DE102014101123B4

DE102014101123B4 - Method and system for cleaning a metal workpiece after machining with minimum quantity lubrication

Info

Publication number: DE102014101123B4
Application number: DE102014101123.6A
Authority: DE
Inventors: Antonio Alvarez; Dietmar Sonntag
Original assignee: Elwema Automotive GmbH
Current assignee: Elwema Automotive GmbH
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: DE102014101123A1

Abstract

Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks (44) aus Metall im Anschluss an eine spanende Bearbeitung unter Minimalmengenschmierung, das Verfahren umfassend:- Anwenden eines Reinigungsmittels auf einen zu reinigenden Bereichs des Werkstücks (44); dadurch gekennzeichnet, dass- das Reinigungsmittel ein Reinigerkonzentrat mit einem Gehalt von mindestens 0,5 Gewichtsprozent eines nichtionischen oder anionische Tensids ist;- das Reinigungsmittel in einer dünnen Schicht auf den zu reinigenden Bereich des Werkstücks (44) aufgetragen, vorzugsweise aufgesprüht wird; und- anschließend, nach einer vorbestimmten Einwirkzeit, ein teilweises oder vollständiges Abreinigen des zu reinigenden Bereichs mittels eines Dampfstrahls erfolgt.A method of cleaning a metal workpiece (44) subsequent to machining with minimum quantity lubrication, the method comprising:- applying a cleaning agent to an area of the workpiece (44) to be cleaned; characterized in that- the cleaning agent is a cleaning concentrate containing at least 0.5 percent by weight of a nonionic or anionic surfactant;- the cleaning agent is applied in a thin layer to the area of the workpiece (44) to be cleaned, preferably sprayed on; and- then, after a predetermined exposure time, the area to be cleaned is partially or completely cleaned by means of a steam jet.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks aus Metall, insbesondere nach spanabhebender Bearbeitung mit Minimalmengenschmierung, und eine Anlage zur Ausführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for cleaning a metal workpiece, in particular after machining with minimum quantity lubrication, and a system for carrying out such a method.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Metallen können hohe Temperaturen auftreten, die einen vorzeitigen Verschleiß des Werkzeugs und unerwünschte Gefügeänderungen im Werkstück hervorrufen können. Es ist daher üblich, den Bearbeitungsbereich mit einem Kühlschmiermittel zu spülen, das einerseits Wärme abführt, andererseits durch Schmierwirkung die Reibung und damit die erzeugte Wärme vermindert. In der letzten Zeit hat sich die so genannte Minimalmengenschmierung durchgesetzt, bei der nur geringe Mengen, beispielsweise < 100 ml/h (Mindermengenkühlschmierung, MMKS) oder gar < 20 ml/h (Minimalmengenschmierung, MMS), des Kühlschmiermittels angewendet werden. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass nur sehr geringe Mengen an flüssigen Abfällen auftreten, und dass die anfallenden Späne nicht oder nur geringfügig verunreinigt werden und somit leicht der Wiederverwendung zugeführt werden können. Solche geringen Mengen Kühlschmiermittel werden zur gleichmäßigen Verteilung häufig in Form von Aerosolen mit Luft und/oder Wasserdampf an die Bearbeitungsstelle des Werkstücks gefördert.When machining metals, high temperatures can occur, which can cause premature tool wear and unwanted structural changes in the workpiece. It is therefore customary to rinse the machining area with a cooling lubricant which, on the one hand, dissipates heat and, on the other hand, reduces friction and thus the heat generated through the lubricating effect. So-called minimum quantity lubrication has recently become established, in which only small quantities, for example <100 ml/h (minimum quantity cooling lubrication, MQL) or even <20 ml/h (minimum quantity lubrication, MQL), of the cooling lubricant are used. This has the advantage, among other things, that only very small amounts of liquid waste occur and that the chips produced are not or only slightly contaminated and can therefore easily be reused. Such small amounts of cooling lubricant are often conveyed to the machining point of the workpiece in the form of aerosols with air and/or water vapor for uniform distribution.

Obwohl bei der Minimalmengenschmierung nur geringe Mengen Kühlschmiermittel angewendet werden, lässt sich nicht vermeiden, dass auf dem bearbeiteten Werkstück Rückstände des Mittels verbleiben, beispielsweise sowohl des Mittels selbst als auch von Zersetzungsprodukten organischer Bestandteile oder von im Mittel enthaltenen festen Schmierstoffen wie Graphit oder Molybdändisulfid. Diese Rückstände fallen oft durch eine dunkle Farbe auf, tragen auf bzw. bilden eine feste Schicht und stören daher enge Passungen. Diese Rückstände müssen daher in einem Reinigungsschritt entfernt werden. Dabei darf das Werkstück nicht beschädigt werden und der Vorgang muss sich gegebenenfalls in den Zeittakt einer kontinuierlichen Fertigung eingliedern lassen.Although only small amounts of cooling lubricant are used for minimum quantity lubrication, it is unavoidable that residues of the agent remain on the machined workpiece, for example both the agent itself and decomposition products of organic components or solid lubricants contained in the agent such as graphite or molybdenum disulphide. These residues are often dark in color, bulky or form a solid layer, and therefore interfere with tight fits. These residues must therefore be removed in a cleaning step. The workpiece must not be damaged and the process must be able to be integrated into the time cycle of continuous production.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 60001663 T2 bzw. WO 01/07719 A1 ist ein Verfahren zur Entfernung von Schmutz bekannt, bei dem ein Reinigungsmittel in den Dampf gespritzt und in gasförmigen Zustand mit dem zu entfernenden Schmutz in Kontakt gebracht wird. Das Reinigungsmittel umfasst beispielsweise eine Kombination von Phosphaten sowie anionische und gegebenenfalls nichtionische Tenside. Das Verfahren lässt sich insbesondere bei verschmutzten Flächen im häuslichen Innen- und Außenbereich anwenden. Es ist jedoch nicht besonders geeignet zur Reinigung der Rückstände einer Bearbeitung mit MMS oder MMKS.From the DE 60001663 T2 or. WO 01/07719 A1 a method for removing dirt is known in which a cleaning agent is sprayed into the steam and brought into contact in gaseous state with the dirt to be removed. The cleaning agent includes, for example, a combination of phosphates and anionic and optionally nonionic surfactants. The method can be used in particular on dirty surfaces in the domestic interior and exterior. However, it is not particularly suitable for cleaning residues from machining with MQL or MMKS.

Metallische Oberflächen, die durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt wurden, können gegen phosphathaltige Reinigungsmittel empfindlich sein. Das Patent DE 10 2008 021 049 B3 offenbart ein Verfahren, bei dem während der Bearbeitung ein Kühlschmiermittel durch das Werkzeug an die Bearbeitungsstelle geführt und nach der Bearbeitung, ebenfalls durch das Werkzeug, überkritisches CO₂ zugeführt wird, wodurch der Bearbeitungsbereich gereinigt werden soll.Metal surfaces created by machining can be sensitive to cleaning agents containing phosphate. The patent DE 10 2008 021 049 B3 discloses a method in which, during machining, a cooling lubricant is fed through the tool to the machining point and, after machining, also through the tool, supercritical CO ₂ is supplied, as a result of which the machining area is intended to be cleaned.

Das Patent DE 196 37 086 C2 beschreibt eine automatisch arbeitende Reinigungsanlage zum Entfernen von Bearbeitungsrückständen von Werkstücken, wobei einem die Reinigung bewirkenden Luftstrahl eine geringe Menge Wasserdampf beigefügt wird, sodass ein Luft-Wasserdampf-Gemisch auf das Werkstück einwirken kann.The patent DE 196 37 086 C2 describes an automatically operating cleaning system for removing machining residues from workpieces, a small amount of water vapor being added to an air jet that causes the cleaning, so that an air-water vapor mixture can act on the workpiece.

Ein weiteres Verfahren, speziell zur Reinigung von Werkstücken aus Metall, insbesondere nach spanabhebender Bearbeitung, ist aus der WO 2011/124868 vorbekannt. Hierbei wird ein Dampfstrahl durch einen Luftdruckstrahl umhüllt. Der umhüllende Luftdruckmantel soll den Dampfstrahl vor Reibungsverlusten schützen und dessen Wirksamkeit, insbesondere beim Entfetten erhöhen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht speziell zur Reinigung der Rückstände einer Bearbeitung mit MMS oder MMKS geeignet.Another method, specifically for cleaning workpieces made of metal, especially after machining, is from WO 2011/124868 previously known. Here, a jet of steam is enveloped by a jet of air pressure. The enveloping air pressure jacket is intended to protect the steam jet from friction losses and increase its effectiveness, especially when degreasing. However, this method is not particularly suitable for cleaning residues from processing with MQL or MMKS.

Aufgabenstellungtask

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken aus Metall anzugeben, die spanabhebend unter Minimalmengenschmierung oder Mindermengenkühlschmierung bearbeitet wurden, sowie eine Anlage bereitzustellen, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren ausführen lässt.An object of the present invention is to specify a method for cleaning workpieces made of metal that have been machined using minimum quantity lubrication or minimum quantity cooling lubrication, and to provide a system with which the method according to the invention can be carried out.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral Description of the Invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Anlage nach Anspruch 11 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and a system according to claim 11.

Es wurde nämlich überraschend gefunden, dass die Reinigung eines mit Minimalmengenschmierung bearbeiteten Werkstücks mit einem Dampfstrahl und einem tensidhaltigen Reinigungsmittel wesentlich rascher und effektiver möglich ist, wenn die zu reinigende Oberfläche zunächst mit einer dünnen Schicht eines Reinigerkonzentrats beschichtet und nach einer vorbestimmten Einwirkzeit mit einem Dampfstrahl behandelt wird. Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren den bekannten Verfahren, bei denen das Reinigungsmittel vor dem auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche unmittelbar in den Dampfstrahl zugesetzt wird, überlegen ist.It was surprisingly found that cleaning a workpiece machined with minimum quantity lubrication with a steam jet and a cleaning agent containing surfactants is possible much more quickly and effectively if the surface to be cleaned is first cleaned with coated with a thin layer of a cleaning concentrate and treated with a steam jet after a predetermined exposure time. It was found that the method according to the invention is superior to the known methods in which the cleaning agent is added directly to the steam jet before it hits the surface to be cleaned.

Erfindungsgemäß wird im ersten Schritt des Verfahrens ein Konzentrat eines Reinigers verwendet. Solche Konzentrate werden für herkömmliche Verwendungen regelmäßig mit einer vielfachen, beispielsweise 10-200 fachen Menge Lösungsmittel, in der Regel Wasser, verdünnt. Geeignete Reinigerkonzentrate enthalten nichtionische und/oder anionische Tenside. Geeignete Konzentrationen des Tensids im Konzentrat liegen zwischen 0,5 und 20 oder 0,5 und 10, bevorzugt zwischen 0,5 und 5 oder 1,0 und 5, besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das angewendete Konzentrat.According to the invention, a concentrate of a cleaning agent is used in the first step of the method. For conventional uses, such concentrates are regularly diluted with a multiple, for example 10-200 times, amount of solvent, usually water. Suitable cleaning concentrates contain nonionic and/or anionic surfactants. Suitable concentrations of the surfactant in the concentrate are between 0.5 and 20 or 0.5 and 10, preferably between 0.5 and 5 or 1.0 and 5, particularly preferably between 1.0 and 3 percent by weight, based on the concentrate used.

Bevorzugt geeignete nichtionische Tenside sind Ethoxylate, Propoxylate und/oder Ethoxy/Propoxylate von Fettalkoholen. Dies sind Alkylalkohole mit 6-22, bevorzugt mit 8-18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest. Der Alkylrest ist bevorzugt linear, kann aber auch verzweigt sein. Es können Gemische verschiedener Fettalkohole alkoxyliert sein, wie sie beispielsweise von natürlich vorkommenden Fettsäuren abgeleitet werden können. Der Alkoxylierungsgrad liegt in der Regel zwischen 1,5 und etwa 20. Bevorzugt werden Propoxylate von Fettalkoholen, bei denen mindestens 50 % der Alkylreste ein- oder mehrfach ungesättigte sind und 18 Kohlenstoffatom aufweisen, beispielsweise Oleylreste sind. Besonders bevorzugt sind Propoxylate von Fettalkohole, bei denen mindestens 80 % der Alkylreste Oleylreste sind. Der Propoxylierungsgrad kann zwischen etwa 1,5 und etwa 6 liegen, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3. ebenfalls bevorzugt geeignet sind Alkoxylate von Alkylphenolen.Preferred suitable nonionic surfactants are ethoxylates, propoxylates and/or ethoxy/propoxylates of fatty alcohols. These are alkyl alcohols with 6-22, preferably with 8-18, carbon atoms in the alkyl radical. The alkyl radical is preferably linear, but can also be branched. Mixtures of different fatty alcohols can be alkoxylated, as can be derived, for example, from naturally occurring fatty acids. The degree of alkoxylation is generally between 1.5 and about 20. Propoxylates of fatty alcohols in which at least 50% of the alkyl radicals are mono- or polyunsaturated and have 18 carbon atoms, for example oleyl radicals, are preferred. Propoxylates of fatty alcohols in which at least 80% of the alkyl radicals are oleyl radicals are particularly preferred. The degree of propoxylation can be between about 1.5 and about 6, preferably between 1.5 and 3. Alkoxylates of alkylphenols are also preferably suitable.

Geeignete anionische Tenside sind Sulfate, Sulfonate und Carbonsäuren mit aliphatischem, aromatischem oder aliphatisch-aromatischem Kohlenwasserstoffrest, beispielsweise Dodecylsulfonat, Laurylsulfonat, Alkylphenylsulfonate, Stearinsäure, Ölsäure.Suitable anionic surfactants are sulfates, sulfonates and carboxylic acids with an aliphatic, aromatic or aliphatic-aromatic hydrocarbon radical, for example dodecyl sulfonate, lauryl sulfonate, alkylphenyl sulfonates, stearic acid, oleic acid.

Die Reinigerkonzentrate können Polyethylenimine, bevorzugt mit einem Molekulargewicht zwischen 1000 und 100 000, besonders bevorzugt zwischen 2000 und 20 000, bevorzugt in einer Konzentration von 0,1-3 Gewichtsprozent, enthalten.The cleaning concentrates can contain polyethyleneimines, preferably with a molecular weight between 1000 and 100,000, particularly preferably between 2000 and 20,000, preferably in a concentration of 0.1-3 percent by weight.

Die Reinigerkonzentrate können Aminoalkohole, beispielsweise Triethanolamin, Ethanolamin, enthalten.The cleaning concentrates can contain amino alcohols, for example triethanolamine, ethanolamine.

Zur Einstellung der Viskosität des Reinigerkonzentrats können bekannte Verdickungsmittel inkorporiert werden, mit denen die Viskosität so eingestellt wird, dass sich beim Auftragen auf das Werkstück die gewünschte Schichtdicke des Films ergibt. Bevorzugt werden natürliche Verdickungsmittel wie Alginate, Xanthan, Dextrine, Pektine, abgewandelte Naturstoffe wie Carboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose und andere Celluloseether und polymere Verdickungsmittel wie Polyacryl- und Polymethacrylverbindungen, Polycarbonsäuren, Polyamide, PVP und dergleichen.To adjust the viscosity of the cleaning concentrate, known thickeners can be incorporated, with which the viscosity is adjusted in such a way that the film has the desired layer thickness when applied to the workpiece. Natural thickeners such as alginates, xanthan, dextrins, pectins, modified natural substances such as carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose and other cellulose ethers and polymeric thickeners such as polyacrylic and polymethacrylic compounds, polycarboxylic acids, polyamides, PVP and the like are preferred.

Weitere übliche Hilfsstoffe wie Komplexbildner, beispielsweise Nitrilotriessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure, Zitronensäure, Antischaummittel, Salze organischer oder anorganischer Säuren, können ebenfalls im Reinigerkonzentrat enthalten sein.Other customary auxiliaries such as complexing agents, for example nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, citric acid, anti-foaming agents, salts of organic or inorganic acids, can also be contained in the cleaning concentrate.

Besonders bevorzugt werden so genannte Neutralreiniger verwendet, wobei der pH-Wert des Konzentrats bevorzugt zwischen 7 und 9 liegt.So-called neutral cleaners are particularly preferably used, with the pH of the concentrate preferably being between 7 and 9.

Das Lösungsmittel des Reinigerkonzentrats ist im allgemeinen Wasser. Es können aber auch Gemische von Wasser und anderen Lösungsmitteln, wie niedrige Alkohole oder Azeton, verwendet werden.The solvent of the cleaning concentrate is generally water. However, mixtures of water and other solvents such as lower alcohols or acetone can also be used.

Erfindungsgemäß können auch Lösungen verwendet werden, die durch mäßige Verdünnung der vorstehend beschriebenen Konzentrate erhalten werden, wobei der Zusatz an Verdünner, in der Regel Wasser, nicht mehr als das dreifache der Gewichtsmenge des ursprünglichen Konzentrats beträgt. Solche Lösungen sollen im Begriff Konzentrat einbezogen sein, solange der Tensidgehalt im erfindungsgemäßen Bereich liegt.According to the invention, solutions obtained by moderate dilution of the concentrates described above can also be used, the addition of diluent, usually water, amounting to no more than three times the amount by weight of the original concentrate. Such solutions are intended to be included in the term concentrate so long as the surfactant content is within the range of the present invention.

Das Reinigungsmittel wird in einer dünnen filmartigen Schicht auf die zu reinigende Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks aufgetragen. Hierzu eignen sich alle bekannten Verfahren, beispielsweise unter Verwendung von Walzen, Kissen, Pinseln und dergleichen. Bevorzugt wird das Reinigungsmittel aufgesprüht, wobei ebenfalls alle bekannten Vorrichtungen Anwendung finden können, beispielsweise Einstoff-Druckdüsen, Turbulenzdüsen, pneumatische Düsen (Airbrush), Ultraschall-Vernebler. Die Auftragsmenge liegt bevorzugt im Bereich von 10-200 g/m².The cleaning agent is applied in a thin film-like layer to the surface of the processed workpiece to be cleaned. All known methods are suitable for this, for example using rollers, pads, brushes and the like. The cleaning agent is preferably sprayed on, in which case all known devices can also be used, for example single-component pressure nozzles, turbulence nozzles, pneumatic nozzles (airbrush), ultrasonic nebulizers. The amount applied is preferably in the range of 10-200 g/m ² .

Die Temperatur des zu reinigenden Werkstücks liegt vorzugsweise im Bereich der Raumtemperatur, beispielsweise zwischen 10 und 35 °C. In diesem Temperaturbereich liegt die Einwirkzeit zweckmäßig mindestens 2 Sekunden, vorzugsweise 3 bis 60s. Im Einzelfall kann die Einwirkzeit nach Art und Menge der zu entfernenden Verunreinigungen festgelegt werden. Obwohl die Ausführbarkeit der Erfindung dadurch nicht beschränkt würde, ist nicht angestrebt, dass das Lösungsmittel, in der Regel Wasser, während der Einwirkzeit vollständig aus der Schicht des Reinigungsmittels verdunstet.The temperature of the workpiece to be cleaned is preferably in the range of room temperature, for example between 10 and 35°C. In this temperature range, the exposure time is expediently at least 2 seconds, preferably 3 to 60 seconds. In individual cases, the exposure time can vary depending on the type and amount of dirt to be removed be determined. Although the feasibility of the invention would not be restricted thereby, it is not intended that the solvent, usually water, evaporates completely from the layer of the cleaning agent during the exposure time.

Um einen sicheren und gleichmäßigen Auftrag des Reinigungsmittels auf die Oberfläche des Werkstücks zu ermöglichen, kann das Werkstück relativ zur Auftragsvorrichtung bewegt, insbesondere gedreht, werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Auftragsvorrichtung relativ zum Werkstück bewegt werden, beispielsweise auf einer geschlossenen Bahn um das Werkstück. Es können auch mehrere gleichzeitig arbeitende Auftragsvorrichtungen vorgesehen sein.In order to enable the cleaning agent to be applied reliably and evenly to the surface of the workpiece, the workpiece can be moved, in particular rotated, relative to the application device. Alternatively or additionally, the application device can also be moved relative to the workpiece, for example on a closed path around the workpiece. It is also possible to provide several application devices working simultaneously.

Wenn während des Auftragens überschüssiges Reinigerkonzentrat vom Werkstück abfließt, kann es zur Auftragsvorrichtung zurückgeführt werden. Daher ist beim erfindungsgemäßen Verfahren der Verbrauch an Reinigerkonzentrat, das über das Abwasser entsorgt werden muss, minimal.If excess cleaning concentrate runs off the workpiece during application, it can be returned to the application device. Therefore, in the method according to the invention, the consumption of cleaning concentrate, which has to be disposed of via the waste water, is minimal.

Es ist zweckmäßig, das Auftragen in einer Behandlungskammer, insbesondere einer weitgehend geschlossenen bzw. lediglich an der Oberseite offenen Kammer, auszuführen. Die Behandlungskammer kann mit Auffangmittel zur Rückführung des Reinigerkonzentrats ausgerüstet sein.It is expedient to carry out the application in a treatment chamber, in particular a largely closed chamber or a chamber which is only open at the top. The treatment chamber can be equipped with collection means for returning the cleaning concentrate.

Nach Ablauf der Einwirkzeit wird die zu reinigende Oberfläche des Werkstücks mit einem Dampfstrahl behandelt. Dabei werden sowohl das aufgetragene Reinigungsmittel als auch die Verunreinigungen zumindest teilweise, bevorzugt vollständig von der Oberfläche entfernt. Ein Teil des Dampfs kondensiert an der Oberfläche, verdünnt das aufgetragene Reinigerkonzentrat und wird durch die mechanische Einwirkung des Dampfstrahls von der Oberfläche entfernt. Bei diesem Reinigungsschritt entstehen nur geringe Mengen flüssigen Abfalls.After the exposure time has elapsed, the surface of the workpiece to be cleaned is treated with a steam jet. In the process, both the cleaning agent applied and the contaminants are at least partially, preferably completely, removed from the surface. Part of the steam condenses on the surface, dilutes the applied cleaner concentrate and is removed from the surface by the mechanical action of the steam jet. This cleaning step produces only small amounts of liquid waste.

Der erfindungsgemäß verwendete Dampfstrahl kann in üblicher Weise durch eine Düsenvorrichtung erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Düse beheizt, um eine vorzeitige Kondensation des Dampfs zu verhindern. Die Düsenvorrichtung kann der jeweiligen Geometrie des Werkstücks angepasst werden und beispielsweise eine Einzeldüse mit kreisrunder, elliptischer, dreieckiger oder quadratischer Öffnung oder auch eine beispielsweise lineare oder kreisförmige Anordnung mehrerer solcher Einzeldüsen aufweisen.The steam jet used according to the invention can be generated in the usual way by a nozzle device. Preferably, the nozzle is heated to prevent premature condensation of the vapor. The nozzle device can be adapted to the respective geometry of the workpiece and can have, for example, a single nozzle with a circular, elliptical, triangular or square opening or also a linear or circular arrangement of several such individual nozzles, for example.

Dampf bedeutet hier Wasserdampf. Der Dampfstrahl besteht bevorzugt aus Heißdampf, besonders bevorzugt aus Trockendampf. Heißdampf bezeichnet hier einen Dampf, dessen Temperatur höher als der Siedepunkt bei dem herrschenden Druck ist, Trockendampf einen Dampf, dessen Temperatur in der Nähe des Siedepunkts, aber nicht darunter liegt. Besonders bevorzugt hat der Dampfstrahl eine Temperatur von mindestens 120 °C. Weiter bevorzugt beträgt der Volumenanteil des Dampfs im Dampfstrahl mindestens 0,9, vorzugsweise 0,95, der Rest ist im Allgemeinen Luft. Die vorgenannten Angaben beziehen sich insbesondere auf eine Messung des Dampfstrahls unmittelbar am Düsenaustritt.Steam here means water vapour. The steam jet preferably consists of superheated steam, particularly preferably dry steam. Here, superheated steam means steam whose temperature is higher than the boiling point at the prevailing pressure, dry steam means steam whose temperature is close to but not below the boiling point. The steam jet particularly preferably has a temperature of at least 120.degree. More preferably, the volume fraction of steam in the steam jet is at least 0.9, preferably 0.95, the remainder being generally air. The above information relates in particular to a measurement of the steam jet directly at the nozzle outlet.

Es ist möglicherweise vorteilhaft, aber in der Regel nicht erforderlich, den Dampfstrahl mit einem Mantel aus einem Strahl aus Luft bzw. Kohlendioxid mit ringförmigem Querschnitt zu versehen, wie in WO 2011/124868 A1 bzw. WO 2002/9894 A2 beschrieben.It may be advantageous, but not usually necessary, to coat the steam jet with a jet of air or carbon dioxide having an annular cross-section, as in WO 2011/124868 A1 or. WO 2002/9894 A2 described.

Die Behandlungszeit mit dem Dampfstrahl richtet sich ebenfalls nach Art und Menge der Verunreinigung. Bewährt hat sich eine Dampfstrahlzeit von mindestens 3 Sekunden, vorzugsweise 10-30 Sekunden.The treatment time with the steam jet also depends on the type and amount of contamination. A steam jet time of at least 3 seconds, preferably 10-30 seconds, has proven itself.

Es ist ferner zweckmäßig, das Dampfstrahlen ebenfalls in einer Behandlungskammer, insbesondere einer weitgehend geschlossenen bzw. lediglich an der Oberseite offenen Kammer, auszuführen. Diese kann zur Takterhöhung von der Kammer zum Auftragen des Reinigerkonzentrats verschieden sein, oder zur Vereinfachung der Anlage mit dieser identisch sein.It is also expedient to carry out the steam blasting in a treatment chamber, in particular a largely closed chamber or a chamber which is only open at the top. This can be different from the chamber for applying the cleaner concentrate to increase the cycle time, or it can be identical to the chamber to simplify the system.

In kontinuierlichen Fertigungsanlagen ist es zweckmäßig, die Einwirkzeit des Reinigerkonzentrats und die Dauer des Dampfstrahls aneinander und an die Taktzeit der Fertigungsstraße anzupassen. Beispielsweise können diese Zeiten jeweils gleich der Taktzeit oder ein Vielfaches von dieser sein.In continuous production plants, it is advisable to adapt the exposure time of the cleaning concentrate and the duration of the steam jet to each other and to the cycle time of the production line. For example, these times can each be equal to the cycle time or a multiple of it.

Um eine gleichmäßige Reinigung des Werkstücks zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, den Dampfstrahl gleichzeitig oder nacheinander aus verschiedenen Richtungen auf das Werkstück einwirken zu lassen. Hierzu kann das Werkstück relativ zur Düsenvorrichtung bewegt, beispielsweise gedreht, werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Düsenvorrichtung relativ zum Werkstück bewegt werden, beispielsweise auf einer geschlossenen Bahn um das Werkstück. Es können auch mehrere gleichzeitig oder nacheinander arbeitende Düsenvorrichtungen vorgesehen sein.In order to enable the workpiece to be cleaned uniformly, it can be advantageous to let the steam jet act on the workpiece from different directions at the same time or one after the other. For this purpose, the workpiece can be moved, for example rotated, relative to the nozzle device. Alternatively or additionally, the nozzle device can be moved relative to the workpiece, for example on a closed path around the workpiece. Several nozzle devices working simultaneously or one after the other can also be provided.

Obwohl in vielen Fällen eine ausreichende Reinigung durch die Behandlung mit dem Dampfstrahl erzielt werden kann, ist es unter Umständen vorteilhaft, als weiteren Schritt nach der Dampfstrahlreinigung noch ein Spülen der gereinigten Oberfläche mit einem Lösungsmittel vorzusehen, beispielsweise mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und flüchtigen Lösungsmitteln wie Methyl- oder Ethylalkohol oder Azeton. Das Spülen kann beispielsweise durch Eintauchen des Werkstücks in das Lösungsmittel, mit einem Schwall oder auch durch Aufsprühen des Lösungsmittels erfolgen. Nach der Behandlung mit dem Dampfstrahl oder nach dem Spülen kann das Werkstück getrocknet werden, beispielsweise mittels eines warmen Luftstroms.Although in many cases sufficient cleaning can be achieved by treatment with the steam jet, it may be advantageous to provide a further step after steam jet cleaning, rinsing the cleaned surface with a solvent, e.g wisely with water or a mixture of water and volatile solvents such as methyl or ethyl alcohol or acetone. The rinsing can be done, for example, by immersing the workpiece in the solvent, with a gush or by spraying on the solvent. After treatment with the steam jet or after rinsing, the workpiece can be dried, for example by means of a warm air flow.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Reinigen von Werkstücken aus Metall, insbesondere aus Eisenlegierungen wie Eisen, Stahl, Edelstahl sowie Aluminium und seinen Legierungen.The method according to the invention is suitable for cleaning workpieces made of metal, in particular made of iron alloys such as iron, steel, stainless steel and aluminum and its alloys.

Gegenüber den bekannten Verfahren bietet es den Vorteil, dass es einfach und kostengünstig auszuführen ist, dass es sich leicht in den Takt einer automatischen Fertigung einfügen lässt und das nur minimale Mengen von behandlungsbedürftigem Abwasser anfallen. Daneben wird die erforderliche Menge an Reinigerkonzentrat und somit der Aufwand einer Entsorgung von Reinigerkonzentrat insgesamt vermindert.Compared to the known methods, it offers the advantage that it can be carried out easily and inexpensively, that it can be easily integrated into the cycle of an automatic production and that only minimal amounts of waste water requiring treatment are produced. In addition, the amount of cleaning concentrate required and thus the cost of disposing of cleaning concentrate is reduced overall.

Zur Erfindung gehört auch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens. Diese Anlage umfasst eine Anordnung mit zumindest einer Behandlungskammer für die Beschichtung des Werkstücks mit Reinigerkonzentrat und für die Behandlung mit dem Dampfstrahl, sowie Mittel zur Förderung des Werkstücks in die Behandlungskammer der Anlage. Vorzugsweise eignen sich diese Mittel zum Förderung in die ggf. weiteren Behandlungskammern und aus der letzten Behandlungskammer bzw. der Anlage heraus.The invention also includes a system for carrying out the cleaning method according to the invention. This system includes an arrangement with at least one treatment chamber for coating the workpiece with cleaning concentrate and for treating it with the steam jet, as well as means for conveying the workpiece into the treatment chamber of the system. These means are preferably suitable for conveying into the possibly further treatment chambers and out of the last treatment chamber or the system.

Es kann eine getrennte, zweite Behandlungskammer vorgesehen sein, um die Beschichtung des Werkstücks mit Reinigerkonzentrat getrennt von der Behandlung mit dem Dampfstrahl auszuführen. Dabei ist die erste Behandlungskammer mit mindestens einer Auftragsvorrichtung für das Reinigungsmittel und, gegebenenfalls die zweite Behandlungskammer, mit mindestens einer Dampfstrahlvorrichtung versehen. Weitere Behandlungskammern können auch für das Spülen und Trocknen des Werkstücks vorgesehen sein.A separate, second treatment chamber may be provided to carry out the coating of the workpiece with cleaning concentrate separately from the treatment with the steam jet. The first treatment chamber is provided with at least one application device for the cleaning agent and, if necessary, the second treatment chamber is provided with at least one steam jet device. Further treatment chambers can also be provided for rinsing and drying the workpiece.

Falls zwei getrennte Behandlungskammern vorgesehen sind, kann die Zeit der Förderung aus der ersten in die zweite Behandlungskammer als Einwirkzeit genutzt werden, um so die Taktzeit zu verringern. Zugleich kann während dem Dampfstrahlen bereits ein weiteres Werkstück mit Reinigerkonzentrat beaufschlagt werden um den Takt zusätzlich zu verkürzen.If two separate treatment chambers are provided, the time of conveyance from the first to the second treatment chamber can be used as exposure time in order to reduce the cycle time. At the same time, cleaning concentrate can be applied to another workpiece during steam blasting in order to further shorten the cycle.

Die Mittel zur Förderung des Werkstücks können mindestens einen Industrieroboter mit einem Greifarm umfassen, dessen Bewegung von einem Rechner nach einem vorgegebenen Programm gesteuert werden kann. Der Greifarm ist so eingerichtet, dass er das Werkstück von einer Zuführung oder auch einer Bearbeitungsstation in die erste Behandlungskammer, in die zweite Behandlungskammer und von dort in weitere Behandlungskammern und/oder in eine Ausgabestation überführen kann. Der Greifarm kann mit einem Drehkopf ausgerüstet sein, mittels dessen das Werkstück in der Behandlungskammer gedreht werden kann, beispielsweise um eine senkrecht zur Richtung eines Sprühstrahls bzw. Dampfstrahls verlaufenden Achse.The means for conveying the workpiece can include at least one industrial robot with a gripper arm, the movement of which can be controlled by a computer according to a predetermined program. The gripping arm is set up in such a way that it can transfer the workpiece from a feed or also a processing station into the first treatment chamber, into the second treatment chamber and from there into further treatment chambers and/or into an output station. The gripping arm can be equipped with a rotary head, by means of which the workpiece can be rotated in the treatment chamber, for example about an axis perpendicular to the direction of a spray jet or steam jet.

Die Auftragsvorrichtung umfasst bevorzugt eine oder mehrere Spritz- oder Zerstäuberdüsen, die vorteilhaft nahe der Wandung angebracht und in den Innenraum der Kammer gerichtet sind. Sie kann aber auch Bürsten, Pinsel oder Walzen umfassen, denen das Reinigungsmittel beispielsweise durch Auftropfen zugeführt wird.The application device preferably comprises one or more spray or atomizing nozzles, which are advantageously attached close to the wall and directed into the interior of the chamber. However, it can also include brushes, brushes or rollers, to which the cleaning agent is supplied, for example by dripping.

Für die Versorgung der Auftragsvorrichtung in der ersten Behandlungskammer kann beispielsweise eine Pumpe vorgesehen sein, welche das Reinigerkonzentrat aus einem Vorratsgefäß zur Auftragsvorrichtung fördert. Die erste Behandlungskammer kann mit einem Ablauf versehen sein, der überschüssiges Reinigerkonzentrat ableitet und gegebenenfalls im Kreislauf wieder zur Pumpe zurückführt.To supply the application device in the first treatment chamber, for example, a pump can be provided which conveys the cleaner concentrate from a storage vessel to the application device. The first treatment chamber can be provided with a drain that drains excess detergent concentrate and, if necessary, leads it back to the pump in the circuit.

Die Behandlungskammern können mit Mitteln zur Erzeugung eines Luftstroms sowie zur Abscheidung von Aerosolen aus diesem Luftstrom versehen sein. Dadurch kann vermieden werden, dass lästige oder gefährliche Flüssigkeitsnebel in die Arbeitsplatzluft gelangen.The treatment chambers can be provided with means for generating an air flow and for separating aerosols from this air flow. This can prevent annoying or dangerous liquid mist from getting into the workplace air.

Am Mittel zur Förderung des Werkstücks, insbesondere am Roboter kann zudem ein Schild in der Art eines Deckels vorgesehen sein, welcher die Oberseiten der Behandlungskammern zumindest teilweise abdeckt um den Schutz vor Spritzern und Flüssigkeitsnebel zu schützen.A shield in the form of a cover can also be provided on the means for conveying the workpiece, in particular on the robot, which at least partially covers the upper sides of the treatment chambers in order to protect against splashes and liquid mist.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird anhand eines in den beigegebenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

1: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage, und
2: einen senkrechten Schnitt durch eine erste oder zweite Behandlungskammer.

The invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment illustrated in the accompanying drawings. Show it

1 : a perspective view of a plant according to the invention, and
2 : a vertical section through a first or second treatment chamber.

Detaillierte Beschreibung eines AusführungsbeispielsDetailed description of an embodiment

Die in 1 gezeigte Reinigungsanlage 10 umfasst einen Rahmen 26, der von einem Unterbau 24 getragen wird und einen auf einer Grundplatte 22 montierten Roboter 12 mit einem Greifarm 13 umfasst. Dieser Roboter ist so eingerichtet, dass er ein Werkstück von einer Zuführung aufnehmen, dieses in jede einzelne der vier Behandlungskammern 14, 16, 18, 20 einführen, wieder herausziehen und schließlich auf einer Transportvorrichtung ablegen kann. Im Rahmen 26 sind außerdem eine erste Behandlungskammer 14 für den Auftrag des Reinigungsmittels auf das Werkstück, eine zweite Behandlungskammer 16 für die Dampfstrahlbehandlung des Werkstücks sowie weitere Behandlungskammern 18, 20 für das Spülen bzw. Trocknen des Werkstücks untergebracht. Im Unterbau können beispielsweise Pumpen für die Versorgung der Auftragsvorrichtung in der ersten Behandlungskammer und der Spritzdüsen in der Spülkammer 18 sowie Rohre für die Zuführung von Dampf und für die Ableitung aus den Behandlungskammern vorgesehen sein. Die Pumpen können über eine gegebenenfalls mit dem Roboter koordinierte Steuereinheit automatisch ein- und ausgeschaltet werden.In the 1 The cleaning system 10 shown comprises a frame 26 which is supported by a substructure 24 and comprises a robot 12 with a gripper arm 13 mounted on a base plate 22 . This robot is set up in such a way that it can pick up a workpiece from a feed, introduce it into each of the four treatment chambers 14, 16, 18, 20, pull it out again and finally place it on a transport device. Also housed in the frame 26 are a first treatment chamber 14 for applying the cleaning agent to the workpiece, a second treatment chamber 16 for the steam jet treatment of the workpiece and further treatment chambers 18, 20 for rinsing and drying the workpiece. Pumps for supplying the application device in the first treatment chamber and the spray nozzles in the rinsing chamber 18 as well as pipes for supplying steam and for discharging it from the treatment chambers can be provided in the substructure, for example. The pumps can be switched on and off automatically via a control unit that may be coordinated with the robot.

In 2 ist die erste Behandlungskammer 14 in einem senkrechten Schnitt gezeigt. Der Greifarm 13 des Roboters hält ein Werkstück 44, hier einen Zylinderkopf. In der Nähe der Seitenwand der Behandlungskammer befindet sich eine Düsenanordnung 38 mit vier Zerstäuberdüsen 46, die über eine Zuleitung 30 mit Reinigerkonzentrat versorgt werden. Das Werkstück 44 kann um seine senkrechte Achse gedreht werden, damit die Sprühstrahlen der Düsen 46 seine gesamte Oberfläche erreichen können. Diese Drehung ist mit der Steuerung der Pumpe für das Reinigungsmittel so koordiniert, dass die Pumpe genau während einer ganzen Anzahl von Umdrehungen arbeitet. Beispielsweise kann eine Beschichtung während einer Umdrehung innerhalb 1 Sekunde erfolgen. Überschüssiges Reinigungsmittel sammelt sich auf dem Boden der Kammer, fließt durch den Ablauf 48 ab und wird wieder der Reinigungsmittelpumpe zugeführt.In 2 the first treatment chamber 14 is shown in a vertical section. The gripping arm 13 of the robot holds a workpiece 44, here a cylinder head. In the vicinity of the side wall of the treatment chamber there is a nozzle arrangement 38 with four atomizing nozzles 46 which are supplied with detergent concentrate via a supply line 30 . The workpiece 44 can be rotated about its vertical axis to allow the spray jets from the nozzles 46 to reach its entire surface. This rotation is coordinated with the control of the detergent pump so that the pump operates accurately for a number of revolutions. For example, a coating can take place during one revolution within 1 second. Excess detergent collects at the bottom of the chamber, drains through drain 48, and is returned to the detergent pump.

Die zweite Behandlungskammer 16 ist ähnlich ausgestattet wie die erste Behandlungskammer. Es sind lediglich statt der Zerstäuberdüsen 46 Dampfdüsen vorhanden, die über eine Druckleitung mit Dampf versorgt werden. Diese Dampfdüsen werden automatisch gesteuert, so dass sie nur während der vorbestimmten Dampfstrahlzeit geöffnet sind. Bei dieser Kammer leitet der Ablauf 48 das gebildete Kondenswasser, das die Verunreinigungen und das Reinigungsmittel enthält, zu einer Abwasserbehandlung weiter.The second treatment chamber 16 is equipped similarly to the first treatment chamber. There are only 46 steam nozzles instead of the atomizer nozzles, which are supplied with steam via a pressure line. These steam nozzles are automatically controlled so that they are only open during the predetermined steam jet time. In this chamber, the drain 48 directs the condensate formed, containing the contaminants and cleaning agent, to waste water treatment.

Die weitere Behandlungskammer 18, die zum Spülen des Werkstücks dient, ist mit Spülwasserdüsen versehen, die ebenfalls so gesteuert sind, dass sie nur während der vorbestimmten Spülzeit öffnen. Auch hier ist ein Ablauf vorhanden, um das Spülwasser der Abwasserbehandlung zuzuführen.The further treatment chamber 18, which is used for rinsing the workpiece, is provided with rinsing water nozzles which are also controlled in such a way that they only open during the predetermined rinsing time. Here, too, there is a drain to feed the rinsing water to the waste water treatment.

In der weiteren Behandlungskammer 20 wird das Werkstück schließlich mit einem gegebenenfalls im Unterbau erzeugten warmen Luftstrom getrocknet.In the further treatment chamber 20, the workpiece is finally dried with a warm air stream that may be generated in the substructure.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Reinigungsanlagecleaning system
1212: Industrieroboterindustrial robot
1313: Greifarmgripper arm
1414: erste Behandlungskammerfirst treatment chamber
1616: zweite Behandlungskammersecond treatment chamber
1818: weitere Behandlungskammer zum Spülenfurther treatment chamber for rinsing
2020: weitere Behandlungskammer zum Trocknenfurther treatment chamber for drying
2222: Grundplattebase plate
2424: Unterbausubstructure
2626: Rahmenframe
3030: Zuleitungsupply line
3838: Düsenanordnungnozzle arrangement
4444: Werkstück (Zylinderkopf)workpiece (cylinder head)
4646: Düsejet
4848: Ablaufprocess

Claims

A method of cleaning a metal workpiece (44) subsequent to machining with minimum quantity lubrication, the method comprising: - applying a cleaning agent to an area of the workpiece (44) to be cleaned; characterized in that - the cleaning agent is a cleaning concentrate containing at least 0.5 percent by weight of a nonionic or anionic surfactant; - The cleaning agent is applied in a thin layer to the area of the workpiece (44) to be cleaned, preferably sprayed on; and then, after a predetermined exposure time, the area to be cleaned is partially or completely cleaned by means of a steam jet.

procedure after claim 1 , characterized in that the steam jet is essentially union consists of superheated steam, preferably dry steam.

procedure after claim 1 , characterized in that the steam jet has a temperature of at least 120 °C and/or a volume fraction of 0.9, preferably 0.95 of water vapor.

Procedure according to one of Claims 1 - 3 , characterized in that the coating weight of the film of cleaning concentrate is between 10 and 200 g/m ² .

procedure after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the cleaner concentrate is a neutral cleaner with a pH between 7 and 9.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that the cleaning agent comprises an alkoxylate of a fatty alcohol and/or an alkylphenol as the nonionic surfactant.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cleaning concentrate is left to act for at least 2 s, preferably 3-60 s, and/or the duration of the steam jet is at least 3 s, preferably 10 to 30 s.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cleaning is followed by aqueous cleaning and/or drying of the workpiece (44).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (44) is made from an iron alloy or from an aluminum alloy.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cleaning concentrate comprises a thickener, a polyethyleneimine, an amino alcohol, a complexing agent, an antifoaming agent and/or a salt of an organic or inorganic acid.

System (10) for cleaning a workpiece (44) made of metal, in particular for carrying out a method according to one of Claims 1 until 10 , comprising - an arrangement which comprises a treatment chamber which is provided with an application device (38) for cleaning concentrate and with at least one steam jet device; or a first treatment chamber (14) provided with a detergent concentrate application device (38) and a second treatment chamber (16) provided with at least one steam jet device; and - means (12) for conveying the workpiece (44) into the treatment chamber (14, 16), optionally from one treatment chamber (14, 16) to the other, and out of the last treatment chamber.

Annex (10) according to claim 11 , characterized in that the application device (38) comprises one or more spray or atomizing nozzles (46).

Annex (10) according to claim 11 or 12 , especially after claim 12 , characterized in that the means for conveying the workpiece (44) comprise an industrial robot (12) with a gripping arm (13).

Plant (10) according to one of Claims 11 until 13 characterized in that it comprises a further treatment chamber (18) for rinsing the workpiece (44) and/or that it comprises a further treatment chamber (20) for drying the workpiece (44).

Plant after one of Claims 11 until 14 , especially after Claim 13 , characterized in that the means for conveying the workpiece (44), in particular the industrial robot (12), have or has a shield for partially or completely closing an insertion opening of the treatment chamber(s) (14, 16, 18, 20 ).