DE102004023246B3 - Spraying method for jet spraying of surfaces with water-soluble medium entails feeding by carrier gas spraying medium to spray nozzle and metering water into carrier gas flow - Google Patents

Spraying method for jet spraying of surfaces with water-soluble medium entails feeding by carrier gas spraying medium to spray nozzle and metering water into carrier gas flow Download PDF

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Abstract

The spraying method for the jet spraying of surfaces with a water-soluble medium entails feeding by a carrier gas the spraying medium to a spray nozzle (14) which has a section (16) converging into a choke point (18) and a diverging section (20) adjoining it. The water is metered into the carrier gas flow. The water is fed at a pressure which is at least 40 per cent of the pressure of the carrier gas. The volume of water supplied is 1 liter per cubic meter of carrier gas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlverfahren zum Abstrahlen von Oberflächen mit einem wasserlöslichen Strahlmittel.The The invention relates to a blasting method for blasting surfaces with a water-soluble Abrasive.

Zum Abstrahlen von empfindlichen Bauteilen wie beispielsweise Motorblöcken sind herkömmliche Strahlmittel wie Sand oder Granulat nicht geeignet, da die Gefahr besteht, daß Reste des Strahlmittels in dem gereinigten Bauteil verbleiben und dann während des Betriebs des Bauteils zu Schädigungen führen. Aus diesem Grund werden für die Reinigung solcher Werkstücke wasserlösliche Strahlmittel, beispielsweise verschiedene Salze eingesetzt, die sich anschließend durch Auslaugen mit Wasser vollständig und zuverlässig entfernen lassen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß diese Strahlmittel nur eine geringe Abrasiv-Wirkung haben.To the Blasting of sensitive components such as engine blocks are conventional blasting agents as sand or granules are not suitable, since there is a risk that leftovers of the blasting agent remain in the cleaned component and then while the operation of the component to damage to lead. For this reason are for the cleaning of such workpieces water-soluble Blasting agents, for example, various salts used, the afterwards remove completely and reliably by leaching with water to let. A disadvantage, however, is that these blasting agents only a small Have abrasive effect.

Die Verwendung eines wasserlöslichen Strahlmittels, beispielsweise von Zucker, wird auch in DE 298 13 172 U1 beschrieben.The use of a water-soluble blasting agent, such as sugar, is also in DE 298 13 172 U1 described.

Aus US 4 817 342 ist ein Strahlverfahren bekannt, bei dem ein konventionelles Strahlmittel mit Druckluft zu einer Strahldüse zugeführt wird, die als Konvergent/Divergent-Düse ausgebildet ist und es gestattet, das Strahlmedium auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. In Abstand vor der Engstelle der Strahldüse wird über einen koaxial zur Strahldüse angeordneten Injektor Wasser unter hohem Druck in die Düse injiziert. Der Wasserstrahl dient dazu, die Partikel des Strahlmittels zu befeuchten, damit die Entfernung von Oxiden von korrodierten Oberflächen unterstützt wird. Zugleich hat der Wasserstrahl aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit den Effekt, die Partikel des Strahlmittels zu beschleunigen.Out US 4,817,342 For example, a blasting method is known in which a conventional blasting medium is supplied with compressed air to a blasting nozzle, which is designed as a convergent / divergent nozzle and makes it possible to accelerate the blasting medium to high speeds. At a distance from the throat of the jet nozzle, water is injected under high pressure into the nozzle via an injector arranged coaxially with the jet nozzle. The water jet serves to humidify the particles of the abrasive to aid in the removal of oxides from corroded surfaces. At the same time, due to its high speed, the water jet has the effect of accelerating the particles of the blasting medium.

WO 03/022525 A2 erwähnt die Verwendung von Wasser als Strahlmittel oder Zusatzstrahlmittel bei einem Verfahren, bei dem besonders hohe Strahlleistungen und/oder weit aufgefächerte Strahlen dadurch erreicht werden sollen, daß zwei Trägergas-Ströme aus verschiedenen Druckquellen einer gemeinsamen Laval-Düse zugeführt werden.WHERE 03/022525 A2 mentioned the use of water as a blasting abrasive or additional blasting agent a method in which particularly high beam powers and / or far fanned out Rays are to be achieved in that two carrier gas streams from different pressure sources a common Laval nozzle supplied become.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Effizienz eines Strahlverfahrens der eingangs genannten Art zu steigern.task The invention is the efficiency of a blasting method of the beginning increase the type mentioned.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wasserlösliche Strahlmittel mit einem Trägergas einer Strahldüse zugeführt wird, die einen zu einer Engstelle konvergierenden Abschnitt und einen sich darin anschließenden divergierenden Abschnitt aufweist, und das Wasser in die Trägergasströmung eindosiert wird.These Task is inventively characterized solved, that this water-soluble Blasting agent with a carrier gas a jet nozzle supplied which is a section converging to a bottleneck and a subsequent one Having divergent section, and metered the water in the carrier gas flow becomes.

Überraschend hat sich gezeigt, daß bereits die Zugabe einer geringen Wassermenge zu einer erheblichen Steigerung der Reinigungswirkung führt. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß das Wasser zu sehr feinen Tröpfchen versprüht wird, die in der Konvergent/Divergent-Düse zusammen mit dem Strahlmittel auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden und dann ihrerseits als Strahlmittel wirken, so daß die abrasive Wirkung letztlich durch eine Kombination von festen Partikeln und flüssigen Wassertröpfchen erreicht wird. Zugleich hat dieses Verfahren den Vorteil, daß das wasserlösliche Strahlmittel durch das in den Strahl eindosierte Wasser unmittelbar wieder von den bestrahlten Oberflächen abgewaschen wird. Es können daher auch wasserlösliche Strahlmittel eingesetzt werden, die dazu neigen, insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit oder bei nicht vollständig trockenen Werkstücken, sich an Oberflächenunebenheiten oder in Innenecken des Werkstücks festzusetzen und eine schützende Kruste zu bilden, die bei längerer Bestrahlungszeit den Reinigungseffekt beeinträchtigen oder völlig vereiteln würde. Da sich das gebrauchte Strahlmittel in dem gleichzeitig zugeführten Wasser auflöst und mit dem Wasser abfließt, wird zugleich ein einfacher und effizienter Abtransport des gebrauchten Stahlmittels gewährleistet.Surprised has shown that already the Add a small amount of water to a significant increase the cleaning effect leads. This might be due to that the water to very fine droplets sprayed which is in the convergent / divergent nozzle along with the blasting agent be accelerated to high speed and then in turn act as a blasting agent, so that the abrasive effect ultimately through a combination of solid particles and liquid water droplets is reached. At the same time, this method has the advantage that the water-soluble blasting agent by the water metered into the jet immediately back from the irradiated surfaces is washed off. It can therefore also water-soluble blasting agents are used, which tend to, especially at high humidity or if not complete dry workpieces, to surface bumps or inside corners of the workpiece to set and a protective To form crust, which lasts longer Irradiation time affect the cleaning effect or completely thwart would. Since the used blasting agent in the same time supplied water dissolves and drain with the water, At the same time, it will be a simple and efficient way of transporting used vehicles Stahlmittels guaranteed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Strahldüse ist vorzugsweise als Laval-Düse ausgebildet, mit der sich nahezu Schallgeschwindigkeit oder sogar Überschallgeschwindigkeit erreichen läßt. Bei derart hohen Geschwindigkeiten entfalten insbesondere die Wassertröpfen eine sehr hohe Reinigungswirkung.The jet is preferably as a Laval nozzle designed to reach near the speed of sound or even supersonic speed leaves. at such high speeds unfold especially the water droplets very high cleaning effect.

Das Wasser kann vor, in oder hinter der Engstelle eindosiert werden. Da vor der Engstelle die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases noch relativ gering ist, werden etwaige Einbauten, die zum Eindosieren des Wassers in den Strömungsweg des Trägergases ragen, durch das im Trägergas mitgeführte Strahlmittel nur wenig angegriffen, wenn das Wasser hier zugeführt wird. Wenn andererseits das Wasser in oder hinter der Engstelle zugeführt wird, etwa über eine seitlich eintretende Kapillare, ist der Strahl aus fein zerstäubtem Wasser stärker gebündelt.The Water can be added before, in or behind the bottleneck. Because before the bottleneck the flow velocity the carrier gas is still relatively low, any fittings that are for dosing of water in the flow path the carrier gas protrude, by the in the carrier gas entrained abrasive only slightly attacked when the water is supplied here. On the other hand, if the water is supplied in or behind the bottleneck, about one laterally entering capillary, is the jet of finely atomized water stronger bundled.

Das Eindosieren des Wassers bietet zugleich eine sehr einfache und zweckmäßige Möglichkeit, die Strahlintensität zu regulieren. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Strahlgeschwindigkeit drastisch abnimmt, wenn die Menge des zugeführten Wassers im Verhältnis zum Volumendurchsatz des Trägergases einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch Regulierung der Wasserzufuhr läßt sich somit die Strahlgeschwindigkeit und damit die Strahlintensität sehr schnell und wirksam einstellen, ohne daß zusätzliche Drosseleinrichtungen für das Trägergas erforderlich sind, die durch das wasserlösliche Strahlmittel geschädigt oder verstopft werden könnten.The dosing of the water also provides a very simple and convenient way to regulate the beam intensity. It has been shown that the jet velocity dras table decreases when the amount of water supplied in relation to the volume flow rate of the carrier gas exceeds a certain threshold. By regulating the supply of water, the jet velocity and thus the beam intensity can thus be set very quickly and effectively, without the need for additional throttle devices for the carrier gas, which could be damaged or blocked by the water-soluble blasting agent.

Besonders geeignet ist das Verfahren zum Abstrahlen von Werkstücken aus Leichtmetall, beispielsweise einer Al-Mg-Legierung, und insbesondere für Werkstücke mit einem ausgeprägten Relief wie etwa Motorblöcke.Especially The method is suitable for blasting workpieces Alloy, for example, an Al-Mg alloy, and in particular for workpieces with a pronounced Relief like engine blocks.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.in the The following will be an embodiment of Invention with reference to the drawing explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prinzipskizze mit einem Schnitt durch eine Strahlpistole zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a schematic diagram with a section through a blasting gun for carrying out the method according to the invention;

2 einen Schnitt durch eine Strahlpistole gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel; und 2 a section through a blasting gun according to a modified embodiment; and

3 einen Schnitt durch eine Strahlpistole gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 3 a section through a blasting gun according to another embodiment.

1 zeigt eine Strahlpistole 10 mit einem geraden Strahlrohr 12, an das am stromabwärtigen Ende eine Strahldüse 14 angekuppelt ist. Die Strahldüse 14 ist als Laval-Düse ausgebildet und weist einen stromaufwärtigen Ab schnitt 16, der zu einer Engstelle 18 konvergiert. An die Engstelle 18 schließt sich stromabwärts ein divergenter Abschnitt 20 an. 1 shows a blasting gun 10 with a straight beam pipe 12 , to the downstream end of a jet nozzle 14 is coupled. The jet nozzle 14 is designed as a Laval nozzle and has an upstream section from 16 that becomes a bottleneck 18 converges. At the bottleneck 18 closes downstream a divergent section 20 at.

Das Strahlrohr 12 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende an eine Druckquelle 22 angeschlossen, über die ein als Stahlmedium dienendes Trägergas, beispielsweise Druckluft zugeführt wird, das Partikel eines wasserlöslichen Strahlmittels mitführt. Bei dem Stahlmittel kann es sich beispielsweise um verschiedene Salze oder auch um Zucker oder ein Gemisch solcher Substanzen handeln. Das Strahlmittel wird in bekannter Weise in die Druckluftströmung eingebracht.The jet pipe 12 is with its upstream end to a pressure source 22 connected, via which serves as a steel medium carrier gas, for example compressed air is supplied, which carries particles of a water-soluble blasting agent. The steel agent may be, for example, various salts or else sugar or a mixture of such substances. The blasting agent is introduced in a known manner in the compressed air flow.

Das Stahlrohr 12 weist einen Abzweig 24 auf, der von einer Seite her unter einem Winkel von beispielsweise 45° in Strömungsrichtung in das Strahlrohr 12 eintritt. Über diesen Abzweig 24 wird über eine Leitung 26 und eine Druckpumpe 28 Wasser in flüssigem Zustand unter Druck in die Trägergasströmung im Strahlrohr eindosiert. Das Wasser wird bei Eintritt in den Abzweig 24 und in das Strahlrohr 12 fein zerstäubt und durch die Trägergasströmung zur Strahldüse 14 mitgerissen. Die Längen der Abschnitte 14, 20 der Strahldüse und deren Konvergenz- und Divergenzwinkel sind so auf dem Trägergas-Durchsatz abgestimmt, daß das Gemisch aus Trägergas, wasserlöslichem Strahlmittel und fein zerstäubtem Wasser in der Strahldüse nach dem Laval-Prinzip auf zumindest annähernd Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird.The steel pipe 12 has a branch 24 on, from one side at an angle of for example 45 ° in the flow direction in the jet pipe 12 entry. About this branch 24 is over a line 26 and a pressure pump 28 Water in the liquid state is metered under pressure into the carrier gas flow in the jet pipe. The water is entering the branch 24 and into the jet pipe 12 finely atomized and through the carrier gas flow to the jet nozzle 14 carried away. The lengths of the sections 14 . 20 the jet nozzle and its convergence and Divergenzwinkel are matched to the carrier gas flow rate that the mixture of carrier gas, water-soluble abrasive and finely atomized water in the jet nozzle according to the Laval principle is accelerated to at least approximately sonic velocity, preferably supersonic speed.

Der von der Stahldüse 14 abgegeben Strahl wird auf die Oberfläche eines zu reinigenden Werkstücks 30 gerichtet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Werkstück 30 um einen Motorblock eines gebrauchten Motors, dessen Oberfläche festsitzende und zum Teil eingebrannte Verunreinigungen aufweist, die durch die mit Überschallgeschwindigkeit auftreffenden Partikel des Strahlmitttels und die Wassertröpfchen abgelöst und entfernt werden. Die Partikel des Strahlmittels werden beim Aufprall auf die Oberfläche des Werkstücks 30 zu einem feinen Staub zerschlagen, der zumindest zum Teil in dem gleichzeitig im Strahl mitgeführten Wasser in Lösung geht. So wird ein Anhaften des Stahlmittels an der Oberfläche des Werkstücks verhindert, und das Strahlmittel sowie die abgelösten Verunreinigungen werden mit dem Wasser fortgespült. Insbesondere läßt sich so auch verhindern, daß sich das Strahl mittel in Innenecken 32 des Werkstücks festsetzt und dort eine schützende Kruste bildet.The one from the steel nozzle 14 emitted beam is applied to the surface of a workpiece to be cleaned 30 directed. In the example shown, it is the workpiece 30 around an engine block of a used engine, the surface of which has stuck and partially burned contaminants which are removed and removed by the supersonic velocity particles of the abrasive and the water droplets. The particles of the abrasive are impacted on the surface of the workpiece 30 smashed into a fine dust that goes into solution at least partially in the water simultaneously carried in the beam. Thus, adhesion of the steel agent to the surface of the workpiece is prevented, and the blasting agent and the detached impurities are flushed away with the water. In particular, it can also prevent so that the beam medium in internal corners 32 sets the workpiece and forms a protective crust there.

Im gezeigten Beispiel weist das Werkstück 30 eine Dichtungsfläche 34 auf, die eine schonendere Behandlung erfordert, damit sie nicht durch das Stahlmittel aufgerauht wird. Deshalb ist es erforderlich, die Intensität und insbesondere die Geschwindigkeit des von der Strahldüse 14 abgegebenen Strahls zu variieren. Zu diesem Zweck ist in der Leitung 26 ein Ventil 36 angeordnet, mit dem sich die zugeführte Wassermenge regulieren läßt. Bei einer Erhöhung der Wassermenge ändert sich die effektive Dichte des durch das Strahlrohr 12 und die Strahldüse 14 strömenden Mediums, so daß sich der Arbeitspunkt der Laval-Düse verschiebt. Außerdem üben die Wassertröpfchen, die durch das Trägergas beschleunigt werden müssen, eine bremsende Wirkung auf das Trägergas aus, so daß das Trägergas in der Strahldüse weniger stark beschleunigt wird. Auf diese Weise läßt sich mit Hilfe des Ventils 36 die Strahlintensität dem jeweiligen Bedarf anpassen.In the example shown, the workpiece 30 a sealing surface 34 which requires a gentler treatment so that it is not roughened by the steel agent. Therefore it is necessary to know the intensity and in particular the speed of the jet nozzle 14 emitted beam to vary. For this purpose is in the line 26 a valve 36 arranged, with which the supplied amount of water can be regulated. As the amount of water increases, the effective density of the jet varies 12 and the jet nozzle 14 flowing medium, so that the operating point of the Laval nozzle shifts. In addition, the water droplets that must be accelerated by the carrier gas exert a braking effect on the carrier gas, so that the carrier gas is accelerated less in the jet nozzle. In this way can be with the help of the valve 36 adjust the beam intensity to the respective requirements.

In einem praktischen Beispiel beträgt der Durchsatz des Trägergases zwischen 0,5 und 9 m3/min, und die Wassermenge sollte kleiner als etwa 1 Liter pro Kubikmeter Luft, vorzugsweise kleiner als 0,6 l/m3, besonders bevorzugt kleiner als 0,4 l/m3 sein, um eine optimale Reinigungswirkung zu erreichen. Der Druck, mit dem das Wasser von der Druckpumpe 28 zugeführt wird, sollte mehr als 40%, vorzugsweise mehr als 60% des Druckes betragen, mit dem das Trägergas von der Druckquelle 22 abgegeben wird. Dieser Druck beträgt beispielsweise zwischen 0,3 und 1,6 MPa.In a practical example, the throughput of the carrier gas is between 0.5 and 9 m 3 / min, and the amount of water should be less than about 1 liter per cubic meter of air, preferably less than 0.6 l / m 3 , more preferably less than 0, 4 l / m 3 in order to achieve an optimal cleaning effect chen. The pressure with which the water from the pressure pump 28 should be more than 40%, preferably more than 60% of the pressure at which the carrier gas from the pressure source 22 is delivered. This pressure is for example between 0.3 and 1.6 MPa.

2 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Strahldüse 10, bei der die zur Zufuhr des Wassers dienende Leitung 26 in den Abzweig 24 und das Strahlrohr 12 hinein verlängert ist und in geringem Abstand vor der Strahldüse 14 eine koaxial im Strahlrohr 12 angeordnete Düse 38 bildet, durch die das Wasser symmetrisch in die Trägergasströmung abgeben wird. Da das Strahlmittel im Strahlrohr 12 noch eine relativ geringe Geschwindigkeit hat, unterliegt das in das Strahlrohr ragende Ende der Leitung 26 nur einen geringen Verschleiß. 2 shows a modified example of the jet nozzle 10 in which the pipe serving to supply the water 26 in the branch 24 and the jet pipe 12 is extended into it and a short distance in front of the jet nozzle 14 a coaxial in the jet pipe 12 arranged nozzle 38 forms, through which the water will give off symmetrically in the carrier gas flow. As the blasting agent in the jet pipe 12 still has a relatively low speed, subject to the projecting into the jet pipe end of the line 26 only a little wear.

3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Leitung 26 als Kapillare ausgebildet ist, die seitlich in die Engstelle 18 der Strahldüse eintritt. Wahlweise kann die Kapillare auch in den Abschnitt 16 oder 20 eintreten. 3 shows an example in which the line 26 is designed as a capillary, which laterally into the bottleneck 18 the jet nozzle enters. Optionally, the capillary can also be used in the section 16 or 20 enter.

Claims (5)

Strahlverfahren zum Abstrahlen von Oberflächen mit einem wasserlöslichen Strahlmittel, bei dem das wasserlösliche Strahlmittel mit einem Trägergas einer Strahldüse (14) zugeführt wird, die einen zu einer Engstelle (18) konvergierenden Abschnitt (16) und einen sich daran anschließenden divergierenden Abschnitt (20) aufweist, und das Wasser in die Trägergasströmung eindosiert wird.Blasting method for blasting surfaces with a water-soluble blasting abrasive, wherein the water-soluble blasting abrasive is mixed with a carrier gas of a blasting nozzle ( 14 ), which leads to a bottleneck ( 18 ) converging section ( 16 ) and a subsequent diverging section ( 20 ), and the water is metered into the carrier gas flow. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einem Druck zugeführt wird, der mindestens 40% des Druckes des Trägergases beträgt.Method according to claim 1, characterized in that that this Water is supplied at a pressure which is at least 40% of the pressure of the carrier gas. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Wassermenge kleiner ist als 1 liter pro m3 Trägergas.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of water supplied is less than 1 liter per m 3 of carrier gas. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Trägergas, Strahlmitttel und Wasser in der Strahldüse (14) zumindest auf annähernd Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixture of carrier gas, abrasive and water in the jet nozzle ( 14 ) is accelerated at least to approximately the speed of sound, preferably to supersonic speed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlintensität variiert wird, indem der Wasserdurchsatz reguliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that beam intensity is varied by regulating the water flow rate.
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