen kann besonders vorteilhaft beim Entgraten ein Schutzgas wenigstens im Bereich des Arbeitspunkts zugeführt werden.

Zur einfachen Durchführung des Verfahrens kann besonders vorteilhaft der Laser bzw. der Plasmabrenner am Ende eines Roboterarms angeordnet sein. Bei der Bearbeitung von ebenen Werkstücken kann der Laser oder Plasmabrenner auch über Linearführungen gesteuert bewegt werden, ähnlich einer Plottersteuerung.

Besonders vorteilhaft kann der Plasmabrenner zwei Elektronen aufweisen, zwischen denen zur Bildung des Gasplasmas ein Gas hindurchleitbar ist. Insbesondere zur Erleichterung des Zündvorgangs kann als Gas Argon verwendet werden, das zugleich Schutzgaswirkung hat. Auch die Verwendung von Wasserstoff oder, insbesondere nach dem Zünden, von Luft ist möglich, wobei insbesondere bei Luft die Arbeitskosten gering sind und keine besonderen Explosionsschutzmaßnahmen notwendig werden.

Bei einer bevorzugten Konstruktion kann eine der Elektroden, ringförmig ausgebildet, die andere Elektrode mit Abstand umschließen.

Durch die vorgeschlagene Elektrodenausbildung wird die Bearbeitung unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des zu entfernenden Grates, die ja mit der Gratform und Gratdicke ungewöhnlich stark streut.

Zur Anpassung an unterschiedliche Arbeitsbedingungen kann die durchströmende Gasmenge beim Plasmabrenner regelbar sein.

Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lasers beim Entgraten und

Fig. 2 eine schematisierte Teildarstellung eines Plasmabrenners.

Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Laser 1 wird über einen Roboterarm 2 am Grat 3 eines Werkstücks 4 zum Entfernen des Grats 2 entlanggeführt.

Der Laser 1 weist eine Strahlführung 5 und eine gesteuerte Strahlformung 6 auf, über die der Laserstrahl fokussiert werden kann. Der geformte, auf den Grat 3 gerichtete, Laserstrahl ist mit 7 bezeichnet.

Durch die im geformten Laserstrahl 7 zum Grat 3 geführte hohe Energiedichte wird der, eine große Oberfläche bei kleinem Volumen aufweisende Grat 3 rasch so stark erhitzt, daß er oxidiert oder sogar verdampft. Das Oxidieren und Verdampfen kann noch durch eine Prozeßgaszuführung 8 im Laser 1 beeinflußt werden. Bei der Zuführung eines Sauerstoff enthaltenden Prozeßgases wird die Oxidation gefördert, während bei der Zuführung eines neutralen, keinen Sauerstoff enthaltenden, Gases eine Oxidation unterbunden und bei entsprechend hoher Energiezuführung ein Verdampfen des zu entfernenden Grats 3 erreicht wird. Die zugeführte Energiemenge am Grat 3 kann durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Lasers 1 entlang dem Grat 3, durch die Form des geformten Laserstrahles 7 und überhaupt durch die vom Laser 1 abgegebene Energie gesteuert werden. Durch die Bündelung des geformten Laserstrahles 7 kann der Abstand des Lasers 1 vom Werkstück 4 auch größer sein, so daß der Laserstrahl gezielt auch im Inneren von räumlichen Werkstücken 4 eingesetzt werden kann, deren innere Grate 3 durch die üblichen Werkzeuge zum Entgraten nicht mehr erreichbar ist. Der Auftreffwinkel des geformten Laserstrahls 7 auf den Grat 3 kann in weiten Grenzen variieren ohne die Qualität der Entgratung nachteilig zu beeinflussen, so daß an die räumliche Führung des Lasers 1, gegenüber dem Werkstück 4, keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen. Die Bewegungssteuerung bedarf daher keines großen Aufwands, insbesondere da auf den Laser 1 keine Bearbeitungskräfte zurückwirken, wie dies bei mechanischen Bearbeitungswerkzeugen der Fall ist.

In Fig. 2 ist ein Plasmabrenner 9 schematisch teilweise dargestellt. Er weist zentrisch eine Anode 10 auf, um die herum eine Gasführung angeordnet ist. Mit Abstand konzentrisch unterhalb der Anode 11 ist eine Ringkathode 12 vorgesehen. Knapp unterhalb der Ringkathode 12 ist eine Gasdüse 13 angeordnet, durch das über die Gasführung 11 nach unten geführte Gas austreten kann. Zum Zünden des Plasmabrenners 9 wird, um die Zündspannung möglichst niedrig zu halten üblicherweise Argon verwendet. Dieses, als Schutzgas wirkende Prozeßgas kann auch weiterhin im Betrieb des Plasmabrenners 9 verwendet werden. Zur Kosteneinsparung kann aber auch ein anderes Gas bspw. Wasserstoff oder auch Luft verwendet werden. Je nach Betriebsdruck wird der sich zwischen der Ringkathode 12 und der Anode bildende Lichtbogen durch die Gasdüse 13 nach außen gedrückt, so daß praktisch eine Gasplasmaflamme gebildet wird, durch die, wie beim Laser beschrieben, der Grat 3 eines Werkstücks 4 oxidiert oder verdampft werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zum thermischen Entgraten von Werkstücken (4), bei denen der Grat (3) eine große Oberfläche bei geringem Volumen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser (1) oder ein Plasmabrenner (9) EDV-gesteuert am Grat (3) vorbeigeführt wird und daß die Energiedichte so gewählt wird, daß der eine große Oberfläche bei geringem Volumen aufweisende Grat (3) verdampft oder zumindest oxidiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Grat (3) auftreffende Energie gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auftreffende Energie durch die Relativgeschwindigkeit des Lasers (1) bzw. Plasmabrenners (9) gegenüber dem Werkstück (4) gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auftreffende Energie durch die abgegebene Energiedichte des Lasers (1) bzw. Plasmabrenners (9) gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der abgegebenen Energiedichte der Fokusdurchmesser des Laserstrahls (7) verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Energiedichte von 5 kw bei einem Fokusdurchmesser von 5 mm abgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Entgratens mindestens im Bereich des Arbeitspunkts ein Schutzgas zugeführt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) bzw. der Plasmabrenner (9) am Ende eines Roboterarms (2) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner (9) zwei Elektroden (10,12) aufweist, zwischen denen zur Bildung des Gasplasmas ein Gas hindurchführbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden (12) ringförmig ausgebildet ist und die andere Elektrode (10) mit Abstand umschließt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durchströmende Gasmenge regelbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Ringkathode (12) eine Gasdüse (13) vorgesehen ist.