DE102016119436A1

DE102016119436A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102016119436A1
Application number: DE102016119436.0A
Authority: DE
Inventors: Egon Käske
Original assignee: Duerr Ecoclean GmbH
Current assignee: Ecoclean GmbH
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-04-12
Also published as: CN109843454A; US20190232342A1; WO2018069342A1

Abstract

Um eine Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, umfassend eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks, durch welchen ein Reinigungsfluid aus einem Hohlraum des Werkstücks absaugbar ist, zu schaffen, welche einfach aufgebaut und/oder leicht steuerbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Unterdrucks einen Injektor umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, die eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks, durch welchen ein Reinigungsfluid aus einem Hohlraum des Werkstücks absaugbar ist, umfasst.
Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 2 246 128 A2 bekannt.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein zu reinigendes Werkstück in einen Behälter mit Reinigungsflüssigkeit eingetaucht und eine Öffnung eines in dem Werkstück vorhandenen Hohlraums auf einen Adapter aufgesetzt, der über eine mit einem Ventil versehene Saugleitung mit einem Vakuumbehälter verbunden ist. Eine andere Öffnung des Hohlraums in dem Werkstück ist offen und wird von der Reinigungsflüssigkeit bedeckt. Nachdem der Vakuumbehälter evakuiert worden ist, wird das Ventil in der Saugleitung geöffnet, wodurch die Reinigungsflüssigkeit durch den Hohlraum des Werkstücks in den Vakuumbehälter gesogen wird.
Bei dieser bekannten Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks ist von Nachteil, dass ein Vakuumbehälter und eine Vakuumpumpe zum Evakuieren des Vakuumbehälters erforderlich sind, wodurch ein hoher Aufwand für die Vakuumtechnik und für die Steuerungsorgane der Vakuumtechnik entsteht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach aufgebaut und/oder leicht steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Unterdrucks einen Injektor umfasst.
In einem solchen Injektor wird ein Unterdruck durch Erzeugen eines Strahls eines Injektionsfluids nach dem Strahlpumpen- oder Venturi-Prinzip erzeugt.
Ein solches einen Injektor umfassendes Injektorsystem ist sehr einfach aufgebaut und zuverlässig funktionsfähig. Das unter Druck stehende Injektionsfluid kann von einer Waschpumpe bereitgestellt werden, welche in einer Reinigungsvorrichtung ohnehin üblicherweise vorhanden ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Adapter zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen einer Mündungsöffnung eines Hohlraums in dem Werkstück und dem Injektor umfasst.
Ein solcher Adapter kann starr oder, zum Ausgleich von Positionstoleranzen des Werkstücks und/oder des Injektors, flexibel, insbesondere elastisch federnd, ausgebildet sein.
Der Adapter kann eine Dichtung zum fluiddichten Abdichten zwischen der Mündungsöffnung des Hohlraums und einem Außenraum des Werkstücks umfassen.
Das Werkstück kann mehrere, nicht in Fluidverbindung miteinander stehende Hohlräume umfassen, die verschiedene Mündungsöffnungen aufweisen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung für jede solche Mündungsöffnung einen jeweils zugeordneten Adapter zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der betreffenden Mündungsöffnung und einem Injektor umfasst. Dabei können die verschiedenen Mündungsöffnungen mit demselben Injektor oder mit verschiedenen Injektoren verbunden sein.
Die Vorrichtung kann ein Saugsystem umfassen, welches den Injektor und mindestens zwei Adapter zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen jeweils einer Mündungsöffnung eines Hohlraums des Werkstücks und dem Injektor umfasst.
Ein solches Saugsystem kann während des Reinigungsvorgangs insbesondere seitlich neben dem Werkstück angeordnet sein.
Der Injektor kann eine Injektionsdüse für das Einbringen eines Injektionsfluids in einen Innenraum des Injektors umfassen.
Der Innenraum des Injektors kann eine stromabwärts von der Injektionsdüse angeordnete Verengung aufweisen.
Das Injektionsfluid kann von dem Reinigungsfluid verschieden oder mit dem Reinigungsfluid identisch sein.
Das Injektionsfluid ist vorzugsweise eine Injektionsflüssigkeit.
Als Injektionsfluid kann beispielsweise Wasser, eine Waschlauge (mit oder ohne Mikroblasen), ein lösemittelhaltiger Reiniger, eine Säure, ein Kühlschmiermittel und/oder ein Öl verwendet werden.
Das Reinigungsfluid kann eine Reinigungsflüssigkeit oder ein gasförmiges Reinigungsmedium, beispielsweise Luft, sein.
Als Reinigungsfluid kann beispielsweise Wasser, eine Waschlauge (mit oder ohne Mikroblasen), ein lösemittelhaltiger Reiniger, eine Säure, ein Kühlschmiermittel und/oder ein Öl verwendet werden.
Dem Reinigungsfluid kann mindestens ein Hilfsstoff beigemischt sein, der eine reinigende Wirkung hat.
Ein solcher Hilfsstoff kann beispielsweise ein Feststoff, insbesondere in Form eines Granulats, eines Salzes und/oder in Form von Eispellets, sein.
Ferner kann ein solcher Hilfsstoff Mikroblasen in einem flüssigen Medium umfassen.
Die Temperatur des Reinigungsfluids ist vorzugsweise an die Art der Verschmutzung des Werkstücks und an die Anforderungen an die Sauberkeit des Werkstücks nach der Reinigung angepasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Reinigungsfluids über einer üblichen Raumtemperatur, insbesondere über 30° C, besonders bevorzugt über 50° C, liegt.
Das zu reinigende Werkstück kann aus einem beliebigen Material gebildet sein, beispielsweise aus einem metallischen Material, einem keramischen Material und/oder einem Kunststoffmaterial.
Das zu reinigende Werkstück kann insbesondere ein spanend bearbeitetes Werkstück sein, in dessen Hohlraum Bearbeitungsrückstände, insbesondere Feststoffe, beispielsweise Späne, enthalten sind.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine stromabwärts von dem Injektor angeordnete, vorzugsweise zyklisch verschließbare, Auslass-Verschließvorrichtung zum Verschließen eines Strömungswegs eines von dem Injektor abgegebenen Fluids umfasst. Durch Schließen der Auslass-Verschließvorrichtung kann eine Umkehr der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids im Hohlraum des Werkstücks und somit ein wechselseitiges Durchströmen des Hohlraums erzielt werden. Durch das Umkehren der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids im Hohlraum des Werkstücks wird die Reinigungswirkung erheblich verbessert.
Verschmutzungen, die sich an Engstellen oder Hinterschneidungen des Hohlraums verklemmt oder abgelagert haben, werden bei einer Strömungsumkehr gelöst und zusammen mit dem Reinigungsfluid abtransportiert.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise eine stromaufwärts von dem Injektor angeordnete Injektions-Verschließvorrichtung zum Verschließen eines Strömungswegs eines dem Injektor zuzuführenden Injektionsfluids. Durch Öffnen einer solchen Injektions-Verschließvorrichtung kann das Injektorsystem in einfacher Weise zum Erzeugen eines Unterdrucks aktiviert werden, und durch Schließen einer solchen Injektions-Verschließvorrichtung kann das Injektorsystem in einfacher Weise deaktiviert werden.
Ferner kann bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine stromaufwärts von dem Injektor angeordnete Modulationsvorrichtung zum Erzeugen eines modulierten Injektionsfluidstroms zu dem Injektor umfasst.
Mittels einer solchen Modulationsvorrichtung ist vorzugsweise ein pulsierender Injektionsfluidstrom durch den Injektor erzeugbar, was die Erzeugung eines pulsierenden Unterdrucks an der Mündungsöffnung des Hohlraums des Werkstücks zur Folge hat.
Auch durch einen solchen pulsierenden Unterdruck kann eine Umkehr der Strömung des Reinigungsfluids in dem Hohlraum des Werkstücks erzeugt werden, durch welche eine Verbesserung der Reinigungswirkung erzielt wird.
Eine solche Modulationsvorrichtung kann beispielsweise ein Pulsventil mit einem rotierenden Ventilkörper umfassen, wie es insbesondere in der WO 03/036144 A1 beschrieben ist.
Die Auslass-Verschließvorrichtung und/oder die Injektions-Verschließvorrichtung können insbesondere als ein Schaltventil ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuerungsvorrichtung, welche insbesondere die Auslass-Verschließvorrichtung, die Injektions-Verschließvorrichtung, die Modulationsvorrichtung und/oder die Injektionsfluidpumpe der Vorrichtung, soweit die genannten Elemente in der jeweiligen Vorrichtung enthalten sind, und gegebenenfalls auch weitere steuerbare Elemente der Vorrichtung steuert.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mindestens zwei Injektoren umfasst, die – vorzugsweise abwechselnd miteinander – in Fluidverbindung mit jeweils einer Mündungsöffnung eines Hohlraums, vorzugsweise desselben Hohlraums, des Werkstücks bringbar sind. Auch hierdurch kann eine die Reinigungswirkung der Vorrichtung verbessernde Umkehr der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids in dem Hohlraum des Werkstücks erzielt werden.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Manipulator umfasst, mittels welchem das Werkstück und/oder mindestens ein Injektor aus einer Getrenntstellung, in welcher das Werkstück und der jeweilige Injektor voneinander getrennt sind, in eine Verbindungsstellung, in welcher ein Hohlraum des Werkstücks und der jeweilige Injektor in Fluidverbindung miteinander stehen, bewegbar ist.
Der Manipulator ist vorzugsweise als eine frei programmierbare Handhabungsvorrichtung mit einem eigenen Antrieb, beispielsweise mit einem elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, ausgebildet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Manipulator einen Industrieroboter umfasst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner mindestens eine Strahldüse umfassen, mittels welcher ein auf eine Zugangsöffnung eines Hohlraums des Werkstücks gerichteter Strahl eines Strahlfluids erzeugbar ist.
Durch einen solchen Strahl eines Strahlfluids wird die Reinigungswirkung der Vorrichtung insbesondere in den an die mit dem Strahl beaufschlagte Zugangsöffnung angrenzenden Bereichen des Hohlraums des Werkstücks verbessert.
Das Strahlfluid kann mit dem Reinigungsfluid identisch oder aber von demselben verschieden sein.
Insbesondere kann das Strahlfluid eine Strahlflüssigkeit umfassen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Strahlfluid ein gasförmiges Strahlmedium, beispielsweise Druckluft, umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Reinigungsfluidbehälter umfasst, in welchem das Werkstück so anordenbar ist, dass eine Zugangsöffnung eines Hohlraums des Werkstücks in ein in dem Reinigungsbehälter angeordnetes Volumen des Reinigungsfluids eintaucht.
Anspruch 13 ist auf eine Kombination aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks und einem mittels der Vorrichtung zu reinigenden Werkstück gerichtet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks, das einen Hohlraum mit einer Zugangsöffnung und einer Mündungsöffnung umfasst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen, welches mit geringem Aufwand und in einfacher Weise durchführbar ist, aber dennoch eine gründliche Reinigung des Werkstücks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks nach Anspruch 14 gelöst, welches Folgendes umfasst:

– Anordnen des Werkstücks derart, dass die Zugangsöffnung in ein Volumen eines Reinigungsfluids eintaucht; und
– Erzeugen eines Unterdrucks, durch welchen Reinigungsfluid durch die Mündungsöffnung des Hohlraums aus dem Werkstück abgesaugt wird, mittels eine Injektors.

Dabei ist es für die Erzielung einer guten Reinigungswirkung besonders günstig, wenn eine Strömungsrichtung des Reinigungsfluids in dem Hohlraum des Werkstücks in zumindest einem Bereich des Hohlraums zumindest zeitweise umgekehrt wird. Durch eine Strömungsumkehr können insbesondere festsitzende Feststoffe, beispielsweise Späne, besser gelöst und zusammen mit dem Reinigungsfluid abtransportiert werden.
Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks erläutert worden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks durchgeführt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks eignet sich insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen eines Werkstücks.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks eignet sich insbesondere zur Verwendung als ein Vorreinigungssystem vor einer wässrigen Reinigungsanlage.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vorzugsweise Feststoffe, insbesondere Bearbeitungsrückstände, wie beispielsweise Späne, Strahlmittel, Gusssand und ähnliches, und flüssige und/oder pastöse Bearbeitungsrückstände wie Öle, Kühlschmiermittel und/oder Fette, aus dem zu reinigenden Werkstück entfernt.
Hierdurch kann insbesondere die Badstandzeit in der nachfolgenden Reinigungsanlage verlängert werden.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks als Endreinigungsvorrichtung oder als Zwischenreinigungsvorrichtung vor einer Montagelinie verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zum Entfernen von Verschmutzungen dienen, welche durch Lagerung und/oder Transport des Werkstücks entstanden sind.
Jede Reinigungsanlage, in der ein gefüllter oder zu füllender Reinigungsbehälter und eine Waschpumpe vorhanden sind, kann in einfacher Weise in eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks umgerüstet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks in einem Bad eines Reinigungsfluids, wobei das Werkstück an einen Injektor zum Erzeugen eines Unterdrucks in einem Hohlraum des Werkstücks angeschlossen ist;
2 eine vergrößerte schematische Darstellung des Injektors der Vorrichtung aus 1;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, welche eine stromabwärts von dem Injektor angeordnete Auslass-Verschließvorrichtung zum Verschließen eines Strömungswegs eines von dem Injektor abgegebenen Fluids umfasst;
4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, welche eine stromaufwärts von dem Injektor angeordnete Modulationsvorrichtung zum zyklischen Verschließen eines Strömungswegs eines dem Injektor zuzuführenden Injektionsfluids umfasst;
5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, welche ein Saugsystem umfasst, mittels welchem eine Fluidverbindung zwischen mehreren Mündungsöffnungen eines Hohlraums in dem Werkstücks und dem Injektor herstellbar ist;
6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, welche mehrere Injektoren umfasst, an welche das Werkstück abwechselnd anschließbar ist, um einen Unterdruck in einem Hohlraum des Werkstücks zu erzeugen, wobei ein Hohlraum des Werkstücks in Fluidverbindung mit einem ersten Injektor steht; und
7 eine der 6 entsprechende schematische Darstellung der fünften Ausführungsform der Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks, wobei das Werkstück relativ zu den Injektoren bewegt worden ist und der Hohlraum des Werkstücks in Fluidverbindung mit einem zweiten Injektor steht.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks 102 umfasst einen Reinigungsbehälter 104, der bis zu einem Pegel 106 mit einem Fluid 108 eines Reinigungsfluids, insbesondere einer Reinigungsflüssigkeit, füllbar ist.
Als Reinigungsfluid kann beispielsweise Wasser, eine Waschlauge (mit oder ohne Mikroblasen), ein lösungsmittelhaltiger Reiniger, eine Säure, ein Kühlschmiermittel und/oder ein Öl verwendet werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein gasförmiges Reinigungsfluid, beispielsweise Luft, als Reinigungsfluid verwendet werden.
Die Temperatur des Reinigungsfluids wird vorzugsweise an die Art der Verschmutzung des Werkstücks 102 und an die Anforderungen an die Sauberkeit des Werkstücks 102 nach dessen Reinigung angepasst.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Reinigungsfluids über einer üblichen Raumtemperatur, insbesondere über 30° C, besonders bevorzugt über 50° C, liegt.
Das zu reinigende Werkstück 102 wird für die Durchführung eines Reinigungsvorgangs in das Volumen 108 des Reinigungsfluids eingebracht.
Das Werkstück 102 weist einen oder mehrere Hohlräume 110 auf, wobei jeder Hohlraum 110 einen von dem Reinigungsfluid durchströmbaren Hauptkanal 112 und einen oder mehrere von dem Reinigungsfluid durchströmbare Nebenkanäle 114, welche in Fluidverbindung mit dem Hauptkanal 112 stehen, umfassen kann.
Der Hohlraum 110 des Werkstücks 102 weist mindestens eine Zugangsöffnung 116 auf, durch welche Reinigungsfluid in den Hohlraum 110 gelangen kann, und mindestens eine von der Zugangsöffnung 116 verschiedene Mündungsöffnung 118, durch welche Reinigungsfluid aus dem Hohlraum 110 absaugbar ist.
Die Zugangsöffnung 116 und/oder die Mündungsöffnung 118 sind vorzugsweise an einer Außenfläche 120 des Werkstücks 102 angeordnet.
Die Zugangsöffnungen 116 können direkt zum Hauptkanal 112 oder zu einem Nebenkanal 114 des Hohlraums 110 führen.
Die Mündungsöffnung 118 kann an dem Hauptkanal 112 oder an einem Nebenkanal 114 vorgesehen sein.
Das Werkstück 102 kann aus einem beliebigen Material gebildet sein, beispielsweise aus einem metallischen Material, einem keramischen Material und/oder einem Kunststoffmaterial.
Die Vorrichtung 100 umfasst ferner einen Injektor 122 zum Erzeugen eines Unterdrucks, durch welchen das Reinigungsfluid aus dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 absaugbar ist.
Wie am besten aus der vergrößerten Darstellung von 2 zu ersehen ist, umfasst der Injektor 122 ein Gehäuse 124, in dessen Innenraum 126 eine Injektionsdüse 128 mündet.
Die Injektionsdüse 128 ist über eine Injektionsfluidleitung 130 mit einem (in 1 dargestellten) Injektionsfluidreservoir 132 verbunden.
In der Injektionsfluidleitung 130 sind eine Injektionsfluidpumpe 134 und eine Injektions-Verschließvorrichtung 136 zum Verschließen des Strömungswegs eines dem Injektor 122 zuzuführenden Injektionsfluids angeordnet.
Die Injektions-Verschließvorrichtung 136 kann beispielsweise als ein Schaltventil ausgebildet sein.
Die Injektions-Verschließvorrichtung 136 ist vorzugsweise stromabwärts von der Injektionsfluidpumpe 134 und stromaufwärts von der Injektionsdüse 128 angeordnet.
Die Vorrichtung 100 umfasst eine (nicht dargestellte) Steuerungsvorrichtung, welche insbesondere die Injektionsfluidpumpe 134 und die Injektions-Verschließvorrichtung 136 steuert.
Der Injektor 122 umfasst ferner einen Auslass 138, welcher einen sich in der Strömungsrichtung 140 des Fluids durch den Auslass 138 verjüngenden Einlaufbereich 142 und einen in der Strömungsrichtung 140 auf den Einlaufbereich 142 folgenden Auslaufbereich 144 umfasst.
Der Einlaufbereich 142 und der Auslaufbereich 144 grenzen an einer Verengung 146 des Innenraums 126 des Injektors 122 aneinander an.
Der senkrecht zur Strömungsrichtung 140 genommene Querschnitt des Innenraums 126 des Injektors 122 ist an der Verengung 146, welche eine Engstelle im Strömungsweg des Fluids durch den Injektor 122 bildet, minimal.
Ferner umfasst der Injektor 122 eine Ansaugleitung 148, durch welche aus dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 angesaugtes Reinigungsfluid in den Einlaufbereich 142 des Injektors 122 einspeisbar ist.
Die Ansaugleitung 148 kann mit einem Adapter 150 versehen sein, welcher im Betrieb der Vorrichtung 100 in Kontakt mit einem Bereich der Außenfläche 120 des Werkstücks 102 bringbar ist, welcher die Mündungsöffnung 118 des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 umgibt, so dass der Injektor 122 über den Adapter 150 fluiddicht an dem Werkstück 102 anliegt und der Innenraum der Ansaugleitung 148 fluiddicht von dem den Injektor 122 umgebenden Volumen 108 des Reinigungsfluids getrennt ist.
Die Vorrichtung 100 kann ferner einen (nicht dargestellten) Manipulator umfassen, mittels welchem das Werkstück 102 und/oder der Injektor 122 aus einer Getrenntstellung, in welcher das Werkstück 102 und der Injektor 122 voneinander getrennt sind, in eine Verbindungsstellung, in welcher der Hohlraum 110 des Werkstücks 102 und der Injektor 122 in Fluidverbindung miteinander stehen, bewegbar ist.
Mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 100 zur Reinigung des Werkstücks 102 wird ein Verfahren zum Reinigen des Werkstücks 102 wie folgt durchgeführt:
Der Reinigungsbehälter 104 wird ganz oder teilweise mit einem Volumen 108 des Reinigungsfluids gefüllt.
Das zu reinigende Werkstück 102 wird in dem ganz oder teilweise gefüllten Reinigungsbehälter 104 an einer (nicht dargestellten) Werkstückaufnahme abgesetzt oder durch einen (nicht dargestellten) Manipulator in einer vorgegebenen Reinigungsposition gehalten.
Dabei wird das Werkstück 102 relativ zu dem Injektor 122 so angeordnet, dass eine Mündungsöffnung 118 des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 in Fluidverbindung mit der Ansaugleitung 148 des Injektors 122 steht und durch den Adapter 150 des Injektors 122 gegenüber der Umgebung des Werkstücks 102 abgedichtet ist.
Der Adapter 150 kann starr oder flexibel, vorzugsweise federelastisch, insbesondere nach Art eines Faltenbalges, ausgebildet sein, um Toleranzen in der Positionierung des Werkstücks 102 relativ zu dem Injektor 122 ausgleichen zu können.
Das Werkstück 102 ist so angeordnet, dass mindestens eine von der Mündungsöffnung 118 verschiedene Zugangsöffnung 116 des Hohlraums 110 in das in dem Reinigungsbehälter 104 angeordnete Volumen 108 des Reinigungsfluids eintaucht.
Diese mindestens eine Zugangsöffnung 116 des Hohlraums 110 ist offen, so dass Reinigungsfluid durch diese Zugangsöffnung 116 in den Hohlraum 100 eindringen kann.
Nach dem Andocken des Werkstücks 102 an den Injektor 122 wird das den Injektor 122, die Injektionsfluidpumpe 134 und die Injektions-Verschließvorrichtung 136 umfassende Injektorsystem 152 aktiviert, indem der Strömungsweg des Injektionsfluids durch die Injektions-Verschließvorrichtung 136 geöffnet wird, so dass das von der (vorzugsweise kontinuierlich in Betrieb befindlichen) Injektionsfluidpumpe 134 aus dem Injektionsfluidreservoir 132 geförderte Injektionsfluid durch die Injektionsdüse 128 in den Innenraum 126 des Injektors 122 gelangt und dort einen Injektionsfluidstrahl ausbildet.
Der Druck des Injektionsfluids an der Austrittsöffnung der Injektionsdüse 128 beträgt vorzugsweise mindestens 1 bar.
Ferner beträgt der Überdruck des Injektionsfluids an der Austrittsöffnung der Injektionsdüse 128 vorzugsweise höchstens ungefähr 350 bar, insbesondere höchstens ungefähr 15 bar, besonders bevorzugt höchstens ungefähr 3,5 bar.
Das Injektionsfluid kann von dem Reinigungsfluid verschieden oder mit dem Reinigungsfluid identisch sein.
Das Injektionsfluid ist vorzugsweise eine Injektionsflüssigkeit.
Als Injektionsfluid kann beispielsweise Wasser, eine Waschlauge (mit oder ohne Mikroblasen), ein lösemittelhaltiger Reiniger, eine Säure, ein Kühlschmiermittel und/oder ein Öl eingesetzt werden.
Wenn das Injektionsfluid mit dem Reinigungsfluid identisch ist, kann die Injektionsfluidpumpe 134 saugseitig an das Volumen 108 des Reinigungsfluids in dem Reinigungsbehälter 104 angeschlossen werden; es ist dann nicht erforderlich, für das Injektionsfluid ein separates Injektionsfluidreservoir 132 bereitzustellen.
Durch die Aktivierung des Injektorsystems 152 wird nach dem Strahlpumpen- oder Venturi-Prinzip ein Saugstrom erzeugt, der dazu führt, dass in der Ansaugleitung 148 des Injektors 122 ein Unterdruck entsteht, durch welchen in den Hohlraum 110 des Werkstücks 102 eingedrungenes Reinigungsfluid durch die Mündungsöffnung 118 in den Injektor 122 gefördert wird.
Das Injektorsystem 152 dient somit als eine Einrichtung 155 zum Erzeugen eines Unterdrucks.
Durch die mit dem Volumen 108 des Reinigungsfluids in Fluidverbindung stehenden Zugangsöffnungen 116 des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 strömt Reinigungsfluid in den Hohlraum 110 nach, so dass ein Reinigungsfluidstrom durch den Hohlraum 110 des Werkstücks 102 erzeugt wird, dessen Strömungsrichtung in 1 durch die Pfeile 154 dargestellt ist.
In dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 enthaltene Verunreinigungen, beispielsweise Feststoffe, insbesondere Späne, werden von dem Reinigungsfluidstrom mitgeführt und zur Austrittsöffnung 156 des Injektors gefördert und dort aus dem Injektor 122 ausgetragen.
Dem Reinigungsfluid kann mindestens ein Hilfsstoff beigemischt sein, der eine reinigende Wirkung hat.
Ein solcher Hilfsstoff kann beispielsweise ein Feststoff, insbesondere in Form eines Granulats, eines Salzes und/oder in Form von Eispellets, sein.
Ferner kann ein solcher Hilfsstoff Mikroblasen in einem flüssigen Medium umfassen.
Nach Abschluss des Reinigungsvorgangs wird das Injektorsystem 152 durch Schließen der Injektions-Verschließvorrichtung 136 deaktiviert, und das Werkstück 102 wird aus seiner Andockstellung an dem Injektor 122 gelöst und aus dem Reinigungsbehälter 104 entnommen.
Wenn als Reinigungsfluid die Umgebungsluft verwendet wird, kann auf den Reinigungsbehälter 104 verzichtet werden; die als Reinigungsfluid dienende Umgebungsluft kann dann aus der das Werkstück 102 umgebenden Atmosphäre in den Hohlraum 110 des Werkstücks 102 nachströmen, wenn das Injektorsystem 152 aktiviert ist.
Eine in 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Reinigen eines Werkstücks 102 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Vorrichtung 100 eine stromabwärts von dem Injektor 122 angeordnete Auslass-Verschließvorrichtung 158 zum Verschließen des Strömungswegs des von dem Injektor 122 abgegebenen Fluids umfasst.
Das vom Injektor 122 abgegebene Fluid umfasst das Injektionsfluid und das Reinigungsfluid.
Die Auslass-Verschließvorrichtung 158 kann insbesondere ein Schaltventil umfassen, das von der Steuervorrichtung der Vorrichtung 100 steuerbar ist.
Die Auslass-Verschließvorrichtung 158 ist über eine Auslassleitung 160 mit dem Auslass 138 des Injektors 122 verbunden.
Die Auslassleitung 160 kann durch eine Wand 162 des Reinigungsbehälters 104 hindurchgeführt sein, so dass die Auslass-Verschließvorrichtung 158 außerhalb des Reinigungsbehälters 104 angeordnet sein kann.
Das bei geöffneter Auslass-Verschließvorrichtung 158 durch die Auslass-Verschließvorrichtung 158 hindurchströmende Fluid wird vorzugsweise in einem (nicht dargestellten) Sammelbehälter gesammelt und entsorgt oder – gegebenenfalls nach einer Wiederaufbereitung, insbesondere einer Filtration – erneut dem Reinigungsbehälter 104 zugeführt.
Die Auslass-Verschließvorrichtung 158 wird während des Reinigungsvorgangs nur zeitweise, vorzugsweise zyklisch, geöffnet und dann wieder geschlossen. Während der Schließphasen der Auslass-Verschließvorrichtung 158 ergibt sich ein Wechsel der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids durch den Hohlraum 110 des Werkstücks 102. Diese Umkehr der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids im Hohlraum 110 ist in 3 durch die gebrochenen Pfeile 164 dargestellt.
Durch den Wechsel der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids im Hohlraum 110 des Werkstücks 102 ergibt sich ein wechselseitiges Durchspülen des Hohlraums 110 mittels des Reinigungsfluids, wodurch sich festsitzende Verschmutzungen leichter lösen lassen.
Hierdurch wird die Reinigungswirkung im Werkstück 102 erheblich verbessert.
Verschmutzungen, die sich an Engstellen oder Hinterschneidungen im Hohlraum 110 des Werkstücks 102 verklemmen oder ablagern, werden bei einer solchen Strömungsumkehr gelöst und mit dem Reinigungsfluid mitgespült.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Vorrichtung 100 zum Reinigen des Werkstücks 102 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Reinigen eines Werkstücks 102 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Vorrichtung 100 alternativ oder ergänzend zu der Injektions-Verschließvorrichtung 136 eine in der Injektionsfluidleitung 130 stromaufwärts von dem Injektor 122 angeordnete Modulationsvorrichtung 166 zum Erzeugen eines modulierten Injektionsfluidstroms zu dem Injektor 122 umfasst.
Mittels der Modulationsvorrichtung 166 ist ein pulsierender Injektionsfluidstrom durch den Injektor 122 erzeugbar, was die Erzeugung eines pulsierenden Unterdrucks an der Mündungsöffnung 118 des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 zur Folge hat.
Auch durch einen solchen pulsierenden Unterdruck kann eine Umkehr der Strömung des Reinigungsfluids in dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 erzielt werden, durch welche eine Verbesserung der Reinigungswirkung erzielt wird, wie vorstehend im Zusammenhang mit der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 100 beschrieben.
Die Modulationsvorrichtung 166 kann beispielsweise ein Pulsventil mit einem rotierenden Ventilkörper umfassen, wie es in der WO 03/036144 A1 beschrieben ist, auf welche hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise eines solchen Pulsventils Bezug genommen wird.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Vorrichtung 100 zum Reinigen des Werkstücks 102 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 5 dargestellte vierte Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Reinigen eines Werkstücks 102 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass der Injektor 122 nicht nur mit einer einzigen Mündungsöffnung 118 des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 in Fluidverbindung steht, sondern mit zwei oder mehr Mündungsöffnungen 118 des Hohlraums 110.
Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung 100 ein Saugsystem 168, welches den Injektor 122 und mindestens zwei Adapter 150' zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen jeweils einer Mündungsöffnung 118 des Hohlraums 110 in dem Werkstück 102 und dem Injektor 122 umfasst.
Dabei kann die Mündungsöffnung 118 insbesondere an einer Seitenwand des zu reinigenden Werkstücks 102 angeordnet sein.
In diesem Fall ist die lokale Strömungsrichtung 154 des Reinigungsfluids in dem Hohlraum 110 zu der jeweils nächstliegenden Mündungsöffnung 118 hin gerichtet.
Ferner ist in 5 am Beispiel der vierten Ausführungsform dargestellt, dass die Vorrichtung 100 eine oder mehrere Strahldüsen 170 umfassen kann, mittels welchen jeweils ein auf eine Zugangsöffnung 116 des Hohlraums 110 in dem Werkstück 102 gerichteter Strahl 172 eines Strahlfluids erzeugbar ist.
Das Strahlfluid wird der jeweiligen Strahldüse 170 über eine jeweilige Strahlfluidleitung 174 zugeführt.
Die Strahlfluidleitungen 174 können beispielsweise über eine Strahlfluidpumpe aus einem (nicht dargestellten) Strahlfluidreservoir gespeist werden.
Das Strahlfluid kann mit dem Reinigungsfluid identisch oder aber von demselben verschieden sein.
Insbesondere kann das Strahlfluid eine Strahlflüssigkeit umfassen.
In diesem Fall ist die Strahldüse 170 vorzugsweise als eine Spritzdüse ausgebildet.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Strahlfluid ein gasförmiges Strahlmedium, beispielsweise Druckluft, umfasst.
In diesem Fall ist die Strahldüse 170 vorzugsweise als eine Druckluftdüse ausgebildet.
Durch die mittels der Strahldüsen 170 erzeugten Strahlen 172 von Strahlfluid wird die Reinigungswirkung der Vorrichtung 100 insbesondere in den an die mit den Strahlen 172 beaufschlagten Zugangsöffnungen 116 angrenzenden Bereichen des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 verbessert.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte vierte Ausführungsform der Vorrichtung 100 zum Reinigen des Werkstücks 102 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 6 und 7 dargestellte fünfte Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Reinigen eines Werkstücks 102 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Vorrichtung 100 zwei oder mehr Injektoren 122 umfasst, die abwechselnd in Fluidverbindung mit jeweils einer Mündungsöffnung 118 des Hohlraums 110 des Werkstücks 102 bringbar sind.
Auch hierdurch kann eine die Reinigungswirkung der Vorrichtung 100 verbessernde Umkehr der Strömungsrichtung des Reinigungsfluids in dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 erzielt werden.
In einer in 6 dargestellten ersten Reinigungsstellung steht das Werkstück 102 in Kontakt mit einem ersten Injektor 122a, der über eine erste Injektionsfluidleitung 130a und eine erste Injektions-Verschließvorrichtung 136a mit einer Injektionsfluidpumpe 134 in Verbindung steht, welche Injektionsfluid aus einem Injektionsfluidreservoir 132 fördert.
Bei geöffneter Injektions-Verschließvorrichtung 136a wird Reinigungsfluid aus dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 durch eine erste Mündungsöffnung 118a in den ersten Injektor 122a abgesaugt.
Nach einer ersten Reinigungsphase wird die erste Injektions-Verschließvorrichtung 136a geschlossen.
Das Werkstück 102 wird – beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Manipulators – von dem ersten Injektor 122a weg zu einem zweiten Injektor 122b hin bewegt und in Kontakt mit demselben gebracht, so dass der Hohlraum 110 des Werkstücks 102 nun in Fluidverbindung mit dem zweiten Injektor 122b steht.
Der zweite Injektor 122b ist über eine zweite Injektionsfluidleitung 130b und eine zweite Injektions-Verschließvorrichtung 136b an den druckseitigen Ausgang der Injektionsfluidpumpe 134 angeschlossen.
Durch Öffnen der zweiten Injektions-Verschließvorrichtung 136b wird eine zweite Reinigungsphase eingeleitet, während welcher Reinigungsfluid aus dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 durch eine zweite Mündungsöffnung 118b des Hohlraums 110 in den zweiten Injektor 122b abgesaugt wird.
Da die zweite Mündungsöffnung 118b an einem der ersten Mündungsöffnung 118a entgegengesetzten Endbereich des Werkstücks 102 angeordnet ist, ist die Strömungsrichtung 154 des Reinigungsfluids in dem Hohlraum 110 während der zweiten Reinigungsphase der Strömungsrichtung 154 des Reinigungsfluids in dem Hohlraum 110 während der ersten Reinigungsphase entgegengesetzt.
Auch bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung 100 zum Reinigen des Werkstücks 102 wird somit während des Reinigungsvorgangs eine Strömungsumkehr des Reinigungsfluids in dem Hohlraum 110 des Werkstücks 102 und damit eine verbesserte Reinigungswirkung erzielt
Am Ende der zweiten Reinigungsphase wird die zweite Injektions-Verschließvorrichtung 136b geschlossen, und das gereinigte Werkstück 102 wird aus dem Reinigungsbehälter 104 entnommen.
Im Übrigen stimmt die in den 6 und 7 dargestellte fünfte Ausführungsform der Vorrichtung 100 zum Reinigen des Werkstücks 102 hinsichtlich Aufbau, Funktionsweise und Herstellungsweise mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2246128 A2 [0002]
WO 03/036144 A1 [0035, 0131]

Claims

Vorrichtung zum Reinigen eines Werkstücks (102), umfassend eine Einrichtung (155) zum Erzeugen eines Unterdrucks, durch welchen ein Reinigungsfluid aus einem Hohlraum (110) des Werkstücks (102) absaugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (155) zum Erzeugen des Unterdrucks einen Injektor (122) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen Adapter (150; 150') zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen einer Mündungsöffnung (118) eines Hohlraums (110) in dem Werkstück (102) und dem Injektor (122) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die Vorrichtung (100) ein Saugsystem (168) umfasst, welches den Injektor (122) und mindestens zwei Adapter (150‘) zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen jeweils einer Mündungsöffnung (118) eines Hohlraums (110) des Werkstücks (102) und dem Injektor (122) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (122) eine Injektionsdüse (128) für das Einbringen eines Injektionsfluids in einen Innenraum (126) des Injektors (122) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (126) des Injektors (122) eine stromabwärts von der Injektionsdüse (128) angeordnete Verengung (146) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine stromabwärts von dem Injektor (122) angeordnete Auslass-Verschließvorrichtung (158) zum Verschließen eines Strömungswegs eines von dem Injektor (122) abgegebenen Fluids umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine stromaufwärts von dem Injektor (122) angeordnete Injektions-Verschließvorrichtung (136) zum Verschließen eines Strömungswegs eines dem Injektor (122) zuzuführenden Injektionsfluids umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine stromaufwärts von dem Injektor (122) angeordnete Modulationsvorrichtung (166) zum Erzeugen eines modulierten Injektionsfluidstroms zu dem Injektor (122) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens zwei Injektoren (122) umfasst, die in Fluidverbindung mit jeweils einer Mündungsöffnung (118) eines Hohlraums (110) des Werkstücks (102) bringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen Manipulator umfasst, mittels welchem das Werkstück (102) und/oder mindestens ein Injektor (122) aus einer Getrenntstellung, in welcher das Werkstück (102) und der jeweilige Injektor (122) voneinander getrennt sind, in eine Verbindungsstellung, in welcher ein Hohlraum (110) des Werkstücks (102) und der jeweilige Injektor (122) in Fluidverbindung miteinander stehen, bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens eine Strahldüse (170) umfasst, mittels welcher ein auf eine Zugangsöffnung (116) eines Hohlraums (110) des Werkstücks (102) gerichteter Strahl (172) eines Strahlfluids erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen Reinigungsfluidbehälter (104) umfasst, in welchem das Werkstück (102) so anordenbar ist, dass eine Zugangsöffnung (116) eines Hohlraums (110) des Werkstücks (102) in ein in dem Reinigungsbehälter (104) angeordnetes Volumen (108) des Reinigungsfluids eintaucht.
Kombination aus einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einem mittels der Vorrichtung (100) zu reinigenden Werkstück (102).
Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks (102), das einen Hohlraum (110) mit einer Zugangsöffnung (116) und einer Mündungsöffnung (118) umfasst, umfassend Folgendes: – Anordnen des Werkstücks (102) derart, dass die Zugangsöffnung (116) in ein Volumen (108) eines Reinigungsfluids eintaucht; und – Erzeugen eines Unterdrucks, durch welchen Reinigungsfluid durch die Mündungsöffnung (118) des Hohlraums (110) aus dem Werkstück (102) abgesaugt wird, mittels eines Injektors (122).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsrichtung (154; 164) des Reinigungsfluids in dem Hohlraum (110) des Werkstücks (102) in zumindest einem Bereich des Hohlraums (110) zumindest zeitweise umgekehrt wird.