-
In Produktionsprozessen, insbesondere
bei der spanenden Bearbeitung von Metallen werden Kühl- und
Schmierstoffe eingesetzt, die das Werkstück benetzen. An den Werkstücken können zusätzlich auch
noch Verschmutzungen in Form von Partikeln wie z. B. kleine Metallspäne, anhaften.
Diese auf dem Werkstück
anhaftenden Verunreinigungen sind in der Regel störend. Zum
Beispiel ist es störend, wenn
bei der weiteren Handhabung des Werkstücks von diesem abtropfender
Kühl- oder
Schmierstoff die Umgebung verschmutzt. Die Werkstücke müssen daher
zwischen zwei Bearbeitungsschritten oder zum Abschluß der Bearbeitung
gereinigt werden.
-
Um die Werkstücke in der Fertigungslinie
behalten zu können,
werden Verfahren zur Reinigung entwickelt, die wegen ihrer kompakten
Bauweise im Fertigungstakt reinigen können und zwischen zwei Bearbeitungsschritten
in die Fertigungslinie integriert werden können.
-
Aus der
DE-OS 196 33 771 A1 ist
ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken von flüssigen Anhaftungen, z. B. Kühlschmierstoffen,
sowie Partikeln bekannt. Hierbei wird das Werkstück in Schwingungen versetzt.
Die dadurch entstehenden Trägheitskräfte führen zum
Ablösen
der flüssigen
Anhaftungen von dem Werkstück.
Gleichzeitig werden durch eine in ihrer Form an das Werkstück angepassten
Düse die
abgelösten
nunmehr tropfenförmigen Anhaftungen
von einem Luftstrom, der durch die Düse gesaugt wird, aufgenommen
und entfernt. Dieses Verfahren wird im Folgenden "Vibrationsreinigung" genannt.
-
Durch die permanente Wiederholung
dieses Vorganges verringert sich die Masse, bzw. die Schichtdicke
der anhaftenden Flüssigkeit
solange, bis ein Kräftegleichgewicht
aus der Trägheitskraft und
der Haftkraft, hervorgerufen durch die Adhäsion, erreicht ist. Hierdurch
verbleibt bei diesem Verfahren immer eine Restmenge auf dem Bauteil,
deren Masse z. B. durch die Viskosität des Kühl- oder Schmierstoffs bestimmt
wird. Eine vollständige
Reinigung des Werkstücks
mittels einer Vibrationsreinigung ist nicht möglich.
-
In allen Fällen in denen eine weitgehende Reinigung,
z. B. zum Schutz optischer Sensoren, oder gar eine vollständige Reinheit,
z. B. wegen einer nachfolgenden Beschichtung des Werkstücks, notwendig
ist, kann die Vibrationsreinigung nicht alleine eingesetzt werden.
-
Eine weitgehende oder vollständige Reinigung
der Werkstücke
von diesen Stoffen kann durch Reinigungsbäder mit chemischen Zusätzen erreicht werden.
Wegen baulicher und betriebstechnischer Bedingungen können diese
Anlagen nicht oder nur schwer in eine Fertigungslinie integriert
werden. Sie werden daher üblicherweise
im Batch beschickt. Dies bedeutet, dass eines oder mehrere Werkstücke aus der
Fertigungslinie entnommen werden, in eine Reinigungsvorrichtung
eingelegt, dort gereinigt und anschließend wieder in die Fertigungslinie
zurückgebracht
werden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, die
Vibrationsreinigung so weiterzuentwickeln, dass eine vollständige Reinigung
des Werkstücks
ist.
-
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken von flüssigen und/oder festen Verunreinigungen
gelöst,
bei dem ein Werkstück
in ein das Werkstück
im Wesentlichen umschließendes
Gehäuse eingebracht
wird, eine Vibrationsreinigung durchgeführt wird und eine Plasmareinigung
durchgeführt wird,
wobei in plasmaförmigen
Zustand befindliche Luft innerhalb des Gehäuses an dem Werkstück vorbeigeführt wird.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die Erfindung nutzt die Tatsache
aus, dass Kühl-
und Schmierstoffe in der Regel auf Mineralölprodukten mit langkettigen
C-H-Verbindungen basieren. Es ist bekannt, dass diese Kühl- und
Schmierstoffe durch Oxydation beseitigt werden können. Es ist ferner bekannt,
dass der hierzu notwendige Sauerstoff aus dem Gasgemisch der Luft
bereitgestellt weden kann, sobald das Luftgasgemisch in einen plasmatischen
Zustand versetzt wird.
-
Dieser Effekt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgenutzt, um in einer Vorrichtung zeitgleich oder zeitlich versetzt
eine Vibrationsreinigung durch eine Plasmareinigung zu ergänzen. Die Plasmareinigung
kann die Nachteile der Vibrationsreinigung vollständig kompensieren,
ohne dass das Werkstück
aus der Fertigungslinie entnommen werden muß. Da durch die Vibrationsreinigung
bereits der Großteil
der an dem Werkstück
haftenden Verunreinigungen schnell und effizient entfernt wird,
ist der Energiebedarf für
die Plasmareinigung sehr gering, so dass durch das erfindungemäße Verfahren
ein wirkungsvolles und gleichzeitig wirtschaftliches Verfahren zur
vollständigen
Reinigung von Werkstücken zur
Verfügung
steht. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann in einer Vorrichtung zur Vibrationsreinigung durchgeführt werden,
wenn eine oder mehrere Plasmaquellen installiert werden. D. h, selbst
bestehende Anlagen zur Vibrationsreinigung können in vielen Fällen nachgerüstet werden.
-
Vorzugsweise wird dieses Plasma mit
Druckluft als kaltes Plasma ausgeführt.
-
Weitere Erfindungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens
sehen vor, dass die sich im plasmaförmigen Zustand befindliche
Luft in ihrer Zusammensetzung geändert
wird, um die Wirksamkeit der Plasmareinigung zu erhöhen. Dies
kann durch die Zugabe von reinem Sauerstoff oder durch Sauerstoff
in Form von Ozon (O3) geschehen.
-
Alternativ kann in weiteren Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
das Werkstück nach
der Vibrationsreinigung mit einem flüssigen Reinigungsmedium gereinigt
werden, während
es sich in dem Gehäuse
befindet. Dadurch wird eine effiziente Reinigung mit einem sehr
geringen Einsatz an Reinigungsmedium erreicht.
-
Als besonders vorteilhaft hat sich
der Einsatz von bei Raumtemperatur verflüssigtem Kohlendioxid erwiesen.
Kohlendioxid ist bei Raumtemperatur nur flüssig, wenn es unter hohen Druck
gesetzt wird. Es ist bei Raumtemperatur in einem überkritischen
Aggregatzustand, weshalb es auch als überkritisches Kohlendioxid
bezeichnet wird.
-
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann das Reinigungsmedium in den Hohlraum des Gehäuses eingesprüht werden oder
der Hohlraum mit dem Reinigungsmedium geflutet werden.
-
Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren
als kontinuierlicher Reinigungsprozess betrieben werden, indem Werkstücke kontinuierlich
dem Gehäuse
zugeführt
werden und gleichzeitig Werkstücke
aus dem Gehäuse
entnommen werden. Es ist aber ebenso möglich, das erfindungsgemäße Verfahren
im sogenannten batch-Betrieb durchzuführen, das heißt, dass
ein oder mehrere Werkstücke
in das Gehäuse
eingebracht werden, das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren durchgeführt wird
und anschließend
das Werkstück
wieder entnommen wird. Welche der zuvor beschriebenen Varianten
zum Einsatz kommen, hängt
unter anderem von der zur Stückzahl
der zu reinigenden Werkstücke
der Art der Verschmutzungen sowie Größe und Geometrie der Werkstücke ab.
-
Die eingangs genannte Aufgabe wird
auch durch eine Vorrichtung zur Reinigung von Werkstücken von
flüssigen
und/oder festen Verunreinigungen mit einem das Werkstück mindestens
teilweise umschließenden
Gehäuse,
mit einem Schwingungserzeuger, welcher das Werkstück in Schwingung
versetzt, mit einer Einrichtung zur Förderung von Luft aus einem
von dem Gehäuse
und dem Werkstück begrenzten
Hohlraum dadurch gelöst,
dass mindestens eine Plasmaquelle vorhanden ist und dass durch die
mindestens eine Plasmaquelle das in dem Hohlraum vorhandene Gas
in einen plasmaförmigen
Aggregatzustand gebracht werden kann. Die Zahl der Plasmaquellen
kann und muss in Abhängigkeit
der Größe des Werkstücks sowie
der gewünschten
Reinigungsleistung festgelegt werden.
-
Die eingangs genannte Aufgabe wird
auch durch eine Vorrichtung zur Reinigung von Werkstücken von
flüssigen
und/oder festen Verunreinigungen mit einem das Werkstück mindestens
teilweise umschließenden
Gehäuse,
mit einem Schwingungserzeuger, welcher das Werkstück in Schwingung
versetzt, mit einer Einrichtung zur Förderung von Luft aus einem
von dem Gehäuse
und dem Werkstück begrenzten
Hohlraum dadurch gelöst,
dass mindestens ein Kanal vorhanden ist, und dass durch den mindestens
einen Kanal ein Reinigungsmedium in den Hohlraum geleitet werden
kann.
-
Dabei werden die anhand dem Verfahren
erläuterten
Vorteile in gleicher Weise erreicht.
-
Die Einrichtung zur Förderung
von Luft aus dem Hohlraum zwischen Gehäuse und Werkstück kann
entweder als Absaugeinrichtung oder als Gebläse ausgeführt werden.
-
Des Weiteren ist bei einer weiteren
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Möglichkeit
vorgesehen, der in den Hohlraum geförderten Luft Sauerstoff, insbesondere
reinen Sauerstoff oder Ozon, zuzusetzen.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung,
deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
-
Zeichnung
-
Es zeigen:
-
1 und 2: Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtugen.
-
In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Reinigung von Werkstücken
im Schnitt vereinfacht dargestellt.
-
Ein Werkstück 1, welches bei
dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel eine ringförmige Geometrie
hat, wird von einem zweiteiligen Gehäuse 3 mit den Gehäusehälften 3a und 3b umschlossen.
In den Gehäusehälften 3a und 3b sind über den
Umfang verteilt mehrere Luftkanäle 5a und
5b angeordnet.
Durch die Luftkanäle 5a und 5b ist
es möglich,
einen ringförmigen
Hohlraum 7, welcher von den Gehäusehälften 3a und 3b begrenzt
wird und in den das Werkstück 1 eingelegt
ist, mit Luft zu durchspülen.
Die Luft, welche in der Figur durch die Pfeile 9 andeutungsweise
in ihrer Bewegungsrichtung dargestellt ist, wird über ein
nicht dargestelltes Gebläse oder über eine
Absaugeinrichtung 10 dem Gehäuse 3 zugeführt. An
der Gehäusehälfte 3a ist
ein Diffusor 11 mit einem regelbaren ersten Ventil 13 aufgesetzt. Durch
das erste Ventil 13 und dem Diffusor 11 gelangt
die Luft in die Luftkanäle 5a und 5b und
den Hohlraum 7.
-
An der in der Figur unteren an der
Gehäusehälfte 3b ist
ein Sammler 15 angeschlossen, mit dessen Hilfe die aus
den Luftkanälen 5b strömende Luft abgeführt werden
kann. Dies kann beispielsweise durch die Absaugeinrichtung 10 erfolgen.
Am Eintritt der Luftkanäle 5b in
den Sammler 15 sind zweite Ventile 17 vorgesehen,
welche ebenfalls regelbar sind.
-
Durch das erste Ventil 13 und
die zweiten Ventile 17 kann die Luftmenge mit welcher das
Werkstück 1 im
Hohlraum 7 umspült
wird, bedarfsabhängig
eingestellt werden oder geregelt werden. Ebenso ist es möglich, den
Hohlraum 7 durch Schließen des ersten Ventils 13 und
der zweiten Ventile 17 abzudichten.
-
Das Gehäuse 3 ist zweiteilig
ausgebildet und besitzt zwei Gehäusehälften 3a und 3b,
damit das ringförmige
Werkstück 1 in
den Hohlraum 7 eingelegt werden kann. Die Form des Gehäuses 3 hängt stark von
der Form des zu reinigenden Werkstückes ab. In der Regel wird
man bei der Formgebung des Gehäuses 3 darauf
achten, dass der Hohlraum 7 zwischen Gehäuse 3 und
Werkstück 1 nicht
größer als
notwendig ist und die Berührpunkte
zwischen Werkstück 1 und
Gehäuse 3 so
wählen
und ausbilden, dass durch die Berührung des Werkstücks 1 mit
dem Gehäuse 3 keine
Beschädigungen
am Werkstück 1 entstehen können.
-
Ein in der Figur nicht dargestellter
Schwingungserzeuger versetzt das Gehäuse 3 und mit ihm das
Werkstück 1 in
Schwingungen. Dieser Vorgang ist in der Figur durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet.
Die Art der Schwingungen sowie deren Amplitude, Frequenz und Richtung
werden abhängig
vom Werkstück 1 für jeden
Anwendungsfall festgelegt. Durch die Schwingungen des Werkstücks 1 werden die
an dem Werkstück
anhaftenden Verunreinigungen abgelöst. Dies kann beispielsweise
durch ohnehin vorhandene Kanten oder Vorsprünge (nicht dargestellt) am
Werkstück
1 wirksam unterstützt
werden, wenn die Schwingungen des Werkstücks 1 und des Gehäuses 3 so
gerichtet sind, dass die anhaftenden Verunreinigungen auf der Oberfläche des
Werkstücks 1 bis
zu den genannten Kanten oder Vorsprüngen wandern und sich dort
vom Werkstück 1 in Form
kleiner Tröpfchen
lösen.
Diese Tröpfchen
werden dann durch die Luft, welche das Werkstück 1 umspült, abtransportiert
und durch den Sammler 15 aus der Vorrichtung abgeführt.
-
Im Anschluß an die Vibrationsreinigung
wird erfindungsgemäß noch eine
Plasmareinigung des Werkstücks 1 vorgenommen.
Dazu sind über
den Umfang des Gehäuses 3 eine
oder mehrere Plasmaquellen 21 vorhanden. Diese Plasmaquellen 21 können je
nach Bedarf ein- oder ausgeschaltet werden und erzeugen bevorzugt
ein kaltes Plasma, welches über
Kanäle 23a und 23b in
den Hohlraum 7 eingeleitet wird. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist jeder Plasmaquelle 21 ein Kanal 23a und 23b zugeordnet.
Die Kanäle 23a und 23b können durch
dritte Ventile 25 geschlossen werden.
-
Durch das Einleiten von Plasma in
den Hohlraum 7 findet zeitgleich mit der Vibrationsreinigung oder
im Anschluss an die Vibrationsreinigung auch eine Plasmareinigung
des Werkstücks 1 statt.
Um die Wirksamkeit der Plasmareinigung weiter zu steigern, kann
es vorgesehen sein, den Sauerstoffgehalt der im plasmaförmigen Zustand
befindlichen Luft durch die Zugabe von reinem Sauerstoff oder von
Ozon zu erhöhen.
-
Dabei wird der Effekt ausgenutzt,
dass die am Werkstück 1 anhaftenden
Kühl- und
Schmierstoffe in der Regel aus langkettigen Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen
bestehen. Diese Verbindungen können
durch Oxidation beseitigt werden. Den dazu notwendigen Sauerstoff
kann durch in plasmatischem Zustand versetzte Luft bereitgestellt
werden.
-
Durch die Zugabe von Sauerstoff und/oder Ozon
kann die Wirksamkeit der Plasmareinigung weiter erhöht werden.
Die dazu notwendigen Ventile, Fördereinrichtungen
und Zuleitungen sowie Vorratstanks für Sauerstoff und Ozon und eines
oder mehrerer überkritischer
Medien sind in der 1 nicht
dargestellt.
-
In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Reinigen von Werkstücken
schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung entspricht in vielen
Punkten der in l dargestellten Vorrichtung,
so dass auf die zugehörige Beschreibung
Bezug genommen wird und nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden.
-
Anstelle einer Plasmaquelle (siehe
Bezugszeichen 21 in 1)
sind bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 Vorratstanks 27 für ein Reinigungsmedium
vorgesehen. Als Reinigungsmedium kann beispielsweise überkritisches
Kohlendioxid eingesetzt werden. Überkritisches
Kohlendioxid ist bei Raumtemperatur flüssig, wenn der Druck unter
dem das Kohlendioxid steht, ausreichend groß ist.
-
Wenn die Vibrationsreinigung abgeschlossen
ist, werden das erste Ventil 13 und die zweiten Ventile 17 geschlossen.
Die dritten Ventile 25 werden dann geöffnet, so dass das Reinigungsmedium
aus den Vorratstanks 27 in den Hohlraum 7 einströmen kann.
Wegen des geringen Volumens des Hohlraums 7 ist nur eine
sehr geringe Menge an Reinigungsmedium erforderlich, um das Werkstück 1 vollständig zu benetzen
und zu reinigen.
-
Anschließend werden die dritten Ventile 25 und
ein viertes Ventil 29 geschlossen sowie ein fünftes Ventil 31 geöffnet. Durch
das fünfte
Ventil 31 kann das mit Verunreinigungen beladene Reinigungsmedium
aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung
abgeführt
und bei Bedarf einer Nachbehandlung 33 zugeführt werden.
-
Wenn als Reinigungsmedium überkritisches Kohlendioxid
eingesetzt wird, verdampft das Kohlendioxid sobald sein Druck auf
Umgebungsdruck abgesenkt wird. Nach dem Verdampfen des Kohlendioxids
bleiben lediglich die Verunreinigungen in der Nachbehandlung zurück.
-
Wenn ein anderes Reinigungsmedium
eingesetzt wird, können
das Reinigungsmedium und die Verunreinigungen in der Nachbehandlung
voneinander in herkömmlicher
Weise getrennt oder aufbereitet werden.
-
Sämtliche
Komponenten der in den 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Reinigung von Werkstücken
werden über
ein nicht dargestelltes Steuergerät angesteuert beziehungsweise
geregelt, so dass eine vollautomatische Reinigung des Werkstücks 1 inklusive
der Zuführung des
Werkstücks 1 in
den Hohlraum 7 sowie der Entnahme des Werkstücks 1 aus
dem Hohlraum 7 erfolgen kann. Infolgedessen wird in aller
Regel auch das Öffnen
und Schließen
des Gehäuses 3 automatisch von
nicht dargestellten Antrieben übernommen.
-
Den erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemeinsam
ist der Vorteil, dass das Gehäuse 3, 3a, 3b das
Werkstück 1 sehr
eng umfasst, so dass das Volumen des Hohlraums 7 sehr klein
ist. In Folge dessen ist eine sehr intensive Reinigung des Werkstücks 1 bei
gleichzeitig geringem Energiebedarf und einem geringen Bedarf an
Reinigungsmedium möglich.
Dadurch erhöht
sich die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens stark.
-
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und
in den Patentansprüchen
genannten Merkmale können
sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.