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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung und Kühlung
von Werkstücken, mit einer Reinigungskammer zur Aufnahme
mindestens eines Werkstücks und mit mehreren Düsen
zur Beaufschlagung des Werkstücks mit einem Reinigungsmedium.
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Bei
der Herstellung von komplexen Werkstücken, wie etwa Zylinderköpfen
von Brennkraftmaschinen müssen die Werkstücke
zwischen einzelnen Fertigungsschritten gereinigt werden, beispielsweise um
Rückstände von spanender Materialbearbeitung zu
entfernen. Eine solche Reinigung erfolgt beispielsweise in Reinigungstunnels,
die von den Werkstücken durchlaufen werden und in denen
die Werkstücke von einem Reinigungsmedium behandelt werden,
das unter Druck auf die Werkstücke gerichtet wird. In sehr
vielen Fällen handelt es sich bei dem Reinigungsmedium
um Wasser oder um ein Medium auf wässriger Basis. Nachteilig
bei solchen nassen Reinigungsverfahren ist die Tatsache, dass die
Werkstücke in der Regel nach der Reinigung getrocknet werden
müssen und dass besondere Sorgfalt darauf verwendet werden
muss, dass sich in schwerer zugänglichen Bereichen des
Werkstückes keine Ansammlungen von Reinigungsmedium bilden.
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Bei
einer Reinigung mit Druckluft entfallen diese Nachteile, es ist
allerdings schwierig, eine zufriedenstellende Reinigungswirkung
zu erzielen. Darüber hinaus müssen die Werkstücke
in der Regel zwischen einzelnen Verarbeitungsschritten abgekühlt
werden. Die Bereitstellung eines entsprechenden Mediums zur Abkühlung
der Werkstücke erfordert Kühleinrichtungen, die
die Produktionslinie wesentlich verteuern. Energieeffiziente Kühleinrichtungen
können zentral bereitgestellt werden, was jedoch den Nachteil
mit sich bringt, dass das Kühlmedium in aufwändiger
Weise zu den einzelnen Punkten der Produktionslinie gefördert
werden muss, an denen die Kühlung stattfinden soll. Alternativ
dazu können dezentrale kleine Kühleinrichtungen
vorgesehen sein, die jedoch einen erhöhten Aufwand darstellen und
wenig energieeffizient sind.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur
Reinigung und/oder zur Kühlung von Werkstücken
zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und eine effiziente
Reinigung der Werkstücke ermöglicht. Dabei soll
es insbesondere auch möglich sein, Werkstücke
innerhalb kurzer Zeit wirksam abzukühlen.
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Eine
weiter Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit
dem die Reinigung und/oder Abkühlung effizient durchgeführt
werden kann.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die Düsen als Wirbelrohrdüsen
ausgebildet sind, die Druckluft als Reinigungsmedium auf eine Temperatur unter
Raumtemperatur abkühlen und auf das Werkstück
richten.
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Es
sind sogenannte Vortex-Düsen bekannt, die den sogenannten
Wirbelrohreffekt ausnützen, um einen Luftstrom in zwei
Teilströme aufzuteilen, von denen der eine Teilstrom eine
höhere und der andere eine niedrigere Temperatur aufweist
als der Ausgangsluftstrom. Eine solche Düse ist beispielsweise in
der
DE 39 25 775 A beschrieben.
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Es
hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass es
durch Verwendung solcher Düsen nicht nur möglich
ist, eine effiziente Abkühlung zu erreichen, sondern dass
auch die Reinigungswirkung der Druckluftstrahlen wesentlich verbessert
ist. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen
Lösung besteht darin, dass eine gesonderte Kühleinrichtung weder
zentral noch dezentral erforderlich ist, was die Anlagekosten wesentlich
verringert. Die Kühlwirkung wird im Inneren der Düsen
durch das Wirbelrohrprinzip erzeugt, so dass auch Wärmeverlust
in Rohrleitungen und dergleichen nicht auftreten können.
Die verbesserte Kühlwirkung beruht aller Wahrscheinlichkeit
nach auf der Tatsache, dass die Kaltluft zunächst anhaftende
Späne oder andere Teilchen abkühlt, bevor das
Werkstück selbst eine Temperaturänderung erfährt.
Die dabei auftretenden Spannungen und Verformungen begünstigen
das Ablösen dieser Partikel.
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Die
Reinigungskammer gemäß der vorliegenden Erfindung
kann als Durchlaufkammer ausgebildet sein, in die die Werkstücke über
eine Eintrittsöffnung eintreten, während ihres
Aufenthaltes gereinigt werden und danach über eine Austrittsöffnung austreten.
Es ist aber ebenso möglich, die vorliegende Erfindung so
auszubilden, dass die Reinigungskammer beweglich angeordnet ist
und eine Aufnahmeöffnung und eine Manipulationseinrichtung
aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Reinigungskammer in eine
das Werkstück umschließende Stellung zu bringen.
Dabei wird die Reinigungskammer beispielsweise glockenförmig
ausgebildet und über die Manipulationseinrichtung auf das
auf einem Förderband oder einer entsprechenden Hufspannung
befindliche Werkstück abgesenkt.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung
weisen die Düsen an ihrer Vorderseite einen Kaltluftaustritt
und an ihrer gegenüberliegenden Seite einen Warmluftaustritt
auf. Auf diese Weise ist es möglich, die an sich unerwünschte
Warmluft wirksam zu entsorgen.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Reinigungskammer doppelwandig
ausgebildet ist und die Düsen im Bereich einer Innenwand
angeordnet sind. Damit wird einerseits eine besonders effiziente Geräuschdämmung
erzielt und andererseits kann das Temperaturmanagement besonders
effizient ausgeführt werden. Deren Vorteil ist es in diesem
Zusammenhang, wenn der Warmluftaustritt der Düsen in den
Bereich zwischen Innenwand und einer Außenwand mündet.
Damit ist der innere Bereich der Reinigungskammer von dem Zwischenbereich
der Doppelwand umgeben, der ohne großen Aufwand auf einem
bestimmten Temperaturniveau gehalten werden kann. Damit kann eine
präzise Temperatursteuerung und eine exakte thermische
Beeinflussung des Werkstückes gewährleistet werden.
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Vorzugsweise
sind die Düsen schwenkbar ausgebildet, das heißt,
dass die Vorrichtung durch entsprechende Ausrichtung der Düsen
optimal an das jeweilige Werkstück angepasst werden kann.
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Es
ist aber auch möglich, die Düsen beweglich auszubilden,
das heißt, dass diese während des Reinigungszyklus
ihre Position verändern können. Auf diese Weise
ist es beispielsweise möglich, die Düsenöffnung
in Ausnehmungen oder Kavitäten der Werkstücke
einzuführen, um eine besonders große Wirkung zu
erzielen.
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Eine
weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung
sieht neben den als Wirbelrohrdüsen ausgebildeten Düsen
weitere Druckluftdüsen vor. Auf diese Weise ist es möglich,
neben der Behandlung mit kalter Druckluft auch Behandlungsschritte
mit warmer Druckluft einzusetzen. Es hat sich herausgestellt, dass
ein Wechsel zwischen Kaltluft und wärmerer Luft in besonders
hartnäckigen Fällen eine wirksame Reinigung ermöglicht.
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Weiters
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung und
Kühlung von Werkstücken, bei dem das Werkstück
in eine Reinigungskammer gebracht wird und mittels Düsen
mit einem Reinigungsmedium beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß ist
dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium
Druckluft eingesetzt wird, die in den Düsen auf eine Temperatur
unterhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Das Reinigungsmedium
ist dementsprechend das abgekühlte Arbeitsmedium. Das Verfahren
ist insbesondere dann besonders wirksam, wenn das Arbeitsmedium auf
eine Temperatur unterhalb von –20°C vorzugsweise
unterhalb von –30°C abgekühlt wird. Es
können aber schon bei mäßig tiefen Temperaturen
wie etwa 7°C vorteilhafte Wirkungen auftreten.
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Gesonderte
Kühleinrichtungen können in besonders bevorzugter
Weise dadurch vermieden werden, dass die Düsen mit Druckluft
versorgt werden, die im Wesentlichen Raumtemperatur aufweist. Es hat
sich herausgestellt, dass bei entsprechend effizienter Ausbildung
der Düsen sehr niedrige Austrittstemperaturen erreicht
werden können, die die oben dargestellten Aufgaben in hervorragender
Weise erfüllt.
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Eine
besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass das Werkstück gleichzeitig oder
nacheinander mit Druckluft unterschiedlicher Temperatur behandelt
wird. Die gleichzeitige Behandlung mit unterschiedlichen Temperaturen
ist beispielsweise bei empfindlichen Werkstücken angezeigt,
die Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke aufweisen
oder Materialansammlungen besitzen. Wenn nun die dickwandigen Bereiche
mit Druckluft behandelt werden, die eine tiefere Temperatur aufweist
als die Druckluft, die eine dünnwandigere Bereiche geblasen
wird, können Temperaturspannungen weitgehend vermieden
werden, da die Abkühlraten der einzelnen Bereiche ähnlich
sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es möglich
ist, die Kaltluft auf die Bereiche zu beschränken, die
besonders kritisch sind. Durch die Verwendung gewöhnlicher
Druckluft in den übrigen Bereichen kann der Luftverbrauch
wesentlich verringert werden. Aber auch die Anwendung Druckluft
unterschiedlicher Temperatur nacheinander im Sinne eines Temperaturwechselverfahrens
ist besonders vorteilhaft, da es möglich ist, die zu entfernenden
Partikel durch Anwendung besonders kalter Luft zu lockern und im
Anschluss daran durch Druckluft normaler Temperatur mit höherem
Druck wegzublasen.
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Eine
besonders effiziente Kühlung des Werkstückes kann
dadurch erreicht werden, dass die Kaltluft bevorzugt in Öffnungen
des Werkstückes eingeblasen wird. Dabei handelt es sich
beispielsweise um Kühlwasserräume oder Ölräume
von Zylinderköpfen oder Schraubbohrungen, Lageröffnungen
oder dergleichen von allgemeinen Maschinenteilen. Die Abkühlgeschwindigkeit
des Werkstückes ist in diesem Fall nicht mehr durch die
Temperaturleitungsvorgänge von der Oberfläche
des Werkstückes ins Innere beschränkt, so dass
insgesamt wesentlich höhere Abkühlraten erzielt
werden können.
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Bei
der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
entsteht naturgemäß in den Düsen auch Warmluft,
die in der Regel nach hinten abgeführt wird. Um eine unerwünschte
thermische Beeinflussung des Werkstückes zu vermeiden,
wird diese Warmluft von entsprechenden Sammelräumen aufgenommen
und von dort abgesaugt oder ausgeblasen. Diese Sammelräume
können beispielsweise durch die Bereiche zwischen einer
Innenwand und einer Außenwand der Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens dargestellt werden.
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In
der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren
dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert.
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In
der Folge wird die vorliegende Erfindung erkannt, der in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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2 ein
Detail von 1; und
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3 den
grundsätzlichen Aufbau einer Düse.
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In 1 ist
eine Reinigungskammer 1 ersichtlich, durch die über
eine Fördereinrichtung 2 Werkstücke zur
Reinigung und zur Kühlung transportiert werden können.
Im inneren der Reinigungskammer 1, ist eine Vielzahl von
Düsen 4 vorgesehen, die die Werkstücke 3 mit
Druckluftstrahlen beaufschlagen.
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In 2 ist
ein Detail der Vorrichtung von 1 im Schnitt
dargestellt. Die Wand 5 der Reinigungskammer 1 ist
doppelwandig ausgeführt und besteht aus einer Außenwand 6 und
einer Innenwand 7. Zwischen diesen Wänden 6 und 7 ist
ein Sammelraum 8 für die aus den Düsen 4 austretenden
Warmluft vorgesehen. Auf der Innenwand 7 ist ein Versorgungskanal 9 für
Druckluft aufgebracht, an dessen Deckplatte 10 die Düsen 4 über
ein Gelenk 11 befestigt sind. Der Abstand d zwischen der
Düsenspitze 4a und den Werkstück kann
dabei zwischen 0,5 mm und 300 mm betragen, sollte jedoch im Allgemeinen
so gering als möglich sein. Eine optimale Kühlung
wird erreicht, wenn dieser Abstand d kleiner ist als 20 mm, bevorzugt
ist jedoch den Abstand kleiner als 10 mm zu gestalten. Um jeden
Bereich des Werkstücks 3 optimal anstrahlen zu
können, kann das Gelenk 11 in einem weiten Winkelbereich
von nahe zu 90° verschwenkt werden, das durch die unterbrochenen
Linien in 2 angedeutet ist.
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Seitlich
tritt an den Düsen 4 eine Warmluftrückführungsleitung 12 aus,
die in den Sammelraum 8 mündet.
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In 3 ist
der grundsätzliche Aufbau der Düsen 4,
die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, dargestellt.
Die Düsen 4 weisen eine Einlassöffnung 13 für
Druckluft auf, die in axialer Richtung die Düse 4 durchströmt.
In einer Wirbelkammer 14 wird die Druckluft in einen wärmeren
und einem kühleren Anteil aufgetrennt, wobei der kühle Druckluftanteil über
die Düsenspitze 4a ausströmt, während
der wärmere Anteil entgegen der Hauptströmungsrichtung
rückgeführt wird und an radial angeordneten Warmluftaustritten 15 abgeführt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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