Beiträge von mkoch im Thema „Fluid-Jet Polishing“

mkoch · 6. Mai 2007

Hallo Kurt,

> Nach meinen ersten Vorstellungen müsste man mit einer genügend schleifmittelbeständigen Pumpe die für den Druckstrahl sorgt ca. 1 l Suspension derart in Bewegung und in einem Kreislauf halten können, dass sich nichts nennenswert absetzt. Darin sehe ich vorab das größte aller Probleme.

Ja, das könnte ein Problem sein. Vielleicht sollte man einen Behälter nehmen bei dem der Boden konisch ist, so dass sich gar nichts an den Wänden absetzen kann. Und ganz unten ist der Quirl der die Körner wieder hoch wirbelt. Zum Beispiel eine Glasflasche die auf dem Kopf steht, mit abgeschnittenem Boden. Ich dachte aber eher an 5-10 Liter, weil im Laufe der Zeit sicher auch einiges verdunsten wird.

Frage: Woher kriegt man einen 5-10 Liter Behälter aus Kunststoff oder Glas mit spitz zulaufendem Boden?

Gruss
Michael

mkoch · 6. Mai 2007

Hallo,

> Zum Pumpenproblem hier noch ein Vorschlag: Flüssigkeiten lassen sich auch fördern, wenn man sie aus einem druckfesten Kessel mit einem Luftpolster herausdrückt, z. B. mit einem Kompressor. Da kann keine Pumpe durch das Schleifmittel angegriffen werden!

Das ist im Prinzip schon richtig. Zusätzlich zu den bereits von Kurt genannten Nachteilen fällt mir noch ein:
-- Das ist nicht ganz ungefährlich. Ein grosser mit Luft gefüllter Druckbehälter stellt einen Energiespeicher dar. Den Behälter würde ich nicht mal eben selber zusammenschweissen.
-- Man muss rechtzeitig aufhören, bevor der Behälter leer ist. Sonst würde die Druckluft die letzten Carbo-Reste gegen den mühsam polierten Spiegel schleudern.
-- Da eine druckdichte Dreh-Durchführung nicht so einfach zu machen ist, müsste der Rühr-Motor im Inneren des Behälters sitzen.
-- Und mangels geschlossenem Kreislauf braucht man ziemlich viel Schleifmittel.

Gruss
Michael

mkoch · 4. Mai 2007

Hallo alle miteinander,

ich denke gerade darüber nach, wie das mathematische Verfahren aussehen müsste um auszurechnen, wie lange jede Stelle auf dem Spiegel bearbeitet werden muss.

Nehmen wir mal an, wir haben den Spiegel interferometrisch vermessen und kennen die Topographie des Spiegels. Wir kennen auch die Werkzeug-Funktion, also eine zweidimensionale Funktion die beschreibt welchen Abtrag das stationäre Werkzeug bewirkt. Das ist typischerweise eine Vertiefung in Form eines kleinen Kringels.

Mir fallen zwei Möglichkeiten ein, wie man jetzt die Bearbeitungs-Funktion berechnen kann. Damit meine ich die Funktion die beschreibt wie lange der Wasserstrahl über jeder Stelle verweilen muss.

1. Möglichkeit: Ein iteratives Verfahren. Sehr rechenintensiv.

2. Möglichkeit: Die beiden gegebenen Topographien werden in den Fourier-Raum transformiert, durcheinander dividiert, und wieder zurücktransformiert, fertig ist die Bearbeitungsfunktion.
Die Sache hat aber einen Haken: Das funktioniert nur, solange die Werkzeug-Funktion rotationssymmetrisch ist. Denn das mathematische Verfahren geht davon aus, dass sich die Werkzeug-Funktion nicht gegen den Spiegel verdreht. Das ist aber der Fall, wenn die Maschine in Polarkoordinaten arbeitet.

Frage an die Mathematik-Experten die hier mitlesen:
Gibt's da irgendein Verfahren um dieses Problem zu lösen?
Oder sollte man auf die hohe Rechenleistung moderner Computer vertrauen und iterativ nach einer Näherungslösung suchen?

Gruss
Michael

mkoch · 2. Mai 2007

Hallo Andreas,

> zu den Linearführungen schau doch mal bei Schneeberger! (http://www.schneeberger.com)

Danke für den Hinweis, diesen Hersteller kannte ich noch nicht.

Gruss
Michael

P.S. Der Drehteller ist schon bestellt.

mkoch · 2. Mai 2007

Hi Stathis,

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

> Glaube ich auch nicht dass eine Schlauchpumpe 5 bar schafft.

Hier haben wir uns geirrt. Ich habe jetzt ein Datenblatt von Schlauchpumpen vorliegen wo es bis 14 bar geht. Der Hersteller ist die italienische Firma "Finder Pompe".

Gruss
Michael

mkoch · 1. Mai 2007

Hallo alle miteinander,

für die geplante Maschine suche ich einen Drehteller aus Alu oder Edelstahl, Dicke mindestens 15mm, Durchmesser ca. 500mm (um Spiegel bis 400mm aufnehmen zu können).
Die Platte muss so dick sein weil die Maschine auch noch für einen anderen Zweck verwendet werden soll, wo eine hohe Steifigkeit benötigt wird.

Fragen:
-- Hat zufällig jemand sowas rumliegen?
-- Wo könnte man sowas günstig beschaffen?
-- Eine quadratische Platte könnte man problemlos kaufen. Wer könnte die Platte rund abdrehen? Meine Drehbank geht leider nur bis 350mm.

Ausserdem suche ich noch zwei Linearführungen mit >250mm bzw. >50mm Verfahrweg, Belastbarkeit mindestens 250N.

Gruss
Michael

mkoch · 28. April 2007

Hallo Kurt,

> Das Werkstück kommt natürlich auf einen Drehteller mit einstellbarer Drehzahl und die Düse an einen radial schwenkbaren Arm. Wozu war denn noch mal das Steuerungsprogramm gut?[:o)]

Damit man an der richtigen Stelle die richtige Menge wegpoliert.

> Ich schau derweil nach was so einfache, kleine Zahnradpumpen aus meinen Turbo- Hinterlassenschaften (Krafttstoffförderpumpen) aushalten.

Man könnte jede Hydraulikpumpe oder Kraftstoffpumpe nehmen, nur sind die leider meistens aus Stahl und würden rosten wenn man Wasser durchpumpt. Ich möchte ungern irgendwelche Korrosions-Schutzmittel in das Wasser mischen, weil ich nicht weiss wie sich das auf den Prozess auswirkt, und wie ich das Öl hinterher vom Spiegel wieder abkriegen soll.

> Düsen mit 0,8 mm Durchmesser aus Kupfer gibt es übrigens preisgünstig im Baumarkt als Zubehör für MIG/MAG- Schweißgeräte.

Guter Hinweis !

> Meine Devise bei derartigen Neuererngen ist immer, möglichst mit einfachstem Aufwand und einer praktischen Aufgabenstellung selber probieren.

Meine Devise ist, erst mal 1:1 nachbauen und möglichst wenig ändern.
Probieren und experimentieren kann man hinterher.

Gruss
Michael

mkoch · 28. April 2007

Hi,

jetzt muss ich zu der Pumpe noch einen passenden Motor auswählen. Dazu müsste ich die Viskosität der Aufschlämmung wissen.

Frage: Um wieviel steigt die Viskosität des Wassers an, wenn ich 10% Schleifpulver dazugebe (Korngrösse kleiner als 5µm)?

Gruss
Michael

mkoch · 27. April 2007

Hi,

so, das Pumpen-Problem ist gelöst, Ebay sei Dank.
Eine neue Zahnrad-Pumpe für Chemie-Anwendungen mit SiC-Zahnrädern, maximal 70 bar, 12ml pro Umdrehung, und laut Datenblatt geeignet für Aufschlämmungen bis 10µm, wird demnächst aus Amerika kommen

Gruss
Michael

Korrektur: Es sind nur 7 bar. Man sollte immer SI-Einheiten angeben, dann passieren solche Umrechnungsfehler nicht. 0.7 MPa = 7 bar

mkoch · 27. April 2007

Hi Raphael,

> Man muss natürlich das Werkstück schwenken und nicht die Düse.

Warum? Mein erster Ansatz wäre den konkaven Spiegel um seine optische Achse zu drehen, und alle anderen Achsen bewegen die Düse.
Die ganze Anordnung wird soweit verkippt dass sich das Wasser nicht im Spiegel sammeln kann.

Gruss
Michael

mkoch · 27. April 2007

Hi,

> 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.

> 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.

> 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.

> 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.

mkoch · 27. April 2007

Hi,

> 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.

> 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.

> 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 · 27. April 2007

Hi,

> 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

mkoch · 26. April 2007

Hi,

> Für ein Selbstbauprojekt würde ich aber weiterhin zur guten alten Kreiselpumpe raten, ...

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

> 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.

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

Das ist schlau.

Gruss
Michael

mkoch · 26. April 2007

Hallo Ulli,

> Stand irgendwo etwas zur Konzentration der Suspension?

90% Wasser, 10% Schleifpulver mit Korngrösse zwischen 1µm und 20µm

Gruss
Michael

mkoch · 26. April 2007

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

mkoch · 25. April 2007

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

mkoch · 25. April 2007

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

mkoch · 25. April 2007

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