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Die Erfindung betrifft eine Rotationsdüse zum Reinigen und/oder Trocknen von Werkstücken oder Werkzeugen unter Verwendung von Druckluft.
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Oftmals werden Werkstücke oder Werkzeuge über spanabhebende Verfahren gefertigt. Um die Werkstücke von losen Spänen oder Partikeln zu reinigen, wird häufig Druckluft eingesetzt, die über eine Arbeitsdüse auf die Werkstücke oder Werkzeuge gerichtet wird. Um eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück/dem Werkzeug und der Arbeitsdüse zu erreichen, ist die Arbeitsdüse in einem Endbereich eines drehbar gelagerten Arbeitsarms vorgesehen. Der Arbeitsarm wird durch Ausströmen von Druckluft über eine seitlich am Arbeitsarm angebrachte Antriebsdüse in Rotation versetzt. Um einen möglichst großen Reinigungseffekt zu erzielen, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Arbeitsarms auf einen vorgegebenen Wert geregelt.
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Aus der
DE 100 49 633 C2 ist eine vorteilhafte Vorrichtung zum mechanischen Reinigen von Werkstücken unter Verwendung von Luft- oder Gasströmen bekannt geworden. An einem Anschlussteil zum Anschließen der Vorrichtung an eine die Druckluft oder das Gas führende Druckleitung sind zumindest ein Arbeitsarm und Antriebsarm drehbar gelagert. An dem Arbeitsarm ist mindestens eine Arbeitsdüse vorgesehen, aus welcher die Druckluft oder das Gas auf die Werkstücke gerichtet ausströmt. An dem Antriebsarm ist eine Antriebsdüse vorgesehen, aus welcher die Druckluft oder das Gas ausströmt und dabei den Antriebsarm und den mit dem Antriebsarm verbundenen Arbeitsam in Rotation versetzt. Arbeitsarm und Antriebsarm sind entweder radial oder axial zueinander angeordnet. Während bei der radialen Ausgestaltung der Arbeitsarm mit der Arbeitsdüse und der Antriebsarm mit der Antriebsdüse kollinear angeordnet sind, sind bei der axialen Ausgestaltung zwei kollinear angeordnete Arbeitsarme mit endseitig angeordneten Arbeitsdüsen und zwei kollinear angeordnete Antriebsarme mit endseitig angeordneten Antriebsdüsen vorgesehen. Die Arbeitsarme sind mit den Antriebsarmen verbunden. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Fliehkraftregler auf, der die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsarms und damit die Rotationsgeschwindigkeit des mit dem Antriebsarm gekoppelten Arbeitsarms selbsttätig auf einen vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Drehzahlwert regelt.
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Der bekannte Fliehkraftregler besteht aus einem gegen die Federkraft einer Feder verschiebbaren Gewicht, welches die Antriebsdüse zumindest teilweise verschließt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit zu hoch ist, und welches die Antriebsdüse entsprechend frei gibt, wenn die Rotation zu gering ist. Der Fliehkraftregler ist im Antriebsarm angeordnet und besteht aus einem entlang der Längsachse des Antriebsarms verschiebbaren Gewicht, einer Schraubenfeder und einer Einstellschraube. Bei der Rotation des Antriebsarmes wirken auf das Gewicht einerseits die Fliehkraft und andererseits die Federkraft der voreingestellten Schraubenfeder. Je nachdem, welche der beiden Kräfte überwiegt, bewegt sich das Gewicht in radialer Richtung und verschließt oder öffnet die zugehörige Antriebsdüse in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl.
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Die bekannte Lösung ist bestens für Reinigungs- aber auch für Trocknungsprozesse geeignet. Allerdings ist der Einsatz der bekannten Rotationsdüse zur Reinigung von kleineren Werkstücken und Werkzeugen - insbesondere im Rahmen von Produktions- oder Weiterverarbeitungsprozessen - nicht unproblematisch. Sind die Abmessungen des zu reinigenden Werkstücks/Werkzeugs bei der zweiarmigen Version kleiner als der Abstand der Arbeitsdüsen oder liegt bei der einarmigen Version die Arbeitsdüse außerhalb der Abmessungen des zu reinigenden Werkstücks/Werkzeugs, so ist ein effektiver Einsatz der Rotationsdüse nur eingeschränkt möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine kompakte Rotationsdüse vorzuschlagen, die für die Reinigung und Trocknung von Werkstücken und Werkzeugen mit kleinen Abmessungen geeignet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Rotationsdüse zum Reinigen und/oder Trocknen von Werkstücken oder Werkzeugen unter Verwendung von Druckluft, die aus zumindest einer Arbeitsdüse strömt. Die Rotationsdüse weist eine Anschlusskomponente zum Anschließen an eine Druckluftleitung und einen Rotationskomponente auf, wobei die Rotationskomponente drehbar zur Längsachse der Rotationsdüse an der Anschlusskomponente gelagert ist. Bevorzugt erfolgt die drehbare Lagerung der Rotationskomponente an der Anschlusskomponente über Kugellager, insbesondere über Rillenkugellager. Zumindest eine Antriebsdüse ist in der Außenwandung der Rotationskomponente derart angeordnet und/oder die Antriebsdüse ist derart ausgestaltet, dass die Rotationskomponente durch ausströmende Druckluft in Rotation versetzt wird. In der Rotationskomponente ist weiterhin zumindest eine Fliehkraftreglereinheit vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass sie selbsttätig die aus der Antriebsdüse strömende Druckluft so regelt, dass die Drehzahl der Rotationskomponente im Wesentlichen konstant ist. Somit ist die Drehzahl insbesondere auch unabhängig von Druckschwankungen der Druckluft in der Druckluftleitung.
Die zumindest eine Arbeitsdüse ist in einem stirnseitigen, dem zu reinigenden oder zu trocknenden Werkstück oder Werkzeug zugewandten Endbereich der Rotationskomponente angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rotationskomponente zweiteilig ausgestaltet. Sie besteht aus einem Grundkörper und einem Oberteil. Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotationsdüse sieht vor, dass in dem Grundkörper zumindest eine Fliehkraftreglereinheit und die zugeordnete Antriebsdüse angeordnet sind; in dem Oberteil ist die zumindest eine Arbeitsdüse vorgesehen.
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Beide Einzelteile, sprich Grundkörper und Oberteil, sind axial zueinander angeordnet. Bevorzugt sind der Grundkörper und das Oberteil lösbar miteinander verbunden. Die lösbare Verbindung erfolgt über Verbindungselemente, z.B. versenkbare Schrauben, die in Bohrungen des Grundköpers und korrespondierenden Bohrungen des Oberteils angeordnet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Rotationsdüse dreiteilig ausgestaltet. Sie besteht aus einer Lagerkomponente, einer Antriebskomponente und einem Düsenkopf. Bevorzugt sind die Lagerkomponente, die Antriebskomponente und der Düsenkopf lösbar miteinander verbunden.
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Als besonders vorteilhaft ist folgende Ausgestaltung anzusehen:
- In der Lagerkomponente befindet sich das zumindest eine Lager für die Lagerung der Rotationskomponente an dem Anschlusselement;
- in der Antriebskomponente sind die zumindest eine Fliehkraftreglereinheit und die zugeordnete/n Antriebsdüse/n angeordnet;
- in dem Düsenkopf ist die zumindest eine Arbeitsdüse vorgesehen.
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Die Vorteile der zwei- bzw. dreiteiligen Ausgestaltung der Rotationsdüse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- - Die Fertigung von axial zueinander anordenbaren Einzelkomponenten der Rotationskomponente ist einfacher als die Fertigung einer einteiligen kompakten Rotationskomponente.
- - Im stirnseitigen Endbereich des Oberteils bzw. des Düsenkopfs sind die Arbeitsdüsen bzw. die zumindest eine Arbeitsdüse vorgesehen. Je nach den Anforderungen, die an die Reinigungs- oder Trocknungswirkung einer Rotationsdüse gestellt werden, sind die Arbeitsdüsen unterschiedlich ausgestaltet. Dies betrifft insbesondere die Abmessungen und/oder die Form der Austrittsöffnung einer Antriebsdüse, da hierdurch der Durchsatz an Druckluft und die Ausströmrichtung der Druckluft bestimmt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass Oberteile bzw. Düsenköpfe mit unterschiedlich gestalteten Arbeitsdüsen bereitgestellt werden, die dann je nach Bedarf auf den Grundkörper bzw. die Antriebskomponente adaptiert werden. Damit erübrigt sich der Austausch einer kompletten Rotationsdüse. Auch ist es nicht mehr notwendig, die vorhandenen Arbeitsdüsen einzeln durch Arbeitsdüsen zu ersetzen, die für geänderte Anforderungen besser geeignet sind. Soll beispielsweise die Winkelstellung der Arbeitsdüsen oder deren Blasstärke verändert werden, so wird das Oberteil bzw. der Düsenkopf durch ein Oberteil bzw. einen Düsenkopf mit entsprechend abgeänderten Blasdüsen ersetzt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotationsdüse sieht vor, dass die bzw. jede Arbeitsdüse in einem zugehörigen Düseneinsatz fest montiert ist.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn bei der erfindungsgemäßen Rotationsdüse - sei es in der einteiligen, zwei- oder dreiteiligen Variante - die Anzahl der Antriebsdüsen und/oder die Anzahl der Fliehkraftreglereinheiten so bemessen sind/ist und wenn die Anordnung der Antriebsdüsen und/oder der Fliehkraftreglereinheiten so gewählt sind/ist, dass während der Rationsbewegung der Rotationskomponente näherungsweise keine Unwuchten auftreten. Analoges gilt bevorzugt auch im Hinblick auf die Arbeitsdüsen: Auch die Anzahl der Arbeitsdüsen ist so bemessen und/oder die Anordnung der Arbeitsdüsen an dem Oberteil bzw. an der Rotationsdüse ist so gewählt ist, dass während der Rotationsbewegung der Rotationskomponente näherungsweise keine Unwuchten auftreten.
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Durch den Rundlauf der Rotationsdüse wird die Materialbeanspruchung bzw. der Verschleiß der einzelnen Komponenten verringert, bzw. die Lebenddauer der Komponenten erhöht. Insbesondere gilt dies für die Kugellager, über die die Rotationskomponente an der Anschlusskomponente drehbar gelagert ist. Auch würden Unwuchten, die durch eine unausgeglichene Masseverteilung innerhalb der Rotationskomponente auftreten, der Regelung der Fliehkraftreglereinheit(en) auf eine konstante Drehzahl entgegenwirken.
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Nachfolgend wird eine Fliehkraftreglereinheit beschrieben, die bei der erfindungsgemäßen Rotationsdüse bevorzugt zum Einsatz kommt. Eine Fliehkraftreglereinheit weist einen Kolben auf, der in einer im Wesentlichen radial angeordneten Sacklochbohrung beweglich angeordnet ist. Der Kolben ist über ein elastisches Element, z.B. eine Schraubenfeder, mit einer definierten Anstellkraft gegen die Endfläche der Sacklochbohrung angestellt. Die Befestigung und ggf. die Einstellung oder die Nacheinstellung des federnd gelagerten Kolbens erfolgt über ein Befestigungs- bzw. Einstellelement, z.B. eine Schraube.
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In der Begrenzungswand der Sacklochbohrung ist zumindest eine Ausnehmung bzw. ein Freiraum vorgesehen, die/der über eine erste Bohrung mit Druckluft beaufschlagt wird und die/der über zumindest eine zweite Bohrung mit zumindest einer Antriebsdüse verbunden ist. Die definierte Anstellkraft des elastischen Elements ist so ausgelegt, dass ein definierter Abdeckungsgrad der Ausnehmung bzw. des Freiraums durch den Kolben bei einer definierten Drehzahl - infolge der herrschenden Fliehkraft - vorgegeben ist und dass sich der Abdeckungsgrad der Ausnehmung bzw. des Freiraums durch den Kolben in Abhängigkeit vom Überschreiten oder Unterschreiten der definierten Drehzahl infolge einer gesteigerten oder verringerten Fliehkraft - selbsttätig - reduziert oder vergrößert. Je geringer der Abdeckungsgrad beim Start der Rotationsdüse ist, um so schneller erreicht diese ihre volle Funktionstüchtigkeit. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass eine Fliehkraftreglereinheit, bestehend aus Kolben, elastischem Element und Einstell- bzw. Feststellelement, eine integrale Einheit bildet. Diese separate bzw. integrale Einheit wird bei der Montage in eine entsprechende Hülse, die sich im stirnseitigen Bereich der Rotationsdüse befindet, eingesetzt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, dass der Rotationsdüse eine lonisationsvorrichtung zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen zugeordnet ist. Die lonisationsvorrichtung dient zur Beseitigung von elektrostatischen Ladungen, die beispielsweise während der spanenden Bearbeitung von Werkstücken oder Werkzeugen auftreten können. Bevorzugt weist die lonisationsvorrichtung eine Elektrode auf, die mit einem Endbereich über ein Kabel mit einer Hochspannungsquelle verbindbar ist. Die Elektrode ist bevorzugt in einer axialen Durchführung in der Rotationsdüse angeordnet, wobei das freie Ende der Elektrode in Richtung der Werkstücke und oder Werkzeuge ausgerichtet ist. Bevorzugt ist die axiale Durchführung mit der Druckluftleitung verbunden, so dass die von dem freien Ende der Elektrode abgestrahlten Ionen durch die Druckluft gezielt in Richtung des zu reinigenden Werkstücks oder Werkzeugs bewegt werden.
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Die erfindungsgemäße Rotationsdüse hat den Vorteil, dass durchaus mehrere Arbeitsdüsen auf relativ engem Raum angeordnet sein können. Daher kann die Rotationsdüse mit kleinen Abmessungen gefertigt werden. Sie ist somit auch bestens für die Reinigung und/oder Trocknung von kleinen Werkstücken/Werkzeugen geeignet. Bevorzugt liegt der Außendurchmesser der Rotationsdüse im Bereich von 10 bis 35 mm.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsdüse,
- 2: einen Längsschnitt der in 1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsdüse gemäß der Kennzeichnung A-A,
- 3: einen Querschnitt der in 1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsdüse gemäß der Kennzeichnung B-B in 2,
- 4: eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsdüse gemäß der Kennzeichnung C in 1,
- 5: eine schematische Darstellung einer Rotationsdüse mit integrierter lonisationsvorrichtung und
- 6: eine dreiteilige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotationsdüse 1.
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In den Figuren 1 bis 4 sind unterschiedliche Ansichten und Schnitte einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsdüsel dargestellt. 1 zeigt eine Seitenansicht, 2 einen Längsschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in 1, 3 einen Querschnitt gemäß der Kennzeichnung B-B in 2 und 4 eine Draufsicht auf den stirnseitigen Endbereich gemäß der Kennzeichnung C in 1.
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Die erfindungsgemäße Rotationsdüse 1 zum Reinigen und/oder Trocknen von Werkstücken oder Werkzeugen (diese sind in den Figuren nicht dargestellt) unter Verwendung von Druckluft, die aus zumindest einer Arbeitsdüse (10) strömt, weist eine Anschlusskomponente 2 zum Anschließen an eine Druckluftleitung und eine Rotationskomponente 3 auf. Die Rotationskomponente 3 ist drehbar zur Längsachse 4 der Rotationsdüse 1 an der Anschlusskomponente 2 gelagert. Die Rotationskomponente 3 ist zweiteilig ausgestaltet. Sie ist zweiteilig ausgestaltet und besteht aus einem Grundkörper 6 und einem Oberteil 5. Der Grundkörper 6 und das Oberteil 5 sind über Verbindungselemente 9, insbesondere Schrauben, lösbar miteinander verbunden bzw. verbindbar. Die Verbindungselemente 9 sind in entsprechenden Bohrungen 8a, 8b von Grundköper 6 und Oberteil 5 angeordnet. In dem stirnseitigen, den Werkstücken oder Werkzeugen zugewandten Endbereich 13 der Rotationskomponente 3 sind vier Arbeitsdüsen 10 angeordnet. Die Anordnung und/oder Ausgestaltung der Arbeitsdüsen 10 an dem Oberteil 5 ist so gewählt, dass bei der Rotation der Rotationskomponente 3 möglichst keine Unwuchten auftreten.
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In der Außenwandung 12 der Rotationskomponente 3 sind mit gleichem Winkelversatz drei Antriebsdüsen 11 derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass die Rotationskomponente 3 durch ausströmende Druckluft in Rotation versetzt wird. Wie bereits an vorhergehender Stelle beschrieben, ist die Antriebsdüse 11 in einem Düseneinsatz 29 starr gelagert. In dem Grundkörper der Rotationskomponente 3 ist jeder Antriebsdüse 11 eine Fliehkraftreglereinheit 14 zugeordnet. Diese ist so ausgestaltet, dass sie selbsttätig die aus der zugeordneten Antriebsdüse 11 strömende Druckluft so regelt, dass die Drehzahl der Rotationskomponente 3 im Wesentlichen konstant und somit unabhängig von Schwankungen der Druckluft in der Druckluftleitung ist.
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Die Anordnung der Arbeitsdüsen 10 ist so gewählt, dass während der Rotationsbewegung der Rotationskomponente 3 näherungsweise keine Unwuchten auftreten. Die erfindungsgemäße Rotationsdüse 3 ist kompakt aufgebaut und hat bevorzugt einen Außendurchmesser Da, der im Bereich von 10 bis 35 mm liegt.
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Gut zu sehen sind Aufbau und Funktion jeder der Fliehkraftreglereinheiten 14 in den Figuren 2 und 3. Eine Fliehkraftreglereinheit 14 weist einen Kolben 16 auf, der in einer im Wesentlichen radial angeordneten Sacklochbohrung 15 beweglich angeordnet ist. Der Kolben 16 ist mit einer definierten Anstellkraft eines elastischen Elements 17 gegen die Endfläche 19 der Sacklochbohrung 15 angestellt. Bei Bedarf kann eine Nachjustierung über das Feststellelement bzw. Einstellelement 18 erfolgen.
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In der Begrenzungswand 21 der Sacklochbohrung 15 ist zumindest ein Freiraum 20 vorgesehen. Diese wird über eine erste in der Rotationskomponente 3 vorgesehenen Bohrung 22 von der Kammer 28 her mit Druckluft beaufschlagt. Über eine zweite in der Rotationskomponente 3 vorgesehene Bohrung 23 bzw. über den Kanal 23 ist der Freiraum 20 mit der Antriebsdüse 11 verbunden ist. Die Antriebsdüse 11 entspricht der Luftaustrittsöffnung des Kanals 23.
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Die definierte Anstellkraft des elastischen Elements 17 ist so ausgelegt, dass ein definierter Abdeckungsgrad (in %) der Ausnehmung bzw. des Freiraums 20 durch den Kolben 16 bei einer definierten Drehzahl vorgegeben ist. Der Abdeckungsgrad der Ausnehmung bzw. des Freiraums 20 durch den Kolben 16 reduziert oder vergrößert sich selbsttätig in Abhängigkeit vom einem Überschreiten oder Unterschreiten der definierten Drehzahl infolge einer gesteigerten oder verringerten Drehzahl - und damit einer gesteigerten oder verringerten Fliehkraft.
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In 5 ist eine schematische Darstellung einer Rotationsdüse 3 mit integrierter lonisationsvorrichtung 24 zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen an den Werkstücken/Werkzeugen zu sehen. Die lonisationsvorrichtung 24 weist eine Elektrode 25 auf, die mit einem ihrer beiden Endbereiche mit einer Hochspannungsquelle 26 verbunden ist. Die Elektrode 25 ist mittig in einer Durchführung 27 der Rotationskomponente 3 vorgesehen. Über das freie Ende der Elektrode 25 werden die Ionen in Richtung des zu reinigenden oder zu trocknenden Werkstücks/Werkzeugs abgestrahlt. Die Durchführung 27 hat einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Elektrode 25. Durch den durch die Durchführung 27 austretenden Druckluftstrom werden die Ionen gezielt in Richtung der Werkzeuge/Werkstücke bewegt.
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Von der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Rotationsdüse 1 unterscheidet sich die in 6 gezeigte Ausgestaltung nur durch die Aufteilung in drei miteinander verbindbare Einzelteile. Diese Einzelteile sind: eine Lagerkomponente 30, eine Antriebskomponente 31 und ein Düsenkopf 32. In der Lagerkomponente 30 sind im gezeigten Fall zwei Kugellager 7 für die Lagerung der Rotationskomponente 3 an dem Anschlusselement 2 angeordnet. In der Antriebskomponente 31 befinden sich drei Fliehkraftreglereinheiten 14 und die zugehörigen Antriebsdüsen 11. Die Fliehkraftreglereinheiten 14 sind jeweils in gleichem Winkelabstand zueinander angeordent. Im Düsenkopf 32 sind stirnseitig vier Arbeitsdüsen 10 montiert. Bevorzugt sind die Lagerkomponente 30, die Antriebskomponente 31 und der Düsenkopf 32 lösbar miteinander verbunden. Beispielsweise erfolgt die Verbindung über in der 6 nicht gesondert dargestellte Schraubverbindungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationsdüse
- 2
- Anschlusskomponente
- 3
- Rotationskomponente
- 4
- Längsachse
- 5
- Oberteil
- 6
- Grundkörper
- 7
- Kugellager
- 8
- Bohrung
- 8a
- Bohrung im Oberteil
- 8b
- korrespondierende Bohrung im Grundkörper
- 9
- lösbares Verbindungselement / Schraube
- 10
- Arbeitsdüse
- 11
- Antriebsdüse
- 12
- Außenwandung der Rotationskomponente
- 13
- stirnseitiger Endbereich der Rotationskomponente
- 14
- Fliehkraftreglereinheit
- 15
- Sacklochbohrung
- 16
- Kolben
- 17
- elastisches Element
- 18
- Feststellelement/Einstellelement
- 19
- Endfläche der Sacklochbohrung
- 20
- Ausnehmung / Freiraum
- 21
- Begrenzungswand der Sachlochbohrung
- 22
- erste Bohrung in der Rotationskomponente
- 23
- zweite Bohrung in der Rotationskomponente
- 24
- lonisationsvorrichtung
- 25
- Elektrode
- 26
- Hochspannungsquelle
- 27
- Durchführung
- 28
- Kammer
- 29
- Düseneinsatz
- 30
- Lagerkomponente
- 31
- Antriebskomponente
- 32
- Düsenkopf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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