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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken von anhaftenden Arbeitsmedien und/oder Arbeitsrückständen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem die Werkstücke in die Reinigungskammer eingebracht werden und in der Reinigungskammer mit einem Reinigungsmedium beaufschlagt werden, um die anhaftenden Arbeitsmedien und/oder Arbeitsrückstände abzublasen.
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Bei der Fertigung von komplexen Werkstücken, wie etwas Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen, werden üblicherweise viele verschiedene Bearbeitungsvorgänge hintereinander durchgeführt. Zwischen diesen Arbeitsvorgängen ist es erforderlich, Messvorgänge durchzuführen, um den Arbeitsfortschritt zu überprüfen und eine Qualitätskontrolle zu ermöglichen. Viele der Bearbeitungsvorgänge sind mit einer Verschmutzung des Werkstückes verbunden, was sich beispielsweise darin äußert, dass Kühlmedium oder Honöl auf dem Werkstück haftet oder Späne von spanabhebenden Bearbeitungsvorgängen am Werkstück zurückbleiben. Um genaue und unverfälschte Messungen zu ermöglichen, ist es erforderlich, diese Rückstände von den betreffenden Teilen des Werkstückes zu entfernen, was derzeit zumeist in der Weise geschieht, dass die Werkstücke händisch mit Druckluftpistolen angeblasen werden. Problematisch dabei ist, dass auch bei Verwendung von aufwendigen geräuschverminderten Druckluftpistolen eine große Lärmentwicklung auftritt. Darüber hinaus werden bei der händischen Reinigung die anhaftenden Rückstände zerstäubt und stellen so einerseits eine Verletzungsgefahr und andererseits eine Verschmutzung dar, die die Luft am Arbeitsplatz der Person belastet.
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Neben diesen Nachteilen ist anzumerken, dass die händische Reinigung, insbesondere bei komplexen Werkstücken, arbeitsintensiv ist und dadurch nicht nur Personalkosten verursacht, sondern auch die Produktion verlangsamt.
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Eine bekannte Alternative zu händischen Reinigung sind Reinigungsmaschinen, in denen die Bauteile zunächst einem flüssigen Reinigungsmedium ausgesetzt werden und danach getrocknet werden. Solche Reinigungsmaschinen sind extrem aufwendig und kostenintensiv und verursachen durch die erforderlichen Zykluszeiten eine erhebliche Verlangsamung des Produktionsprozesses.
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Aus der
EP 0 158 904 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Körpern von anhaftendem Staub bekannt. Dabei werden die Körper, wie etwa Metallbehälter für Ton- oder Videobänder, durch eine Reinigungsschleuse transportiert und mit Gebläseluft beaufschlagt. Eine solche Vorrichtung ist zur Reinigung von Gegenständen gut geeignet, wenn die Verunreinigung primär aus Staub besteht. Die Reinigung von Werkstücken, die mit Rückständen, wie etwa Spänen, Honöl oder dergleichen verunreinigt sind, ist mit einer solchen Vorrichtung nicht möglich.
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Die
DE 29 36 779 A zeigt eine Vorrichtung zum Reinigen von Kraftfahrzeugbremsen, bei der die zu reinigende Bremse durch eine Absaughaube abgedeckt wird und durch bewegliche Düsen mit Druckluft beaufschlagt wird. Eine ähnliche Vorrichtung zur Reinigung von Luftfiltern ist in der
US 4,808,234 A beschrieben. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass solche Vorrichtungen in der Praxis nicht in der Lage sind, innerhalb von kurzer Zeit eine ausreichende Reinigung von Werkstücken zu ermöglichen.
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Die
DE 41 27 982 A zeigt ein Verfahren zur Beseitigung von Schmutz von Kraftfahrzeugen in einer Beschichtungsstraße. Dabei wird eine Kraftfahrzeugkarosserie auf einem Wagen durch eine tunnelartige Vorrichtung hindurchbewegt und gleichzeitig um eine horizontale Achse gedreht. Durch eine Vielzahl von Düsen wird ein Reinigungsmedium aus verschiedenen Richtungen auf die Fahrzeugkarosserie gesprüht. Bei einer solchen Vorrichtung ist es äußerst aufwendig, zu verhindern, dass abprallendes Reinigungsmedium und der abgelöste Schmutz in die Umgebung der Vorrichtung geschleudert werden.
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Weiters zeigt die
DE 195 32 576 A eine Einrichtung zum Reinigen von Werkstücken, bei dem das Werkstück in einer Kammer gedreht wird und mit einem Reinigungsmedium beaufschlagt wird, das aus mehreren Düsen aufgesprüht wird. Eine solche Vorrichtung ist nur für einzelne Werkstücke oder geringe Stückzahlen geeignet, da der Werkstückwechsel aufwendig ist.
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Eine weitere bekannte Lösung ist in der
EP 1 655 082 A offenbart. Durch intelligente Anordnung von Druckluftdüsen kann ein gutes Reinigungsergebnis erreicht werden. Allerdings erfordern immer kürzere Taktzeiten eine weitere Steigerung der Reinigungsleistung bei gleichzeitiger Verkürzung der zur Verfügung stehenden Zeit.
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Anzumerken ist auch, dass an unterschiedlichen Punkten einer Produktionsstraße unterschiedliche Anforderungen an die Art und den Grad der Reinigung gestellt werden. So ist es beispielsweise an Stellen des Produktionsprozesses, nach denen Messungen durchgeführt werden, erforderlich, die Messpunkte völlig frei von Fremdkörpern, Resten von Schleifemulsion und dgl. zu machen und völlig trocken zu übergeben.
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Um diese Ziele zu erreichen, ist für manche Reinigungsvorgänge der Einsatz von Dampf als Reinigungsmedium vorgeschlagen worden. Tatsächlich kann damit unter bestimmten Randbedingungen ein sehr gutes Reinigungsergebnis erzielt werden. Es hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass ein Teil des Dampfs stets am Werkstück oder an Einbauten der Reinigungskammer kondensiert. Dieses Kondensat vermischt sich dann mit den vom Werkstück abtropfenden Schleifemulsionen, die aufgefangen werden, um einem Recycling zugeführt zu werden und verdünnen und kontaminieren diese. Auf diese Weise ist eine wesentlich aufwändigere Aufbereitung der Emulsionen erforderlich, oder es muss überhaupt ein höherer Anteil neuer Emulsion eingesetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und das Verfahren der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass auch bei fest anhaftenden und schwierig zu entfernenden Verunreinigungen innerhalb kurzer Zeit eine ausreichende Reinigung erzielt wird. Insbesondere soll die Qualität von wiedergewonnenen Emulsionen nicht beeinträchtigt werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
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Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass aus der Umgebung der Düse, durch die Dampf eingeblasen wird, eine Absaugung durchgeführt wird.
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Insbesondere wird das Werkstück im ersten Schritt mit Nassdampf beaufschlagt. Hierbei werden spezielle Düsen direkt für definierte Reinigungen, oder allgemein eingerichtet und justiert. Welche Bewegung die Düsen bzw. das Werkstück während des Reinigungsprozesses vollführt ist unterschiedlich. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die zu reinigenden Werkstücke die Bewegung vollbringen, bzw. dass Düsen und Werkstück zueinander still stehen. Durch die gezielte Erhitzung der zu reinigenden Stellen wird das Werkstück im Vergleich zu anderen Entfettungs- bzw. Entölungsmethoden nur geringfügig erwärmt. Durch die Verwendung von Dampf wird gleichzeitig der Wassereintrag reduziert.
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Der Dampf löst die Fette, löst diese in sich und wird in weiterer Folge abgesaugt. Wichtig ist jedenfalls die gleichzeitige oder zeitlich versetzte Anwendung von Druckluft, um kritische Stellen des Werkstücks sofort zu trocknen, um ein Abtropfen von Kondensat zu verhindern.
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Vorzugsweise wird aus der Umgebung der Düse, durch die Dampf eingeblasen wird, eine Absaugung durchgeführt. Dies erfolgt bevorzugt direkt an der Düse (Bauweise entweder in die Düse integriert bzw. in der unmittelbaren Nähe der Dampfaustrittsöffnung). Eine weitere Absaugung für die Umgebungsluft ist ebenfalls vorgesehen. Die Dampfmenge, welche nach Austreten aus der Düse durch Hindernisse abgelenkt wird, wird durch die Umgebungsluftabsaugung aufgenommen.
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Besonders günstig ist es, wenn die obige Absaugung während der Dauer des Abblasens mit Dampf und gegebenenfalls eine vorbestimmte Nachlaufzeit danach aufrecht erhalten wird. Dadurch kann eine Kondensatbildung wirksam unterdrückt werden.
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Es ist besonders günstig, wenn das Absaugen über mehrere Saugöffnungen erfolgt, die an unterschiedlichen Seiten der Düsen angeordnet sind, durch die Dampf eingeblasen wird. Dadurch kann das Kondensat an allen Stellen, an denen es gebildet wird, wirksam erfasst werden.
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Eine endgültige Trocknung und Abkühlung wird bevorzugt dadurch vorgenommen, dass unmittelbar nach dem Abblasen mit Dampf ein Ablasen mit Druckluft erfolgt.
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Eine apparativ besonders begünstigte Variante des Verfahrens sieht vor, dass das Abblasen mit Druckluft zumindest teilweise durch die selben Düsen erfolgt, wie das Abblasen mit Dampf. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass es schwierig ist, die Bildung von Kondensat an der Düsenspitze wirksam zu verhindern. Dadurch besteht die Gefahr, dass von den Düsen Kondensat abtropft. Durch das Nachblasen mit Druckluft kann diese Gefahr erheblich verringert werden.
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Es ist zu Abfuhr des Dampfs auch günstig, wenn zumindest während des Abblasens mit Dampf eine globale Absaugung aus der Reinigungskammer durchgeführt wird.
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Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so durchgeführt, dass das Abblasen durch Düsen erfolgt, die durch das Reinigungsmedium bewegt werden. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn die Düsen, die durch das Reinigungsmedium bewegt werden, in Öffnungen oder Bohrungen des Werkstücks eingeführt werden. Diese Düsen, die beispielsweise rotieren, können so besonders wirksam Fremdkörper ausblasen.
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Das obige Verfahren kann auch so weitergebildet werden, dass das Werkstück relativ gegenüber der Reinigungskammer bewegt wird, wobei die Bewegung vorzugsweise translatorisch ist. Auf diese Weise ist es möglich, alle Bereiche des Werkstückes zuverlässig einer Reinigung zu unterziehen und dadurch eine Materialverschleppung in den jeweilig nächsten Bearbeitungsschritt zuverlässig zu verhindern. In einer ersten Ausführungsvariante des Verfahrens, das eine Relativbewegung vorsieht, wird das Werkstück im Inneren der Reinigungskammer gedreht. Bei relativ kompakten Werkstücken, wie etwa Zylinderköpfen oder dergleichen, ist es auf diese Weise möglich, eine Relativbewegung des Werkstückes innerhalb einer Reinigungskammer zu bewirken, deren Abmessungen nicht wesentlich größer als die des Werkstückes sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn eine erste Gruppe von Einzelstrahlen in einem Winkel gegen die Drehrichtung eine zweite Gruppe von Einzelstrahlen in einer Richtung in Richtung der Drehachse und eine dritte Gruppe von Einzelstrahlen in Drehrichtung auf das Werkstück gerichtet werden. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine solche Ausbildung eine besonders günstige Reinigungswirkung erzielt werden kann. Zusätzlich zu dieser Neigung können die Einzelstrahlen auch noch in einem Winkel gegenüber der Normalebene zur Drehachse geneigt sein, um schwerer zugängliche Bereiche des Werkstückes zu erfassen.
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Es ist dabei auch günstig, wenn die Reinigungskammer zur Durchführung des Reinigungsvorgangs auf eine Fördereinrichtung zur Förderung von Werkstücken abgesenkt wird.
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Vorzugsweise erfolgt das Abblasen durch eine Vielzahl von Einzelstrahlen, die in mindestens drei Gruppen auf das Werkstück gerichtet werden, und wobei die Düsen der mindestens drei Gruppen in unterschiedlichen Winkeln auf das Werkstück gerichtet sind.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Beaufschlagung des Werkstückes durch die Einzelstrahlen so erfolgt, dass punktuell eine ausreichend hohe Energie erzielt wird, um auch fest anhaftende Verunreinigungen abzutragen. Weiters ist wichtig, dass die einzelnen Strahlen in verschiedenen Richtungen auf das Werkstück gerichtet werden, um einerseits auch konkave oder schwer zugängliche Bereich des Werkstückes zu erreichen und andererseits, um die Ablösung von fest anhaftenden Rückständen zu erleichtern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders günstig eingesetzt werden, wenn der Druck der Druckluft zwischen 0,5 bar und 10 bar, vorzugsweise zwischen 0,9 bar und 8 bar beträgt.
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Es ist auch möglich, Sacklöcher oder Gewindebohrungen besonders intensiv zu reinigen, indem eine oder mehrere Düsen in diese eingeführt, in ihnen bewegt, unter Umständen kurz angehalten und wieder herausbewegt werden.
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Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von Werkstücken von anhaftenden Arbeitsmedien und/oder Arbeitsrückständen mit einer Reinigungskammer und mit Mitteln zum Einbringen eines gasförmigen Reinigungsmediums, die als Düsen ausgebildet sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düsen zumindest teilweise zur Abgabe von Dampf ausgebildet sind.
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Es ist von besonderem Vorteil, wenn eine Einrichtung zur Herstellung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück und den Düsen vorgesehen ist, die als Spanneinrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise können auch unzugängliche Stelle des Werkstücks durch das Reinigungsmedium erreicht werden.
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Von besonderem Vorteil ist es, eine bewegliche Lagerung der Düsen vorzusehen. Durch eine solche bewegliche Lagerung können Anpassungen an das jeweilige Werkstück während des Betriebs leicht vorgenommen werden, wenn sich herausstellt, dass das Reinigungsergebnis in Teilbereichen unbefriedigend ist.
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Allgemein können zur Ausführung der Erfindung folgende Anmerkungen gemacht werden:
Der Dampf wird als Nassdampf definiert. Eine optimale Wirkung erzielt man im Temperaturbereich des Dampfes von 130°C bis 200°C (370°C – Grenze überhitzter Dampf). Der Druck des Dampfes kann mit speziellen Düsen im Bereich von 0,01 bar bis 15 bar eingestellt und gezielt auf das Werkstück verwendet werden.
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Je nach Anforderung an das Werkstück und den Reinigungseffekt können unterschiedliche Düsen verwendet werden. Fächerdüsen mit Bohrungen / Schlitzen, Düsen nach dem Lavalprinzip oder auch Sonderdüsen, wie z.B. Düsen mit ringförmigen Ausstoß und einstellbarer Ausstoßöffnung.
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Bei der Justierung der Düsen ist je nach Druck und Anforderung folgendes zu beachten:
Düsen für kleine Bohrungen und schöpfende Stellen können in das Werkstück eintauchen.
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Düsen für allgemeine Flächen können in Abstand zwischen 3 mm und 500 mm zum Werkstück stehen.
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Die verwendeten Dampferzeuger zeichnen sich durch einen minimalen Wassereintrag aus (>0 aber < 100 l/h) bei Drücken von 0,5 bar bis 15 bar, wobei die Wassermenge nicht zwingend in Proportion mit dem Druck steht.
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Die Dampfsysteme/Düsensysteme zeichnen sich dadurch aus, dass ein automatischer Kondensablass im System verbaut ist, welcher automatisch zwischen den Behandlungen das Dampfsystem/Düsensystem entleert. Das so rückgewonnene Wasser wird separat abgeführt und kann weiter zur Dampferzeugung verwendet werden.
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Die Absaugung an der Einmündungsstelle (Düse) ist direkt in der Düse integriert (zusätzliche Öffnungen um den Austrittspunkt) bzw. befindet sich in der unmittelbaren Umgebung zu den einzelnen Düsen / Düsensystemen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0158904 A [0006]
- DE 2936779 A [0007]
- US 4808234 A [0007]
- DE 4127982 A [0008]
- DE 19532576 A [0009]
- EP 1655082 A [0010]