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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Werkstückes in der Behandlungskammer einer industriellen Reinigungsanlage durch direkte Bestrahlung mit einem konzentrierten Strahl eines Reinigungsmediums.
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Bekannt ist die Österreichische Patentanmeldung
AT 500 610 A4 2006-02-15, die ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beschreibt. Es sind in der Reinigungskammer Gitterstrukturen vorgesehen, um Sprühnebel und Flüssigkeitsteilchen aufzufangen und abzuleiten.
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Es handelt sich dabei um eine Reinigungsanlage mit einer oder mehreren Behandlungskammern, in denen Werkstücke oder andere Teile von Waschgut mit einer Flüssigkeit behandelt, d.h. gewaschen oder gespült werden. Alternativ können die Werkstücke auch in dampfförmiger Phase der Flüssigkeit behandelt werden. Derartige Reinigungsanlagen werden in der Industrie zum Reinigen von Werkstücken in der Produktion, beispielsweise zur Zwischenreinigung oder zur Endreinigung eingesetzt, um Bearbeitungsrückstände, wie Späne, auch Feinstspäne, Flitter, Grat, Öl oder Fett zu entfernen. In der Regel erfolgt die Behandlung mit Hilfe von Strahl-, Spritz- oder Sprühdüsen, mit denen das Werkstück mit dem Behandlungsmedium bestrahlt oder besprüht wird.
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Werkstücke mit geringer Restpartikelbelastung werden vorher einer Hochdruckreinigung unterzogen, um hohe Qualitätsanforderungen des Endproduktes einzuhalten. Die Reinigung entspricht vorgegebenen Standards, die Restschmutzbestimmungen für Festpartikel festlegen. Besonders in der Motorenfertigung müssen auch Bearbeitungsrückstände in Form von Feinstspänen beseitigt werden, damit die Funktion des Motors im Betrieb von Anfang an ohne großen Wartungsaufwand gesichert ist. Insbesondere Getriebegehäuse, Kurbelgehäuse und Zylinderköpfe besitzen stark zerklüftete Oberflächen mit teils tiefen Bohrungen, auch Sacklochbohrungen, die schwierig mit dem Reinigungsmedium zu erreichen sind und in denen sich Bearbeitungsrückstände, auch Feinstspäne, festsetzen. Deshalb ist es erforderlich, an diesen kritischen Stellen gezielt Behandlungsmedium, beispielsweise Reinigungsflüssigkeit einspritzen zu können.
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Speziell zur Entfernung von Bearbeitungsrückständen an der Oberfläche dieser Werkstücke werden Hochdruckreinigungseinrichtungen eingesetzt, die mit einem Strahlrohr ein Behandlungsmedium, z. B Reinigungsflüssigkeit oder reines Wasser in Form eines konzentrierten Strahls erzeugen, mit dem die Oberfläche des Werkstückes bestrahlt wird. Damit werden etwa lose anhaftende schuppenähnliche Oberflächenrückstände, die nach einer spanabhebenden Bearbeitung entstehen, entfernt. Es handelt es sich dabei insbesondere um Flittergrat und Schuppen mit einer Größe bis 1 µm. Mit dem Hochdruckstrahl werden auch Bohrungen ausgespritzt, so dass darin befindliche Späne herausgespült werden.
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Ein Problem bei dieser Behandlung ist, dass die mit hohem Druck entfernten Teilchen eine große kinetische Energie aufgenommen haben und mit hoher Geschwindigkeit in der Behandlungskammer herumgewirbelt werden. Diese Teilchen schweben oder fliegen in der Behandlungskammer herum und prallen von der Wand der Behandlungskammer oder dem Werkstück ab und werden im Innenraum der Behandlungskammer in chaotischer Weise verteilt. Ein Teil dieser vagabundierenden Restpartikeln kann sich wieder auf das Werkstück an einer gerade behandelten Stelle, in Vertiefungen oder Bohrungen ablagern. Dies führt in der nachfolgenden Restpartikeluntersuchung durch definierte Spülung des Werkstückes und anschließender Filterung der Spülung und Wägung der Restpartikel dazu, dass im Filter Restpartikel im Milligrammbereich nachzuweisen sind, die den zulässigen Wert aus den Restschmutzbestimmungen übersteigen können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Ergebnis der Bestrahlung zu verbessern, indem die Wiederablagerung von bereits abgestrahlten Teilchen bzw. Partikeln am Werkstück während der Behandlung verhindert wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen sind in Anspruch 2 bis 5 beschrieben. Eine Einrichtung zur Durchführung der Maßnahmen ist in den Ansprüchen 6 bis 9 beschrieben. Die Erfindung sieht vor, dass zwecks Verhinderung der Wiederaufnahme von bereits abgestrahlten Teilchen die Einleitung eines fein verteilten Stromes von Flüssigkeitströpfchen in die Behandlungskammer vorgesehen ist, der um das Werkstück herum eine mit Flüssigkeitströpfchen angereicherte gasförmige Hülle erzeugt, in die Teilchen aufgenommen und durch die Tröpfchen abgebremst oder gebunden werden, und durch Ableitung des belasteten Tröpfchenstromes aus der Behandlungskammer eine Ausscheidung von Teilchen während der Behandlung erfolgt. Es kann sich dabei um einen Tröpfchenstrom aus feinstem Wassertröpfchen, Nebel oder Dampf handeln, wobei die Hülle aus einem Aerosol mit flüssigen Schwebeteilchen, wie Luft-Flüssigkeitströpfchen-Gemisch besteht, mit dem die Behandlungskammer gefüllt ist.
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Durch diese Maßnahme erfolgt zunächst eine Übertragung von Bewegungsenergie der Teilchen bzw. Partikel, wenn sie mit den Tröpfchen zusammenstoßen, wodurch eine Abnahme der Geschwindigkeit erfolgt, mit der die Teilchen in der Hülle herumschwirren. Wesentlich ist, dass die Teilchen durch die Tröpfchen gebunden werden. Durch diese Bindung oder Dämpfung wird die Reflexion an der Wand der Behandlungskammer oder des Werkstückes wesentlich verringert, so dass weniger Teilchen sich an bereits behandelten Stellen der Oberfläche des Werkstückes ablagern können.
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Die Teilchen bzw. Partikel werden auf Grund ihres Gewichtes mit dem Tröpfchenstrom direkt in den Ablauf der Behandlungskammer gezogen. Ferner erfolgt mit den Flüssigkeitströpfchen die Aufnahme der Verunreinigungen aus der, in der Behandlungskammer befindlichen Luft oder mit Wasserdampf gesättigter Luft. Dabei kann in der Behandlungskammer Unterdruck, Normaldruck oder Überdruck herrschen. Es erfolgt dementsprechend eine dem Stripvorgang ähnliche Reaktion, indem die, in dem spezifisch leichteren Medium Luft enthaltenen Restpartikel aufgenommen werden durch die spezifisch schwereren Flüssigkeitströpfchen des Tröpfchenstromes in der Behandlungskammer. Durch diese Methode kann die Rastpartikelbelastung an einem behandelten Werkstück um das 10- fache gegenüber der bisher üblichen Behandlung eines Werkstückes gesenkt werden. Die Methode ist einfach anwendbar und erfordert keinen komplizierten und aufwendigen zusätzlichen apparativen Aufwand.
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Der Tröpfchenstrom wird als Sprühnebel in die Behandlungskammer eingebracht und ist derart gerichtet, dass eine Strömung in der Behandlungskammer erzeugt wird, die in Bezug auf ein in der Behandlungskammer befindliches Werkstück von oben nach unten gerichtet ist.
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Hierfür sind Sprüh- oder Nebeldüsen vorgesehen, die in dem oberen Bereich der Behandlungskammer angebracht sind, der oberhalb eines in der Behandlungskammer befindlichen Werkstückes liegt. Der Tröpfchenstrom durchströmt somit die gesamte Behandlungskammer, umhüllt das Werkstück und fließt durch den Ablauf im unteren Bereich der Behandlungskammer ab und wird abgeschieden und aufgefangen. Hierfür ist ein Vorratsbehälter vorgesehen. Das abfließende mit Restpartikeln verunreinigte Sprühmedium wird einer Aufbereitung zugeführt, beispielsweise durch Feinfilterung mit einem Bandfilter gereinigt. Das ist insofern wichtig, weil das über die Druckleitung der Förderpumpe eingespritzte Medium frei von Restpartikeln sein muss, damit unbelastetes Medium in die Behandlungskammer gesprüht werden kann. Deshalb ist es vorteilhaft, in der Druckleitung der Pumpe eine genau definierte Ultra-Filtration vorzunehmen. Es ist damit gewährleistet, dass das gereinigte Sprühmedium, bei dem es sich um reines Wasser handeln kann, nach Größe und Menge die vorgegebenen Restschmutzvorgaben erfüllt, besser noch unterschreitet.
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Nachfolgend ist an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 die schematisch Darstellung einer Reinigungsanlage mit einer Reinigungskammer,
- 2 einen Querschnitt durch die Reinigungskammer entlang der Linie A-B in
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Die Reinigungsanlage weist eine Behandlungskammer 1 auf, in der Werkstücke 2 mit einer Reinigungsflüssigkeit behandelt werden. Im Ausführungsbeispiel weist die Reinigungsanlage nur eine Behandlungskammer 1 auf. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung auch bei Anlagen mit mehreren Behandlungskammern anwendbar ist, so dass eine Behandlungskammer zum Waschen, eine andere zum Spülen und eine weitere zum Entgraten der Werkstücke, vorzugsweise zum Hochdruckentgraten verwendet werden kann. Im Zusammenhang mit der Erfindung spielt es keine Rolle, mit wie vielen Behandlungskammern die Anlage ausgerüstet ist. Wesentlich ist, dass eine Behandlungskammer 1 derart ausgestattet ist, dass in ihr ein Hochdruckentgratvorgang durchgeführt werden kann.
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Die Behandlungskammer 1 kann zylindrisch ausgeführt sein und besitzt eine, mit einem Dichtflansch 1a versehene Öffnung, die mit einem stationären Deckel 1b dicht verschließbar ist. Zum Öffnen der Behandlungskammer und zum Beschicken mit einem Werkstück 2 ist die Behandlungskammer 1 auf Führungen 11 verschiebbar in Pfeilrichtung gelagert und soweit vom Deckel 1b weg bewegbar, dass durch die Öffnung hindurch ein Werkstück 2 mit Hilfe der Aufnahme 4 eingesetzt werden kann. Zum Schließen wird die Behandlungskammer 1 wieder zur Anlage mit dem Deckel 1b gebracht.
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Die Ausrüstung der Behandlungskammer 1 zur Hochdruckbehandlung enthält ein Strahlrohr 3, das mit der Mündung in die Behandlungskammer 1 hineinragt. Das Werkstück 2 wird mit einem Flüssigkeitsstrahl, vorzugsweise Wasser mit einem Druck von 100 bar bis 2000 bar direkt bestrahlt. Das Werkstück 2 kann während der Bestrahlung fest mit der Aufnahme 4 gehalten sein. Die Aufnahme 4 ist drehbar um eine Achse 5 gelagert und mit Hilfe des Antriebes 6 betätigbar, so dass das Werkstück 2 vor dem Strahlrohr 3 bewegt werden kann, um möglichst alle Bereiche der Oberfläche zu erreichen. Das Strahlrohr 3 ist ebenfalls in einer Aufnahme 10 der Behandlungskammer 1 beweglich gelagert und mit Hilfe des Linearantriebes 7 horizontal verschiebbar, so dass Bohrungen 8 im Werkstück 2, auch Sacklochbohrungen oder andere Vertiefungen ausgespritzt werden können. Für diesen Zweck kann das Strahlrohr 3 in die Bohrung 8 „hineingefahren“ werden. Anhaftende Teilchen 9 an der Oberfläche des Werkstückes, insbesondere Späne werden dadurch entfernt und in die Behandlungskammer 1 abgestrahlt. Ferner kann mit dem Strahlrohr 3 eine Entgratung des Werkstückes 2 erfolgen, wobei auch etwa lose an der Oberfläche anhaftende schuppenartige Oberflächenrückstände, die bei einer spanabhebenden Bearbeitung entstehen, abgestrahlt werden. Der mit hoher Energie auf das Werkstück 2 auftreffende Flüssigkeitsstrahl, auch Dampf- oder Gasstrahl strahlt diese Rückstände ab und wirbelt sie in der Behandlungskammer 1 herum. Die vorher an der Oberfläche konzentrierten Teilchen 9 werden in die Behandlungskammer 1 abgegeben und konzentrieren sich dort allmählich während der Behandlung. Ein bestimmter, nicht zu vernachlässigender Anteil der Teilchen 9 setzt sich wieder auf das schon behandelte Werkstück 2 ab, wenn es nicht gelingt, die in der Behandlungskammer 1 konzentrierten und dort herumfliegenden oder schwebenden Teilchen 9 auszuscheiden.
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Zur Ausscheidung der Teilchen 9 wird im oberen Bereich die Behandlungskammer 1, der oberhalb der höchsten Erhebung des Werkstückes 2 liegt, ein fein verteilter Tröpfchenstrom 12 einer Flüssigkeit eingespeist. Hierfür ist an einem Ende der Behandlungskammer 1 wenigstens eine Düse 13 installiert, die sich im oberen Bereich befindet und zur Erzeugung des Tröpfchenstromes 12 dient. Dabei handelt es sich vorteilhaft um Flüssigkeitsnebel, wie einem Aerosol, das flüssige Schwebeteilchen enthält. Der Tröpfchenstrom 12 wird quer durch die Behandlungskammer 1 geführt und in den Abfluss 14 geleitet, der sich an dem der Düse 13 gegenüberliegenden Ende der Behandlungskammer 1 befindet und an einen Auffangbehälter . 15 angeschlossen ist. Der Tröpfchenstrom 12 bildet eine Hülle um das Werkstück2 und umströmt das Werkstück 2. Die in der Hüllen-Atmosphäre der Behandlungskammer 2 herumfliegenden 9 Teilchen prallen mit den Tröpfchen 12 zusammen, werden abgebremst oder gebunden und fallen in den unteren Bereich der Behandlungskammer 1 ab, wo sie durch den Abfluss 14 in den Auffangbehälter 15 abfließen, in dem die gebrauchte Reinigungsflüssigkeit gesammelt wird.. Die Flüssigkeit wird in einem Kreislauf geführt, so dass gebrauchte Flüssigkeit aufbereitet und wieder verwendet werden kann. Die Aufbereitung erfolgt durch Feinfilterung des aus der Behandlungskammer 1 abfließenden Tröpfchenstromes 12 mit Hilfe eines Filters 16, auch Bandfilters . Die gefilterte Flüssigkeit wird in einen Vorratsbehälter 17 gesammelt. Mit einer Förderpumpe 18 wird die gefilterte Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 17 über die Druckleitung 19 in der Düse 13 zerstäubt und in die Behandlungskammer 1 eingespeist. Der Sprühnebel sorgt dafür, dass die in der Atmosphäre der Behandlungskammer 1 konzentrierten Teilchen 9 mit dem Tröpfchenstrom 12 nach unten in den Abfluss 14 gezogen werden. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab während der Dauer der Behandlung des Werkstückes 2. In der Druckleitung 19 sind Mittel 20 zur Analyse oder Konditionierung der Flüssigkeit entsprechend vorgebbaren Mengen oder Größen zulässiger Restpartikel vorgesehen, so dass sicher gestellt ist, dass unbelastete Flüssigkeit in die Behandlungskammer 1 eingespeist wird..
