-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren einer elektrostatischen Aufladung beim Bearbeiten, Verbinden oder Beschichten von Flächen mittels Vakuumsaugstrahlen, bei dem ein Strahlmittel unter Unterdruck in einem Vorratsbehälter bereitgehalten, von diesem über eine Schlauchzuleitung zu einer Strahllanze mit Strahlrohr befördert, durch diese ein Strahlmittelstrom vorgegebener Beschleunigung erzeugt und dieser auf eine Bearbeitungsfläche eines in einer unter Unterdruck gesetzten Strahlkammer oder Strahlhaube befindlichen, von einem Werkstückhalter gehaltenen Werkstücks gelenkt, danach abgesaugt und über eine Schlauchableitung in den Vorratsbehälter zurückbefördert wird.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, mit mindestens einem Vorratsbehälter zur Aufnahme von Strahlmittel, einer Abscheideeinheit zum Reinigen des Strahlmittels, einem an die Abscheideeinheit angeschlossenen Saugaggregat zum Erzeugen eines Unterdrucks im Vorratsbehälter, einer mit dem Vorratsbehälter verbundenen Schlauchzuleitung zum Transport des Strahlmittels in eine unter Unterdruck gesetzte Strahlkammer oder Strahlhaube über eine Strahllanze, deren Strahlrohr einen Strahlmittelstrom auf ein auf einem Werkstückhalter fixiertes Werkstück lenkt, und einer an die Strahlkammer/Strahlhaube angeschlossenen Schlauchableitung zum Absaugen des Strahlmittels aus der Strahlkammer/Strahlhaube in die Abscheideeinheit.
-
Stand der Technik
-
Das Strahlbearbeiten, insbesondere das Abtragen, Verdichten, Beschichten oder Verbinden von festen Flächen eines Werkstücks ist bekannt (
DE 197 47 838 A1 ,
DE 101 02 924 C1 ,
DE 102 57 241 A1 ,
DE 10 2010 020 691 A1 ).
Alle diesen bekannten Lösungen arbeiten im Vakuumsaugstrom, bei dem ein Strahlmittel unter Unterdruck in einem Vorratsbehälter bereitgehalten, von diesem über eine Schlauchzuleitung zu einer Strahllanze befördert, durch diese ein Strahlmittelstrom vorgegebener Beschleunigung erzeugt und dieser auf eine Bearbeitungsfläche eines in einer unter Unterdruck gesetzten Strahlkammer oder Strahlhaube befindliches, von einem Werkstückhalter gehaltenen Werkstücks gelenkt, danach abgesaugt und durch eine Schlauchableitung über einen Abscheider in den Vorratsbehälter zurückbefördert wird.
Als Strahlmittel kommen Natriumhydrogencarbonat, Kunststoffteilchen, vorzugsweise Duroplasteteilchen, Asche, zerkleinerte feinkörnige Schlacke, Korund, Quarz, Metallische Teilchen mit rundem oder kantigem Habitus, Glasperlen, organische Granulate, Carbide, Aluminiumoxid, Silikate oder Gemische daraus in Korngrößen von einigen µm bis zu 2000 µm je nach Anwendung zum Einsatz.
Diese Strahlmittel gehören in die Kategorie der Schüttgüter, die bekanntlich zu elektrostatischen Aufladungen neigen und deren Zündempfindlichkeit mit abnehmender Korngröße ansteigt (TRBS 2153 „Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen, 6. Elektrostatische Aufladungen beim Umgang mit Schüttgütern“, http://www.bgbaumedien.de/tr/trbs2153/6.htm). Derartige Aufladungen können Potenziale von einigen Kilovolt bis Megavolt erreichen, die ohne Weiteres die Mindestzündenergie übersteigen und bei Entladung auch zu einer Gefährdung des Bedienpersonals führen.
Danach wird den elektrostatischen Aufladungen durch ein Erhöhen der Leitfähigkeit des Schüttgutes oder der Anlagenteile, beispielsweise durch Beschichtung, dem Erhöhen der Feuchte oder Ionisierung, Verringern von Feinteilchen, z.B. Abrieb im Schüttgut, Beschränkung auf die Pfropfenförderung, Verringern der Fördergeschwindigkeit, des Massedurchflusses oder der Luftgeschwindigkeit, Vermeiden großer Schüttguthaufen, Bevorzugen des Schwellasttransportes und dem Einsatz leitfähiger Schläuche entgegengewirkt.
Alle diese Maßnahmen lassen sich jedoch beim Vakuumsaugstrahlen nicht realisieren, weil das Verfahren dann nicht mehr anwendbar ist.
Aus der
DE 102 57 241 B4 ist bekannt, die Strahllanze oder Strahlhaube mit einer statischen Ableitung zu versehen, die die durch das Strahlgut hervorgerufene statische Aufladung ableitet und Spannungsüberschläge verhindert.
Des Weiteren ist aus der
US 5 837 064 A ist ein Strahlverfahren bekannt, bei dem zwischen Strahlpistole und zu strahlendem Werkstück das Potenzial gemessen und zum Abbau dieser Spannung aktiv eine Gegenspannung angelegt wird.
-
Aufgabenstellung
-
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, dass die Gefahr einer statischen Entladung beim Vakuumsaugstrahlen unter Beibehaltung der verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Vorteile des Vakuumsaugstrahlens bei gleichzeitiger Vereinfachung des anlagentechnischen Aufwandes deutlich reduziert wird.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
-
Die erfindungsgemäße Lösung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, dass eine zwischen dem Strahlrohr und dem Werkstückhalter bzw. Werkstück bestehende Potenzialdifferenz zu einer deutlichen Reduzierung der Gefahr einer statischen Entladung führt.
Dies wird dadurch erreicht, dass das Strahlrohr und das Werkstück bzw. der Werkstückhalter voneinander elektrostatisch getrennt und während der Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Strahlmittel permanent unter einer Potenzialdifferenz von 1,5 bis 4 V einer Gleichspannungsquelle gehalten werden, wobei der Minuspol der Gleichspannungsquelle am Strahlrohr und der Pluspol der Gleichspannungsquelle am Werkstück/Werkstückhalter angelegt wird.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Gleichspannungsquelle eine Batterie, ein Akkumulator oder Netzteil bzw. eine Kombination daraus verwendet wird.
Dies gewährleistet, dass kein großer Eingriff in die vorhandene Anlagenkonfiguration erforderlich ist und auch bereits vorhandene Anlagen einfach nachgerüstet werden können.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Polung von Strahlrohr und Werkstück/Werkstückhalter zum Reinigen durch eine gepulste Gleichspannungsquelle kurzzeitig umgepolt. Dies ermöglicht, dass eine Verschmutzung des Strahlrohrs durch Abrieb und Staub nach einer langen Strahldauer beseitigt werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Strahlrohr und/oder der Werkstückhalter mit einer statischen Ableitung geerdet werden, so dass eventuell auf dem Strahlrohr und/oder dem Werkstückhalter verbleibende Aufladungspotenziale gefahrlos abgeleitet werden.
Zweckmäßigerweise können das Strahlrohr und der Werkstückhalter mit einer hochleitfähigen Beschichtung, vorzugsweise Co-Cr-Ni-Beschichtung, versehen werden, um die elektrostatische Aufladung abzuleiten.
Weiterhin hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn leitfähige Pneumatikschläuche als Schlauchzu- und -ableitung verwendet werden, so dass einem Potenzialaufbau zwischen Strahlmittelstrom und Schlauchinnenwand wirksam entgegengewirkt wird.
-
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Strahlrohr und der Werkstückhalter bzw. das Werkstück elektrostatisch voneinander getrennt und der Werkstückhalter mit dem Werkstück elektrostatisch miteinander verbunden sind, und dass das Strahlrohr eine Abschlussklemme für einen Minuspol und der Werkstückhalter/ das Werkstück eine Anschlussklemme für einen Pluspol einer Gleichspannungsquelle aufweist, wobei die Potenzialdifferenz zwischen dem Minuspol und dem Pluspol 1,5 bis 4 V beträgt. Die Schaltung des Strahlrohrs als Minuspol und des Werkstückhalters/Werkstücks als Pluspol stellt beim Anlegen einer Gleichspannung einen Stromfluss vom Strahlrohr zum Werkstückhalter/Werkstück sicher, so dass sich vorhandene Aufladungspotenziale am Strahlrohr und Werkstückhalter/ Werkstück ausgleichen.
-
Die Gleichspannungsquelle kann nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Batterie oder ein Akkumulator oder ein Netzteil bzw. eine Kombination daraus sein, s o dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und problemlos in vorhandene Anlagen integrierbar ist.
Zweckmäßigerweise wird die Batterie oder der Akkumulator oder das Netzteil von einer Steuerung so angesteuert, dass die Potenzialdifferenz immer dann am Strahlrohr und am Werkstückhalter/Werkstück anliegt, wenn der Strahlvorgang beginnt und abgeschaltet wird, sobald der Strahlvorgang beendet ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können das Strahlrohr und der Werkstückhalter mit einer statischen Erdableitung versehen sein, so dass vorhandene Aufladungspotenziale gefahrlos in das Erdreich abgeleitet werden können.
-
Von Vorteil ist des Weiteren, wenn das Strahlrohr und der Werkstückhalter mit einer hochleistungsfähigen Beschichtung, vorzugsweise Cu-Cr-Ni-Beschichtung, versehen ist, wodurch es möglich ist, die elektrostatische Spannung abzuleiten.
Weiterhin hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, dass die Schlauchzu- und -ableitung leitfähige Pneumatikschläuche sind, so dass einer Aufladung zwischen Strahlmittel und Schlauchinnenwand wirksam entgegengewirkt werden kann.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
-
Ausführungsbeispiel
-
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
-
Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung des Vakuumsaugstrahlens nach dem Stand der Technik und
- 2 eine Seitenansicht in Schnittdarstellung einer Strahlkammer mit Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Die 1 zeigt das Arbeitsprinzip des Vakuumsaugstrahlens nach dem Stand der Technik bei der Bearbeitung eines Werkstücks 1 in Form einer langgestreckten Welle, die durch eine Durchführung 2 in die Strahlkammer 3 geführt ist. Mit einem Saugaggregat 4 werden ein Trägerluftstrom von etwa 20 m3/h bis 300 m3/h und zugleich ein Unterdruck, beispielsweise von 30 bis 350 mbar, erzeugt. Das Saugaggregat 4 ist über eine Schlauchleitung 5 an eine Abscheideeinheit 6 angeschlossen, die einen Vorratsbehälter 7 für Strahlmittel 8 druckdicht verschließt, so dass der vom Saugaggregat 4 erzeugte Unterdruck von beispielsweise 200 mbar im Vorratsbehälter 7 anliegt.
-
Das im Vorratsbehälter 7 eingefüllte Strahlmittel 8, beispielsweise Korund, Glasbruch, Zirkonsand, Schlacke, Stahlguss, Stahl, Keramik, Aluminiumoxid, Schweißpulver usw., liegt in einer losen Schüttung 9 vor, aus der über ein Dosierrohr 10 Strahlmittelteilchen mit dem Trägerluftstrom TML in einer Schlauchzuleitung 11 zu einer Strahllanze 12 befördert werden. Die Strahllanze 12 besitzt ein Strahlrohr 13, das über eine druckdichte Durchführung 14 in die unter Unterdruck gesetzte Strahlkammer 3 reicht. An die Strahlkammer 3 ist ein Absaugstutzen 15 angeschlossen, der mit einer zum Vorratsbehälter 7 zurückführenden Schlauchableitung 16 verbunden ist, wobei der Absaugstutzen 15 im deutlichen Abstand und unterhalb der Auftrefffläche des Strahlmittels auf das Werkstück 1 angeordnet ist, so dass verbrauchtes Strahlmittel durch die Schwerkraft absinkt und ein geschlossener Kreislauf für den Trägerluftstrom entsteht, der dafür sorgt, dass im Dosierohr 10, in der Schlauchzuleitung 11, in der Strahllanze 12, in der Strahlkammer 3 und der Schlauchableitung 16 gleichermaßen der im Vorratsbehälter 7 herrschende Unterdruck anliegt.
-
Beim Transport des feinkörnigen Strahlmittels durch die Schlauchzuleitung 11 und die turbulente Strömung des hochbeschleunigten Trägerluft-Strahlmittelgemisches entsteht eine triboelektrische Aufladung an den Strahlmittelteilchen und am Werkstück 1 bzw. Werkstückhalter 23, da die Strahlmittelteilchen untereinander und mit den inneren Wandabschnitten des Strahlrohrs 13 Kontakt haben und somit der Reibung unterworfen sind. Die triboelektrische Aufladung erreicht Werte von einigen Kilovolt bis Megavolt, die bei Entladung das Bedienpersonal gefährden.
Bekanntlich hängen die Höhe und die Polarität dieser Aufladung von den stoffspezifischen Eigenschaften der am Ladevorgang beteiligten Körper und den äußeren Einflussfaktoren ab. Solche Parameter sind die elektrischen Eigenschaften wie elektrischer Widerstand und die Dielektrizitätszahl der Körper, die atmosphärischen Bedingungen beispielsweise die relative Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, der Druck und die Anzahl der Ionen in der Luft, die Kontaktbedingungen wie die Aufladungsart und -intensität, Kontaktanzahl und die Kontaktdauer sowie die Oberflächenform und -beschaffenheit der kontaktierenden Körper.
Aus diesen beispielhaft aufgeführten Einflussfaktoren wird deutlich, dass die triboelektrische Aufladung nicht nur auf elektrisch leitende Werkstoffe beschränkt bleibt, sondern auch nichtleitenden Werkstoffe wie Kunststoffe, Schweißpulver, Kohlen, Ruß oder sonstige organische Teilchen Oder landwirtschaftliche Produkte erfasst. Grundsätzlich müssen nur zwei unterschiedliche Stoffe miteinander in reibenden Kontakt treten.
-
Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine solche Aufladung wesentlich reduziert werden kann, wenn eine Potenzialdifferenz von mindestens 1,5 bis 4 V zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 1 und den aus dem Strahlrohr 13 austretenden triboelektrisch aufgeladenen Strahlmittel 9 besteht.
-
Es wird jetzt auf die 2 Bezug genommen, die eine Schnittdarstellung der Strahlkammer 3 zeigt. Die Strahlkammer 3 ist in eine Tischplatte 17 eines Traggestells 18 in hängender Lage befestigt. Sie ist geschlossen ausgeführt und besitzt eine der Tischplatte 17 zugeordnete Deckwand 19, Seitenwände 20 und eine Bodenwand 21. In der Deckwand 19 befindet sich die Durchführung 2 für das Werkstück 1, so dass das Werkstück 1 in den Innenraum 22 der Strahlkammer 3 eingeschoben werden kann. Zweckmäßigerweise umfasst die Durchführung 2 eine durch Druckluft aufblasbare Schlauchdichtung, die eine vakuumdichte Abdichtung gewährleistet und zugleich, wenn erforderlich, entsprechende Werkstückoperationen wie eine Rotation oder eine Verschiebung des Werkstücks 1 ermöglicht. Das Werkstück 1 ist von einem an einer der Seitenwände 20 befestigten Werkstückhalter 23 innerhalb der Strahlkammer 3 in einer Aufnahme 24 gehalten, wodurch das Austrittsende 25 des Strahlrohrs 13 der Strahllanze 12 eine definierte Lage zum Bearbeitungsort am Werkstück 1 einnimmt.
Das Werkstück 1 und der Werkstückhalter 23 sind somit elektrostatisch verbunden.
An der Bodenwand 21 ist ein Winkelarm 26 befestigt, der die Strahllanze 12 in definierter Position in Bezug auf eine in der Bodenwand 21 angeordnete vakuumdichte Durchführung für das Strahlrohr 13 hält, welches mit seinem Austrittsende 25 bis zum Bearbeitungsart am Werkstück 1 reicht.
Am frei zugänglichen Abschnitt 27 des Strahlrohrs 13 befindet sich eine Anschlussklemme 28, die über ein Verbindungskabel 29 an den Minuspol 30 einer Gleichspannungsquelle 31 angeschlossen ist. Der Werkstückhalter 23, der in Kontakt mit dem Werkstück 1 steht, hat eine an der Seitenwand 20 befestigte Anschlussklemme 32, welche über ein Verbindungskabel 33 mit dem Pluspol 34 der Gleichspannungsquelle 31 verbunden ist. Die Gleichspannungsquelle 31 ist am Traggestell 18 befestigt und wird von einer nicht weiter dargestellten Steuerung mit Beginn des Strahlvorganges auf die Anschlussklemme 28 des Minuspols 30 am Strahlrohr 13 und auf die Abschlussklemme 32 des Pluspols 34 am Werkstückhalter 23 zugeschaltet, so dass sich die negativen triboelektrischen Aufladungen der Strahlmittelteilchen über das Strahlrohr 13 und die positiven tribolelektrischen Aufladungen am Werkstück 1 über den Stromfluss ausgleichen können.
-
Zur Verbesserung der Leitfähigkeit des Strahlrohrs 13 kann dieses mit einer leitfähigkeitserhöhenden Beschichtung, vorzugsweise einer Cu-Cr-Ni-Schicht von wenigen pm, versehen sein. Ebenso werden innen leitfähige Schläuche als Schlauchzu- und -ableitung verwendet, um eine verbesserte Ableitung der triboelektrischen Aufladung zwischen Schlauchinnenwand und Strahlmittelteilchen zu erreichen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab. Das Strahlrohr 13 der Strahllanze 12 und der das Werkstück 1 haltende Werkstückhalter 23 sind in der Strahlkammer 3 durch einen ausreichenden Abstand voneinander elektrostatisch getrennt angeordnet. Während der Beaufschlagung des Werkstücks 1 mit dem Strahlmittel 8 wird an das Strahlrohr 13 und den Werkstückhalter 23 eine Gleichspannung in Höhe von 1,5 bis 4 V, vorzugsweise 2,5 V, angelegt und solange aufrechterhalten bis der Strahlvorgang beendet ist.
Als Gleichspannungsquelle 31 können Batterien, Akkumulatoren oder auch Netzteile eingesetzt werden.
Um zu verhindern, dass sich nach einer langen Betriebsdauer am Strahlrohr 13 durch Abrieb oder Staub Beeinträchtigungen in der Leitfähigkeit einstellen, kann die Polung zwischen Strahlrohr 13 und Werkstückhalter 23 umgekehrt werden, so dass sich eine Abstoßung der Teilchen am Strahlrohr ergibt. Für einen derartigen Einsatz haben sich gepulste Gleichspannungsquellen als geeignet erwiesen.
-
Die triboelektrische Aufladung tritt immer dann auf, wenn Oberflächen zweier Körper in Kontakt treten und aneinander reiben, so dass dieses Phänomen nicht nur bei elektrisch leitfähigen Stoffen, sondern auch bei Nichtleitern auftritt. Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren auf Werkstoffe aus Metall, Nichtmetall, Kunststoff, Keramik, Composite und zu triboelektrische Aufladungen neigende Strahlmittel wie Natriumhydrogencarbonat, Kunststoffteilen, vorzugsweise Duroplasteteilchen, Asche, zerkleinerte feinkörnige Schlacke, Korund Quarz, metallische Teilchen mit rundem oder kantigem Habitus, Glasperlen, organische Granulate, Carbide, Aluminiumoxid, Silikate oder Gemische daraus eingesetzt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
| Werkstück |
1 |
| Durchführung |
2 |
| Strahlkammer |
3 |
| Saugaggregat |
4 |
| Schlauchleitung |
5 |
| Abscheideeinheit |
6 |
| Vorratsbehälter |
7 |
| Strahlmittel |
8 |
| Schüttung |
9 |
| Dosierrohr |
10 |
| Schlauchzuleitung |
11 |
| Strahllanze |
12 |
| Strahlrohr |
13 |
| Durchführung für 12 |
14 |
| Abzugsstutzen |
15 |
| Schlauchableitung |
16 |
| Tischplatte |
17 |
| Traggestell |
18 |
| Deckwand von 3 |
19 |
| Seitenwände von 3 |
20 |
| Bodenwand |
21 |
| Innenraum von 3 |
22 |
| Werkstückhalter |
23 |
| Aufnahme in 23 |
24 |
| Austrittsende von 12 |
25 |
| Winkelarm |
26 |
| Abschnitt von 13 |
27 |
| Anschlussklemme |
28 |
| Verbindungskabel |
29 |
| Minuspol |
30 |
| Gleichspannungsquelle |
31 |
| Anschlussklemme für 23 |
32 |
| Verbindungskabel |
33 |
| Pluspol |
34 |
| Tragluftstrom |
TML |
