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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Ermittlung von in einem Vorratsbehälter einer Strahlanlage bevorrateter Restmenge an Strahlmittel.
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Strahlmittel dienen der Oberflächenbehandlung von Werkstücken und sind als solche aus dem Stand der Technik an sich gut bekannt, weshalb es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf.
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Strahlmittel finden typischerweise im Zusammenhang mit einer Strahlanlage Verwendung. Eine solche Strahlanlage verfügt in aller Regel über eine Strahlkabine, die einen Arbeitsraum zur Strahlbehandlung bereitstellt. Eine solche Strahlanlage ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 107 155 A1 bekannt.
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Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall dient die Strahlanlage der Durchführung eines Strahlverfahrens, das unter Verwendung eines oder mehrerer Strahlmittel durchgeführt wird. Dabei wird das Strahlmittel unter Druck stehend beispielsweise mittels einer Strahlmittelpistole auf die zu behandelnde Werkstückoberfläche aufgebracht. Zur Versorgung der Strahlmittelpistole mit Strahlmittel dient ein Zuführschlauch, der einendseitig an die Strahlmittelpistole und anderendseitig an einen zur Bevorratung von Strahlmittel vorgesehenen Vorratsbehälter angeschlossen ist.
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Als Strahlmittel finden beispielsweise metallische und/oder mineralische Stoffe in Granulatform Verwendung. Es können aber auch synthetische oder pflanzliche Stoffe eingesetzt werden, weshalb im Sinne der Erfindung unter einem Strahlmittel die beim Strahlen eingesetzten Hilfsstoffe im Allgemeinen zu verstehen sind.
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Bei einem Strahlmittel handelt es sich um ein Verbrauchsmittel, das im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall infolge der mechanischen Krafteinwirkung verschleißt und deshalb regelmäßig durch unverbrauchtes Strahlmittel zu ersetzen ist.
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Während eines bestimmungsgemäßen Betriebsfalls wird dem Vorratsbehälter Strahlmittel entnommen, weshalb der Vorratsbehälter von Zeit zu Zeit mit Strahlmittel wieder aufzufüllen ist. Um eine zeitgerechte und in der Menge optimierte Wiederauffüllung des Vorratsbehälters mit Strahlmittel gewährleisten zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, vor einer Wiederauffüllung des Vorratsbehälters mit Strahlmittel die im Vorratsbehälter bevorratete Restmenge an Strahlmittel zu ermitteln.
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In diesem Zusammenhang sind aus dem Stand der Technik Sensoreinrichtungen bekannt geworden, wie beispielsweise Gewichtssensoren, Lichtschranken und/oder dergleichen, mit deren Hilfe eine Restmengendetektion erfolgt. Der Einsatz vorbekannter Sensoreinheiten ist allerdings nicht frei von Nachteilen. Zum einen ist die Ausrüstung einer Strahlanlage mit solchen Sensoreinrichtungen teuer und aufwendig, insbesondere im Falle der Nachrüstung. Zum anderen kann eine exakte Restmitteldetektion nicht gewährleistet werden, da das Detektionsergebnis in Abhängigkeit der Beschaffenheit des eingesetzten Strahlmittels variieren kann.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie ein System zur Ermittlung von in einem Vorratsbehälter einer Strahlanlage bevorratete Restmenge an Strahlmittel vorzuschlagen, die eine Restmengenbestimmung zuverlässig gestatten und zudem einfach in der Handhabung sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird verfahrensseitig vorgeschlagen ein Verfahren zur Ermittlung von in einem Vorratsbehälter einer Strahlanlage bevorrateter Restmenge an Strahlmittel, bei dem der Vorratsbehälter bis zum Erreichen eines vorgebbaren Behälterdrucks mit unter einem konstanten Druck stehender Druckluft befüllt wird, wobei die für eine Befüllung benötigte Befüllzeit erfasst wird, bei dem anhand der Befüllzeit das im Vorratsbehälter befindliche Leervolumen bestimmt wird und bei dem die im Vorratsbehälter bevorratete Restmenge an Strahlmittel in Abhängigkeit des Leervolumens ermittelt wird.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Bestimmung der im Vorratsbehälter befindlichen Restmenge an Strahlmenge dadurch, dass das vom Vorratsbehälter umschlossene Leervolumen bestimmt wird. Die Restmenge ergibt sich dann als die Differenz zwischen bekanntem Gesamtvolumen und Leervolumen.
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Zu Bestimmung des Leervolumens wird der Vorratsbehälter mit Druckluft befüllt, und zwar bis zum Erreichen eines vorgebbaren Behälterdrucks. Die dafür nötige Befüllzeit ist ein Maß für das Leervolumen und kann in einfacher Weise erfasst werden.
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Da die Befüllzeit nicht nur von der Menge an zugeführter Druckluft, sondern auch vom erreichten Behälterdruck abhängig ist, bedarf es einer einmaligen Eichung dahingehend, dass verwenderseitig vorgebbaren Behälterdrücken Referenzwerte zugeordnet werden. Diese Referenzwerte können beispielsweise in einer Speichereinheit hinterlegt werden und sind damit verfahrens- beziehungsweise systemseitig bekannt. Im bestimmungsgemäßen Anwendungsfall kann dann über diese zuvor festgelegten Referenzwerte eine eineindeutige Zuordnung zwischen erfasster Befüllzeit und zugehörigem Leervolumen vorgenommen werden.
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Die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung erweist sich in vielerlei Hinsicht als vorteilhaft. Es erfolgt allem voran eine exakte Restmengenbestimmung. Insbesondere erfolgt eine Restmengenbestimmung, die unabhängig von der Beschaffenheit des Strahlmittels und/oder der Schüttung des Strahlmittels innerhalb des Vorratsbehälters ist. Von Vorteil ist desweiteren die einfache Handhabung. Denn für die bestimmungsgemäße Durchführung eines Strahlverfahrens ist der das Strahlmittel bevorratende Vorratsbehälter ohnehin zwecks Ausbringung des Strahlmittels mit Druckluft zu beaufschlagen. Eine Leervolumenbestimmung kann mithin zu Beginn eines jeden bestimmungsgemäßen Strahlvorgangs in einfacher Weise dadurch durchgeführt werden, dass die Befüllzeit gemessen wird. Zusätzliche Messeinrichtungen, Sensoren und/oder dergleichen bedarf es insofern für eine bestimmungsgemäße Verfahrensdurchführung nicht. Aus diesem Grunde bedarf es auch keiner aufwendigen Nachrüstung, um das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Bestands-Strahlanlagen durchzuführen.
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Es ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass als Druck für die Druckluft 1,5 bar bis 5 bar, vorzugsweise 2 bar bis 4 bar gewählt wird. Bevorzugterweise wird der Druck so gewählt, dass er dem Druck entspricht, wie er bei der Durchführung eines bestimmungsgemäßen Strahlverfahrens anliegt. Es ist dann verfahrenstechnisch keine Differenzierung vorzunehmen zwischen der Durchführung eines Strahlverfahrens einerseits und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Restmengenbestimmung. Dies gestattet es in vorteilhafter Weise, ein bestimmungsgemäßes Strahlverfahren durchzuführen, wobei die Ansprechzeit, mithin die Befüllzeit des Vorratsbehälters gemessen und auf dieser Basis dann im Weiteren in Entsprechung der vorstehenden Ausführungen eine Restmengenbestimmung durchgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Behälterdruck gleich dem Druckluftdruck gewählt wird. Auch dies führt zu einer Vereinfachung in der Verfahrensdurchführung. Alternativ könnte der Behälterdruck auch geringer als der Druckluftdruck gewählt werden.
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Mit der Erfindung wird desweiteren vorgeschlagen ein System zur Ermittlung von in einem Vorratsbehälter einer Strahlanlage bevorrateter Restmenge an Strahlmittel, mit einer Messeinrichtung, die die Befüllzeit erfasst, die für eine Befüllung des Vorratsbehälters mit unter einem konstanten Druck stehender Druckluft bis zum Erreichen eines vorgebbaren Behälterdrucks benötigt wird und mit einer Kalkulationseinheit, die anhand der Befüllzeit das im Vorratsbehälter befindliche Leervolumen bestimmt und die die im Vorratsbehälter bevorratete Restmenge an Strahlmittel in Abhängigkeit des Leervolumens ermittelt.
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Systemseitig kommt eine Messeinrichtung zum Einsatz, die die Befüllzeit erfasst, die für eine Befüllung des Vorratsbehälters mit Druckluft benötigt wird. Als Messeinrichtung findet ein einfacher Zeitmesser Verwendung. Dabei erfolgt bevorzugterweise eine Zeiterfassung voll automatisch mit Beginn des Befüllvorgangs. Mit Erreichen des Betriebsdrucks zur Durchführung eines bestimmungsgemäßen Strahlverfahrens endet die Zeiterfassung. Die Befüllzeit ergibt sich mithin als die Zeitspanne zwischen Drucklufteinleitung einerseits und Erreichen des Betriebsdruckes andererseits.
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Das System verfügt ferner über eine Kalkulationseinheit. Diese bestimmt anhand der detektierten Befüllzeit das im Vorratsbehälter befindliche Leervolumen. Dies erfolgt bevorzugterweise über Referenzgrößen, die zuvor erstellt und beispielsweise in einer Speichereinheit der Kalkulationseinheit hinterlegt sind. Diese Referenzgrößen sind vor einer erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung einmalig zu ermitteln, wobei für unterschiedliche Betriebsdrücke unterschiedliche Referenzgrößen zu erfassen sind.
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Die Bestimmung der Restmenge an Strahlmittel ergibt sich dann durch eine Differenzbildung von bekanntem Vorratsbehältervolumen und erfasstem Leervolumen.
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Im Übrigen gelten die vorstehend erläuterten Verfahrensvorteile auch für das erfindungsgemäße System.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen
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1 in rein schematischer Darstellung eine Strahlanlage;
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2 in schematischer Darstellung in einer ersten Detailansicht den Vorratsbehälter der Strahlanlage nach 1;
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3 in schematischer Darstellung in einer zweiten Detailansicht den Vorratsbehälter der Strahlanlage nach 1 und
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4 in einer schematischen Diagrammdarstellung das erfindungsgemäße Verfahren.
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1 lässt in rein schematischer Darstellung eine Strahlanlage 1 erkennen.
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Die Strahlanlage 1 verfügt über eine Strahlkabine 2. Innerhalb des von der Strahlkabine 2 umschlossenen Bearbeitungsraums findet im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall eine Strahlbehandlung eines in den Figuren nicht näher dargestellten Werkstücks mit einem Strahlmittel 6 statt. Zu diesem Zweck verfügt die Strahlkabine 2 über ein Strahlmittelpistole 5, die endseitig eines Schlauches 4 angeschlossen ist. Anderendseitig ist der Schlauch 4 an einen Vorratsbehälter 3 angeschlossen, der auch Kessel genannt wird. Im Vorratsbehälter 3 ist Strahlmittel 6 bevorratet. Dieses wird im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall unter Luftdruckeinwirkung durch den Schlauch 4 bis zur Strahlmittelpistole 5 gefördert, von wo aus dann eine Abgabe auf das Oberflächen zu behandelnde Werkstück stattfindet.
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Unter Zufuhr von Luft 7 wird in der Strahlkabine 2 befindliches Strahlmittel 6 abgesogen und durch einen Kanal 8 hindurch zu einem Zyklon 9 geführt. Innerhalb des Zyklons 9 findet in an sich bekannter Weise eine Zentrifugalabscheidung statt. infolge dieser Zentrifugalabscheidung gelangt zu Staub 10 verschlissenes Strahlmittel 6 in eine Filtereinheit 11. Diese stellt unter anderem ein Filterelement 16 sowie eine Ventilatoreinheit 15 bereit. Im Betriebsfall verlässt die Filtereinheit 11 staubbefreite Abluft 12, wohingegen ausgefilterter Staub in einen Reststoffbehälter 13 überführt wird. Die im Zyklon zu Boden sinkenden Feststoffe werden gefiltert, so dass etwaige Verunreinigungen, Grobkornmaterial und dergleichen aussortiert werden können. Es verbleibt wiederverwendbares Strahlmittel 6, das in den Vorratsbehälter 3 überführt wird, so dass eine Wiederverwendung möglich ist.
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Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall verschleißt das Strahlmittel 6 mit der Zeit, so dass sich der Vorratsbehälter 3 mit zunehmender Betriebsdauer der Strahlanlage 1 entleert.
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Die 2 und 3 lassen jeweils schematisch einen an ein Zyklon 9 angeschlossenen Vorratsbehälter 3 erkennen. Wie sich aus diesen Darstellung ergibt, ist anlagenseitig ein Druckluftanschluss 17 vorgesehen. Dieser mündet in eine Druckluftleitung 18 ein. Der Vorratsbehälter steht über eine Dosieröffnung 21 mit der Druckluftleitung 18 in strömungstechnischer Verbindung. Mittels eines Schiebers 20 ist die Dosieröffnung 21 verschließbar, wobei der Schieber 20 von einer Stelleinheit 19 angetrieben ist. Die Druckluftleitung 18 mündet anderendseitig in den Schlauch 4 ein, der endseitig die Strahlmittelpistole 5 trägt.
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Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall wird die Druckluftleitung 18 mit Druckluft beaufschlagt. In den durch die Druckluftleitung 18 strömenden Druckluftstrom gelangt über die Dosieröffnung 21 Strahlmittel 6, welches dann mittels des Schlauches 4 zur Strahlmittelpistole 5 transportiert wird.
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An den Druckluftanschluss 17 ist ferner ein Rohrstutzen 22 angeschlossen. Dieser wirkt mit einem Kegel 22 zusammen, der im Falle einer Druckluftberaufschlagung in Höhenrichtung nach oben verfährt. In seiner oberen Endposition liegt der Kegel 22 an einer Dichtung 23 an, die im Überströmungsbereich zwischen dem Zyklon 9 und dem Vorratsbehälter 3 ausgebildet ist. Im Falle der Strahlmittelabgabe wird die Druckluftleitung 18 mit Druckluft beaufschlagt. Der Kegel wird dann an die Dichtung 23 angedrückt, so dass das Zyklon 9 gegenüber dem Vorratsbehälter 3 strömungstechnisch abgeschlossen ist.
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Sobald die Druckluftleitung 18 drucklos gestellt wird, sinkt der Kegel 22 der Schwerkraft folgend in Höhenrichtung nach unten ab. Der Kontakt zur Dichtung 23 wird infolgedessen aufgehoben, so dass der Überströmungsabschnitt zwischen Zyklon 9 und Vorratsbehälter 3 freigegeben wird. Das sich zuvor im Zyklon 9 angesammelte und wiederverwendbare Strahlmittel 6 kann nun aus dem Zyklon 9 zurück in den Vorratsbehälter 3 strömen.
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Um das Strahlmittel 6 im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall aus dem Vorratsbehälter in die Druckluftleitung 18 austreiben zu können, wird der Vorratsbehälter 3 über eine Druckluftleitung 14 mit Druckluft beaufschlagt. Die Druckluftbeaufschlagung kann in Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu genutzt werden, die im Vorratsbehälter 3 befindliche Restmenge an Strahlmittel 6 zu bestimmen. Es ist zu diesem Zweck vorgesehen, dass der Vorratsbehälter 3 bis zum Erreichen eines vorgebbaren Behälterdrucks mit unter einem konstanten Druck stehender Druckluft befüllt wird. Dabei wird die Befüllzeit, auch Ansprechzeit genannt, gemessen. Auf Basis der erfassten Befüllzeit wird das im Vorratsbehälter befindliche Leervolumen bestimmt. Dabei ist das Leervolumen um so größer, je länger die Befüllzeit ist.
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In Abhängigkeit des ermittelten Leervolumens kann dann die vom Vorratsbehälter bevorratete Restmenge an Strahlmittel ermittelt werden.
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4 lässt in einer rein schematischen Diagrammdarstellung die Parameterabhängigkeiten erkennen. Es sind auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate das Füllvolumen in % abgetragen. Wie sich aus der Darstellung ergibt, nimmt die erforderliche Befüllzeit t mit zunehmenden Leervolumen LV zu. Dementsprechend nimmt die im Vorratsbehälter befindliche Volumenrestmenge an Strahlmittel SMV mit zunehmenden Leervolumen LV ab. Liegt also beispielsweise das Leervolumen LV bei 100% befindet sich im Vorratsbehälter 3 keinerlei Restmenge an Strahlmittel mehr.
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Die im Diagramm nach 4 dargestellten Werte sind als Referenzwerte einmalig zu ermitteln und in einem Speicher des erfindungsgemäßen Systems zu hinterlegen. Dabei sind je verwenderseitig gewünschtem Behälterdruck entsprechend Referenzwerte einmal zu erfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strahlanlage
- 2
- Strahlkabine
- 3
- Vorratsbehälter (Kessel)
- 4
- Schlauch
- 5
- Strahlmittelpistole
- 6
- Strahlmittel
- 7
- Luft
- 8
- Kanal
- 9
- Zyklon
- 10
- Staub
- 11
- Filtereinheit
- 12
- Abluft
- 13
- Reststoffbehälter
- 14
- Druckluftleitung
- 15
- Ventilatoreinheit
- 16
- Filterelement
- 17
- Druckluftanschluss
- 18
- Druckluftleitung
- 19
- Stelleinheit
- 20
- Schieber
- 21
- Dosieröffnung
- 22
- Kegel
- 23
- Dichtung
- 24
- Dosierförderer
- 25
- Dosierkammer
- 26
- Bohrstutzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013107155 A1 [0003]
