EP1398112B1 - Einrichtung und Verfahren zur Strahlbehandlung von Kanalinnenwänden - Google Patents

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EP1398112B1
EP1398112B1 EP02020267A EP02020267A EP1398112B1 EP 1398112 B1 EP1398112 B1 EP 1398112B1 EP 02020267 A EP02020267 A EP 02020267A EP 02020267 A EP02020267 A EP 02020267A EP 1398112 B1 EP1398112 B1 EP 1398112B1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/32—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks
    • B24C3/325—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks for internal surfaces, e.g. of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/47—Burnishing
    • Y10T29/479—Burnishing by shot peening or blasting

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for carrying out a blast treatment of the inner wall of a channel with a granular jet Material according to the preamble of claim 1 and the preamble of Claim 11.
  • the so-called shot peening is a known method of improvement the strength of metallic surfaces; For example, at the Maintenance of aircraft the wing leading edges with a jet of Impacted metal balls. It is already known from US-A-3 485 073 the walls of cavities in metallic objects of a blast treatment undergo the shot peening by means of a longitudinal channel having introduced stiff lance into the cavity; at the front Lanzenende is a so-called inner jet nozzle, in which the Lance longitudinal channel opens and the one inclined relative to the lance axis Has inclined surface, which serves for the deflection of the shot peening, so that this exits the jet nozzle transversely to the longitudinal axis of the lance.
  • This known Although device can be to carry out a blast treatment of Inner wall of straight channels use, but not if such Channel has one or more curves, as in metal pipes
  • the case is, for example, for stabilizers on motor vehicles as well used for the production of camshafts.
  • US-A-4 706 356 discloses only the blast treatment of the interior walls of straight metal pipes by means of an inner jet nozzle of the type described above Art, which is attached to the end of a flexible hose, the the supply of a jet of small metal balls is used. It has been shown that such a device for a blast treatment of the inner walls curved channels is unsuitable.
  • the invention was therefore based on the object, a device with the Features of the preamble of claim 1 to create, with which the Inner walls of channels, which have one or more curves, undergo a blast treatment, in particular the inner walls of at least one bend having metal pipes.
  • the invention proposes, in such a device to use the features of the characterizing part of claim 1, and for preferred embodiments of the device according to the invention recommended a flexible hose, which in particular is a Rubber or plastic hose is, preferably a polyurethane hose.
  • a flexible hose which in particular is a Rubber or plastic hose is, preferably a polyurethane hose.
  • the hose such plastics, the sufficient against the guided through the tube particle beam Resistant, on the other hand, but also sufficiently flexible, as this polyurethane is the case.
  • the hose outer side helically surrounding wire-shaped Element of the device according to the invention is when inserting this device into the canal and during a blast treatment Sliding the hose in the channel the sliding friction between the Channel wall and the hose is reduced, so that this sliding friction clearly is less than when the hose lie flat against the channel wall would; this is especially true when the wire-shaped element is one of the tube wall facing away from rounded tip and / or out a lower sliding friction causing material, in particular from a suitable metal or a suitable low-friction Plastic.
  • US-A-1 504 945 discloses a hose protector in the form of a a tube of helically surrounding wire whose ends are metallic Threaded sockets are attached, which in turn on the hose ends pushed on and attached to the hose.
  • the tube at least almost over its entire, to be introduced into the channel Length provided with the wire-shaped element.
  • the ends of the wire-shaped element are in Hose longitudinal direction held relative to the hose immovable to the Moving the tube in the channel to be treated a shift to avoid the helix on the hose.
  • the diameter of the wire-shaped element at most equal to and preferably smaller than the wall thickness of Hose is.
  • the drawing shows a longitudinal section through the inventive Device and by adjoining parts of a jet treatment device and by a metal pipe to be treated, in which the inventive Institution was introduced.
  • an S-shaped curved metal pipe 10 is shown, whose Inner wall surface should be shot peened to ensure the durability of the Tube to increase load changes.
  • a shot peening into a in the drawing partially represented tube 12 is fed, in which a Support sleeve 14 is screwed.
  • a clamping sleeve 16 screwed so that between an inner cone of this clamping sleeve and an outer cone of Support sleeve 14 clamp a tube 20 of the device according to the invention leaves, with the hose end elastically expanded by the support sleeve 14 becomes.
  • a nozzle body 22 of a jet nozzle 24 attached, wherein the hose end cross-nozzle body with the Hose z. B. can be glued.
  • a deflection piece 26 is used and for example by means of a suitable Adhesive fixed in the nozzle body; this deflector has an opposite the hose axis 20a inclined by 45 ° baffle 26a through which the Balls of the shot peer are deflected by 90 °, so that they the jet nozzle 24 through an outlet opening 22a of the nozzle body 22 in the direction of the arrow A leave and impinge on the inner wall surface of the metal tube 10, when the device according to the invention is inserted into the tube 10.
  • the outer diameter must the nozzle body 22 in the region of its free end clearly be smaller than the inner diameter of the metal tube 10th
  • the particular polyurethane existing hose 20 of the invention Device is covered with a metallic coil spring 30, which do not move as a whole relative to the tube 20 therefore can, because according to the invention, the coil spring ends relative to the tube 20th
  • the commercially available coil spring 30 of a Metal spring wire formed with a circular cross-section wherein the spring wire diameter is smaller than the wall thickness of the tube 20 and - if the Tube 20, unlike shown, is stretched and has no bends -
  • the adjacent each other in the tube longitudinal direction coil spring sections at least almost against each other.
  • the device according to the invention d. H. all parts shown in the drawing (except the tube 10) to the tube axis 20a is rotated and during the blasting process is pulled through the tube 10 or become (but in principle it would be also conceivable, the inventive device during the blasting process insert into the tube 10 and advance in this).
  • spring steel wire 30a could also occur a suitable plastic wire, if the selected one Plastic against the workpiece to be treated to the desired reduction of the sliding friction leads.
  • Device is therefore the flexible hose with a relatively tightly wound Coil spring sheathed, of course, a sufficient flexibility must have, so that the inventive device in the for can insert a jet treatment provided channels.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Strahlbehandlung der Innenwand eines Kanals mit einem Strahl körnigen Materials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Eine Einrichtung mit dem Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 geht aus der US-A-4 706 356 hervor welche als nächster Stand der Technik betrachtet wird.
Das sogenannte Kugelstrahlen ist ein bekanntes Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit metallischer Oberflächen; so werden beispielsweise bei der Wartung von Flugzeugen die Tragflügelvorderkanten mit einem Strahl von Metallkugeln beaufschlagt. Aus der US-A-3 485 073 ist es auch schon bekannt, die Wände von Hohlräumen in metallischen Gegenständen einer Strahlbehandlung zu unterziehen, wobei der Kugelstrahl mittels einer einen Längskanal aufweisenden steifen Lanze in den Hohlraum eingeleitet wird; am vorderen Lanzenende befindet sich eine sogenannte Innenstrahldüse, in die der Lanzenlängskanal mündet und die eine gegenüber der Lanzenachse geneigte Schrägfläche aufweist, welche der Umlenkung des Kugelstrahls dient, so daß dieser quer zur Lanzenlängsachse aus der Strahldüse austritt. Diese bekannte Einrichtung läßt sich zwar zur Durchführung einer Strahlbehandlung der Innenwand gerader Kanäle verwenden, nicht jedoch dann, wenn ein solcher Kanal eine oder mehrere Krümmungen aufweist, so wie dies bei Metallrohren der Fall ist, welche beispielsweise für Stabilisatoren an Kraftfahrzeugen sowie für die Herstellung von Nockenwellen verwendet werden.
Auch die US-A-4 706 356 offenbart nur die Strahlbehandlung der Innenwände von geraden Metallrohren mit Hilfe einer Innenstrahldüse der vorstehend beschriebenen Art, welche am Ende eines flexiblen Schlauchs angebracht ist, der der Zuführung eines Strahls kleiner Metallkugeln dient. Es hat sich aber gezeigt, daß auch eine solche Einrichtung für eine Strahlbehandlung der Innenwände gekrümmter Kanäle ungeeignet ist.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der sich die Innenwände von Kanälen, welche eine oder mehrere Krümmungen aufweisen, einer Strahlbehandlung unterziehen lassen, insbesondere die Innenwände von wenigstens eine Krümmung aufweisenden Metallrohren.
Für diesen Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer solchen Einrichtung die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 zu verwenden, und für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung wird ein flexibler Schlauch empfohlen, bei dem es sich insbesondere um einen Gummi- oder Kunststoffschlauch handelt, bevorzugt um einen Polyurethanschlauch. Generell empfehlen sich für den Schlauch solche Kunststoffe, die gegenüber dem durch den Schlauch geleiteten Partikelstrahl hinreichend widerstandsfähig, andererseits aber auch hinreichend flexibel sind, so wie dies bei Polyurethan der Fall ist.
Durch das die Schlauchaußenseite wendelförmig umgebende drahtförmige Element der erfindungsgemäßen Einrichtung wird beim Einschieben dieser Einrichtung in den Kanal und bei einem im Zuge der Strahlbehandlung stattfindenden Verschieben des Schlauchs im Kanal die Gleitreibung zwischen der Kanalwand und dem Schlauch vermindert, so daß diese Gleitreibung deutlich geringer ist als wenn der Schlauch flächig gegen die Kanalwand anliegen würde; dies gilt insbesondere dann, wenn das drahtförmige Element eine von der Schlauchwand abgewandte abgerundete Kuppe aufweist und/oder aus einem eine geringere Gleitreibung verursachenden Werkstoff besteht, insbesondere aus einem hierfür geeigneten Metall oder einem geeigneten reibungsarmen Kunststoff.
Aus der EP-A-0 882 923 ergeben sich Mittel, mit deren Hilfe sich die Reibung zwischen einem Schlauch und einer Fläche, über die der Schlauch gezogen werden soll, vermindern läßt, wobei diese Mittel die Gestalt von mit reibungsmindernden Vorsprüngen versehenen Manschetten haben, welche in erheblichen Abständen voneinander auf dem Schlauch angebracht sind. Als Anwendungsgebiet werden zur Betankung von Flugzeugen verwendete Kraftstoffschläuche genannt, welche über ein Rollfeld gezogen werden müssen.
Schließlich offenbart die US-A-1 504 945 einen Schlauchschutz in Form eines einen Schlauch wendelförmig umgebenden Drahts, dessen Enden an metallischen Gewindemuffen befestigt sind, welche ihrerseits auf die Schlauchenden aufgeschoben und am Schlauch befestigt sind.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Schlauch zumindest nahezu über seine gesamte, in den Kanal einzuführende Länge mit dem drahtförmigen Element versehen.
Handelt es sich bei dem drahtförmigen Element um ein separates Bauteil, wie dies zu bevorzugen ist, sind die Enden des drahtförmigen Elements in Schlauchlängsrichtung relativ zum Schlauch unverschiebbar gehalten, um beim Verschieben des Schlauchs in dem zu behandelnden Kanal eine Verschiebung der Wendel auf dem Schlauch zu vermeiden.
Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen, bei denen das drahtförmige Element von einer den Schlauch umfassenden und auf diesen aufgeschobenen Metall- oder Kunststoff-Schraubenfeder gebildet wird.
Um die Flexibilität des Schlauchs zumindest nicht nennenswert zu beeinträchtigen, ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser des drahtförmigen Elements höchstens gleich der und vorzugsweise kleiner als die Wandstärke des Schlauchs ist.
Damit auch bei relativ stark gekrümmten Kanälen sichergestellt werden kann, daß der Schlauch nicht mit der Kanalwand in Kontakt kommt, zeichnet sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch aus, daß bei geradlinig verlaufendem Schlauch der Abstand einander in Schlauchlängsrichtung benachbarter Schraubenfederabschnitte ungefähr gleich oder kleiner als der Durchmesser des Federdrahts ist, und besonders bevorzugt werden Ausführungsformen, bei denen bei geradem Schlauch einander in Schlauchlängsrichtung benachbarte Schraubenfederabschnitte gegeneinander anliegen.
Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, wie es der Anspruch 11 definiert, wonach die erfindungsgemäße Einrichtung in den Kanal eingeführt und während der Strahlbehandlung um die Schlauchachse gedreht sowie entlang des Kanals verschoben wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung und durch an diese angrenzende Teile eines Strahlbehandlungsgeräts sowie durch ein zu behandelndes Metallrohr, in das die erfindungsgemäße Einrichtung eingeführt wurde.
In der Zeichnung ist ein S-förmig gekrümmtes Metallrohr 10 dargestellt, dessen Innenwandfläche kugelgestrahlt werden soll, um die Beständigkeit des Rohrs gegenüber Lastwechseln zu erhöhen.
Von einem nicht dargestellten Kugelstrahlgerät wird ein Kugelstrahl in ein in der Zeichnung teilweise dargestelltes Rohr 12 eingespeist, in welches eine Stützhülse 14 eingeschraubt ist. Auf den in der Zeichnung gezeigten Endbereich des Rohrs 12 läßt sich eine Klemmhülse 16 aufschrauben, so daß sich zwischen einem Innenkonus dieser Klemmhülse und einem Außenkonus der Stützhülse 14 ein Schlauch 20 der erfindungsgemäßen Einrichtung einspannen läßt, wobei das Schlauchende durch die Stützhülse 14 elastisch aufgeweitet wird.
Am anderen Ende des Schlauchs 20 ist ein Düsenkörper 22 einer Strahldüse 24 befestigt, wobei der das Schlauchende übergreifende Düsenkörper mit dem Schlauch z. B. verklebt sein kann. In den hülsenförmigen Düsenkörper 22 ist ein Umlenkstück 26 eingesetzt und beispielsweise mittels eines geeigneten Klebstoffs im Düsenkörper festgelegt; dieses Umlenkstück weist eine gegenüber der Schlauchachse 20a um 45° geneigte Prallfläche 26a auf, durch die die Kugeln des Kugelstrahls um 90° umgelenkt werden, so daß sie die Strahldüse 24 durch eine Austrittsöffnung 22a des Düsenkörpers 22 in Richtung des Pfeils A verlassen und auf die Innenwandfläche des Metallrohrs 10 auftreffen, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung in das Rohr 10 eingeschoben ist. Um einen Stau der Kugeln im Rohrinneren zu verhindern, muß natürlich der Außendurchmesser des Düsenkörpers 22 im Bereich seines freien Endes deutlich kleiner sein als der Innendurchmesser des Metallrohrs 10.
Der insbesondere aus Polyurethan bestehende Schlauch 20 der erfindungsgemäßen Einrichtung ist mit einer metallischen Schraubenfeder 30 ummantelt, die sich als Ganzes gegenüber dem Schlauch 20 deshalb nicht verschieben kann, weil erfindungsgemäß die Schraubenfederenden relativ zum Schlauch 20 festgelegt sind: Zu diesem Zweck werden die beiden Enden der Schraubenfeder 30 einerseits durch den Düsenkörper 22 und andererseits durch die Klemmhülse 16 elastisch aufgeweitet, außerdem bilden, wie die Zeichnung erkennen läßt, der Düsenkörper 22 und die Klemmhülse 16 auch axiale Anschläge für die Schraubenfeder.
Erfindungsgemäß wird die handelsübliche Schraubenfeder 30 von einem Metallfederdraht mit kreisrundem Querschnitt gebildet, wobei der Federdrahtdurchmesser kleiner als die Wandstärke des Schlauchs 20 ist und - wenn der Schlauch 20, anders als dargestellt, gestreckt ist und keine Krümmungen aufweist - die einander in Schlauchlängsrichtung benachbarten Schraubenfederabschnitte zumindest nahezu gegeneinander anliegen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Schraubenfeder 30 die Flexibilität des Schlauchs 20 zumindest nicht nennenswert beeinträchtigt und, wie die Zeichnung deutlich erkennen läßt, auch bei einem verhältnismäßig stark gekrümmten Werkstück die Außenwandfläche des Schlauchs 20 nicht mit der Innenwandfläche des Werkstücks, d. h. des Rohrs 10, in Kontakt kommen kann.
Beim Innenstrahlen des Rohrs 10 wird so vorgegangen, daß der Schlauch 20 samt der Schraubenfeder 30 und der Strahldüse 24 in das Rohr 10 eingeschoben wird und während des Kugelstrahlens die erfindungsgemäße Einrichtung, d. h. alle in der Zeichnung dargestellten Teile (außer dem Rohr 10) um die Schlauchachse 20a in Rotation versetzt und während des Strahlvorgangs durch das Rohr 10 gezogen wird bzw. werden (grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, die erfindungsgemäße Einrichtung während des Strahlvorgangs in das Rohr 10 einzuschieben und in diesem vorzuschieben).
An die Stelle des die Schraubenfeder 30 bildenden Federstahldrahts 30a könnte auch ein geeigneter Kunststoffdraht treten, wenn der hierfür ausgewählte Kunststoff gegenüber dem zu behandelnden Werkstück zu der gewünschten Verminderung der Gleitreibung führt.
Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist also der flexible Schlauch mit einer verhältnismäßig eng gewickelten Schraubenfeder ummantelt, die natürlich eine hinreichende Flexibilität aufweisen muß, damit sich die erfindungsgemäße Einrichtung in die für eine Strahlbehandlung vorgesehenen Kanäle einschieben läßt.

Claims (11)

  1. Einrichtung zur Durchführung einer Strahlbehandlung der Innenwand eines Kanals mit einem Strahl körnigen Materials, insbesondere der Innenwand eines wenigstens eine Krümmung aufweisenden Metallrohrs (10) mit einem Strahl von Metallkugeln, wobei die Einrichtung einen Schlauch (20) zur Einleitung des Partikelstrahls in den Kanal und am auslaßseitigen Ende des Schlauchs eine Strahlumlenk- und -auslaßvorrichtung (24) aufweist, mit der sich der Partikelstrahl gegen die Kanalwand richten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Schlauchs (20) von einem die Reibung zwischen Schlauch und Kanalwand vermindernden drahtförmigen Element (30) wendelförmig umgeben ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (20) flexibel ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (20) ein Polyurethanschlauch ist.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Element (30) eine von der Schlauchwand abgewandte abgerundete Kuppe aufweist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (20) zumindest nahezu über seine gesamte, in den Kanal einzuführende Länge mit dem drahtförmigen Element (30) versehen ist.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des drahtförmigen Elements (30) in Schlauchlängsrichtung relativ zum Schlauch (20) unverschiebbar gehalten sind.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des drahtförmigen Elements (30) höchstens gleich der und vorzugsweise kleiner als die Wandstärke des Schlauchs (20) ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Element von einer den Schlauch (20) umfassenden Schraubenfeder (30) gebildet wird.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei geradlinig verlaufendem Schlauch (20) der Abstand einander in Schlauchlängsrichtung benachbarter Schraubenfederabschnitte ungefähr gleich oder kleiner als der Durchmesser des Federdrahts (30a) ist.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei geradlinig verlaufendem Schlauch (20) einander in Schlauchlängsrichtung benachbarte Schraubenfederabschnitte gegeneinander anliegen.
  11. Verfahren zur Durchführung einer Strahlbehandlung der Innenwand eines Kanals mit einem Strahl körnigen Materials, insbesondere der Innenwand eines wenigstens eine Krümmung aufweisenden Metallrohrs mit einem Strahl von Metallkugeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in den Kanal eingeführt und während der Strahlbehandlung um die Schlauchachse (20a) gedreht sowie entlang des Kanals verschoben wird.
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