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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von insbesondere elektrischen Bauteilen mit einem gasförmigen Reinigungsmedium.
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Elektrische Bauteile, beispielsweise für elektrische Schaltungen oder Elektromotoren, können empfindliche Baugruppen aufweisen, zum Beispiel Leiterplatten oder Wicklungen umfassende Baugruppen, die während und/oder nach der Fertigung gezielt abgereinigt werden müssen. Beispielsweise sind partikuläre Verunreinigungen zu entfernen, die im Betrieb der Bauteile zu elektrischen Kurzschlüssen und Durchbrüchen führen können und für den Ausfall elektrischer Komponenten verantwortlich sind. Wünschenswert ist eine Trockenreinigung mittels eines gasförmigen (Gas oder Gasgemisch) Reinigungsmediums, wobei eine gezielte Reinigung der Bauteile von Vorteil ist. Bekannt ist es, elektrische Bauteile mittels Druckluft abzublasen und von Partikeln zu befreien.
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Die vorliegend beschriebene Reinigungsvorrichtung und das beschriebene Verfahren können mit Bauteilen unterschiedlichster Art zum Einsatz kommen, sie eignen sich jedoch insbesondere für elektrische Bauteile. Beispielsweise sind dies Bauteile für Elektromotoren wie Spulenkörper, Gehäuse, Lager oder Wellen, hierunter besonders Bauteile mit Rotationssymmetrie oder zumindest abschnittsweise zylindrischer Ausgestaltung, alternativ Bauteile für Leistungselektronik oder elektrische Leiterplatten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Reinigungsvorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von insbesondere elektrischen Bauteilen bereitzustellen, die bzw. das eine verbesserte Reinigungsleistung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung zum Reinigen von insbesondere elektrischen Bauteilen mit einem gasförmigen Reinigungsmedium gelöst, welche Reinigungsvorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung umfasst, an der das Bauteil festgelegt oder festlegbar ist, eine Düseneinrichtung mit mindestens einem auf das Bauteil ausgerichteten oder ausrichtbaren Düsenelement und eine Halteeinrichtung für dieses, wobei mindestens ein Düsenelement an mindestens eine Kontur des Bauteils angepasst ist, insbesondere eine Außenkontur oder eine Hüllfläche, wobei die Reinigungsvorrichtung ferner eine Druckerzeugungseinrichtung zum Beaufschlagen der Düseneinrichtung mit dem Reinigungsmedium umfasst, wobei mindestens ein Düsenelement der Düseneinrichtung an der Halteeinrichtung auswechselbar und insbesondere lösbar festlegbar oder festgelegt ist, und wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens eine Antriebseinrichtung umfasst, die mit dem Bauteil und/oder mit der Düseneinrichtung in Wirkverbindung steht, zum Erzielen einer Relativbewegung des Bauteils und des mindestens einen Düsenelementes während der Reinigung.
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Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung weist eine hohe Vielseitigkeit auf, indem sie aufgrund der Möglichkeit, mindestens ein Düsenelement der Düseneinrichtung auszuwechseln, auf einfache Weise an zu reinigende Bauteile angepasst werden kann. Zu diesem Zweck kann mindestens ein Düsenelement ausgewechselt werden, beispielsweise indem es an der Halteeinrichtung lösbar festgelegt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann eine bevorzugt ansteuerbare Verstelleinrichtung zum Auswechseln mindestens eines Düsenelementes vorgesehen sein. Mittels der Anpassung des Düsenelementes an zu reinigende Bauteile können diese gezielt abgereinigt werden. Dabei besteht insbesondere eine Anpassung des Düsenelementes an eine Kontur des Bauteils. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Außenkontur handeln, zum Beispiel die Kontur eines Mantels oder die Kontur von Stirnflächen des Bauteils. Alternativ oder ergänzend kann die Anpassung des Düsenelementes an eine Innenkontur des Bauteils vorgesehen sein, beispielsweise die Kontur von Hohlräumen, in die das Düsenelement eingeführt werden kann. Das bereits durch diese Ausgestaltung bessere Reinigungsergebnis gegenüber einer herkömmlichen Reinigungsvorrichtung kann weiter dadurch verbessert werden, dass erfindungsgemäß eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, mit der das mindestens eine Düsenelement und das Bauteil relativ zueinander während der Reinigung bewegt werden und unterschiedliche Oberflächenabschnitte des Bauteils erfasst werden können.
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Die vorliegende Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Reinigen von insbesondere elektrischen Bauteilen mit einem gasförmigen Reinigungsmedium gelöst, bei welchem Verfahren in Abhängigkeit des Bauteils mindestens ein an mindestens eine Kontur des Bauteils, insbesondere eine Außenkontur oder eine Hüllfläche, angepasstes Düsenelement einer Düseneinrichtung ausgewählt und auf das Bauteil ausgerichtet und das Bauteil mit dem Reinigungsmedium beaufschlagt wird, wobei das Bauteil und das mindestens eine Düsenelement während der Reinigung relativ zueinander bewegt werden, und wobei die Auswahl des Düsenelementes insbesondere das Auswechseln des mindestens einen Düsenelementes an einer Halteeinrichtung umfasst.
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Die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der Reinigungsvorrichtung erwähnt wurden, können unter Einsatz des Verfahrens ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden kann.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung. Diese nachfolgend erläuterten Ausführungsformen können verfahrensgemäß umgesetzt werden, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf diese Ausführungsformen der Reinigungsvorrichtung eingegangen wird.
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Die mindestens eine Antriebseinrichtung ist vorteilhafterweise zum Erzielen einer Relativrotation des Bauteils und des mindestens einen Düsenelementes und/oder zum Erzielen einer translatorischen Bewegung des Bauteils und des mindestens einen Düsenelementes relativ zueinander ausgestaltet.
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Eine Frequenz der Rotation des Bauteils und/oder des Düsenelementes oder eine Rotationsfrequenz der Relativrotation kann beispielsweise ungefähr 0,1 Umdrehungen pro Sekunde bis 50 Umdrehungen pro Sekunde betragen, vorzugsweise bis ungefähr 10 Umdrehungen pro Sekunde.
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Bei translatorischer Bewegung, insbesondere linearer, geradliniger Bewegung, kann eine Geschwindigkeit der Relativbewegung des Bauteils und des mindestens einen Düsenelementes zum Beispiel ungefähr 1 mm pro Sekunde bis 100 mm pro Sekunde betragen.
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Das gasförmige Reinigungsmedium kann insbesondere Druckluft sein.
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Der relative Überdruck des Reinigungsmediums kann beispielsweise von oberhalb 0 bar bis ungefähr 15 bar betragen, bevorzugt ungefähr 0,2 bar bis 5 bar.
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Die Druckerzeugungseinrichtung kann insbesondere ein Pumpaggregat umfassen.
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Die Temperatur des Reinigungsmediums kann bevorzugt von oberhalb ca. 0°C bis ca. 80°C betragen, vorzugsweise ungefähr 15°C bis 60°C.
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Die relative Feuchte des Reinigungsmediums beträgt vorzugsweise weniger als ca. 60%.
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Die Reinigungsvorrichtung kann vorzugsweise eine Konditionierungseinrichtung zum Einstellen der Temperatur und/oder der Feuchte des Reinigungsmediums umfassen, insbesondere abhängig von der durchzuführenden Reinigungsaufgabe und/oder vom Werkstück.
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Die Intensität der Reinigung kann vorzugsweise einstellbar sein. Die Einstellung, insbesondere durch Ansteuerung der Reinigungsvorrichtung mittels einer Steuereinrichtung derselben, kann beispielsweise zumindest eines der Folgenden umfassen:
- - Einstellung des Drucks des Reinigungsmediums;
- - Einstellung der Prozesszeit der Beaufschlagung des Bauteils mittels mindestens eines Düsenelementes und vorzugsweise einer Mehrzahl von Düsenelementen;
- - Einstellung einer Geschwindigkeit der Relativbewegung des Bauteils und mindestens eines Düsenelementes, rotatorisch und/oder translatorisch;
- - Einstellung oder Ändern einer Richtung der Relativrotation und/oder einer Bewegungsrichtung des Bauteils und mindestens eines Düsenelementes, beispielsweise Vorsehen einer wiederholten Drehrichtungsumkehr;
- - optional Auswahl und Einstellung des Reinigungsmediums. Je nach durchzuführender Reinigungsaufgabe kann vorgesehen sein, dass das Reinigungsmedium auswählbar ist;
- - Einstellung des Querschnitts mindestens einer Düsenöffnung mindestens eines Düsenelementes.
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Vorgesehen sein kann, dass das Reinigungsmedium absaugbar ist. Der relative Unterdruck kann beispielsweise von ungefähr -10 mbar bis -500 mbar betragen.
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Vorgesehen sein kann, dass ein Filterelement zur Reinigung des Reinigungsmediums aufstromseitig der Düseneinrichtung vorhanden ist. Auf diese Weise kann das zugeführte Reinigungsmedium von Partikeln befreit werden.
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Vorgesehen sein kann, dass die Reinigungsvorrichtung eine Reinigungskammer umfasst oder bildet. In der Reinigungskammer kann eine vorzugsweise verwirbelte Strömung von Reinigungsmedium bei Beaufschlagung mit Überdruck und/oder mit Unterdruck vorgesehen sein. Mittels der verwirbelten Strömung können am Bauteil anhaftende Partikel abgelöst und abgeführt werden. Vorgesehen sein kann, dass das Reinigungsmedium tangential in die Reinigungskammer einströmt, bezogen auf eine von dieser definierte Achse. Diese Achse kann zum Beispiel mit einer Rotationsachse für das Bauteil oder die Düseneinrichtung zusammenfallen.
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Vorgesehen sein kann, dass das Bauteil mittels einer elektrischen Beaufschlagungseinrichtung beaufschlagbar ist (DC- und/oder AC-Elektroden). Die Beaufschlagung kann zum Beispiel während der Reinigung mittels des Reinigungsmediums erfolgen. Alternativ oder ergänzend ist eine Beaufschlagung während des Tausches des Bauteils, beispielsweise mit der nachfolgend genannten Zuführeinrichtung, denkbar.
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Vorgesehen sein kann, dass das mindestens eine Düsenelement ortsfest an der Halteeinrichtung festgelegt ist und dass das Bauteil mittels der Antriebseinrichtung relativ zum Düsenelement rotiert oder verschoben wird, oder dass das Bauteil ortsfest an der Aufnahmeeinrichtung festgelegt ist und dass das mindestens eine Düsenelement mittels der Antriebseinrichtung relativ zum Bauteil rotiert oder verschoben wird.
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Das mindestens eine Düsenelement kann beispielsweise durch Kraft- und/oder Formschluss an der Halteeinrichtung festlegt sein. Denkbar ist insbesondere eine Schraubverbindung, eine Rastverbindung und/oder eine Klemmverbindung. Von Vorteil kann es sein, wenn das mindestens eine Düsenelement manuell und insbesondere werkzeuglos an der Halteeinrichtung festlegbar ist, um erforderliche Rüst- oder Tauschzeiten für das mindestens eine Düsenelement gering zu halten.
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Von Vorteil sind korrespondierende Ausrichtelemente oder Codierelemente am mindestens einen Düsenelement und der Halteeinrichtung, um eine eindeutige Anordnung sicherzustellen.
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Von Vorteil ist es, wenn die Reinigungsvorrichtung eine vorzugsweise elektrisch ansteuerbare Verstelleinrichtung umfasst, mittels derer das mindestens eine Düsenelement an der Halteeinrichtung auswechselbar gehalten ist. Auf diese Weise erweist sich die Reinigungsvorrichtung als besonders vielseitig. Je nach durchzuführender Reinigungsaufgabe, vorzugsweise abhängig von dem zu reinigenden Bauteil, kann mindestens ein Düsenelement durch die Verstelleinrichtung ausgewechselt werden. Beispielsweise kann die bereits erwähnte Steuereinrichtung die Verstelleinrichtung ansteuern. Die Verstelleinrichtung kann von einem Benutzer betätigbar sein oder automatisch, beispielsweise abhängig von einem mittels einer Erkennungseinheit erkannten Bauteil.
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Insgesamt ist es von Vorteil, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Erkennungseinheit umfasst, mit der das Bauteil erkennbar ist, wobei mindestens ein Reinigungsvorgang und/oder mindestens ein Reinigungsparameter abhängig vom Bauteil einstellbar ist. Die Erkennung kann vorzugsweise kontaktlos erfolgen, beispielsweise optisch und/oder mittels andersartiger elektromagnetischer Strahlung, zum Beispiel durch eine RFID oder NFC-Technologie. Vorgesehen sein kann, dass dabei eine Kennzeichnung an dem Bauteil oder einem Tragelement (zum Beispiel der Aufnahmeeinrichtung) für das Bauteil kontaktlos erfasst wird.
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Vorteilhafterweise umfasst die Düseneinrichtung einen Satz von gegeneinander austauschbaren und vorzugsweise mittels einer Verstelleinrichtung auswechselbaren Düsenelementen. Es kann gewissermaßen ein „Vorrat“ vorgesehen sein, aus dem der Benutzer im Hinblick auf die Reinigungsaufgabe und das Bauteil auswählen kann. Vorteilhafterweise kann die Auswahl mittels der Verstelleinrichtung automatisch ohne Zutun des Benutzers erfolgen.
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Das mindestens eine Düsenelement, insbesondere eine Düsenöffnung des mindestens einen Düsenelementes, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform an rotationssymmetrisch ausgestaltete Bauteile oder zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgestaltete Bauteile angepasst. Beispielsweise ist mindestens ein Düsenelement angepasst zur Reinigung einer Mantelfläche eines Bauteils, wobei ein Mantel des Bauteils bei Rotation des Bauteils entlang des gesamten Umfangs abgereinigt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann mindestens ein Düsenelement zur Reinigung einer Stirnfläche des Bauteils angepasst sein, wobei dieses um eine die Stirnfläche quer und insbesondere senkrecht durchgreifende Achse rotierbar sein kann.
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Es versteht sich, dass mindestens ein Düsenelement eine Mehrzahl von Öffnungen umfassen kann, mit denen je nach Ausrichtung relativ zum Bauteil unterschiedliche Abschnitte des Bauteils abgereinigt werden können. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, mittels nur eines Düsenelementes unterschiedliche Seiten des Bauteils abzureinigen. Zum Beispiel können gleichzeitig eine Mantelfläche und eine Stirnfläche des Bauteils abgereinigt werden.
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Insgesamt ist es von Vorteil, wenn die Bauteile axial und/oder radial und/oder tangential mittels des mindestens einen Düsenelementes mit Reinigungsmedium beaufschlagbar sind, bezogen auf eine vom Bauteil definierte Achse, wobei die Bauteilachse vorteilhafterweise mit einer Drehachse zum Rotieren des Bauteils zusammenfallen kann. Die Beaufschlagung axial und/oder radial und/oder tangential kann über eine Mehrzahl von Düsenöffnungen des Düsenelementes erfolgen oder alternativ über nur eine Düsenöffnung, mit der die vorstehend genannten Flächen des Bauteils beaufschlagt werden können.
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Günstig ist es, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Vibrationseinrichtung zum Beaufschlagen des Bauteils mit Schwingungen umfasst. Eine Schwingungsfrequenz kann beispielsweise ungefähr 1 Hz bis 1000 Hz betragen, vorzugsweise ungefähr 50 Hz bis 200 Hz. Durch die Vibration können anhaftende Partikel abgelöst und dadurch das Reinigungsergebnis verbessert werden. Die Vibrationen können harmonisch sein oder anharmonisch, beispielsweise mit Rauschen-artigem Schwingungsspektrum. Die Vibrationen können periodisch oder aperiodisch sein und/oder kontinuierlich oder unterbrochen.
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Vorgesehen sein kann, dass Bauteil selbst mit Schwingungen beaufschlagt wird. Alternativ oder ergänzend kann eine mittelbare Beaufschlagung vorgesehen sein, wobei die Aufnahmeeinrichtung in Schwingungen versetzt wird.
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Günstig ist eine Entkopplung der Vibration der übrigen Komponenten der Reinigungsvorrichtung, zum Beispiel über Schwingungsdämpfer.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Düsenelement der Düseneinrichtung einen Düsenkörper mit einem Zufuhrabschnitt und einem mindestens eine Düsenöffnung aufweisenden Abgabeabschnitt umfasst, wobei der Düsenkörper zumindest teilweise einstückig gebildet ist und ein Strömungskanal für das Reinigungsmedium integral im Zufuhrabschnitt und/oder im Abgabeabschnitt gebildet ist. Durch die einstückige Fertigung, insbesondere mittels generativer Fertigung, kann in der Praxis eine besonders gute Anpassung des Düsenelementes an das zu reinigende Bauteil erfolgen.
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Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Düsenkörper zumindest abschnittsweise mittels eines generativen Fertigungsverfahrens gefertigt ist, insbesondere mittels 3D-Drucks, speziell am Abgabeabschnitt. Durch die generative Fertigung, zum Beispiel 3D-Druck, lassen sich im Hinblick auf ein besonders gutes Reinigungsergebnis vorteilhafte Strukturen des Düsenkörpers ausbilden.
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Beispielsweise kann eine strömungsoptimierte Luftführung im Strömungskanal und/oder an der Düsenöffnung gebildet werden. Dies kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass keine abrupten, tangentenunstetigen Übergänge an strömungsführenden Abschnitten des Düsenkörpers vorhanden sind.
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Übergänge zwischen strömungsführenden Abschnitten, zum Beispiel mit Querschnitts- und/oder Richtungsänderungen, weisen vorteilhafterweise Radien auf. Die Radien können vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1 mm bis 5 mm liegen.
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Strömungsführende Abschnitte im Innern des Düsenkörpers weisen beispielsweise Durchmesser von ungefähr 0,5 mm bis 3 mm auf. Leitkonturen können an strömungsführenden Abschnitten für eine strömungsoptimierte Führung des Reinigungsmediums vorgesehen sein.
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Düsenöffnungen können beispielsweise Längen von ca. 1 mm bis 1000 mm aufweisen, vorzugsweise bis ca. 200 mm und/oder Breiten von ca. 0,1 mm bis 15 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 5 mm.
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Mindestens ein Düsenelement kann eine Lavaldüse ausbilden; zur Fertigung erweist sich eine generative Fertigung als vorteilhaft.
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Das generative Verfahren erlaubt ferner eine Festigkeitsoptimierung des Düsenkörpers, zum Beispiel infolge von Stützstrukturen im Inneren und/oder variablen Wanddicken.
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Düsenöffnungen können beispielsweise zum Teil unterbrochen sein, zum Beispiel bei schlitzförmigen Düsenöffnungen, um eine höhere Festigkeit im Bereich der Düsenöffnung zu erzielen.
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Anbindungspunkte für die Verankerung des Düsenkörpers können so mittels des generativen Verfahrens gefertigt werden, dass vorteilhafterweise keine Sammelstellen für Verschmutzungen entstehen. Beispielsweise werden Verankerungseinsätze wie Gewindeeinsätze integral eingearbeitet.
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Durch das generative Verfahren können unterschiedliche Geometrien der mindestens einen Düsenöffnung auf einfache Weise gefertigt werden, zum Beispiel schräg verlaufende schlitzförmige Düsenöffnungen und/oder abgewinkelte Düsenöffnungen für eine abgewinkelte Beaufschlagung des Bauteils. Bei einem zumindest näherungsweise rotationssymmetrischen Bauteil kommt zum Beispiel ein Düsenelement mit einer schraubenförmigen Kontur ähnlich einer Helix zum Einsatz, wodurch sich die Düsenöffnung schraubenförmig um das Bauteil herum erstrecken kann.
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Die generative Fertigung des Düsenkörpers erlaubt es ferner, die Reinigungsvorrichtung vielseitig einsetzbar zu machen. Durch die Möglichkeit des Wechsels des Düsenelementes kann mit herstellungstechnisch vergleichsweise geringem Aufwand eine Vielzahl auch unterschiedlicher Bauteile gereinigt werden. Mittels Simulationsmethoden besteht insbesondere die Möglichkeit, die generative Fertigung des Düsenkörpers zu unterstützen. Hierbei können automatisierte Optimierungsalgorithmen zum Einsatz kommen.
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Mindestens ein Düsenelement kann bei einer bevorzugten Ausführungsform lanzenförmig ausgestaltet sein und mittels der Antriebseinrichtung in Hohlräume des Bauteils einführbar sein. Auf diese Weise kann eine innenseitige Reinigung der Bauteile durchgeführt werden. Vorteilhafterweise ist das Düsenelement an Konturen der Hohlräume angepasst.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Reinigungsvorrichtung eine Transporteinrichtung umfasst, mit der das Bauteil der mindestens einen Düseneinrichtung zuführbar ist. Insbesondere kann eine Mehrzahl von funktionsgleichen oder identischen Düseneinrichtungen vorgesehen sein, wobei mit der Transporteinrichtung eine Mehrzahl von Bauteilen den Düseneinrichtungen simultan zuführbar und von diesen reinigbar ist. Auf diese Weise kann die Taktzeit zur Reinigung von Bauteilen verringert werden.
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Die Beladung der Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise manuell oder maschinell erfolgen, zum Beispiel durch einen Roboter.
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Vorgesehen sein kann, dass eine Überwachungseinrichtung vorhanden ist, um zu ermitteln, ob die zur Verwendung vorgesehene Düseneinrichtung zur Reinigung des Bauteils geeignet ist. Es kann zum Beispiel überprüft werden, ob mindestens ein Düsenelement vorgesehen ist, das an die Kontur des Bauteils angepasst ist. Vorzugsweise kann dieses Düsenelement ausgewählt werden, zum Beispiel mit der vorstehend erwähnten Verstelleinrichtung. Die Überwachung erfolgt vorzugsweise berührungslos, zum Beispiel mittels einer RFID-Technologie.
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Günstigerweise kann das Reinigungsergebnis mittels einer Überwachungseinrichtung, zum Beispiel optisch, durch einen Vorher-Nachher-Vergleich des ungereinigten Bauteils mit dem gereinigten Bauteil überwacht werden.
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Wie bereits erwähnt besteht die Möglichkeit, abhängig vom zu reinigenden Bauteil Reinigungsparameter einzustellen. Hierbei wird beispielsweise eine Kennzeichnung am Bauteil oder an der Aufnahmeeinheit ausgelesen, zum Beispiel optisch mittels der vorstehend genannten Erkennungseinheit.
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Vor oder nach der Reinigung des Bauteils oder parallel dazu kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmeeinrichtung gereinigt werden kann. Denkbar ist zum Beispiel eine Absaugung offen oder geschlossen, etwa mittels einer Haube, und/oder eine Druckbeaufschlagung, zum Beispiel durch bewegbare Düsenelemente.
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Die Reinigungsvorrichtung kann eine Schallschutzeinrichtung aufweisen, die zum Beispiel in Gestalt einer Kammer ausgebildet ist und haubenförmig gebildet sein kann. Mehrfacher Schallschutz durch zum Beispiel übereinander angeordnete Hauben ist denkbar.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung kann vorteilhafterweise ein Reinigungsvorgang der Bauteile durchgeführt werden, zumindest zwei der folgenden Schritte umfasst:
- - Reinigen von Hohlräumen, beispielsweise Index- und Gewindesacklochbohrungen, des Bauteils mittels mindestens eines lanzenförmigen Düsenelementes;
- - Vibrieren des jeweiligen Bauteils, vorzugsweise unter gleichzeitiger Beaufschlagung mittels des Reinigungsmediums, zum Beispiel Druckluft, über die Düseneinrichtung, während vorteilhafterweise eine Relativbewegung des Bauteils und der Düseneinrichtung erfolgt;
- - Beaufschlagen der Aufnahmeeinrichtung, insbesondere an Aufnahmestellen für das Bauteil. Dies kann beispielsweise auch nach der Reinigung des Bauteils durchgeführt werden;
- - Reinigen obenliegender Flächen des Bauteils, wobei Positions- und Orientierungsangaben wie zum Beispiel „oben“ oder „unten“ auf einen bestimmungsgemäßen Gebrauch der Reinigungsvorrichtung bezogen aufzufassen sind;
- - Reinigen an Seitenflächen des Bauteils, vorzugsweise unter Relativbewegung zum mindestens einen Düsenelement;
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Vorteilhafterweise können abgetragene Partikel schwerkraftunterstützt abgeschieden werden. Durch das Reinigungsmedium und/oder Vibration abgetragene Partikel können zum Beispiel nach unten fallen und in einer Abscheideeinrichtung oder in einem Sammelbehälter gesammelt werden.
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Die Düsenelemente können unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise mit schlitzförmiger Düsenöffnung, Punktstrahldüsenöffnung, als Lanze, als Einstoffdüse oder Mehrstoffdüse etc. Insbesondere sind Kombinationen aus zwei oder mehr gleichen oder unterschiedlichen Arten vorstehend genannter Düsenöffnungen möglich, beispielsweise durch Stege oder Wände unterbrochene schlitzförmige Öffnungen (Mehrfachschlitze).
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Die Reinigung mittels des Reinigungsmediums kann mit weiteren Reinigungsprozessen kombiniert werden, zum Beispiel CO2-Reinigung, Plasmareinigung, Feuchtreinigen (z.B. mit Dampf) und/oder gezieltem Absaugen des Bauteils.
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Die Beaufschlagung mit dem Reinigungsmedium kann kontinuierlich oder unterbrochen sein, zum Beispiel gepulst.
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Abgetragene Partikel können beispielsweise mittels des Reinigungsmediums selbst abgeführt werden. Alternativ kann ein gesondertes Trägermedium eingesetzt werden, das zum Beispiel mittels Überdruck oder Unterdruck Partikel austrägt.
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Eine etwaige Reinigungskammer zum Aufnehmen des Bauteils kann vorteilhafterweise automatisiert abgereinigt werden, beispielsweise mechanisch mit einer Bürste oder einem Schaber. Alternativ oder ergänzend kann eine Beaufschlagung mit einem Reinigungsfluid vorgesehen sein. Hierzu kann die Reinigungsvorrichtung beispielsweise eine gesonderte Düseneinrichtung umfassen.
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Das Reinigungsmedium kann bei einer bevorzugten Ausführungsform ionisiert werden, um elektrostatische Aufladungen abzubauen, über die die Partikel an einer Oberfläche des Werkstücks anhaften. Dementsprechend kann eine Ionisierungseinrichtung vorgesehen sein, um zum Beispiel mittels Elektroden einen Ladungsausgleich an der Oberfläche zu erreichen.
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Die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Reinig u ngsvorrichtu ng;
- 2: eine schematische Teildarstellung einer weiteren erfindungsgemä-ßen Reinigungsvorrichtung;
- 3: eine vereinfachte Schnittansicht längs der Linie 3-3 in 2;
- 4: eine schematische Teildarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung; und
- 5: eine Detaildarstellung eines Düsenelementes der Reinigungsvorrichtung aus 4.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung. Die Reinigungsvorrichtung 10 ist zum Reinigen von Bauteilen 12 mit einem gasförmigen Reinigungsmedium, insbesondere Druckluft, ausgebildet. Die Bauteile 12 sind beispielsweise elektrische Bauteile für Elektromotoren wie Spulenkörper, Gehäuse, Lager oder Wellen. Insbesondere eignet sich die Reinigungsvorrichtung 10 für Bauteile mit Rotationssymmetrie, wie nachfolgend unter Verweis auf die 2 bis 5 erläutert wird.
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Zum Bereitstellen der Druckluft kann die Reinigungsvorrichtung 10 eine Druckerzeugungseinrichtung 14 aufweisen, vorliegend ein Pumpaggregat 16 für Druckluft.
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Die Bauteile 12 sind an Aufnahmeeinrichtungen 18 festgelegt, auf denen sie beispielsweise während des Reinigungsvorgangs und zum Transport verbleiben können.
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Im vorliegenden Fall umfasst die Reinigungsvorrichtung 10 eine Transporteinrichtung 20. Mit der Transporteinrichtung 20 kann die Aufnahmeeinrichtung 18 mit daran festgelegtem Bauteil 12 einer Düseneinrichtung 22 der Reinigungsvorrichtung 10 zugeführt werden. Die Düseneinrichtung 22 steht mit dem Pumpaggregat 16 direkt oder indirekt in Strömungsverbindung, so dass die Düseneinrichtung 22 und insbesondere mindestens ein Düsenelement 24 der Düseneinrichtung 22 mit Druckluft beaufschlagt werden kann.
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Die Düseneinrichtung 22 und insbesondere deren Düsenelemente 24 sind an einer Halteeinrichtung 26 gehalten. Wie bereits erläutert weist die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 10 den Vorteil auf, dass mindestens ein Düsenelement 24 an der Halteeinrichtung 26 auswechselbar ist und gegen ein andersartiges Düsenelement 24 getauscht werden kann. Dies erfolgt insbesondere im Hinblick auf ein optimales Reinigungsergebnis, wobei ein Düsenelement 24 zum Einsatz kommen kann, das in seiner Beschaffenheit an mindestens eine Kontur des Bauteils 12 angepasst ist.
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Denkbar ist, dass mindestens ein Düsenelement 24 an der Halteeinrichtung 26 lösbar festlegbar ist. Zur Festlegung kann zum Beispiel eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung vorgesehen sein, insbesondere eine Schraubverbindung, Rastverbindung und/oder Klemmverbindung. Von Vorteil ist es, wenn korrespondierende Ausrichtelemente am Düsenelement 24 und an der Halteeinrichtung 26 eine eindeutige Ausrichtung sicherstellen.
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Im vorliegenden Fall umfasst die Reinigungsvorrichtung 10 vorteilhafterweise allerdings eine Verstelleinrichtung 28. Die Verstelleinrichtung 28 steht mit der Düseneinrichtung 22 so in Wirkverbindung, dass mindestens ein Düsenelement 24 von der Verstelleinrichtung 28 gegen ein andersartiges Düsenelement 24 ausgetauscht werden kann.
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Die Reinigungsvorrichtung 10 kann eine Steuereinrichtung 30 umfassen. Mittels der Steuereinrichtung können vorteilhafterweise sämtliche Vorgänge der Reinigungsvorrichtung 10 gesteuert werden, insbesondere die Transporteinrichtung 20, das Pumpaggregat 16, die Düseneinrichtung 22 und die Verstelleinrichtung 28.
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Die Reinigungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Antriebseinrichtung 32. Die Antriebseinrichtung 32 dient dazu, während der Reinigung des Bauteils 12 eine Relativbewegung des Bauteils 12 und mindestens eines Düsenelementes 24 zu ermöglichen. Bei der Relativbewegung kann es insbesondere um eine Rotation um zumindest eine Achse handeln und/oder eine Translation in zumindest einer Raumrichtung. Die Translation kann geradlinig sein. Im vorliegenden Fall ist beispielsweise sowohl dem Bauteil 12 als auch der Düseneinrichtung 22 zum Bewegen der Düsenelemente 24 eine jeweilige Antriebseinrichtung 32 zugeordnet.
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Ferner kann die Reinigungsvorrichtung 10 eine Erkennungseinrichtung 34 umfassen. Mittels der Erkennungseinrichtung 34 kann das Bauteil 12 erkannt werden. Alternativ oder ergänzend ist denkbar, dass eine dem Bauteil 12 zugeordnete Kennzeichnung, zum Beispiel an der Aufnahmeeinrichtung 18, erkannt wird. Die Erkennungseinrichtung 34 ist beispielsweise optisch ausgestaltet.
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Abhängig vom Ergebnis der Erkennung besteht insbesondere die Möglichkeit, den Reinigungsvorgang an das Bauteil 12 so anzupassen, dass ein optimales Reinigungsergebnis erzielt werden kann. Dies schließt insbesondere die Ansteuerung des Pumpaggregates 16, der Düseneinrichtung 22, der Verstelleinrichtung 28 und der Antriebseinrichtung 32 ein.
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Vorgesehen sein kann, dass eine Mehrzahl von gleichartig oder günstigerweise identisch ausgestalteten Düseneinrichtungen 22 vorgesehen ist. Beispielsweise können mit der Transporteinrichtung 20 eine Mehrzahl von Aufnahmeeinheiten 18 mit daran angeordneten Bauteilen 12 gleichzeitig transportiert und den Düseneinrichtungen 22 zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Taktzeit verkürzt werden. Günstigerweise entspricht die Anzahl der zuführbaren Aufnahmeeinrichtungen 18 der Anzahl der Düseneinrichtungen 22.
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Nachfolgend wird auf weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung vorgesehen. Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale und Bauteile werden identische Bezugszeichen benutzt. Die mit der Reinigungsvorrichtung 10 erzielbaren Vorteile können bei den nachfolgend genannten Reinigungsvorrichtungen ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden Erläuterungen verwiesen werden kann.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine mit dem Bezugszeichen 40 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung in einer Teildarstellung. Als Bauteil 12 ist bei diesem Beispiel ein Rotor eines Elektromotors vorgesehen. Der Rotor 42 umfasst eine Welle 44, die eine Achse 46 definiert.
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Als Antriebseinrichtung 32 ist vorliegend eine Rotationseinrichtung vorgesehen. Mit der Rotationseinrichtung kann der Rotor 42 um eine Drehachse 48 rotiert werden. Dabei fällt die Drehachse 48 vorliegend mit der Achse 46 zusammen.
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Die Düseneinrichtung 22 umfasst vorliegend ein Düsenelement 50 und ein weiteres Düsenelement 52. Die Düsenelemente 50, 52 sind im vorliegenden Fall ortsfest an der Halteeinrichtung 26 angeordnet und daran durch Kraft- und/oder Formschluss festgelegt. Wie vorstehend erläutert besteht indessen die Möglichkeit, die Düsenelemente 50 und 52 auszuwechseln, um je nach zu reinigendem Bauteil 12 ein für den Reinigungszweck und das Bauteil 12 besser angepasstes Düsenelement zu verwenden.
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Die Düsenelemente 50, 52 sind an den Rotor 42 angepasst. Dabei besteht mit dem Düsenelement 50 insbesondere die Möglichkeit, den Rotor 42 radial und axial, bezogen auf die Achse 46, mit Druckluft zu beaufschlagen. Eine erste Düsenöffnung 54 erlaubt das Beaufschlagen mit Druckluft in radialer Richtung und eine zweite Düsenöffnung 56 erlaubt das Beaufschlagen in axialer Richtung.
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Beim Düsenelement 52 besteht die Möglichkeit, den Rotor 42 über eine Düsenöffnung 58 in radialer Richtung zu beaufschlagen.
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Die Düseneinrichtung 22 ist dementsprechend so ausgebildet, dass mehrere Flächen des Rotors 42 gleichzeitig abgereinigt werden können, insbesondere eine Seitenfläche oder Mantelfläche 60 und eine Stirnfläche 62.
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Die Düsenelemente 24 der Düseneinrichtung 22 und dementsprechend beispielsweise die Düsenelemente 50 und 52, sind vorteilhafterweise mittels eines generativen Verfahrens hergestellt. Beispielsweise sind die Düsenelemente 50, 52 zumindest teilweise mittels 3D-Druck hergestellt.
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Die Düsenelemente 24, 50, 52 umfassen beispielsweise einen Düsenkörper 64, der einstückig gebildet ist und in dem ein Strömungskanal 66 gebildet ist. Der Strömungskanal 66 steht über eine Zufuhrleitung 68, zum Beispiel eine Schlauchleitung, mit dem Pumpaggregat 16 in Strömungsverbindung.
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Der Düsenkörper 64 umfasst einen Zufuhrabschnitt 70, an den die Zufuhrleitung 68 angeschlossen ist, und einen Abgabeabschnitt 72, an dem die Düsenöffnung 54, 56, 58 gebildet ist. Der Strömungskanal 66 erstreckt sich vom Zufuhrabschnitt 70 zum Abgabeabschnitt 72.
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Günstigerweise ist zumindest der Abgabeabschnitt 72 mit der Düsenöffnung 54, 56, 58 einstückig gebildet, speziell durch 3D-Druck. Dies gibt die Möglichkeit, die Düsenöffnungen 54, 56, 58 im Hinblick auf die zu erfüllende Reinigungsaufgabe bestmöglich anzupassen. Dabei kann eine Anpassung insbesondere an mindestens eine Kontur des Bauteils 12 vorgenommen werden.
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Die 4 zeigt schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 80 belegte vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung in einer Teildarstellung.
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Als Bauteil 12 kommt in diesem Beispiel ein Stator 82 eines Elektromotors zum Einsatz. Der Stator 82 weist ebenso wie der Rotor 42 im Wesentlichen eine Rotationssymmetrie auf. Der Stator 82 ist an der Aufnahmeeinrichtung 18 gehalten, bei der es sich beispielsweise vorliegend um einen Roboterarm handelt. Mittels der Antriebseinrichtung 32 kann der Stator 82 um die Drehachse 48 rotiert werden. Die Drehachse 48 fällt mit einer Achse 46 des Stators 82 zusammen.
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Die Düseneinrichtung 22 umfasst als Düsenelement 24 vorliegend eine Mehrzahl von Düsenelementen, die mit den Bezugszeichen 84, 86, 88, 90, 92, 94 und 96 gekennzeichnet sind. Die Düsenkörper 64 der Düsenelemente 84 bis 96 sind im vorliegenden Fall vorteilhafterweise ebenfalls generativ gefertigt, insbesondere mittels 3D-Druck. Auf die voranstehenden Ausführungen betreffend die Vorteile eines derartigen Fertigungsverfahrens wird verwiesen.
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Die Düsenelemente 84, 86 sind an die mantelförmige Seitenfläche 60 des Stators 82 angepasst. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die Seitenfläche 60 in radialer Richtung mit Druckluft zu beaufschlagen.
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Die Düsenelemente 80, 90 und 92 sind demgegenüber angepasst, eine Stirnfläche 62 des Stators 82 zu reinigen. Dabei können insbesondere Wicklungen 98 des Stators 82, die die Stirnfläche 62 bilden, abgereinigt werden.
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Die Düsenelemente 94, 96 sind im vorliegenden Fall lanzenförmig ausgestaltet. Dies bietet die Möglichkeit, in Hohlräume 100 des Stators 82 einzudringen. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinrichtung 18 abgesenkt und angehoben werden, damit die Lanzen in die Hohlräume 100 eingeführt werden. Alternativ kann das Anheben oder Absenken mittels der Antriebseinrichtung 32 erfolgen.
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Die Düsenelemente 94, 96 sind ebenfalls an die Konturen des Stators 82 angepasst, im vorliegenden Fall an Konturen der Hohlräume 100.
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5 zeigt beispielshaft das Düsenelement 94 mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen in vergrößerter Darstellung.
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Die Düsenelemente 84 bis 96 sind im vorliegenden Fall an der Halteeinrichtung 26 lösbar festgelegt, zum Beispiel durch Kraft- und/oder Formschluss, insbesondere durch Schraubverbindung, Rastverbindung und/oder Klemmverbindung. Ein einfacher und zügiger Wechsel zumindest eines der Düsenelemente 84 bis 96 ist möglich.
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Im Zusammenhang mit der Reinigungsvorrichtungen 40 und 80 sind nicht alle vorteilhafterweise vorhandenen Komponenten der Reinigungsvorrichtung dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass beispielsweise wie bei der Reinigungsvorrichtung 10 die Transporteinrichtung 20, die Verstelleinrichtung 28, die Steuereinrichtung 30 und/oder die Erkennungseinrichtung 34 vorhanden sein können.
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Die Reinigungsvorrichtung 80 umfasst eine Vibrationseinrichtung 102, die bevorzugt bei den Reinigungsvorrichtungen 10 und 40 ebenfalls vorhanden sein kann. Die vorzugsweise von der Steuereinrichtung 30 ansteuerbare Vibrationseinrichtung 102 ist vorliegend indirekt oder direkt am Bauteil 12 festgelegt, beispielsweise an der Aufnahmeeinrichtung 18. Über die Vibrationseinrichtung 102 kann das Bauteil 12 in Schwingungen versetzt werden. Anhaftende Partikel lösen sich dadurch vom Bauteil 12 und werden vorzugsweise von dem das Bauteil 12 beaufschlagenden Reinigungsmedium erfasst und abgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 40,
- 80 Reinigungsvorrichtung
- 12
- Bauteil
- 14
- Druckerzeugungseinrichtung
- 16
- Pumpaggregat
- 18
- Aufnahmeeinrichtung
- 20
- Transporteinrichtung
- 22
- Düseneinrichtung
- 24
- Düsenelement
- 26
- Halteeinrichtung
- 28
- Verstelleinrichtung
- 30
- Steuereinrichtung
- 32
- Antriebseinrichtung
- 34
- Erkennungseinrichtung
- 42
- Rotor
- 44
- Welle
- 46
- Achse
- 48
- Drehachse
- 50, 52
- Düsenelement
- 54, 56, 58
- Düsenöffnung
- 60
- Seitenfläche
- 62
- Stirnfläche
- 64
- Düsenkörper
- 66
- Strömungskanal
- 68
- Zufuhrleitung
- 70
- Zufuhrabschnitt
- 72
- Abgabeabschnitt
- 82
- Stator
- 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96
- Düsenelement
- 98
- Wicklung
- 100
- Hohlraum
- 102
- Vibrationseinrichtung
