WO2015124147A1 - Verfahren zum verfestigungsstrahlen einer rohrinnenwandung eines gekrümmten werkstücks mit einer werkstückbohrung sowie strahldüseneinheit und strahlkammersystem dafür - Google Patents

Verfahren zum verfestigungsstrahlen einer rohrinnenwandung eines gekrümmten werkstücks mit einer werkstückbohrung sowie strahldüseneinheit und strahlkammersystem dafür Download PDF

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WO2015124147A1
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workpiece
blasting
jet nozzle
nozzle unit
working chamber
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PCT/DE2015/100068
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Bernhard Busskamp
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Wheelabrator Group Gmbh
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    • 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
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24C5/04—Nozzles therefor
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    • B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
    • B24C7/0046—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a gaseous carrier

Definitions

  • the invention relates to a method for solidifying blasting a pipe inner wall of a curved workpiece with a workpiece bore having the features of the preamble of claim 1 and a blasting nozzle unit having the features of the preamble of claim 7.
  • a method for shot peening of tubes and a jet nozzle unit thereto are known from DE 35 27 923 A1.
  • This treatment method has proven itself in principle.
  • the problem here is, however, that the jet nozzle head emits the blasting agent in one direction only. It must therefore be constantly rotated in order to achieve a uniform solidification of the surface over the inner circumference. In coordination with the rotation, the feed must be made to really radiate the entire surface.
  • From DE 199 22 265 B4 a further jet nozzle rotatable about its longitudinal axis is known. This is guided by a cover, which covers the clear annular gap between the jet nozzle and a pipe with a correspondingly larger diameter.
  • Certain workpieces have bends, such as stabilizer tubes for chassis of road and rail vehicles, or even aircraft. Often, a three-dimensional course of the pipe is required to handle neighboring components and to be able to order the pipe in tight spaces.
  • JP 2012-179 696 A discloses a jet nozzle with a flexible
  • Hose which is seen in the conveying direction of the blasting agent in front of the jet nozzle with the nozzle openings.
  • a blast cabin with two doors which alternately serve to close the chamber.
  • On the inner door each devices for receiving workpieces are provided.
  • the object of the present invention is thus to improve a method and a jet nozzle unit of the type mentioned in each case so that curved portions of a tube with a small diameter can be uniformly blasted from the inside with jet particles.
  • a jet nozzle unit with the features of claim 7 represents a device suitable for carrying out the method.
  • the blasting medium supply hose By guiding the blasting medium supply hose in a support element, the blasting medium supply hose can be made so small in diameter, and the associated jet nozzle head can be reduced in diameter so far that the jet nozzle head can be easily pushed through the curved portion of the workpiece bore, without jamming and without Advance to bend within the workpiece bore.
  • This makes it possible to use a jet nozzle head which has distributed over its circumference a plurality of jet nozzle openings. It can be treated either larger sectors at the same time, or there are even so many nozzle openings available that the entire inner circumference is treated simultaneously.
  • the jet nozzle head then only has to be pushed back or forth by means of its blasting agent supply hose and the possibly subsequent blasting agent supply pipe.
  • the jet nozzle head is passed through a bore or through an otherwise shaped, internal channel in the workpiece. This does not have to be circular.
  • the incircle diameter is relatively small, so that it can not be processed by shot peening with conventional methods and devices. can be.
  • it is big enough to accommodate a small blasting head.
  • a certain air gap width between the jet head and the inner wall must be against, so that the abrasive can escape and be directed at a sufficiently high speed on the wall in order to achieve the desired solidification effect can.
  • the shot Peening treatment at an in-diameter of the workpiece bore of one inch (about 25 mm) and less.
  • the smallest incircle diameter to be machined by the method according to the invention is about 12 mm to 16 mm
  • a jet nozzle head with a length of only about 12 mm is provided.
  • a hydraulic, pneumatic or motor drive for the support element is indeed possible.
  • a feed unit between the support element and the bearing element which is formed simply by a spring, in particular a compression spring.
  • the workpiece is then guided to the end of the support member and moves this back slightly relative to the bearing element.
  • the spring is tensioned and generates a constant pressure force. After removing the workpiece, the spring pushes the support tube back to the starting position.
  • Figure 1 is a jet nozzle unit in working position in section.
  • Fig. 2 is a jet nozzle unit in loading position in section
  • Fig. 3 is a jet nozzle unit in working position in enlarged
  • Fig. 4 is a working chamber in loading position in perspective view
  • Fig. 5 is a working chamber in working position in a perspective view.
  • FIG. 1 shows on the right a workpiece 200, such as a stabilizer element of a motor vehicle chassis in the region of a bend 202. It has at least one inner bore 201.
  • a jet nozzle unit 100 is shown in section in FIG. 1, which comprises the following essential components:
  • a moving unit 50 for displacing the blasting medium supply hose 10 and the blasting nozzle head 20 with respect to the workpiece 200 to be machined.
  • the blast media feed hose 10 is connected rearwardly to a rigid blast media feed tube 12. This in turn ends in a restraint in the movement unit 50 and ends there with a suitable connection piece 13, to which a conventional blasting medium supply hose can be connected.
  • the unit of blasting agent supply hose 10 and blasting medium supply pipe 12 is slidably mounted within the tubular support member 30.
  • the position in FIG. 1 corresponds to the working position in which the shot peening is carried out on the inner wall of the tube bore 201 of the workpiece 200 by accelerating a suitable blasting medium, in particular small steel balls, via compressed air and exiting the jet nozzle head 20 laterally.
  • the support element 30 together with the flexible blasting medium supply hose 10 mounted therein has been pushed up to the mouth of the workpiece 200 via the feed unit.
  • a funnel-shaped centering element 31 is provided in order to achieve a firm and precise contact of the support element 30 to the workpiece end and to hold it during the blasting.
  • the support member 30 is in turn mounted in a bearing member 40, which is also tubular in the illustrated embodiment.
  • the bearing member 40 in turn may be mounted in a working chamber wall 300 so that the workpiece 200 can be shielded treated within a working chamber and escaping abrasive can be collected.
  • the projecting into the working chamber end of the bearing member 40 has a bellows 43 for sealing the gap between the support member 30 and the bearing member 40th
  • the slidably guided one another assemblies 20, 30, 40 have different fixed stops 34, 35, 45, over which the relative to each other possible displacement paths are limited.
  • the fixed stop 35 at the end of the support member 30 is formed as a projecting shoulder on the support member 30, so that the support member 30 can be moved only relative to the bearing member 40 until the fixed stop 35 abuts the bearing member 40.
  • FIG. 3 shows the blasting nozzle unit 100 according to the invention and the workpiece 200 in the same position as in FIG. 1 in an enlarged view.
  • the bearing element 40 surrounds the other elements and has on its the workpiece 200 side facing the bellows 43 for shielding.
  • the support member 30 is slidably mounted.
  • a sliding bearing and as a seal sliding bearing elements 46, 47 are provided in the annular gap between the bearing member 40 and the support member 30.
  • the left sliding bearing element 46 in FIG. 2 is fixed in the bearing element 40 by an annular disk screwed on at the end.
  • the other bearing element 36 is fixed by a retaining ring on the outer circumference of the support member 30.
  • the bearing element 36 also forms a fixed stop for a spring element 44, which in turn is fixed to a fixed stop 45 on the inner circumference of the bearing element 40.
  • the compressed spring element 44 and the fixed stop 45 prevents the support member 30 to pull left out of the bearing element 40 out.
  • the jet nozzle unit 100 thus no driven actuator is provided to make the relative movement between the bearing member 40 and the support member 30. Rather, the workpiece is moved over the spring element 44 on the support member 30 as soon as the track unit 50 no return force exerts more.
  • the support element 30 is centered automatically by means of the centering element 31 at its end.
  • the path of the workpiece end before the beginning of the blasting treatment can be chosen so that the workpiece 200 pushes the support member 30 slightly under compression of the spring member 44 slightly opposite the bearing member 40.
  • the spring force can be maintained during the following blasting process without additional drive a largely constant pressure force.
  • the spring element 44 springs back completely and brings the support member 40 in its initial position.
  • the outer periphery of the jet nozzle head 12 is positioned at a distance from the workpiece inner wall. The outer circumference is thus smaller than the inner diameter of the workpiece bore 201 in the workpiece 200 to be machined, and so much smaller that an air gap remains between them, which allows the support member 15 to move back and forth without this within the workpiece bore 201 jammed.
  • the blasting agent supply hose 10 with the blasting head 20 has a small diameter, so that it can be guided in the workpiece bore 201 without jamming and that it is guided by the support member 30 at the beginning of the blasting and then increasingly by the workpiece itself.
  • the length of the blasting medium supply hose 10 is also chosen only so that it can be advanced to the end of the workpiece bore 201, as shown in Figures 1 and 3. This buckling of the blasting agent supply tube 10 is effectively prevented.
  • the rigid blasting agent supply pipe 12 which is also guided in the support member 30 and freely emerges from behind.
  • the support tube 12 has at least one annular centering element 13, which can also form a fixed stop element at the same time, which rests against a fixed stop element 34 on the inside of the support element 30 at the end of the intended return path.
  • the centering element 31 on the support element 30 it can be seen in FIG. 3 that it is formed such that the workpiece end 203 lies at the end of the funnel-shaped section in a recess whose shape and size coincide exactly with the outer circumference of the workpiece end 203.
  • the workpiece bore merges flush into the bore in the centering element 30, wherein flush in the sense of the invention not only the seamless transition at the same inner diameters but also a continuous, offset-free transition with conical transitions referred to.
  • the purpose is to avoid diameter jumps, which could get stuck in particular during the retraction movement of the jet nozzle head.
  • FIG. 4 shows parts of a working chamber system 300 with a working chamber 310 with a working chamber opening 313. Also visible is a user console. Not shown are the sake of clarity known assemblies for the supply of the abrasive to the jet nozzle unit and for the extraction of the blasting agent and the dust from the working chamber and for the preparation of the blasting agent for the purpose of reintroduction of the blasting agent in a closed circuit
  • a workpiece 200 is used in a loading position.
  • a jet nozzle unit 100 is arranged, which provides a common bearing element 40 for four support elements 30 with blasting medium supply hose 10 and jet nozzle head 20.
  • the ends of the support elements 30 point in the direction of the working chamber opening 313.
  • the blasting medium supply hoses 10 have been pulled back as far as the support element 30, as shown in FIG.
  • the jet nozzle head 20 is completely within the support member 30. This is achieved by a movement of the track 50.
  • the centering funnel 31 is now completely free.
  • the workpiece end 203 is now moved toward the centering funnel 31. This happens in the final phase of the closure of one of the doors 31 1, 312 on the working chamber 310.
  • the moving unit 50 is moved toward the bearing element 40 and the support element 30.
  • the associated abrasive supply tube 12 advances the abrasive supply tube 10 and the jet nozzle head 20.
  • we introduce the blasting medium and the treatment begins.
  • the blasting is initiated by conveying a blasting medium through the blasting agent supply hose 10 to the blasting nozzle head 12 by means of compressed air. Large quantities of the blasting medium are accelerated and impinge on the tube inner wall. For example, an air pressure of 5 to 6 bar is used in order to achieve a flow of abrasive of about 1 kg / min.
  • blasting agent supply tube 12 and the blasting agent supply hose 10 are then advanced at a constant speed over the movement unit 50 until the blasting nozzle head 20 has reached the positions shown in FIGS. 1 and 3. because shown end position at the other end of the workpiece 200 has reached. Thereafter, the withdrawal of the jet nozzle head 20 begins. In this case, blasting agent can continue to be emitted in order to improve the treatment effect.
  • the blasting agent supply is interrupted and the jet nozzle head 20 is withdrawn as far as shown in FIG.
  • the workpiece 20 moves away from the support tube 30, which is moved back by the spring 44 to its original position.

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Abstract

Zum Verfestigungsstrahlen einer Rohrinnenwandung eines gekrümmten Werkstücks (200) mit einer Werkstückbohrung (201) wird ein flexibler Strahlmittelzuführungsschlauch (10) mit einem Strahldüsenkopf (20) verwendet. Dieser ist durch ein Stützelement (30) hindurchgeführt, das an ein Werkstückende (203) angelegt wird. Der Strahlmittelzuführungsschlauch (10) mitsamt des Strahldüsenkopfes (20) wird in die Werkstückbohrung (201) eingeführt und entlang einer Strahlbehandlungsstrecke darin vorgeschoben und anschließend wieder in das Stützelement (30) zurückgezogen, wobei das Strahlmittel während der Vorwärts- und/oder während der Rückzugsbewegung abgegeben wird. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Strahldüseneinheit (100) umfasst wenigstens: - einen flexiblen Strahlmittelzuführungsschlauch (10); - einen mit dem Strahlmittelzuführungsschlauch (10) verbundenen Strahldüsenkopf (20), welcher mehrere über den Umfang verteilte Düsenöffnungen (21) aufweist, wobei der Außenumfang des Strahldüsenkopfes (21) kleiner ist als der Innendurchmesser der Werkstückbohrung (201) in einem zu bearbeitenden Werkstück (20); - ein Stützelement (30), in welchem der Strahlmittelzuführungsschlauch (10) geführt ist; und - ein ortsfestes Lagerelement (40), in welchem das Stützelement (30) verschiebbar geführt ist.

Description

Verfahren zum Verfestigungsstrahlen einer Rohrinnenwandung eines gekrümmten Werkstücks mit einer Werkstückbohrung sowie Strahldüseneinheit und Strahlkammersystem dafür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigungsstrahlen einer Rohrinnenwandung eines gekrümmten Werkstücks mit einer Werkstückbohrung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Strahldüseneinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Durch die Wahl von Rohren anstelle von massiven Stäben kann in dynamisch beschleunigten Systemen Masse eingespart werden. Die Verfestigung der Oberflächen mittels Kugelstrahlen führt zu einer deutlichen Erhöhung der Tragfähigkeit gegenüber unbehandelten Rohren, insbesondere bei Schwingungsbeanspruchung. Der Aufprall der Strahlpartikel, bei denen es sich insbesondere um kleine kugelförmige Körper handelt, führt zur Verfestigung der Oberflächen und zur Herabsetzung der Spannungsrissanfälligkeit.
Ein Verfahren zum Kugelstrahlen von Rohren und eine Strahldüseneinheit dazu sind aus der DE 35 27 923 A1 bekannt. Dieses Behandlungsverfahren hat sich grundsätzlich bewährt. Problematisch ist hierbei jedoch, dass der Strahldüsenkopf das Strahlmittel nur in eine Richtung aussendet. Er muss daher ständig gedreht werden, um über den Innenumfang eine gleichmäßige Verfestigung der Oberfläche zu erreichen. In Abstimmung mit der Rotation muss der Vorschub erfolgen, um wirklich die gesamte Oberfläche zu strahlen. Aus der DE 199 22 265 B4 ist eine weitere um ihre Längsachse rotierbare Strahldüse bekannt. Diese wird durch eine Abdeckung geführt, welche den lichten Ringspalt zwischen der Strahldüse und einem Rohr mit entsprechend größerem Durchmesser abdeckt.
Bestimmte Werkstücke weisen Krümmungen auf, wie beispielsweise Stabilisatorrohre für Fahrgestelle von Straßen- und Schienenfahrzeuge, oder auch von Luftfahrzeugen. Oft ist ein dreidimensionaler Verlauf des Rohrs erforderlich, um benachbarte Bauteile umgehen zu können und bei engen Platzverhältnissen das Rohr überhaupt anordnen zu können.
Bei der Kugelstrahlbehandlung von Rohren, die ohnehin einen kleinen Rohrdurchmesser, also von maximal 1 Zoll, besitzen und die dann noch stärkere Krümmungen enthalten, welche sich über einen Bogen von mehr als ca. 10° - 20° erstrecken und/oder bei denen der Krümmungsradius relativ klein ist, insbesondere weniger als das Zehnfache des Rohrinnendurchmessers beträgt, kann nicht mehr sicher nachvollzogen werden, ob eine gleichmäßige Behandlung der gesamten inneren Oberfläche erfolgt. Die Ausrichtung der Düsenöffnung beim Strahlen ist von außen nicht mehr sicher nachvollziehbar, weil beispielsweise der Strahlmittelzuführungsschlauch, an dessen Ende die Strahldüse angeordnet ist, tordiert wird. Möglicherweise strahlt also die Düse nur linear in einem begrenzten Innenumfangsbereich.
Wird die bekannte Strahldüseneinheit in einen solchen Krümmungsbereich bei engen Rohrbohrungen eingeschoben, besteht zudem die Gefahr, dass sie dort verklemmt und nur noch punktuell wirkt, und gegebenenfalls auch gar nicht mehr durch den gesamten Krümmungsbereich hindurch geschoben werden kann.
Die JP 2012-179 696 A offenbart eine Strahldüse mit einem flexiblen
Schlauch, der in Förderrichtung des Strahlmittels gesehen vor der Strahldüse mit den Düsenöffnungen liegt. Nach DE 10 201 1 005 762 A1 ist eine Strahlkabine mit zwei Türen bekannt, die wechselweise zum Verschließen der Kammer dienen. An der Innentüre sind jeweils Vorrichtungen zur Aufnahme von Werkstücken vorgesehen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Strahldüseneinheit der eingangs genannten Art jeweils so zu verbessern, dass gekrümmte Bereiche eines Rohres mit kleinem Durchmesser gleichmäßig von innen mit Strahlpartikeln gestrahlt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine Strahldüseneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 stellt eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung dar.
Durch die Führung des Strahlmittelzuführungsschlauchs in einem Stützelement kann der Strahlmittelzuführungsschlauch im Durchmesser so klein ausgebildet sein, und auch der zugehörige Strahldüsenkopf kann im Durchmesser soweit reduziert sein, dass der Strahldüsenkopf problemlos durch den Krümmungsbereich der Werkstückbohrung hindurchgeschoben werden kann, ohne darin zu verklemmen und ohne beim Vorschieben innerhalb der Werkstückbohrung auszuknicken. Hierdurch ist es möglich, einen Strahldüsenkopf zu verwenden, der über seinen Umfang verteilt mehrere Strahldüsenöffnungen aufweist. Es können damit entweder größere Sektoren zugleich behandelt werden, oder es sind sogar so viele Düsenöffnungen vorhanden, dass der gesamte Innenumfang zugleich behandelt wird. Der Strahldüsenkopf muss dann nur noch mittels seines Strahlmittelzuführungsschlauchs und des ggf. sich anschließenden Strahlmittelzuführungsrohrs vor- oder zurückgeschoben werden.
Der Strahldüsenkopf wird durch eine Bohrung oder durch einen sonstwie geformten, innen liegenden Kanal im Werkstück geführt. Dieser muss also nicht kreisförmig sein. Der Inkreisdurchmesser ist relativ klein, so dass er mit herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen nicht durch Shot-Peening bearbei- tet werden kann. Andererseits ist er groß genug, um einen kleinen Strahlkopf aufzunehmen. Dabei muss eine bestimmte Luftspaltbreite zwischen Strahlkopf und Innenwandung gegen sein, damit das Strahlmittel austreten und mit ausreichend hoher Geschwindigkeit auf die Wandung gelenkt werden kann, um den gewünschten Verfestigungseffekt erzielen zu können. Ermöglicht wird nach der Erfindung die Shot-Peening-Behandlung bei einem Inkreisdurchmesser der Werkstückbohrung von einem Zoll (ca. 25 mm) und weniger. Der kleinste nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bearbeitende Inkreisdurchmesser liegt bei etwa 12 mm bis 16 mm
Um der Gefahr des Verklemmens zu begegnen, ist insbesondere vorgesehen, einen relativ kurzen Strahldüsenkopf zu verwenden, um so auch enge Kurvenradien überwinden zu können. Bei einem Innendurchmesser des Rohrbogens von 16 mm beispielsweise ist ein Strahldüsenkopf mit einer Länge von nur etwa 12 mm vorgesehen.
Ein hydraulischer, pneumatischer oder motorischer Antrieb für das Stützelement ist zwar möglich. Vorteilhaft ist jedoch, zwischen dem Stützelement und dem Lagerelement eine Vorschubeinheit vorzusehen, die einfach durch eine Feder, insbesondere eine Druckfeder gebildet ist. Das Werkstück wird dann an das Ende des Stützelements geführt und bewegt dieses etwas gegenüber dem Lagerelement zurück. Damit wird auch die Feder gespannt und eine konstante Andruckkraft erzeugt. Nach dem Abziehen des Werkstücks schiebt die Feder das Stützrohr in die Ausgangsstellung zurück.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verfestigungsstrahlen sowie eine vorteilhafte Strahldüseneinheit dafür werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Strahldüseneinheit mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, wobei auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben werden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Strahldüseneinheit in Arbeitsstellung im Schnitt;
Fig. 2 eine Strahldüseneinheit in Ladestellung im Schnitt Fig. 3 eine Strahldüseneinheit in Arbeitsstellung in vergrößerter
Schnittdarstellung;
Fig. 4 eine Arbeitskammer in Ladestellung in perspektivischer Ansicht und
Fig. 5 eine Arbeitskammer in Arbeitsstellung in perspektivischer Ansicht.
Figur 1 zeigt rechts ein Werkstück 200 wie beispielsweise ein Stabilisatorelement eines Kraftfahrzeug-Fahrgestells im Bereich einer Krümmung 202. Es besitzt wenigstens eine innere Bohrung 201 . Daneben ist in Figur 1 eine Strahldüseneinheit 100 im Schnitt dargestellt, die die folgenden wesentlichen Baugruppen umfasst:
- einen flexiblen Strahlmittelzuführungsschlauch 10 mit einem Strahldüsenkopf 20;
ein Stützelement 30, in welchem der Strahlmittelzuführungsschlauch 10 geführt ist;
- ein ortsfestes Lagerelement 40, in welchem das Stützelement 30 verschiebbar geführt ist ;
- eine Vorschubeinheit zum Anlegen des Stützelements 30 an das Ende 203 des zu bearbeitenden Werkstückes 200 sowie
- eine Verfahreinheit 50 zum Verschieben des Strahlmittelzuführungs- schlauchs 10 und des Strahldüsenkopfes 20 gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück 200.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Strahlmittelzuführungsschlauch 10 nach hinten hin mit einem starren Strahlmittelzuführungsrohr 12 verbunden. Dieses wiederum endet in einer Einspannung in der Verfahreinheit 50 und schließt dort mit einem geeigneten Anschlussstück 13 ab, an das ein herkömmlicher Strahlmittelzuführungsschlauch anschließbar ist. Die Einheit aus Strahlmittelzuführungsschlauch 10 und Strahlmittelzuführungsrohr 12 ist innerhalb des rohrförmigen Stützelements 30 verschiebbar gelagert. Die Stellung in Figur 1 entspricht der Arbeitsstellung, in welcher das Shot- Peening an der Innenwandung der Rohrbohrung 201 des Werkstücks 200 ausgeführt wird, indem ein geeignetes Strahlmittel, wie insbesondere kleine Stahlkugeln, über Druckluft beschleunigt wird und seitlich aus dem Strahldüsenkopf 20 austritt.
Das Stützelement 30 mitsamt des darin gelagerten flexiblen Strahlmittelzufüh- rungsschlauchs 10 ist über die Vorschubeinheit bis an die Mündung des Werkstücks 200 herangeschoben worden. Ein trichterförmiges Zentrierelement 31 ist vorgesehen, um eine feste und präzise Anlage des Stützelements 30 an das Werkstückende zu erreichen und während des Strahlens zu halten.
Das Stützelement 30 ist seinerseits wiederum in einem Lagerelement 40 gelagert, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls rohrförmig ist. Das Lagerelement 40 seinerseits kann in einer Arbeitskammerwand 300 befestigt sein, so dass das Werkstück 200 abgeschirmt innerhalb einer Arbeitskammer behandelt werden kann und austretendes Strahlmittel aufgefangen werden kann. Das in die Arbeitskammer hinein ragende Ende des Lagerelements 40 besitzt einen Faltenbalg 43 zur Abdichtung des Spaltes zwischen dem Stützelement 30 und dem Lagerelement 40.
Die verschieblich ineinander geführten Baugruppen 20, 30, 40 besitzen verschiedene Festanschläge 34, 35, 45, über die die relativ zueinander möglichen Verschiebewege begrenzt werden. Der Festanschlag 35 am Ende des Stützelements 30 ist als überkragender Absatz am Stützelement 30 ausgebildet, so dass das Stützelement 30 nur gegenüber dem Lagerelement 40 verschoben werden kann, bis der Festanschlag 35 am Lagerelement 40 anliegt.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Strahldüseneinheit 100 und das Werkstück 200 in derselben Stellung wie in Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung.
Das Lagerelement 40 umgibt die anderen Elemente und besitzt an seiner dem Werkstück 200 zugewandten Seite den Faltenbalg 43 zur Abschirmung. Darin ist das Stützelement 30 verschiebbar gelagert. Zugleich als Gleitlager und als Abdichtung sind Gleitlagerelemente 46, 47 im Ringspalt zwischen dem Lagerelement 40 und dem Stützelement 30 vorgesehen. Dabei ist das in Fig. 2 linke Gleitlagerelement 46 durch eine endseitig angeschraubte Ringscheibe im Lagerelement 40 festgelegt. Das andere Lagerelement 36 ist durch einen Sicherungsring am Außenumfang des Stützelements 30 festgelegt. Das Lagerelement 36 bildet zugleich einen Festanschlag für ein Federelement 44, welches wiederum an einem Festanschlag 45 am Innenumfang des Lagerelements 40 festgelegt ist. Über das Lagerelement 36, das gestauchte Federelement 44 und den Festanschlag 45 wird verhindert, das Stützelement 30 nach links aus dem Lagerelement 40 heraus zu ziehen.
Insbesondere dienen die zuletzt genannten Elemente jedoch als Vorschubeinheit, um das Stützrohr 30 mittels des entspannten, als Druckfeder ausgebildeten Federelements 44 in feste Anlage am Werkstückende 203 zu bringen und dort halten, während der Strahlvorgang läuft. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Strahldüseneinheit 100 ist somit kein angetriebener Aktor vorgesehen, um die Relativbewegung zwischen dem Lagerelement 40 und dem Stützelement 30 vorzunehmen. Vielmehr wird das Werkstück über das Federelement 44 auf das Stützelement 30 zubewegt, sobald die Verfahreinheit 50 keine rückholende Kraft mehr ausübt. Das Stützelement 30 zentriert sich mittels des Zentrierelements 31 an seinem Ende selbsttätig.
Der Weg des Werkstückendes vor Beginn der Strahlbehandlung kann so gewählt werden, dass das Werkstück 200 unter Stauchung des Federelements 44 das Stützelement 30 etwas gegenüber dem Lagerelement 40 zurückschiebt. Durch die Federkraft kann ohne zusätzlichen Antrieb eine weitgehende konstante Andruckkraft während des folgenden Strahlvorgangs beibehalten werden. Nach dem Zurückziehen des Werkstücks federt das Federelement 44 wieder vollständig aus und bringt das Stützelement 40 in seine Ausgangslage. Der Außenumfang des Strahldüsenkopfes 12 ist mit einem Abstand gegenüber der Werkstückinnenwandung positioniert. Der Außenumfang ist also kleiner als der Innendurchmesser der Werkstückbohrung 201 in dem zu bearbeitenden Werkstück 200, und zwar so deutlich kleiner, dass dazwischen ein Luftspalt verbleibt, der es ermöglicht, das Stützelement 15 vor und zurück zu bewegen, ohne dass dieses innerhalb der Werkstückbohrung 201 verklemmt.
Erfindungswesentlich ist, dass der Strahlmittelzuführungsschlauch 10 mit dem Strahlkopf 20 einen kleinen Durchmesser hat, so dass er in der Werkstückbohrung 201 geführt werden kann, ohne zu verklemmen und dass er zu Beginn des Strahlens von dem Stützelement 30 geführt wird und dann zunehmend auch von dem Werkstück selbst. Die Länge des Strahlmittelzufüh- rungsschlauchs 10 wird auch nur so gewählt, dass er bis zum Ende der Werkstückbohrung 201 vorgeschoben werden kann, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt. Damit wird ein Ausknicken des Strahlmittelzuführungsschlauchs 10 wirksam verhindert.
Die übrigen Bereiche der Länge in der Strahlmittelzuführung werden durch das starre Strahlmittelzuführungsrohr 12 gebildet, das ebenfalls in dem Stützelement 30 geführt ist und hinten frei aus diesem heraustritt. Zur zentrierten Führung innerhalb des Stützelements 30 besitzt das Stützrohr 12 wenigstens ein ringförmiges Zentrierelement 13, das zugleich auch ein Festanschlagelement bilden kann, welches am Ende des vorgesehenen Rückzugsweges an einem Festanschlagelement 34 an der Innenseite des Stützelements 30 anliegt.
Hinsichtlich des Zentrierelements 31 am Stützelement 30 ist in Figur 3 erkennbar, dass dieses so ausgebildet ist, dass das Werkstückende 203 am Ende des trichterförmigen Abschnitts in einer Vertiefung liegt, deren Form und Größe exakt mit dem Außenumfang des Werkstückendes 203 übereinstimmt. Zugleich geht die Werkstückbohrung bündig in die Bohrung im Zentrierelement 30 über, wobei bündig im Sinne der Erfindung nicht nur den stu- fenlosen Übergang bei gleichen Innendurchmessern sondern auch eine kontinuierlichen, versatzfreien Übergang mit kegelförmigen Übergängen bezeichnet. Zweck ist es, Durchmessersprünge zu vermeiden, an denen insbesondere bei der Rückzugsbewegung der Strahldüsenkopf hängen bleiben könnte.
Das Verfahren zum Verfestigungsstrahlen einer Rohrinnenwandung eines gekrümmten Werkstücks 200 mit einer Werkstückbohrung 201 wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert.
Figur 4 zeigt Teile eines Arbeitskammersystems 300 mit einer Arbeitskammer 310 mit einer Arbeitskammeröffnung 313. Zu sehen ist noch ein Bedienerpult. Nicht dargestellt sind der Übersichtlichkeit halber bekannte Baugruppen für die Zuführung des Strahlmittels zu der Strahldüseneinheit sowie zur Absaugung des Strahlmittels und des Staubs aus der Arbeitskammer und zur Aufbereitung des Strahlmittels zwecks erneuter Einschleusung des Strahlmittels in einem geschlossen Kreislauf
Beidseits der Arbeitskammeröffnung 313 sind schwenkbare Türen 31 1 , 312 angebracht, wobei die Arbeitskammeröffnung nicht durch die Türen 31 1 , 312 gemeinsamen verschlossen wird, sondern abwechselnd durch die eine oder die andere Tür 31 1 , 312. An der Türinnenseite sind Werkstückhalterungen angebracht.
Darin wird in einer Ladestellung jeweils ein Werkstück 200 eingesetzt. Im Inneren der Arbeitskammer 310 ist eine Strahldüseneinheit 100 angeordnet, die ein gemeinsames Lagerelement 40 für vier Stützelemente 30 mit Strahlmittel- zuführungsschlauch 10 und Strahldüsenkopf 20 vorsieht. Die Enden der Stützelemente 30 weisen in Richtung der Arbeitskammeröffnung 313. Die Strahl- mittelzuführungsschläuche 10 sind soweit gegenüber dem Stützelement 30 zurückgezogen worden, wie in Figur 2 gezeigt. Dabei liegt der Strahldüsenkopf 20 vollständig innerhalb des Stützelements 30. Dies wird durch eine Bewegung der Verfahreinheit 50 erreicht. Der Zentriertrichter 31 ist nun vollständig frei. Wie durch den Blockpfeil rechts in Figur 2 angedeutet wird nun das Werkstückende 203 auf den Zentriertrichter 31 zubewegt. Dies geschieht in der Endphase der Schließung einer der Türen 31 1 , 312 an der Arbeitskammer 310.
In Figur 5 ist die linke Tür 31 1 vollständig geschlossen. Die rechte Tür hingegen ist frei und kann an ihren Werkstückhalterungen bestückt werden. Im Inneren der Arbeitskammer liegt nun die Stellung der Werkstückenden 203 gegenüber den Strahldüseneinheiten 100 vor, die in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist: das Werkstückende 203 liegt in Berührung mit dem Zentriertrichterelement 31 am Stützelement 30 an. Das Stützelement 30 ist gegenüber dem Lagerelement 40 zurückgeschoben, was insbesondere an den unterschiedlichen Stellungen des Bundes 35 in Figur 1 gegenüber der vorherigen Stellung gemäß Figur 2 sichtbar wird. Das Federelement 44 ist etwas gestaucht.
Es kann nun der eigentliche Bearbeitungsvorgang begonnen werden. Dazu wird die Verfahreinheit 50 auf das Lagerelement 40 und das Stützelement 30 zu bewegt. Das damit verbundene Strahlmittelzuführungsrohr 12 schiebt den Strahlmittelzuführungsschlauch 10 und den Strahldüsenkopf 20 vor. Sobald das Werkstückende 203 erreicht ist, wir das Strahlmittel eingeleitet und die Behandlung beginnt.
Das Strahlen wird durch Fördern eines Strahlmittels durch den Strahlmittelzuführungsschlauch 10 zum Strahldüsenkopf 12 mittels Druckluft eingeleitet. Große Mengen des Strahlmittels werden beschleunigt und prallen auf die Rohrinnenwandung auf. Beispielsweise wird ein Luftdruck von 5 bis 6 bar eingesetzt, um einen Durchfluss an Strahlmittel von ca. 1 kg/min zu erreichen.
Das Strahlmittelzuführungsrohr 12 und der Strahlmittelzuführungsschlauch 10 werden dann mit konstanter Geschwindigkeit über die Verfahreinheit 50 weiter vorgeschoben, bis der Strahldüsenkopf 20 die in den Figuren 1 und 3 je- weils gezeigte Endstellung am anderen Ende des Werkstücks 200 erreicht hat. Danach beginnt der Rückzug des Strahldüsenkopfes 20. Dabei kann weiterhin Strahlmittel ausgestrahlt werden, um den Behandlungseffekt zu verbessern.
Sobald der Strahldüsenkopf 20 wieder das Werkstückende 203 erreicht hat, wird die Strahlmittelzufuhr unterbrochen und der Strahldüsenkopf 20 wird soweit zurückgezogen, wie in Figur 2 gezeigt. Durch Öffnen der Tür 31 1 rückt das Werkstück 20 von dem Stützrohr 30 ab, welches durch die Feder 44 in seine Ausgangslage zurückbewegt wird.
Durch Schließen der anderen, rechten Tür 312, an der zwischenzeitlich neue Werkstücke aufgespannt wurden, kann der beschriebene Vorgang sogleich wiederholt werden, während die nun die bereits behandelten Werkstücke von der frei stehenden Tür abgenommen werden können

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Verfestigungsstrahlen einer Rohrinnenwandung eines gekrümmten Werkstücks (200) mit einer Werkstückbohrung (201 ), mit wenigstens folgenden Schritten:
a) Bereitstellen einer Strahldüseneinheit (100), die einen mit einem flexiblen Strahlmittelzuführungsschlauch (10) verbundenen Strahldüsenkopf (20) aufweist, welcher mehrere über den Umfang verteilte Düsenöffnungen (21 ) besitzt und welcher mit seinem Außenumfang einen Abstand gegenüber der Werkstückinnenwandung zur Ausbildung eines Luftspalts wahrt,
b) Strahlen durch Fördern eines Strahlmittels durch den Strahlmittelzuführungsschlauch (10) zum Strahldüsenkopf (20) mittels Druckluft und Ausstrahlen des Strahlmittels auf die Werkstückinnenwandung; dadurch gekennzeichnet,
c) dass zumindest ein zu dem Strahldüsenkopf (20) benachbarter Endbereich des Strahlmittelzuführungsschlauchs (10) durch ein Stützelement (30) hindurchgeführt wird;
d) dass das Stützelement (30) an ein Werkstückende (203) oder das Werkstückende (203) an das Stützelement (30) angelegt wird;
e) dass der Strahlmittelzuführungsschlauch (10) mitsamt des Strahldüsenkopfes (20) in die Werkstückbohrung (201 ) eingeführt wird und entlang einer Strahlbehandlungsstrecke innerhalb der Werkstückbohrung (201 ) vorgeschoben und anschließend wieder in das Stützelement (30) zurückgezogen wird, wobei das Strahlmittel während der Vorwärtsbewegung und/oder während der Rückzugsbewegung durch die Düsenöffnungen (21 ) abgegeben wird; und
f) dass das Stützelement (30) von dem Werkstückende (203) zurückgezogen wird oder das Werkstückende (203) von dem Stützelement (30) zurückgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlmit- telzuführungsschlauch (10) an seinem von dem Strahldüsenkopf (20) abgewandten Ende mit einem starren Strahlmittelzuführungsrohr (12) verbunden ist, wobei die Einheit aus Strahlmittelzuführungsschlauch (10) und Strahlmittelzuführungsrohr (12) innerhalb des Stützelements (30) verschiebbar geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlmittelzuführungsschlauch (10) und/oder das Strahlmittelzuführungsrohr (12) bis gegen einen Festanschlag (34) im Stützelement (30) zurückgezogen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (30) in einem ortsfesten Lagerelement (40) geführt und mittels eines Federelements (44) an das Ende des Werkstückes (200) angelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anlegen des Stützelements (30) an das Ende des Werkstückes (200) die Bohrung des Stützelements (30) mit der Werkstückbohrung (201 ) fluchtet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüseneinheit (100) in einer Arbeitskammer (310) verwendet wird, welche zwei Türen (31 1 , 312) besitzt, wobei über jede der Türen (31 1 , 312) allein eine Arbeitskammeröffnung wechselweise verschließbar ist, und wobei an der Innenseite der Türen (31 1 , 312) die Werkstücke (200) aufgenommen werden.
7. Strahldüseneinheit (100) zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens:
- einem flexiblen Strahlmittelzuführungsschlauch (10)
- einem mit dem Strahlmittelzuführungsschlauch (10) verbundenen Strahldüsenkopf (20), welcher mehrere über den Umfang verteilte Düsenöffnungen (21 ) aufweist, wobei der Außenumfang des Strahldüsenkopfes (21 ) kleiner ist als der Innendurchmesser der Werkstückbohrung (201 ) in einem zu bearbeitenden Werkstück (200);
- einem Stützelement (30), in welchem der Strahlmittelzuführungs- schlauch (10) geführt ist; und
- einem ortsfesten Lagerelement (40), in welchem das Stützelement (30) verschiebbar geführt ist.
8. Strahldüseneinheit (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlmittelzuführungsschlauch (10) an seinem von dem Strahldüsenkopf (20) abgewandten Ende mit einem starren Strahlmittelzufüh- rungsrohr (12) verbunden ist, wobei die Einheit aus Strahlmittelzuführungsschlauch (10) und Strahlmittelzuführungsrohr (12) innerhalb des Stützelements (30) verschiebbar gelagert ist.
9. Strahldüseneinheit (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Strahlmittelzuführungsschlauch (10) und/oder an dem Strahlmittelzuführungsrohr (12) wenigstens ein Zentrierelement (13) zur Zentrierung gegenüber dem Stützelement (30) ausgebildet oder angebracht ist.
10. Strahldüseneinheit (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass innen am Stützelement (30) wenigstens ein Zentrierelement oder ein Festanschlagelement (34) zur Zentrierung des innen geführten Strahlmittelzuführungsschlauchs (10) und/oder des Strahlmittelzufüh- rungsrohrs(12) und zur Wegbegrenzung ausgebildet oder angebracht ist.
1 1 . Strahldüseneinheit (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lagerelement (40) ein Anschlag (45) für ein Federelement (44) ausgebildet ist, welches Federelement (44) zudem direkt oder indirekt an einem Festanschlag (34) an dem Stützelement (30) abgestützt ist.
12. Strahldüseneinheit (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (30) über zwei Gleitlagerelemente (36, 46) in dem Lagerelement (40) gelagert ist.
13. Strahldüseneinheit (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (30) an seiner einen Mündung mit einem Zentrierelement (31 ) zur Aufnahme des Werkstücks (200) versehen ist.
14. Strahldüseneinheit (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückinnenwandung (201 ) des zu bearbeitenden Werkstücks (200) bündig in die Innenwandung des Zentrierelements (31 ) übergeht.
15. Strahldüseneinheit (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 14, gekennzeichnet durch eine Verfahreinheit (50) zum Verfahren des von dem Strahldüsenkopf (20) abgewandten Endes des Strahlmittelzuführungsschlauches (10) bzw. des sich daran anschließenden Strahlmittelzuführungsrohr (12) gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück (200).
16. Strahlkammersystem (300) mit wenigstens:
- einer Arbeitskammer (310) mit einer Arbeitskammeröffnung (313), die mit wenigstens einer Tür (31 1 , 312) verschließbar ist;
- einer Strahlmittelzuführungseinheit, welche das Strahlmittel zu wenigstens einer innerhalb der Arbeitskammer (310) angeordneten Strahldüseneinheit (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 15 führt; dadurch gekennzeichnet,
- dass an der dem Arbeitskammerinnenraum zugewandten Türinnenseite wenigstens eine Werkstückhalterung für ein Werkstück (200) angeordnet ist und wobei das Werkstück derart in der Werkstückhai- terung ausgerichtet ist, dass das Werkstückende bei geschlossener Tür (31 1 , 312) in den Arbeitskammerinnenraum weist,
- dass die Mündung des Stützelements (30) der Strahldüseneinheit (100) in Richtung der Arbeitskammeröffnung (313) weist
- und dass beim Schließen einer der Türen (31 1 , 312) das dort gehalterte Werkstück mit seinem Werkstückende (203) bis vor oder bis an die Mündung des Stützelements (30) geführt wird.
Strahlkammersystem (300) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (300) zwei mit jeweils wenigstens einer Werk- stückhalterung an der Türinnenseite ausgestattete Türen (31 1 , 312) aufweist, die beidseits einer Arbeitskammeröffnung angeordnet sind, wobei die Arbeitskammeröffnung (313) durch je eine der Türen (31 1 , 312) verschließbar ist.
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