Fluid-Jet Polishing

  • Hallo,


    > http://www.optica.tn.tudelft.n…0pdf%20files/1998.003.pdf


    Da stehen eigentlich schon alle Daten drin die man wissen muss, um mal einen Fall durchzurechnen:


    Nehmen wir mal an, wir haben einen 200mm Spiegel bei dem durchschnittlich 50nm abzutragen sind.
    Das abzutragende Volumen ist dann pi * 100mm^2 * 50nm = 1.57mm^3


    Der Fluid-Jet Prozess trägt etwa 0.3µm pro Minute ab, auf einem Kreis von etwa 2.5mm Durchmesser. Das macht 0.0015 mm^3 pro Minute.


    Also ergibt sich eine Bearbeitungszeit von 1047 Minuten, das sind fast 18 Stunden. Ganz schön lange, aber das macht ja nichts.


    Frage: Weiss jemand was für eine Pumpe man da verwenden könnte? Der Druck muss etwa 5 bar sein, und das Poliermittel besteht zu 90% aus Wasser und 10% Schleifpulver mit Körnung 1µm..20µm, die Angaben gehen da etwas auseinander. Welche Pumpe hält das auf Dauer aus?
    Ich glaube bei den Wasserstrahl-Schneide-Anlagen wird nur reines Wasser gepumpt und das Schleifpulver wird erst hinterher zugemischt (bin mir aber nicht sicher). Beim Fluid-Jet Prozess haben wir aber einen geschlossenen Kreislauf, also muss das Schleifpulver durch die Pumpe durch.


    Gruss
    Michael

  • Hallo Stathis,


    > Membranpumpen


    Ich könnte mir vorstellen dass dann die Pulsation stört. Vielleicht eine Mehrzylinder-Membranpumpe. Da wird aber auch das Schleifmittel die Ventile angreifen.


    > Schlauchpumpen. ... Schlauchpumpen schaffen aber (soweit ich mich errinnern kann), keine 5 bar.


    Glaube ich auch nicht dass eine Schlauchpumpe 5 bar schafft.


    Vielleicht geht das mit einer Zahnradpumpe, wenn sie 20µm Luftspalt zwischen den Zahnflanken hat?


    Gruss
    Michael

  • Hi Jens,


    > Angeblich soll zb die Gardena Inox Schmutzwasserpumpe 5.0 bar Druck schaffen.


    Wo hast du denn das gelesen? Ich finde da nur Pumpen bis 1 bar.
    http://www.gardena.com/servlet…ategoryId=12909&langId=-3


    Wenn man dann auf "Tauch-Druckpumpen" klickt, dann geht's bis 6 bar, aber die Förderleistung ist viel zu gross.


    Mal eine kleine Abschätzung wieviel Förderleistung man braucht:
    Die Düse hat 0.84mm Durchmesser und irgendwo hat gestanden dass die Geschwindigkeit des Strahls zwischen 10 und 20 m/s liegen soll. Das ergibt (0.84/2)^2 * pi * 20000 = 11000 mm^3 pro Sekunde, das sind 11 cm^3 pro Sekunde, oder 0.011 Liter pro Sekunde, oder 40 Liter pro Stunde. Die Gardena-Pumpe mit 6 bar schafft 4000 Liter pro Sekunde, also um den Faktor 100 zu viel.


    Gruss
    Michael

  • Höchst interessant, schade das die FJP-1150 Maschine wahrscheinlich soviel kostet wie nen Mittelklasse Wagen, oder mehr :( . Bis lambda/100, das ist wirklich sehr exakt.

  • Hi,


    dieser Link muss der Vollständigkeit halber auch noch genannt werden:


    http://www.fhnw.ch/technik/itf…shing_cnc_tool_design.pdf


    Ich finde dieser Fluid-Jet Prozess ist hochinteressant, und ich überlege ob ich mal so eine Maschine bauen soll. Computergesteuerte Poliermaschienen auf konventioneller Pech-Basis sind bereits erfolgreich von Amateuren gebaut worden.
    Dieses neue Verfahren verspricht reproduzierbare Ergebnisse mit einem vertretbaren Aufwand. Jedenfalls _viel_ weniger Aufwand als ein Elektronenstrahl-Polierer. Und ausserdem bessere Ergebnisse, denn beim Elektronenstrahl-Polieren wird die Rauhigkeit der Oberfläche schlechter, während sie beim Fluid-Jet verbessert wird. Das ist der entscheidende Vorteil.


    Man macht einfach ein Interferogramm des Spiegels, berechnet wieviel an jede Stelle abzutragen ist, und füttert die Poliermaschine mit diesen Daten. Dann braucht man nur noch warten bis der perfekte Spiegel aus der Maschine fällt.


    Wer hat Lust bei dem Projekt mitzumachen?


    Gruss
    Michael

  • Hallo Michael,


    das ist wirklich eine interessante Technik, danke für die Info.
    Für 5 bar sollte eine Kreiselpumpe ausreichend sein, bei einer Zahnradpumpe hätte ich Bedenken hinsichtlich der Haltbarkeit da das zu pumpende Medium abrasiv ist und zwischen den Flächen Gehäuse/ Zahnräder schaben kann, dann ist es schnell vorbei mit Druckaufbau.
    Stand irgendwo etwas zur Konzentration der Suspension?


    Viele Grüße,


    Ulli

  • Hallo Stathis und *.*,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Stathis</i>
    <br />Wie wär's mit Membranpumpen oder Schlauchpumpen. Bei beiden Bauarten ist die Mechanik der Pumpe vom Fördermedium getrennt. Membanpumpen kenne ich von der Lebensmittelindustrie. Schlauchpumpen schaffen aber (soweit ich mich errinnern kann), keine 5 bar.
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Na...doch, den erforderlichen Druck schaffen beide Pumpenarten. Jedoch werden Membranpumpen zu Feindosierzwecken und Schlauchpumpen für zähe Medien (oder Feindosierung) verwendet, sie schaffen also den nötigen Durchsatz nicht*


    *Wobei ich irgendwo mal eine kleine Schlauchpumpe für die Bohrmaschine gesehen habe, eine nette selbstansaugende Pumpenvariante.


    Das pulsieren einer Membranpumpe lässt sich übrigens auch durch Anbringen eines Druckausgleichbehälters verhindern, früher Windkessel genannt, heute hochtechnisch als Tranquillator bezeichnet.


    Für ein Selbstbauprojekt würde ich aber weiterhin zur guten alten Kreiselpumpe raten, jedoch nicht die Gartenpumpe aus dem Billigsektor, da hier die Kreiselräder aus Kunststoff gefertigt sind und dem Poliermittel wahrscheinlich nicht wirklich lange stand halten. Betreibt man so eine Pumpe zu Hause ohne Sandfilter z.B. an einem Brunnen, hält die Pumpe kein halbes Jahr durch. Es sollte also schon eine Edelstahlpumpe sein, das Kreiselrad genormt auf Maschinenpassung,damit man es leicht austauschen kann.


    Natürlich fördert so eine Pumpe zunächst mal mehr, als gebraucht wird, aber was hindert denn daran, einen Teilstrom wieder zurück zu führen zum Vorratsbehälter und damit auch gleich das Poliermittel ständig aufzuschlämmen....spart also auch gleich den Rührer [:D]
    Über ein Ventil im Rücklauf kann somit also der Vordruck auf die Düse genau eingestellt werden...und wem das nicht reicht, kann ja auch gleich mehrere Düsen betreiben[;)]


    Just my 2 cent

  • Hi,


    &gt; Für ein Selbstbauprojekt würde ich aber weiterhin zur guten alten Kreiselpumpe raten, ...


    Die müsste dann aber mehrstufig sein, sonst schafft sie keine 5 bar.



    &gt; Natürlich fördert so eine Pumpe zunächst mal mehr, als gebraucht wird, aber was hindert denn daran, einen Teilstrom wieder zurück zu führen zum Vorratsbehälter


    An dem Ventil wo man den Rücklauf einstellt wäre dann aber auch ein netter Verschleiss, wegen der hohen Geschwindigkeit an der Stelle.


    &gt; und damit auch gleich das Poliermittel ständig aufzuschlämmen....spart also auch gleich den Rührer [:D]


    Das ist schlau.


    Gruss
    Michael

  • Hi Michael,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">


    Die müsste dann aber mehrstufig sein, sonst schafft sie keine 5 bar. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Mhh, kommt auf die Größe an, ich halte mich aber mal bedeckt....muss mal meine 'große' Gartenpumpe messen, ich wär da fast sicher, daß die das zumindest knappt packen könnte. Ansonsten müsste man sich halt mal bei Industrieversorgern umschauen, z.B. Rala oder Sihi.
    Letztlich könnte man auch für dieses Einsatzzweck mit dem Sprühbild der Düse und dem Abstand zum Spiegel experimentieren.


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">An dem Ventil wo man den Rücklauf einstellt wäre dann aber auch ein netter Verschleiss, wegen der hohen Geschwindigkeit an der Stelle.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Jep! Und wenn der Rücklauf mal grob ermittelt ist, schaltet man ein Venturi-Rohr...naja...z.B. aus Edelstahl vor, das minimiert diesen Verschleiß etwas.
    Aber, generell, wir können uns schon klar darüber sein, daß ein geschlossener Kreislauf mit einem Fest-Flüssiggemisch egal wo auch immer Abrassion mit sich bringt, am meisten jedoch nicht an den Armaturen, sondern an den Rohrbögen. Will man das gering halten, müsste man eine ungleichmäßige Rohrinnenfläche wählen, z.B. Wellringschlauch um, nun, ich nenne es mal flapsig, die prandelsche Haftschicht zu erhöhen, also die Fließgeschwindigkeit in der Nähe der Rohrwandung deutlich zu reduzieren, das ginge aber für dieses Thema hier zu weit [;)]


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Das ist schlau.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Gell? Verfahrenstechnik ist schon was geiles [:D]
    Obwohl die Thematik hier für mich auch neu ist, ich verstehe mich u.a. mehr auf Trockenförderung von Granulaten.

  • Hi,


    &gt; und damit auch gleich das Poliermittel ständig aufzuschlämmen....spart also auch gleich den Rührer [:D]


    Andererseits hat es vielleicht doch Vorteile, wenn man das Aufschlämmen und das Pumpen unabhängig voneinander mit zwei getrennten Motoren macht. Die Suspension sollte ja schon gleichmässig aufgeschlämmt sein, wenn man die Pumpe startet. Man möchte ja von Anfang an einen konstanten und deterministischen Abtrag erreichen. Und wenn man dann eine Pause macht um den Spiegel zu vermessen, dann könnte der Aufschlämm-Motor in der Zwischenzeit weiterlaufen.


    Ich bin mir auch noch nicht sicher was passiert, wenn der Aufschlämm-Motor längere Zeit ausgeschaltet wird. Dann setzt sich das Schleifpulver am Boden des Behälters ab. Kriegt man das dann wieder aufgewirbelt ohne dass dabei grössere "Brocken" entstehen? Oder klebt das dann so fest am Boden dass man es gar nicht mehr so einfach abkriegt? Möglicherweise muss der Aufschlämm-Motor nonstop Tag und Nacht laufen, solange man das Schleifmittel verwenden will. Und wenn es sich am Boden abgesetzt hat, dann hilft vielleicht nur noch eine komplette Reinigung und neues Schleifpulver.


    Gruss
    Michael

  • Moin Zusammen.


    Also - für den genannten Einsatzzweck gibt es nur eine Lösung: Die Exenterschneckenpumpe (auch kurnz Mohnopumpe genannt).


    Das Teil ist konstruiert, um kleine Mengen mit hohem Druck zu fördern. Da eine Exenterwelle durch einen Kautschuk-Block dreht, können auch extrem abrasive Stoffe gefördert werden. Dann verschleißt aber mit der Zeit der Kautschuk-Block.


    Prinzipiell sollte dies die beste Wahl sein - konstanter Förderdruck, keine Pulsation, keine Überströhmeinrichtung.


    Nachteil: Ich glaube, die sind Teuer.



    Gruß


    Christoph

  • Hallo Michael,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Wer hat Lust bei dem Projekt mitzumachen?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    ich habe gerade ein Programm zum automatischen Figurieren geschrieben, welches einem Schrittmotorkontroller Positionierbefehle senden kann.
    Das Programm verwaltet eine Datenbank mit Foucault-Messwerten, daraus berechneten Oberflächenprofilen und simulierten Strichführungen ('Strokes). Die Strichführungen unterscheiden sich momentan nur durch den Offset, alle anderen Parameter sind immerhalb einer Strich-Menge oder -Gruppe ('Stroke Set') konstant. Die Striche einer Gruppe können im Programm manuell kombiniert werden, bis ihr Gesamtergebnis etwa dem abzutragenden Oberflächenfehler entspricht.
    Schließlich fährt die Maschine zyklisch die Offsets ab und verweilt je nach Gewichtsfaktor unterschiedlich lange an den Positionen.


    So etwas müsste auch mit einer Wasserstrahlmaschine möglich sein. Man benötigt für mein Programm lediglich einen Schrittmotorkontroller, der einfache Positionierbefehle (GOTO &lt;position&gt;, REF &lt;position&gt;) versteht.


    Zur Pumpe:
    Wie wäre es mit einer Luftpumpe, die in eine Düse bläst und dort die Flüssigkeit mitreißt ? Ich habe einmal mit einem solchen Sandstrahlgebläse gearbeitet, das hatte vorn eine Keramikdüse gegen den Verschleiß.
    Vorteil der Pumpe wäre die hohe Auftreffgeschwindigkeit der Tröpfchen. Die Tröpfchenverteilung wäre nicht ringförmig, sondern eher zur Mitte konzentriert un damit einfacher rechnerisch zu überlagern. Außerdem ist die Verteilung breiter.


    Gruß,
    Martin Cibulski

  • Moin noch einmal.


    Wenn man mit einem Wasserstrahl abtragen möchte, dann könnte man genau so gut auch einfach einen langsam laufenden Polierfeudel unter einem Flüssigkeitsspiegel arbeiten lassen. Das wirkt genau so mild wie eine fließende Poliersuspension, wäre nur einfacher umzusetzen. Der Aufbau wäre ein in einer Poliersuspension liegender Spiegel, der mit einer Poliereinheit (Polierscheibe) langsam bearbeitet wird. Keine Pumpe, keine Dichtung, ein kleiner Rührer am Rande hält die Suspension stabil. Mit einem einfachen yx-Schlitten oder einer Kreismechanik kann man alle Stellen des Spiegels streßfrei bearbeiten.


    Den Materialabtrag kann man dann sogar sehr einfach regulieren. Möglich wären verschiedene Auflagegewichte um Druck auf den Spiegel zu bekommen. Man kann die Drehzahl variieren (kann jeder Baumarkt-Akkuschrauber) und letztendlich kann auch die Bearbeitungszeit beeinflußt werden. Zudem kann großflächiger bearbeitet werden. Das macht man beim Schleifen ja auch.


    Das ist zwar dann eine Lowtech-Variante, müßte aber im Prinzip genau so funktionieren. Material läßt sich so auch abtragen.


    Gruß


    Christoph

  • Hi,


    &gt; Also - für den genannten Einsatzzweck gibt es nur eine Lösung: Die Exenterschneckenpumpe (auch kurnz Mohnopumpe genannt).


    Könnte sein dass es so eine Pumpe ist. Leider kann man die Pumpe in dem oben erwähnten Video nicht richtig sehen.




    &gt; Wenn man mit einem Wasserstrahl abtragen möchte, dann könnte man genau so gut auch einfach einen langsam laufenden Polierfeudel unter einem Flüssigkeitsspiegel arbeiten lassen.


    Polieren mit direktem Kontakt hat den Nachteil, dass es weitere Einflussgrössen gibt die sich u.U. nicht so deterministisch verhalten wie wir es gerne hätten. Z.B. Temperatureinfluss und Abnutzung des Werkzeugs. Bei grösseren Polierwerkzeugen könnte auch die Anpassung an den unterschiedlichen Krümmungsradien einer Parabel ein Problem darstellen.



    &gt; Wie wäre es mit einer Luftpumpe, die in eine Düse bläst und dort die Flüssigkeit mitreißt ?


    Hat den Nachteil, dass man das Wasser und Schleifpulver nur einmal verwenden kann, das dürfte auf Dauer teuer werden.


    Also ich lege mich jetzt draussen in die Hängematte und lese die Dissertation von Silvia Booij, in der Hoffnung dass da alle Antworten drinstehen.
    http://www.optica.tn.tudelft.n…ications/Thesis/booij.pdf


    Gruss
    Michael

  • mkoch schrieb:
    &gt; Wer hat Lust bei dem Projekt mitzumachen?


    Ich!! Einfache, arbeitssparende Lösungen sind mir immer sympathisch.


    mkoch:
    &gt; Da stehen eigentlich schon alle Daten drin die man wissen muss, um mal einen Fall durchzurechnen:
    &lt;SNIP&gt;
    &gt; Also ergibt sich eine Bearbeitungszeit von 1047 Minuten, das sind fast 18 Stunden.


    Wenn ich jetzt noch wüsste, wie viel Wasser pro Minute bewegt werden muss... 1000 Liter Wasser kosten hier etwa 3 Euro und den richtigen Druck von ein paar bar gibt es gratis aus der Leitung. Für den Preis der oben genannten Pumpen liefert Stathis bestimmt ein paar Kilo Schleifpulver. Dann braucht es überhaupt keine Hardware mehr ausser einer gesteuerten Düse mit Mischvorrichtung: d.h. Pumpe weglassen und direkt Leitungswasser mit Schleifmittel mischen. Die gebrauchte Schleifmittel-Suspension filtern bzw. in einem Faß auffangen und einen Tag stehen lassen. Den Bodensatz wiederverwenden und mit dem restlichen Wasser den Garten giessen...


    Das lösbarere Problem dabei ist die Mischung Wasser/Schleifmittel. Ich denke da an ein Analogon zur Sandstrahl-Pistole, wie ich sie für Druckluft herum liegen habe.


    Viel schwieriger wird wohl die Steuerung der Düse! Wenn ich nichts in den Links überlesen habe, soll die Düse immer senkrecht zur Oberfläche stehen. D.h. sie muss nicht nur in zwei Richtungen zur Oberfläche bewegt werden können, sondern auch noch dazu geneigt werden. Und das wahrscheinlich recht präzise. Da habe ich noch keine gute Idee.

  • Hallo,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">&gt; Wie wäre es mit einer Luftpumpe, die in eine Düse bläst und dort die Flüssigkeit mitreißt ?


    Hat den Nachteil, dass man das Wasser und Schleifpulver nur einmal verwenden kann, das dürfte auf Dauer teuer werden.
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Wieso das? Es gibt Ringdüsen die nach dem Venturiprinzip arbeiten:
    http://www.krahnen.de/index.ph…sduesen&orangemenu=ecojet


    Ich bin nicht sicher, ob die auch Flüssigkeit fördern können, käme auf einen Versuch an.
    Die Luft würde nach dem Auftreffen aus dem Suspensionsgemisch entweichen und dieses könnte der Düse über eine sehr simple Pumpe (z.B. Schlauchpumpe) wieder zugeführt werden.
    Die Sache wäre aber wahrscheinlich laut und mit einem gewissen "Sauereifaktor" behaftet.


    Gruß Ulli

  • Hallo Uli,


    Wasser aus der Leitung zu verwenden halte ich für keine gute Idee - Und zwar aus dem einfachen Grund, dass Wasser - speziell Trinkwasser - nicht einfach so Verschwendet werden sollte. Erst recht nicht, wenn man Mittelfristig sowieso nicht um eine Pumpe rum kommt.


    Die Steuerung sollte ein lösbares Problem darstellen. Man muss natürlich das Werkstück schwenken und nicht die Düse. Für Planflächen und einfache Radien sollte eine Zweiachsen-Steuerung ausreichen. Noch ein Rundtakter und eine Kippachse und schon kannst Du die tollsten Sachen polieren - wenns denn überhaupt funktioniert. Ich sehe das Problem eher in der Poliertechnik und weniger in der Steuerung, denn dafür gibts bereits dutzende fertiger Lösungen.


    Viele Grüße,
    Raphael

  • Hi,


    &gt; Wenn ich jetzt noch wüsste, wie viel Wasser pro Minute bewegt werden muss...


    Siehe meine grobe Berechnung weiter oben, ca. 40 Liter pro Stunde wenn die Düse 0.84mm Durchmesser hat.



    &gt; Das lösbarere Problem dabei ist die Mischung Wasser/Schleifmittel.
    Ich denke da an ein Analogon zur Sandstrahl-Pistole, wie ich sie für Druckluft herum liegen habe.


    Es darf aber keine Luft mit eingemischt werden, siehe weiter unten.



    &gt; Viel schwieriger wird wohl die Steuerung der Düse! Wenn ich nichts in den Links überlesen habe, soll die Düse immer senkrecht zur Oberfläche stehen. D.h. sie muss nicht nur in zwei Richtungen zur Oberfläche bewegt werden können, sondern auch noch dazu geneigt werden. Und das wahrscheinlich recht präzise. Da habe ich noch keine gute Idee.


    Na ja, der Winkel ist ja bei unseren typischen Spiegeln nicht allzu gross, so dass man ihn vielleicht vernachlässigen kann.
    Klar ist dass wir mindestens zwei Achsen mit Schrittmotoren brauchen:
    -- Ein Motor dreht den Spiegel.
    -- Und ein Motor bewegt die Düse in radialer Richtung.


    Die Verkippung der Düse könnte man vielleicht auf mechanischem Wege mit der radialen Bewegung koppeln. Ist ja ein simpler linearer Zusammenhang.
    Und die vertikale Bewegung der Düse könnte man entweder über einen dritten Motor machen, oder ebenfalls mechanisch an die radiale Bewegung gekoppelt. In diesem Fall ist es allerdings eine quadratische Abhängigkeit.



    &gt; Wieso das? Es gibt Ringdüsen die nach dem Venturiprinzip arbeiten:


    ach so, du meinst da wird Wasser und Luft und Schleifpulver gemischt.
    Gute Idee. Geht aber leider nicht, weil in der genannten Dissertation drinsteht dass beigemengte Luft die Rauhigkeit verschlechtert :( und daher zu vermeiden ist. Ist auch irgendwie verständlich, denn wenn du immer mehr Luft beimischt dann hast du irgendwann ein Sandstrahl-Gebläse dass feuchten Sand auf den Spiegel schleudert.


    Gruss
    Michael


    P.S. Jetzt habe ich ganz vergessen zu schreiben was für Pumpen in der Dissertation erwähnt werden. Für die ersten Versuche wurde eine Schlauchpumpe und eine Membranpumpe verwendet. Es wird aber auch beschrieben dass die Pulsation stört. Weiter hinten wird dann eine Zahnradpumpe erwähnt, allerdings mit dem Hinweis dass die Lebensdauer begrenzt ist.

Jetzt mitmachen!

Sie haben noch kein Benutzerkonto auf unserer Seite? Registrieren Sie sich kostenlos und nehmen Sie an unserer Community teil!