DE102008018933A1

DE102008018933A1 - Regelbare Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung von Oberflächen

Info

Publication number: DE102008018933A1
Application number: DE102008018933A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Büst
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-08
Also published as: EP2106882B1; DE102008018934A1; EP2106882A1; ATE486693T1; DE502008001706D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Oberflächen aufweisend eine erste Zuführung für flüssiges Kohlendioxid, die an eine Düse (2) anschließbar ist, eine zweite Zuführung für ein Trägergas (6), die in einen Düsenkörper (1) mündet, der die Düse (2) mit einem Strahlrohr (3) verbindet, das ebenfalls als Düse, insbesondere als eine sich zunächst in Strömungsrichtung im Durchmesser verengende und sich nach einer Strecke von konstantem Durchmesser aufweitende Düse, ausgestaltet ist, wobei ein Prallkörper (4) als Einbaute im Düsenkörper (1) stromabwärts der Eintrittsöffnung der Zuführung für Trägergas (6) in den bei Verwendung der Vorrichtung von Kohlendioxid und Trägergas durchströmten Bereich des Düsenkörpers (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (4) in Form einer abgeflachten Kugel ausgeführt ist, die drehbar gelagert ist, und eine Verstelleinrichtung (7) vorgesehen ist, die ein Drehen des Prallkörpers bewirkt. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Oberflächen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Oberflächen aufweisend eine erste Zuführung für flüssiges Kohlendioxid, die an eine Düse anschließbar ist, eine zweite Zuführung für ein Trägergas, die in einen Düsenkörper mündet, der die Düse mit einem Strahlrohr verbindet, das ebenfalls als Düse, insbesondere als eine sich zunächst in Strömungsrichtung im Durchmesser verengende und sich nach einer Strecke von konstantem Durchmesser aufweitende Düse, ausgestaltet ist, wobei ein Prallkörper als Einbaute im Düsenkörper stromabwärts der Eintrittsöffnung der Zuführung für Trägergas in den bei Verwendung der Vorrichtung von Kohlendioxid und Trägergas durchströmten Bereich des Düsenkörpers vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Oberflächen.
Zur Reinigung von Oberflächen ist es bekannt, Strahlvorrichtungen einzusetzen, die mit flüssigem Kohlendioxid und einem Trägergas gespeist werden und eine Expansionskammer aufweisen, mit deren Hilfe Trockenschnee- bzw. Trockeneispartikel erzeugt werden, die dann zusammen mit gasförmigem Kohlendioxid und Trägergas als Trockeneisstrahl die Strahlvorrichtung verlassen und auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 051 005 A1 ist eine Strahlvorrichtung mit speziellen Ausbildungen der Expansionskammer zur Erhöhung von Größe und Härte der erzeugten Trockeneispartikel bekannt. Dazu ist die Expansionskammer mit einer oder mehreren Querschnittsverengungen eines bestimmten Ausmaßes versehen, wobei die Verengungen z. B. in Form eines mit der Spitze oder Rundung stromaufwärts gegen den Kohlendioxidstrom gerichteten Kegels, einer Halbkugel, Kugel, Ei- oder Stabform ausgebildet ist. Derartige Einbauten können dabei auch in den Trägergasstrom oder eine Kammer des Trägergassstroms einragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Reinigung von Oberflächen zur Verfügung zu stellen.
Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig dadurch gelöst, dass der Prallkörper in Form einer abgeflachten Kugel ausgeführt ist, die drehbar gelagert ist, und eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, die ein Drehen des Prallkörpers bewirkt. Hierbei dient also der Prallkörper als Regelorgan. Beispielsweise ist der Prallkörper zweiseitig, gegenüberliegend abgeflacht ausgeführt. Mit Hilfe eines solchen verstellbaren Prallkörpers ist der Durchgangsquerschnitt an dieser Stelle einstellbar und somit der Durchfluss regelbar. Dadurch wird die Vermischung des zugeführten Trägergases mit dem flüssigen Kohlendioxid beeinflusst und beispielsweise ein mehr oder minder homogenisierter Bündelstrahl dem Strahlrohr zugeführt. Letztlich kann damit z. B. der Druckverlust in der Düse eingestellt werden.
Darüberhinaus ist z. B. die Größe der senkrecht zur Strömungsrichtung zur Verfügung stehenden Prallfläche veränderbar, wodurch letztlich auch die Bildung der CO₂-Schnee-Partikel (Trockeneispartikel) beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann auf die Härte und Größe der Trockeneispartikel Einfluss genommen werden.
Zum besseren Verständnis soll hier das allgemeine Prinzip einer CO₂-Partikel-Strahlvorrichtung, näher erläutert werden. In der Regel handelt es sich um eine CO₂-Partikel-Düse, die auch als Zweistoff-Düse bezeichnet wird, bei der über eine Zuführung für flüssiges Kohlendioxid oder für ein Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kohlendioxid dieses einer Expansionsdüse zugeführt werden kann. Das flüssige Kohlendioxid oder das Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kohlendioxid wird über die Expansionsdüse entspannt. Die dabei auftretende Druckminderung verursacht eine teilweise Umwandlung des flüssigen Kohlendioxids in CO₂-Schnee. Der CO₂-Schnee wird von dem über die Zuleitung zugeführten bzw. bei der Entspannung entstehenden gasförmigen Kohlendioxid und von einem zusätzlich zugespeisten Trägergas mitgerissen und stromabwärts mit geeigneten Mitteln verdichtet. Als geeignetes Mittel ist beispielsweise eine Prallfläche zu verstehen. Die verdichteten CO₂-Schnee-Partikel bilden zusammen mit gasförmigem CO₂ und/oder weiterem Trägergas den von einer solchen Strahlvorrichtung abgestrahlten Reinigungsstrahl, der auf eine zu reinigende Oberfläche gerichtet wird. Der CO₂-Partikelstrahl enthält somit Trockeneispartikel, CO₂-Kaltgas und Trägergas. Ein solcher Strahl kann mit besonderem Vorteil zur Reinigung von Oberflächen, insbesondere Oberflächen von Werkstücken, aber auch zur Kühlung von Oberflächen und/oder Werkstücken eingesetzt werden.
Als Trägergas, das auch als Komplementärgas bezeichnet werden kann, ist bevorzugt Luft, z. B. aus Kompressoranlagen, Stickstoff oder Kohlendioxid, beides z. B. aus Flaschen oder Bündel, insbesondere mit einstellbarem Hinterdruck, vorgesehen.
Bevorzugt weist die Vorrichtung einen modularen Aufbau auf, bei dem die Düse und/oder das Strahlrohr als auswechselbare Module ausgebildet sind. Ein modularer Aufbau ist besonders vorteilhaft, da ein Aufbau aus einzelnen Funktionsgruppen, die sich gegenseitig ergänzen, Variationsmöglichkeiten eröffnet, mit deren Hilfe quasi eine Regelung einzelner Elemente der Strahlcharakteristik des die Vorrichtung verlassenden Partikelstrahls ermöglicht.
Besonders bevorzugt ist die Düse lösbar befestigt und dadurch auswechselbar, wobei durch ein Auswechseln einer ersten Düse gegen eine zweite Düse mit einer von der ersten Düse abweichenden Geometrie, insbesondere mit abweichenden Querschnitten und/oder Längenverhältnissen, eine zweite von der ersten verschiedene Strömungscharakteristik für die Vorrichtung einstellbar ist. Dabei sind hier z. B. der Durchfluss pro Zeiteinheit, die Strömungsgeschwindigkeit sowie der Druckabfall bei Entspannung als Elemente der Strömungscharakteristik bzw. als Strömungscharakteristik zu betrachten. Insbesondere wird durch die Geometrie der Düse die zugeführte Menge an flüssigem Kohlendioxid vorgegeben.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Strahlrohr lösbar befestigt und dadurch auswechselbar, wobei durch ein Auswechseln eines ersten Strahlrohres gegen ein zweites Strahlrohr mit einer von dem ersten Strahlrohr abweichenden Geometrie, insbesondere mit abweichenden Querschnitten und/oder Längenverhältnissen und/oder Abfolge von Verengung und Aufweitung des Durchmessers, eine zweite von der ersten verschiedene Strömungscharakteristik für die Vorrichtung einstellbar ist. Hier sind ebenfalls z. B. der Durchfluss pro Zeiteinheit, die Strömungsgeschwindigkeit sowie der Druckabfall bei Entspannung als Elemente der Strömungscharakteristik bzw. als Strömungscharakteristik zu betrachten. Dabei wird hier besondere Aufmerksamkeit auf die Formung des Partikelstrahls gelegt, der z. B. als hart, weich, stärker oder weniger stark fokussiert sowie als flächig oder dreidimensional, insbesondere kreisförmig im Querschnitt, bezeichnet werden kann. Insbesondere bestimmt die Ausformung des Strahlrohrmundes das Strahlbild, wobei z. B. ein großflächiger, wenig fokussierter Strahl oder ein schlanker, stark fokussierter Strahl durch Variation der Geometrie des Strahlrohrmundes erzeugt werden kann. Dabei ist ein großflächiger Strahl, bevorzugt mit kurzem Abstand zum Strahlrohr, für großflächige, leicht abtragbare Verunreinigungen und eine schlanker Strahl bevorzugt zur punktuellen Abtragung hartnäckiger Verunreinigungen vorgesehen.
Zweckmäßigerweise sind bei dem modularen Aufbau der Vorrichtung Schnittstellen zum Auswechseln eines Moduls zwischen der Zuführung für flüssiges Kohlendioxid und dem Düsenkörper und/oder zwischen dem Düsenkörper und dem Strahlrohr vorgesehen. Derartige Schnittstellen verfügen bevorzugt über einfach zu bedienende Vorrichtungen zur Schnellverbindung der einzelnen Module.
Mit besonderem Vorteil ist für die Düse eine metallisch dichtende Anschlussmöglichkeit an den Düsenkörper vorgesehen. Bevorzugt ist eine solche Anschlussmöglichkeit als Anschlussverschraubung ausgebildet.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist ein Doppelnippel zum Anschluss der Zuführung für flüssiges Kohlendioxid an die Düse vorgesehen. Der Einsatz eines Doppelnippels ermöglicht ein einfaches An- und Abkoppeln verschiedener Anschlüsse.
Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass während des Reinigungsvorganges die Ausrichtung des Prallkörpers in der Strömung verändert wird, wodurch eine Einflussnahme auf die Eigenschaften eines die Vorrichtung zum Reinigen verlassenden und auf die zu reinigende Oberfläche gerichteten Strahls ermöglicht wird, die eine Anpassung der Eigenschaften des Strahls an die Reinigungsaufgabe ermöglicht. Dabei kann vorteilhaft der Zusammenhang von Verschmutzungsgrad und zur Reinigung erforderlicher Strahlintensität, -härte, -fokussierung (Grad der Fokussierung) sowie die bevorzugte Partikelgröße berücksichtigt werden und es können die genannten Eigenschaften auf die Reinigungsaufgabe optimal abgestimmt werden.
Bevorzugt werden vor dem eigentlichen Reinigungsvorgang vorbereitend mindestens zwei Versuche mit jeweils voneinander verschiedenen Einstellungen des Prallkörpers zur Ermittlung der für die bevorstehende Reinigungsaufgabe optimalen Einstellung des Prallkörpers durchgeführt. Dabei wird z. B. ein Probebereich mit einem Partikelstrahl als Testversuch beaufschlagt. Das erzielte Reinigungsergebnis wird beurteilt. Wenn das Reinigungsergebnis nicht zufriedenstellend ist, wird der Prallkörper verstellt und ein erneuter Testversuch durchgeführt. Die Einstellungen des Prallkörpers werden dokumentiert, um dann die Einstellung, die zum besten Reinigungsergebnis geführt hat, für die bevorstehende Reinigungsaufgabe zu übernehmen.
Desweiteren wird die gestellte Aufgabe verfahrensseitig dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingesetzt wird.
Die Erfindung bietet eine ganze Reihe von Vorteilen, von denen hier nochmal die Möglichkeit der Erweiterung des Einsatzspektrums und die Möglichkeit, den Einsatz für bestimmte Reinigungsaufgaben zu optimieren, genannt werden sollen.
Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Prallkörper in Stellung 1,
2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Darstellung der 1 (Ansicht A im Maßstab 2:1).
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Doppelnippel 5, an den links die Zuführung für flüssiges Kohlendioxid anschließbar ist, eine Düse 2 und einen Düsenkörper 1. Die Zuführung für ein Trägergas 6 mündet in den Düsenkörper 1, der die Düse 2 mit einem Strahlrohr 3 verbindet, das ebenfalls als Düse ausgebildet ist, wobei eine sich zunächst in Strömungsrichtung im Durchmesser verengendes und sich nach einer Strecke von konstantem Durchmesser aufweitendes Strahlrohr 3 in der 1 dargestellt ist. Ein Prallkörper 4 ist als Einbaute im Düsenkörper 1 stromabwärts der Eintrittsöffnung der Zuführung für Trägergas 6 in den bei Verwendung der Vorrichtung von CO₂ und Trägergas 6 durchströmten Bereich des Düsenkörpers 1, der auch als Mischkammer bezeichnet werden kann, vorgesehen. Durch die Ausformung des Prallkörpers 4 als abgeflachte Kugel, die drehbar gelagert ist, und eine Verstelleinrichtung 7 aufweist, die ein Drehen des Prallkörpers bewirkt, ist der Prallkörper 4 in der Lage als Regelorgan zu dienen. Der Prallkörper 4 ist hier zweiseitig, gegenüberliegend abgeflacht ausgebildet.
Die 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Darstellung der 1, in der die Verstelleinrichtung 7 zum Drehen des Prallkörpers 4 zu erkennen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004051005 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Reinigung von Oberflächen aufweisend eine erste Zuführung für flüssiges Kohlendioxid, die an eine Düse (2) anschließbar ist, eine zweite Zuführung für ein Trägergas (6), die in einen Düsenkörper (1) mündet, der die Düse (2) mit einem Strahlrohr (3) verbindet, das ebenfalls als Düse, insbesondere als eine sich zunächst in Strömungsrichtung im Durchmesser verengende und sich nach einer Strecke von konstantem Durchmesser aufweitende Düse, ausgestaltet ist, wobei ein Prallkörper (4) als Einbaute im Düsenkörper (1) stromabwärts der Eintrittsöffnung der Zuführung für Trägergas (6) in den bei Verwendung der Vorrichtung von Kohlendioxid und Trägergas durchströmten Bereich des Düsenkörpers (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (4) in Form einer abgeflachten Kugel ausgeführt ist, die drehbar gelagert ist, und eine Verstelleinrichtung (7) vorgesehen ist, die ein Drehen des Prallkörpers bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen modularen Aufbau aufweist, bei dem die Düse (2) und/oder das Strahlrohr (3) als auswechselbare Module ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) lösbar befestigt und dadurch auswechselbar ist, wobei durch ein Auswechseln einer ersten Düse (2) gegen eine zweite Düse mit einer von der ersten Düse (2) abweichenden Geometrie, insbesondere mit abweichenden Querschnitten und/oder Längenverhältnissen, eine zweite von der ersten verschiedene Strömungscharakteristik für die Vorrichtung einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlrohr (3) lösbar befestigt und dadurch auswechselbar ist, wobei durch ein Auswechseln eines ersten Strahlrohres (3) gegen ein zweites Strahlrohr mit einer von dem ersten Strahlrohr (3) abweichenden Geometrie, insbesondere mit abweichenden Querschnitten und/oder Längenverhältnissen und/oder Abfolge von Verengung und Aufweitung des Durchmessers, eine zweite von der ersten verschiedene Strömungscharakteristik für die Vorrichtung einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem modularen Aufbau der Vorrichtung Schnittstellen zum Auswechseln eines Moduls zwischen der Zuführung für flüssiges Kohlendioxid und dem Düsenkörper (1) und/oder zwischen dem Düsenkörper (1) und dem Strahlrohr (3) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Düse (2) eine metallisch dichtende Anschlussmöglichkeit an den Düsenkörper (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Doppelnippel zum Anschluss der Zuführung für flüssiges Kohlendioxid an die Düse vorgesehen ist.
Verfahren zur Reinigung von Oberflächen, bei dem über eine erste Zuführung flüssiges Kohlendioxid einer Düse (2) zugeführt wird und über eine zweite Zuführung ein Trägergas (6) einem Düsenkörper (1) zugeführt wird, der die Düse (2) mit einem Strahlrohr (3) verbindet, das ebenfalls als Düse, insbesondere als eine sich zunächst in Strömungsrichtung im Durchmesser verengende und sich nach einer Strecke von konstantem Durchmesser aufweitende Düse, ausgestaltet ist, wobei die Strömung einen Prallkörper (4) als Einbaute im Düsenkörper (1) stromabwärts der Eintrittsöffnung der Zuführung für Trägergas (6) passiert, also in dem von Kohlendioxid und Trägergas durchströmten Bereich des Düsenkörpers (1), dadurch gekennzeichnet, dass während des Reinigungsvorganges die Ausrichtung des Prallkörpers in der Strömung verändert wird, wodurch eine Einflussnahme auf die Eigenschaften eines die Vorrichtung zum Reinigen verlassenden und auf die zu reinigende Oberfläche gerichteten Strahls ermöglicht wird, die eine Anpassung der Eigenschaften des Strahls an die Reinigungsaufgabe ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem eigentlichen Reinigungsvorgang vorbereitend mindestens zwei Versuche mit jeweils voneinander verschiedenen Einstellungen des Prallkörpers (4) zur Ermittlung der für die bevorstehende Reinigungsaufgabe optimalen Einstellung des Prallkörpers (4) durchgeführt werden.
Verfahren zur Reinigung von Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingesetzt wird.