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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von
Hohlräumen
in einem Werkstück,
z.B. Zylinderkopf oder Motorblock einer Brennkraftmaschine, mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 196 06 156
A1 ist eine derartige Reinigungsvorrichtung bekannt, die
zumindest einen Auslass zum Einleiten eines Reinigungsfluids in
einen zu reinigenden Hohlraum eines Werkstücks sowie eine Reinigungsfluidversorgungseinrichtung
zur Versorgung des wenigstens einen Auslasses mit unter Druck stehendem
Reinigungsfluid aufweist. Bei der bekannten Reinigungsvorrichtung
wird als Reinigungsfluid Druckluft verwendet, um Verunreinigungen
aus dem jeweiligen Hohlraum auszublasen.
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Im
Rahmen der Herstellung von Werkstücken, insbesondere bei Gussbauteilen,
können
Verunreinigungen, wie z.B. Formsand und Bearbeitungsspäne in Hohlräume des
Werkstücks
gelangen. Bei diesen Hohlräumen
handelt es sich beispielsweise um einzelne Kanäle oder ein Kanalsystem, beispielsweise
zur Kühlung
und/oder zur Schmierung des jeweiligen Werkstücks im Betrieb. Bei Motorblöcken, insbesondere
bei Zylinderköpfen,
existieren relativ komplexe Kanalsysteme, z.B. für Kühlflüssigkeit. Bei bestimmten Bauteilen,
wie z.B. beim Zylinderkopf ist es von entscheidender Bedeutung,
dass die Hohlräume
von Rückständen gesäubert sind,
so dass im Betrieb des jeweiligen Bauteils keine Verunreinigungen
vorhanden sind, die beispielsweise in einen Kühlkreis oder in einen Schmierkreis
gelangen könnten
und dort zu einem Ausfall führen
könnten.
Es besteht daher ein Bedürfnis
nach einer Möglichkeit
zur effizienten Reinigung von Hohlräumen in Werkstücken. Gleichzeitig
ist für
die Belange einer Serienfertigung erforderlich, dass der jeweilige
Reinigungsprozess relativ schnell durchführbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe Reinigungswirkung
und kurze Taktzeiten für
den Reinigungsprozess auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet als Reinigungsfluid eine Reinigungsflüssigkeit, die unter hohem Druck
impulsartig als Strahl in den jeweiligen Hohlraum eingebracht wird.
Hierzu ist der jeweilige Auslass als Düse ausgestaltet, mit deren Hilfe
aus der Reinigungsflüssigkeit
ein Strahl erzeugbar ist. Ferner ist für jede Düse ein Beschleunigungsrohr
vorgesehen, das einlassseitig an die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung
angeschlossen ist und an dem auslassseitig die jeweilige Düse angeordnet
ist. Ferner ist die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung so ausgestaltet,
dass sie das jeweilige Beschleunigungsrohr impulsartig mit der Reinigungsflüssigkeit
versorgen kann. Zur Erzeugung eines Hochdruckreinigungsimpulsstrahls
leitet die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung die Reinigungsflüssigkeit
für einen
vor bestimmten Impuls mit einem Arbeitsdruck in das jeweilige Beschleunigungsrohr
ein. Die Düse
dieses Beschleunigungsrohrs bildet eine Engstelle am Auslass des
Beschleunigungsrohrs, wodurch sich dort ein Staudruck aufbauen kann,
der um ein Vielfaches höher
ist als der zuvor genannte Arbeitsdruck. Der so im Beschleunigungsrohr
an der Düse
gebildete Hochdruck erzeugt den gewünschten Hochdruckstrahlimpuls
zur Beaufschlagung des jeweiligen Hohlraums. Die Reinigungswirkung
eines derartigen impulsartigen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls ist vergleichsweise
gut, so dass sich eine effektive Reinigung erreichen lässt. Gleichzeitig
sind diese Reinigungsimpulse von vergleichsweise kurzer Zeitdauer,
wodurch der gesamte Reinigungsprozess relativ schnell durchgeführt werden
kann.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
kann die Vorrichtung außerdem
eine Spülfluidversorgungseinrichtung
zur Versorgung des wenigstens einen Beschleunigungsrohrs mit einem Spülfluid ausgestattet
sein. Mit dem Spülfluid,
das vorzugsweise ein Spülgas
ist, kann die Spülfluidversorgungseinrichtung
das jeweilige Beschleunigungsrohr einschließlich der zugehörigen Düse nach
jedem Reinigungsfluidimpuls mit dem Spülfluid spülen und somit das Reinigungsfluid
austragen. Durch Verwendung eines gasförmigen Spülfluids, insbesondere Druckluft,
ist das Beschleunigungsrohr für
den nächsten
Reinigungsfluid-Druckimpuls bereit.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombi nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte,
schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Reinigungsvorrichtung.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Reinigungsvorrichtung 1 zumindest eine Düse 2,
die über ein
zugeordnetes Beschleunigungsrohr 3 an eine Reinigungsfluidversorgungseinrichtung 4 angeschlossen
ist. Die Reinigungsvorrichtung 1 dient zum Reinigen von
Hohlräumen 5,
die sich in einem Werkstück 6 befinden.
Beim Werkstück 6 kann
es sich beispielsweise um einen Motorblock oder um einen Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine handeln. Bei den Hohlräumen 5 kann es sich
um Kanäle
bzw. um ein Kanalsystem handeln, das beispielsweise einen Bestandteil
eines Kühlsystems
oder eines Schmiersystems für
das jeweilige Werkstück 6 bilden
kann. Das Werkstück 6 ist
zum Reinigen seiner Hohlräume 5 in
einem Reinigungsraum 7 angeordnet, der in einem Reinigungsbehälter 8 der
Reinigungsvorrichtung 1 ausgebildet ist. Die jeweilige
Düse 2 ragt
in den Reinigungsraum 7 hinein und endet unmittelbar vor
einer nicht näher
bezeichneten Öffnung,
die zumindest mit einem der Hohlräume 5 kommuniziert. Hierzu
durchdringt das jeweilige Beschleunigungsrohr 3 eine entsprechende
Wandung des Reinigungsbehälters 8.
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Die
Reinigungsvorrichtung 1 kann mehrere Düsen 2 aufweisen, die
jeweils am Auslassende eines zugeordneten Beschleunigungsrohrs 3 angeordnet
sind. Die gezeigte Ausführungsform
weist exemplarisch fünf
Düsen 2 mit
fünf Beschleunigungsroh ren 3 auf;
ebenso können
mehr oder weniger Düsen 2 und
Beschleunigungsrohre 3 vorgesehen sein.
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Jedes
Beschleunigungsrohr 3 ist einlassseitig an die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung 4 angeschlossen.
Hierzu weist die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung 4 einen
gemeinsamen Reinigungsfluidverteiler 9 auf, an den alle
Beschleunigungsrohre 3 angeschlossen sind. Die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung 4 weist
außerdem
einen Vorratsbehälter 10 auf,
in dem die Reinigungsflüssigkeit
bevorratet ist. Eine Zuführleitung 11 verbindet den
Vorratsbehälter 10 mit
dem Reinigungsfluidverteiler 9. In der Zuführleitung 11 ist
eine Reinigungsfluidpumpe 12 angeordnet. Diese Reinigungsfluidpumpe 12 ist
zweckmäßig so ausgelegt,
dass damit im Reinigungsfluidverteiler 9 ein vorbestimmter
Arbeitsdruck erzeugt werden kann. Beispielsweise handelt es sich
bei der Reinigungsfluidpumpe 12 um eine mehrstufige Kreiselpumpe.
Der Arbeitsdruck kann beispielsweise 15 bar betragen. Über eine
Rückführungsleitung 13 ist
der Vorratsbehälter 10 außerdem an
den Reinigungsbehälter 8 angeschlossen.
Hierdurch gelangt Reinigungsflüssigkeit,
die im Rahmen eines Reinigungsvorgangs aus dem Werkstück 6 austritt,
vom Reinigungsbehälter 8 in
den Vorratsbehälter 10 zurück. Als
Reinigungsflüssigkeit
eignet sich beispielsweise Öl
oder Wasser.
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Des
Weiteren kann die Reinigungsfluidversorgungseinrichtung 4 mit
einem Druckspeicher 14 ausgestattet sein, der vorzugsweise
an den Reinigungsfluidverteiler angeschlossen ist. Über den Druckspeicher 14 erhält der Reinigungsfluidverteiler 9 ein
zusätzliches
Volumen. Hierdurch wird erreicht, dass bei der Versorgung wenigstens
einer Düse 2 mit Reinigungsflüssigkeit
der Druck im Reinigungsfluidverteiler 9 langsamer abfällt.
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Die
Einleitung von unter Arbeitsdruck stehendem Reinigungsfluid in die
einzelnen Beschleunigungsrohre 3 ist mit Hilfe von Reinigungsfluidventilen 15 steuerbar.
Dabei ist jeweils ein Reinigungsfluidventil 15 einlassseitig
am oder im jeweiligen Beschleunigungsrohr 3 angeordnet.
Die einzelnen Reinigungsfluidventile 15 sind zu ihrer Betätigung an eine
Steuerung 16 angeschlossen, entweder über einzelne Steuerleitungen
oder wie hier über
einen gemeinsamen Steuerbus 17. Die Reinigungsfluidventile 15 sind
so ausgestaltet, dass sie in kurzen Zeiten geöffnet und geschlossen werden
können,
um so eine impulsartige Einleitung von Reinigungsflüssigkeit
in das jeweilige Beschleunigungsrohr 3 zu ermöglichen.
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Die
hier gezeigte Reinigungsvorrichtung 1 ist außerdem mit
einer Spülfluidversorgungseinrichtung 18 ausgestattet,
mit deren Hilfe jedes Beschleunigungsrohr 3 mit einem Spülfluid beaufschlagbar
ist. Als Spülfluid
wird dabei ein Spülgas
bevorzugt, insbesondere Luft. Die Spülfluidversorgungseinrichtung 18 weist
beispielsweise einen Spülfluidverteiler 19 auf,
von dem mehrere Spülfluidleitungen 20 abgehen,
die jeweils an eines der Beschleunigungsrohre 3 angeschlossen
sind, und zwar in dessen Einlassbereich. Die jeweilige Anschlussstelle
ist bevorzugt in unmittelbarer Nähe
des jeweiligen Reinigungsfluidventils 15 positioniert,
um eine möglichst
große
Strecke des jeweiligen Beschleunigungsrohrs 3 mit dem Spülgas beaufschlagen
zu können.
Die einzelnen Spülfluidleitungen 20 sind
mit Spülfluidventilen 21 steuerbar,
die an oder in der jeweiligen Spülfluidleitung 20 angeordnet
sind. Zur Betätigung
der einzelnen Spülfluidventile 21 sind
diese ebenfalls mit der Steuerung 16 verbunden, vorzugsweise über den Steuerbus 17 oder über separate
Steuerleitungen. Auch die Spülfluidventile 21 sind
zweckmäßig so ausgelegt,
dass damit kurze Zeiten zum Öffnen
und Sperren der jeweiligen Spülfluidleitung 20 erzielbar sind.
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Ferner
umfasst die Spülfluidversorgungseinrichtung 18 eine
Versorgungsleitung 22, die an den Spülfluidverteiler 19 angeschlossen
ist und in der eine Spülfluidpumpe 23 angeordnet
ist. Mit Hilfe der Spülfluidpumpe 23 kann
im Spülfluidverteiler 19 bzw. im
Spülgas
ein vorbestimmter Spüldruck
aufgebaut werden, der beispielsweise etwa 6 bar betragen kann.
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Die
erfindungsgemäße Spülvorrichtung 1 arbeitet
wie folgt:
Das Werkstück 6,
dessen Hohlräume 5 von
Verunreinigungen befreit werden sollen, wird im Reinigungsbehälter 8 angeordnet,
der im Betrieb der Reinigungsvorrichtung 1 nach außen flüssigkeitsdicht
ausgestaltet ist. Bei ordnungsgemäßer Positionierung des Werkstücks 6 befinden
sich die einzelnen Düsen 2 in
oder nahe an unterschiedlichen Öffnungen,
die mit den zu reinigenden Hohlräumen 5 kommunizieren.
Sobald die Reinigungsfluidpumpe 12 im Reinigungsfluidverteiler 9 den
gewünschten
Arbeitsdruck 9 aufgebaut hat, kann die Steuerung 16 eines
der Spülfluidventile 15 zum Öffnen des
zugehörigen
Beschleunigungsrohrs 3 ansteuern. In der Folge tritt die Reinigungsflüssigkeit
mit dem Arbeitsdruck in das Beschleunigungsrohr 3 ein.
Im Beschleunigungsrohr 3 bildet sich eine entsprechend
schnell strömende Reinigungsflüssigkeitsströmung aus,
die in Richtung der zugehörigen
Düse 2 strömt. Die
Einleitung der Reinigungsflüssigkeit
in das jeweilige Beschleunigungsrohr 3 erfolgt impulsartig,
also nur für
eine relativ kurze Zeit. Dieser Einströmimpuls wird von der Steuerung 16 durch
das Schließen
des jeweiligen Reinigungsfluidventils 15 beendet. Durch
den relativ hohen Arbeitsdruck erreicht die Reinigungsflüssigkeit im
jeweiligen Beschleunigungsrohr 3 eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit.
Der Querschnitt des Beschleunigungsrohr 3 ist hierzu entsprechend gewählt. Das
Beschleunigungsrohr 3 ist vergleichsweise lang, wodurch
sich darin eine relativ große Flüssigkeitsmenge
bewegen kann. Die einzelnen Beschleunigungsrohre 3 sind
vergleichsweise lang, beispielsweise etwa 3 m. Die Düse 2 am
Austrittsende des jeweiligen Beschleunigungsrohrs 3 bildet
eine Querschnittsverengung für
das Beschleunigungsrohr 3 und zeichnet sich durch einen
erhöhten
Durchströmungswiderstand
aus. Hierdurch kommt es an der Düse 2 im
Beschleunigungsrohr 3 zu einem Stau. Die sich im Beschleunigungsrohr 3 schnell
bewegende Flüssigkeitssäule wird
dadurch abrupt abgebremst, wodurch in der Reinigungsflüssigkeit
zumindest in unmittelbarer Nähe
der Düse 2 der
Druck für
kurze Zeit stark ansteigt. Beispielsweise steigt der Druck auf etwa
300 bar an. In der Folge kann aus der Düse 2 ein impulsförmiger Flüssigkeitsstrahl
unter diesem sehr hohen Druck austreten, der dann in den jeweiligen
Hohlraum 5 gelangt und dort Verunreinigungen löst und ausspült.
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Nach
einem derartigen Reinigungsimpuls betätigt die Steuerung 16 das
Spülfluidventil 21 des diesem
Beschleunigungsrohr 3 zugeordneten Spülfluidrohrs 20. In
der Folge wird besagtes Beschleunigungsrohr 3 mit dem Spülgas gespült und von
ggf. darin verbleibender Reinigungsflüssigkeit befreit. Anschließend ist
das jeweilige Beschleunigungsrohr 3 für den nächsten Reinigungsimpuls bereit.
Auch die Beaufschlagung des jeweiligen Beschleunigungsrohrs 3 mit
Spülgas
erfolgt vorzugsweise impulsartig. Die einzelnen Impulse, also die
Reinigungsimpulse und/oder die Spülimpulse, können im Bereich einer Sekunde
oder kleiner liegen.
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Nach
dem Reinigungsimpuls der einen Düse 2,
insbesondere nach dem zugehörigen
Spülimpuls, kann
durch eine andere Düse 2 ein
weiterer Reinigungsimpuls in die Hohlräume 5 eingestrahlt
werden. Die Impulsfolge erfolgt vorzugsweise ohne gegenseitige Überlagerung,
um Kreuzströmungen
im Werkstück 6 zu
vermeiden. Die genaue Impulsfolge und Impulsdauer für die Reini gungsimpulse
sowie für
die Spülimpulse
ist für
jede Düse 2 bzw.
für jedes
Beschleunigungsrohr 3 frei variierbar. Je nach Werkstück 6 kann
eine optimale Impulsabfolge gefunden werden. Beispielsweise können zunächst individuelle Einzelimpulse
in die Hohlräume 5 eingestrahlt
werden, beispielsweise um fest sitzende Verunreinigungen zu lockern.
Abschließend
kann durch mehrere oder durch sämtliche
Düsen 2 gleichzeitig
jeweils ein Reinigungsimpuls in die Hohlräume 5 eingestrahlt werden,
um die gelockerten Verunreinigungen auszuspülen. Gleichzeitig können dadurch
auch Totzonen, wie Sacklöcher
und Nebenkanäle,
erfasst und gereinigt werden.
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Es
ist möglich,
die Reinigungsvorrichtung 1 für verschiedene Werkstücke 6 zu
optimieren. Beispielsweise kann diese Optimierung mit Hilfe eines Computers
durchgeführt
werden, der die Koordinaten der Hohlräume 5 im Werkstück 6 analysiert.
Im Rahmen einer derartigen Optimierung können die Öffnungen ausgewählt werden,
die mit Hilfe der Düsen 2 mit
den Impulsstrahlen beaufschlagt werden sollen. Anschließend können die
Impulsabfolge und die jeweiligen Impulsdauern für die einzelnen Düsen 2 genau
festgelegt werden. Hierbei sind insbesondere Totzonen innerhalb
der Hohlräume 5 zu
berücksichtigen.
Des Weiteren ist es auch grundsätzlich möglich, einzelne Öffnungen
des Werkstücks 6 zu verschließen, um
so gezielte Strömungsführungen innerhalb
des Werkstücks 6 herbeizuführen oder
um Kurzschlussströmungen
zu vermeiden. Beispielsweise kann das Verschließen von einzelnen Öffnungen, z.B.
durch Absenken einer pneumatisch gesteuerten Hubplatte auf das Werkstück erfolgen.
Ferner kann sogar ein periodisches Öffnen und Schließen einzelner Öffnungen
realisiert werden, um dadurch zusätzliche Druckstöße zu erzeugen
bzw. um dadurch die Strömung
während
des Reinigungsvorgangs im Werkstück 6 gezielt
variieren und führen
zu können.