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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung,
insbesondere Entgratung und/oder Reinigung von Werkstücken,
Maschinenbauteilen und/oder dergl. Gegenständen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie ein zugehöriges Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
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Ein-
oder Mehrkammerreinigungs- oder Durchlaufreinigungsanlagen zur Oberflächenbehandlung,
insbesondere zur Reinigung von Werkstücken, Maschinenbauteilen
und dergl. Gegenständen, mittels eines vorzugsweise flüssigen
Reinigungsmediums sind hinlänglich bekannt.
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Derartige
Reinigungsanlagen weisen zumindest eine Behandlungskammer bzw. einen
Behandlungsraum auf, in der bzw. in dem die zu behandelnden Werkstücke,
Maschinenbauteile und/oder dergl. Gegenstände aufgenommen
sind und mit einem über eine Düseneinheit erzeugten
Flüssigkeitsstrahl beaufschlagt werden. Entsprechend dem
jeweiligen Anwendungsfall werden zusätzliche unterschiedliche Kombinationen
von Reinigungs-, Spül- und Filtriervorrichtungen sowie
Zu- und Abführleitungen für diverse Reinigungs-
und Spülmittel sowie Abluft integriert.
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Ferner
ist es bekannt, auf der Oberfläche von Werkstücken
oder Maschinenbauteilen nach einer spanabhebenden Bearbeitung befindlichen
Späne oder Staub mittels Niederdruckluft im Bereich von
5 bis 8 bar abzublasen. Die Niederdruckluft wird hierbei beispielsweise
von einen herkömmlicher Kompressor erzeugt und über
eine mittels eines Schlauches mit dem Kompressor verbundenen, manuell
zu betätigenden Druckluftdüse auf das zu säubernde
Werkstück geführt.
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Aus
der
DE 87 17 000 U1 ist
beispielsweise eine Vorrichtung zum Entfernen von an Werkstücken anhaftenden
Bearbeitungsrückständen wie Späne oder
Stäube bekannt, die eine an eine Unterdruckquelle angeschlossene
Behandlungskammer zur Aufnahme wenigstens eines Werkstückes
aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner mindestens zwei innerhalb
einer Behandlungskammer vorgesehene, aus verschiedenen Richtungen
auf ein Werkstück gerichtete Druckluftdüsen und
eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Werkstück
und Druckluftdüsen. Ein derartiges Abblasen mit Gebläsen
oder Niederdruckluft wird üblicherweise als Grobreinigung
vor der Spritzreinigung oder im Nachgang zur zuvor beschriebenen
Spritzreinigung, und zwar auch zur Trocknung der bereits gereinigten
Werkstücke durchgeführt.
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Ferner
sind auch Verfahren zum Entgraten von Metallteilen mittels eines
Hochdruck-Flüssigkeitsstrahles mit einem Hochdruck bis
zu 500 bar bekannt. Hierbei wird dem flüssigen Behandlungsmedium
Wasser Öl in einer vorgegebener Menge zugesetzt und somit
eine Ölemulsion gebildet, die den Entgratungs- und Reinigungsprozess
unterstützt.
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Ausgehend
vom vorliegenden Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung
anzugeben, welche(s) eine effektive und zuverlässige Entgratung
und/oder Reinigung von Werkstücken, Maschinenbauteilen
und/oder dergl. Gegenständen unterschiedlichster Materialien
ohne Verwendung eines flüssigen Reinigungs- und/oder Spülmediums
ermöglicht. Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 und 11 jeweils durch deren
kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung,
insbesondere Entgratung und/oder Reinigung von Werkstücken,
Maschinenbauteilen und/oder dergl. Gegenständen, bei dem
das Behandlungsmedium durch Hochdruckluft oder durch ein Hochdruckluft-Gas-Gemisch
gebildet ist. Somit wird ein völlig neuartiges Entgratungs-
und/oder Reinigungskonzept vorgeschlagen, das sich vollständig
von den aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten basierend auf
flüssigen Behandlungsmedien löst und insbesondere
eine effektive und zuverlässige Entgratung von Werkstücken
und Maschinenbauteilen unter Verwendung eines Hochdruck aufweisenden,
gasförmigen Behandlungsmediums, insbesondere Hochdruckluft oder
einem Hochdruckluft-Gas-Gemisch ermöglicht. Besonders vorteilhaft
weist das Behandlungsmedium einen Druck von mindestens 30 bar, vorzugsweise zwischen
30 und 550 bar auf. Somit können schwer lösbare
Verschmutzungen wie Verunreinigungen in etwaigen Bohrungen oder
Hohlräumen als auch Grate, insbesondere Flittergrate gezielt
und zuverlässig entfernt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner ein
mit der Düseneinheit verbundenes Hochdruckluftsystem zur
Erzeugung eines durch Hochdruckluft oder einem Hochdruckluft-Gas-Gemisch gebildeten
Behandlungsmediums, wobei besonders vorteilhaft das Hochdruckluftsystem
zur Erzeugung einer Luftmenge von bis zu 20 m3/h
ausgebildet ist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung,
insbesondere Reinigung und/oder Entgratung von Werkstücken, Maschinenbauteilen
und/oder dergl. Gegenständen, bei dem besonders vorteilhaft
zur Oberflächenbehandlung das Werkstück, Maschinenbauteil
und/oder ein dergl. Gegenstand mit Hochdruckluft oder einem Hochdruckluft-Gas-Gemisch
als Behandlungsmedium beaufschlagt wird. Über ein mit der
zumindest einen Düseneinheit verbundenes Hochdruckluftsystem wird
die Hochdruckluft oder das Hochdruckluft-Gas-Gemisch erzeugt, und
zwar vorzugsweise mit einem Druck von mindestens 35 bar. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist besonders vorteilhaft äußerst flexibel
für unterschiedlichste Reinigungs- und Entgratungsaufgaben
einsetzbar. Auch können mittels des erfindungsgemäßen
Hochdruck-Oberflächenbehandlungsverfahrens Oberflächenstrukturen erzeugt
werden, welche bisher ausschließlich unter Verwendung von
flüssigen Behandlungsmedien herstellbar waren.
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Besondere
Effizienz wird durch die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in beispielsweise Werkzeugmaschinen erreicht, so dass unmittelbar
nach Herstellung des Werkstückes bereits zumindest eine
Entgratung und/oder Reinigung durchgeführt werden kann,
d. h. besonders vorteilhaft ist kein erneutes Einspannen des bereits
im Rahmen der Verarbeitung in einem Werkstückträger
fixierte Werkstück zur Entgratung und/oder Reinigung erforderlich.
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Nachstehend
wird die Erfindung in Verbindung mit einer Zeichnung anhand eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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In
der Figur ist beispielhaft ein schematisches Blockschaltbild einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Hochdruck-Oberflächenbehandlung, insbesondere
Entgratung und/oder Reinigung von Werkstücken, Maschinenbauteilen
und/oder dergl. Gegenständen 5 dargestellt. Die
Vorrichtung 1 umfasst unter anderen zumindest eine Behandlungsanlage 2 mit
einem Behandlungsraum 3, der beispielsweise kammer- oder
tunnelartig ausgebildet sein kann.
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Ferner
ist zumindest eine im Behandlungsraum 3 der Behandlungsanlage 2 aufgenommene Warenträgereinheit 4 zur
Aufnahme zumindest des zu behandelnden Werkstückes, Maschinenbauteils und/oder
dgl. Gegenstandes 5 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich
zur Warenträgereinheit 4 können zumindest
ein Greifersystem und/oder zumindest eine Halterung im Behandlungsraum 3 der
Behandlungsanlage 2 vorgesehen sein. Die zu behandelnden
Werkstücke oder Maschinenbauteile 5 können beispielsweise
einzeln, nacheinander oder in größeren Mengen
in den Behandlungsraum 3 eingebracht werden.
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Unter
Werkstücken, Maschinenbauteilen und/oder dgl. Gegenstände 5 im
erfindungsgemäßen Sinne werden diverse industrielle
Kleinteile oder Maschinenteile, insbesondere aber auch Alt- oder
Neumotoren und deren Bauteile sowie weitere industrielle Komponenten
verstanden. Die genannten, nachfolgend als Werkstücke oder
Maschinenbauteile 5 bezeichneten Gegenstände können
aus unterschiedlichsten Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus
Holz, Metall, Kunststoff, Buntmetall, Glas oder einer Mischung der
genannten Werkstoffe.
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Die
Warenträgereinheit 4 ist vorzugsweise dreh- und/oder
schwenkbar um die in der Figur beispielhaft dargestellten Achsen,
insbesondere die Längsachse LA der Behandlungsanlage 2 angeordnet,
wobei diese beispielsweise mehrere, miteinander verbundene Trägerelemente
umfasst, die vorzugsweise eine korbartige Trägerstruktur
zur Aufnahme und Fixierung des zu behandelnden Werkstückes oder
Maschinenbauteils 5 bilden.
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Im
Behandlungsraum 3 der Reinigungsanlage 2 ist ferner
zumindest eine Düseneinheit 6 zur Beaufschlagung
des in der Werkstückträgereinheit 4 aufgenommenen
Werkstückes oder Maschinenbauteils 5 mit zumindest
einem Behandlungsmedium, und zwar erfindungsgemäß mit
Hochdruckluft oder einem Hochdruckluft-Gas-Gemisch, vorgesehen.
Die Düseneinheit 6 ist hierzu vorzugsweise als
Hochdruck-Düseneinheit ausgebildet. Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung 1 zumindest ein Hochdruckluftsystem 7 zur
Erzeugung von Hochdruckluft oder einem Hochdruckluft-Gas-Gemisch
als Behandlungsmedium auf, und zwar mit einem Druck von mindestens
30 bar, vorzugsweise zwischen 30 und 550 bar.
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Das
Hochdruckluftsystem 7 weist beispielsweise zumindest einen
Hochdruckluftkompressor 7.1 auf, der über eine
Druckluftleitung 7.2 mit der zumindest einen Düseneinheit 6 in
Wirkverbindung steht. Hierbei kann die Druckluftleitung 7.2 beispielsweise als
Schlauch- oder Rohrverbindung ausgebildet sein.
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Das
Hochdruckluftsystem 7 ist insbesondere zur Erzeugung einer
Luftmenge von bis zu 20 m3/h, vorzugsweise
18 m3/h ausgebildet. Hierzu ist der zumindest
eine Hochdruckluftkompressor 7.1 vorzugsweise über
eine nicht in den Figuren dargestellte Steuereinheit individuell
ansteuerbar. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst
das Hochdruckluftsystem 7 ferner eine Aufbereitungseinheit 7.3,
eine Speichereinheit 7.4 und/oder ein Verteilsystem 7.5., welche
abhängig vom Anwendungsfall vorgesehen werden.
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckluft bzw. das erfindungsgemäße
Hochdruckluft-Gas-Gemisch wird über die Druckluftleitung 7.2 dem
Hochdruckluftsystem 7 entnommen und der zumindest einen
Hochdruck-Düseneinheit 6 zugeführt. Der
von der Hochdruck-Düseneinheit 6 erzeugte Hochdruckstrahl weist
einen Druck von mindestens 35 bar auf, der abhängig vom
zu behandelnden Werkstückes oder Maschinenbauteils 5, insbesondere
dessen Materialeigenschaften und/oder Verschmutzungsgrad auf bis zu
550 bar erhöht werden kann.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach ein in
den Behandlungsraum 3 der Behandlungsanlage 2 eingebrachtes
Werkstück, Maschinenbauteil und dergl. Gegenstand 5 von
der Warenträgereinheit 4 aufgenommen und über
die zumindest eine Düseneinheit 6 im Behandlungsraum 3 zur Oberflächenbehandlung
mit Hochdruckluft oder dem Hochdruckluft-Gas-Gemisch als Behandlungsmedium
beaufschlagt. Die über das Hochdruckluftsystem 7 erzeugte
Hochdruckluft oder das Hochdruckluft-Gas-Gemisch werden mittels
der zumindest eine Düseneinheit 6 vorzugsweise
strahlartig auf die zu entgratenden und/oder zu reinigenden Außenflächenabschnitt
des Werkstückes 5 gerichtet.
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Die
zumindest eine Düseneinheit 6 und die zumindest
eine Werkstückträgereinheit 4 können hierbei
relativ zueinander bewegbar sein, und zwar vorzugsweise in Bezug
auf die Längsachse LA der Behandlungsanlage 2 und
oder weiter in der Figur dargestellter Achsen. Alternativ oder zusätzlich
können weitere an unterschiedlichen Positionen entlang des
Gehäuses des Reinigungsanlage 2 verteilte Düseneinheiten 6 vorgesehen
sein, um die Reinigungsleistung sowie Reinigungseffizienz zu erhöhen.
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Mittels
einer über eine Steuereinheit gesteuerten, nicht in den
Figuren dargestellten Antriebsvorrichtung ist die Warenträgereinheit 4 beispielsweise drehbar,
schwenkbar oder in beliebiger Weise bewegbar in der Position zur
zumindest einen Düseneinheit 6 verstellbar ausgebildet.
Die zu behandelnden Werkstücke und Maschinenbauteile 5 können somit
innerhalb des Behandlungsraumes 3 nahezu beliebig geschwenkt,
zentriert und gedreht werden, z. B. in Achsen die parallel oder
senkrecht zur Längsachse LA der Behandlungsanlage 2 verlaufen.
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In
einer Ausführungsvariante ist die Warenträgereinheit 4 im
Behandlungsraum 3 fixiert und die zumindest eine Hochdruckdüse 6 an
einer programmgesteuerten Handhabungseinrichtung (nicht in der Figur
dargestellt) angebracht. Der Entgratungs- und/oder Reinigungsprozess
des Werkstückes oder Maschinebauteils 5 wird dadurch
erreicht, dass die an der Handhabungseinrichtung angebrachte Hochdruckdüse 6 gezielt
an die zu entgratenden und/oder zu reinigenden Stellen des Werkstückes oder
Maschinebauteils 5 geführt wird. Zur Anpassung
an verschiedene Werkstücktypen ist dabei lediglich eine
entsprechende Einstellung der Handhabungseinrichtung und/oder nach
bereits erfolgter Programmierung eine Programmwahl zur Steuerung der
Handhabung erforderlich.
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Auch
kann die Hochdruckdüse 6 im Behandlungsraum 3 angebracht
und das zu reinigende Werkstück oder Maschinenbauteil 5 auf
der Warenträgereinheit 4 oder einer alternativen
Handhabungseinrichtung fixiert sein. Der Entgratungs- und/oder Reinigungsprozess
des Werkstückes oder Maschinenbauteils 5 wird
dadurch erreicht, dass das auf der Handhabungseinrichtung fixierte
Werkstück oder Maschinenbauteil 5 mit seinen zu
reinigenden und/oder zu entgratenden Stellen an die feststehende
Düseneinheit 6 geführt wird.
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Die
Düseneinheit bzw. Hochdruck-Düseneinheit 6 kann
somit feststehend in der Behandlungskammer 3 ausgebildet
sein oder mit einer beispielsweise programmgesteuerten Handhabungseinrichtung
wie beispielsweise einem Roboterarm verbunden sein. Im Falle einer
feststehenden Düseneinheit 6 richtet sich die
Positionierung der Düseneinheit 6 in der Behandlungskammer 3 nach
der Geometrie des Werkstückes oder Maschinenbauteils 5 sowie
den zu entgratenden und/oder zu reinigenden Stellen.
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Der
Behandlungsraum 3 ist je nach Anwendungsfall mit zumindest
einer Absaugung 8 versehen, die zur Absaugung der gelösten
Rückstände und/oder Schmutzpartikel und/oder Grate/Späne
vorgesehen ist. Auch wird über eine derartige Absaugung 8 ein
etwaig notwendiger Druckausgleich im Behandlungsraum 3 geschaffen.
Die Absaugung 8 kann sowohl von oben und/oder unter und/oder
auch seitlich des zu behandelnden Werkstücke und Maschinenbauteile 5 erfolgen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß de
Figur umfasst die Absaugung 8 umfasst zwei trichterförmiges
Aufnahmeelemente 8.1, welches zumindest teilweise in den Behandlungsraum 3 hineinragen
und die jeweils über eine Absaugleitung 8.2 mit einer
Absaugeinheit 8.3 verbunden ist.
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Die
Innenausstattung der Reinigungsanlage 2 ist exakt auf die
zu reinigenden bzw. zu entgratenden und anderweitig zu behandelnden
Werkstücke und Maschinenbaueile abgestimmt. Besonders vorteilhaft
kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die Durchführung
einzelner Bearbeitungsschritte, z. B. das Entgraten der Werkstücken,
auch bei geöffnetem Behandlungsraum 3 erfolgen.
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Die
Reinigung und/oder Entgratungverfahren ist äußerst
umweltfreundlich und kann sowohl in Einkammeranlagen, in denen sich
ein Drehteller oder bewegliche Blasfächer befinden, als
auch in Durchlauftakt- oder Durchlaufreinigunganlagen eingesetzt werden.
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Auch
können in der Behandlungskammer 3 Druckmesseinrichtungen
vorgesehen sein, über welche die Höhe der Druckes
des Behandlungsmediums in der Behandlungskammer 3 ermittelt
wird und abhängig davon die Leistung des Hochdruckluftsystems 7 entsprechend
nachgeregelt wird.
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Die
Erfindung wurde voran stehend an einem Ausführungsbeispiel
beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen und/oder Änderungen
des Erfindungsgegenstandes möglich sind ohne hierdurch
den Erfindungsgedanken zu verlassen.
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Beispielsweise
können sowohl die Warenträgereinheit 4 als
auch die zumindest eine Hochdruckdüse 6 sind feststehend
im Behandlungsraum 3 vorgesehen sein oder beide auf einer
Handhabungseinrichtung fixiert sein.
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- 1
- Vorrichtung
zur Hochdruck-Oberflächenbehandlung
- 2
- Behandlungsanlage
- 3
- Behandlungsraum
- 4
- Warenträgereinheit
- 5
- Werkstück,
Maschinenbauteil und/oder dgl. Gegenstand
- 6
- Düseneinheit
bzw. Hochdruck-Düseneinheit
- 7
- Hochdruckluftsystem
- 7.1
- Hochdruckluftkompressor
- 7.2
- Druckluftleitung
- 7.3
- Aufbereitungseinheit
- 7.4
- Speichereinheit
- 7.5
- Verteilersystem
- 8
- Absaugung
- 8.1
- trichterförmiges
Aufnahmeelement
- 8.2
- Absaugleitung
- 8.3
- Absaugeinheit
- LA
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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