DE19853304A1 - Verfahren zum Trocknen eines Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen mindestens eines Werkstücks, welches Flüssigkeit zurückhaltende Oberflächenbereiche aufweist, wobei das zu trocknende Werkstück in eine dicht verschließbare Kammer eingebracht wird, in der der Luftdruck anschließend bis auf einen Endwert unterhalb von 100 mbar vermindert wird, und das getrocknete Werkstück schließlich aus der Kammer ausgebracht wird.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise aus der DE 43 28 199 C1 bekannt. Eine ebenfalls in dieser Druckschrift offenbarte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Kammer zur Aufnahme des Werkstücks auf, in der Blasdüsen zum Abblasen des Werkstücks angeordnet sind. Dabei bilden die Kammer, die Blasdüsen, ein Gebläse und ein Luftentfeuchter einen Luftkreislauf, der die Rückführung der von den zu trocknenden Werkstücken entfernten Reinigungsflüssigkeit erlaubt. Außerdem befindet sich in der Kammer ein drehbar gelagerter und drehantreibbarer Werkstückträger, mit dem das Werkstück während des Abblasens gedreht wird, damit die feststehenden Blasdüsen möglichst sämtliche Oberflächenbereiche des Werkstücks mit Luftstrahlen beaufschlagen können.

Bei der bekannten Einrichtung handelt es sich um eine sogenannte "Einkammeranlage", bei der sowohl das Abblasen des Werkstücks als auch das anschließende Resttrocknen durch Evakuierung der Kammer in ein und derselben Kammer stattfinden. Das Verfahren beim Betrieb einer solchen Einrichtung läuft dabei in der Form ab, daß ein Werkstück, das aufgrund einer zuvor stattfindenden Reinigung in einer aufgeheizten Reinigungsflüssigkeit eine gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhte Ausgangstemperatur aufweist, in die Kammer eingebracht wird, die daraufhin verschlossen wird. Im nächsten Verfahrensschritt wird das Werkstück mit Hilfe von Blasdüsen von oberflächlich anhaftender Reinigungsflüssigkeit befreit, wobei das Werkstück mittels eines drehantreibbaren Werkstückträgers in Rotation versetzt wird, damit die von den feststehenden Blasdüsen ausgehenden Luftstrahlen möglichst alle Oberflächenbereiche des Werkstücks erreichen können. Anschließend wird das Werkstück in der Ausgangsposition stillgesetzt und der Luftdruck in der Kammer kontinuierlich abgesenkt, um auf diese Weise eine Verdampfung der beispielsweise in Sacklöchern oder anderen von den Luftstrahlen nicht erreichbaren Oberflächenbereichen verbleibenden Flüssigkeit zu erzielen.

Als nachteilig bei dem bekannten Trocknungsverfahren hat sich herausgestellt, daß Reste der Reinigungsflüssigkeit, die sich an schlecht zugänglichen Stellen des Werkstücks befinden, auch durch den Schritt der Vakuumtrocknung nicht entfernen lassen. Oftmals kommt es sogar zu dem Phänomen, daß verbleibende Pfützen von Reinigungsflüssigkeit aufgrund einer zu raschen Druckabsenkung nicht verdampfen können, sondern einfrieren und dann, selbst bei einer sehr langen Aufrechterhaltung des Minimaldrucks, nicht mehr zu entfernen sind. Dies liegt daran, daß insbesondere bei Pfützen in dünnwandigen Werkstückbereichen der Wärmetransport aus dem Inneren des Werkstücks, der zur Lieferung der Verdampfungswärme unerläßlich ist, nicht so schnell erfolgen kann, daß ein Absinken der Flüssigkeitstemperatur unter den (druckabhängigen) Gefrierpunkt verhindert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungsverfahren vorzuschlagen, mit dem die Verdampfung von Reinigungsflüssigkeit während der Evakuierungsphase verbessert und ein Einfrieren von Reinigungsflüssigkeit vermieden werden kann. Außerdem soll die Eintrittstemperatur des Werkstücks, die zur Erzielung einer sicheren Flüssigkeitsverdampfung erforderlich ist, niedriger als im Stand der Technik sein können. Schließlich soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Verkürzung der Verdampfungszeit möglich sein, um den immer kürzer werdenden Taktzeiten moderner Transferstraßen gerecht zu werden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück während der Druckabsenkung und/oder der Aufrechterhaltung des Endwerts des Luftdrucks gedreht wird.

Das erfindungsgemäße Drehen des Werkstücks während der Evakuierungsphase bewirkt, daß Reste der Reinigungsflüssigkeit, die bespielsweise nach einem Abblasen des Werkstücks, selbst bei einer vorhergegangenen Rotation desselben, noch vorhanden sind, weil sie aufgrund der Werkstückgeometrie nicht erreichbar sind bzw. nicht "ausgegossen" werden können, nun infolge der fortgesetzten Werkstückdrehung auch andere Oberflächenbereiche des Werkstücks benetzen. Auf diese Weise kann dem Werkstück deutlich mehr Wärme entzogen werden, weil die Transportwege für die Wärme deutlich kürzer sind, als bei einer stillstehenden Flüssigkeitspfütze, durch die die sie umgebenden Bereiche des Werkstücks rasch ausgekühlt werden. Aus diesem Grunde kann die Flüssigkeit deutlich schneller verdampfen und die Gefahr des Einfrierens von Flüssigkeitsmengen ist nahezu ausgeschlossen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Werkstücktemperatur beim Eintritt in die Vakuumkammer niedriger sein kann, als bei Verfahren nach dem Stand der Technik, da die im Werkstück gespeicherte Energie infolge der Drehung sehr viel besser ausgenutzt wird, als bei einem Verfahren, bei dem das Werkstück während der Evakuierungsphase stillsteht. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche niedrigere Eintrittstemperatur des Werkstücks bewirkt eine Senkung des Energieverbrauchs, da die Werkstücke vor der Vakuumtrocknung in der Regel absichtlich aufgeheizt werden, um die notwendige Verdampfungswärme liefern zu können. Die in den Werkstücken nach der Vakuumtrocknung noch gespeicherte Wärmeenergie stellt aber in der Regel nahezu vollständig Verlustwärme dar, weil die Werkstücke nach Beendigung der Vakuumtrocknung meistens wieder abgekühlt werden müssen, um bei anschließend durchzuführenden Messungen (insbesondere von Längenmaßen) definierte Werkstückkonditionen zu erhalten.

Des weiteren ist es bei dem Verfahren nach der Erfindung noch als besonders vorteilhaft zu werten, daß im Vergleich mit Verfahren nach dem Stand der Technik eine deutliche geringere Druckabsenkung ausreichend ist. Während bei bekannten Verfahren üblicherweise mit Enddrücken zwischen ca. 5 mbar und 0,2 mbar gearbeitet wird, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Enddrücken von beispielsweise 50 mbar noch sehr wirkungsvoll betreiben, beispielsweise sofern die Eingangstemperatur des Werkstücks hinreichend groß ist. Die Möglichkeit einer Anhebung des Enddrucks hat den positiven Effekt zur Folge, daß weniger stark dimensionierte Vakuumpumpen eingesetzt werden können, so daß Anlagen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich geringere Kosten verursachen als bekannte Anlagen. Ferner wird auch der zur Ausführung des Verfahrens benötigte Energiebedarf gesenkt, da die von einem bereits niedrigen Druckniveau ausgehende Druckabsenkung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erübrigt wird, einen besonders großen Energieaufwand erfordert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Drehung des Werkstücks während der gesamten Dauer der Druckabsenkung und/oder der Aufrechterhaltung des Endwerts des Luftdrucks durchgeführt wird. Hierdurch kann infolge andauernder Bewegung der Flüssigkeit ein optimaler Wärmeübergang von dem Werkstück auf die zu verdampfende Flüssigkeit erzielt werden.

Des weiteren ist es zu bevorzugen, daß das Werkstück um mindestens 180° gedreht wird, da in diesem Fall beispielsweise auch Sacklöcher, die beim Beginn der Drehung in waagerechter Stellung sind, eine nach unten geneigte Ausrichtung erhalten, sofern sie während der Drehung mit der Öffnung nach oben weisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in konstruktiver Hinsicht besonders leicht ausführen, wenn die Drehung des Werkstücks um eine feststehende Achse erfolgt.

Eine besonders gründliche Verteilung von verbleibenden Flüssigkeitspfützen mit einer damit verbundenen Benetzung möglichst unterschiedlicher Bereiche des Werkstücks läßt sich erzielen, wenn die Drehung um mindestens 2 Achsen erfolgt, die nicht parallel zueinander verlaufen.

In der Praxis besonders einfach zu realisieren ist es, wenn die Drehung mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit erfolgt.

Wie anhand von Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt werden konnte, ist es ausreichend, daß das Werkstück mit einer Anfangstemperatur von mindestens 40°C in die Kammer eingebracht wird. Gegenüber herkömmlichen Verfahren kann der Energiebedarf für die Aufheizung der Werkstücke daher gesenkt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Trocknungsvorrichtung, die in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnungsfigur zeigt die Trocknungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht.

Eine Vorrichtung 1 zum Trocknen eines nur schematisch dargestellten Werkstücks 2 weist eine in Richtung des Pfeils 3 verschiebbare Haube 4 auf, die einen zylinderförmigen Querschnitt besitzt. Die Haube 4 ist mit einem ringförmigen Endflansch 5 verbunden, der in der dargestellten Schließstellung der Haube 4 gegen eine feststehende kreisförmige Kammerwand 6 gepreßt ist. Die Kammerwand 6 und der Endflansch 5 besitzen miteinander korrespondierende in der Zeichnung nicht dargestellte Dichtflächen, wobei in die Dichtfläche des Endflanschs 5 eine umlaufende Ringnut eingebracht ist, in der sich ein ebenfalls umlaufender Dichtungsring befindet.

Durch die Kammerwand 6 ist eine Antriebswelle 7 hindurchgeführt, die mit einer drehgestellartigen Aufnahmeeinrichtung 8 verbunden ist. Die Aufnahmeeinrichtung 8 besitzt an ihrer Unterseite zwei Lagerschienen 9, auf denen sich das zu trocknende Werkstück 2 abstützt. An seiner Oberseite weist die Aufnahmeeinrichtung 8 zwei höhenverstellbare Werkstückhalter 10 auf, mit denen das Werkstück in der Aufnahmeeinrichtung 8 derart fixierbar ist, daß es sich bei einer Drehbewegung der Aufnahmeeinrichtung 8 nicht verlagern kann.

Koaxial zu der Antriebswelle 7, der Kammerwand 6, der zylinderförmigen Haube 4 und der Aufnahmeeinrichtung 8 ist an einer der Kammerwand 6 gegenüberliegenden Stirnseite 11 der Haube 4 ein Gegenlager 12 angeordnet, in dem sich ein Zapfen 13 der Aufnahmeeinrichtung 8 in Schließstellung der Haube 4 abstützen kann, so daß auch bei schweren Werkstücken 2 keine unzulässige Biegebeanspruchung der Antriebswelle 7 auftritt. Die Antriebswelle 7 durchdringt die Kammerwand 6 im Bereich einer Drehdurchführung 14, die eine hinreichend dichte Abschottung des Innenraums der Kammer gegenüber der Umgebung bewirkt.

Die feststehende Kammerwand 6 ist mittels eines Lagerbocks 15 an einem nicht weiter dargestellten Maschinengestell oder -fundament befestigt.

Das mit der Vorrichtung 1 durchzuführende Trocknungsverfahren läuft wie folgt ab: In einer in der Zeichnung nicht dargestellten Öffnungsstellung der Haube 4, die durch Verschiebung etwa um die Länge der Haube 4 nach links entsteht, wird ein Werkstück 2 mittels einer nicht dargestellten unterhalb der Aufnahmeeinrichtung 8 befindlichen Transporteinrichtung in die Aufnahmeeinrichtung 8 befördert, die in diesem Zustand frei zugänglich ist. Die Transporteinrichtung kann beispielsweise in bekannter Weise in Form eines sogenannten Hubbalkens ausgeführt sein, der eine umgekehrt U-förmige Bewegung des Werkstücks 2 ermöglicht.

Nach Einbringung des Werkstücks 2 in die Aufnahmeeinrichtung 8 und Fixierung des Werkstücks 2 mittels der Werkstückhalter 10 wird die Haube 4 in die in der Zeichnung dargestellte Schließstellung überführt. Das zuvor in gesonderten Kammern gewaschene und abgeblasene Werkstück 2, das eine Mindesttemperatur von 40°C aufweist, wird sodann zusammen mit der Aufnahmeeinrichtung 8 von der Antriebswelle 7 und einem nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise in Form eines Getriebemotors, in Rotation versetzt, wobei gleichzeitig der Luftdruck in der Kammer kontinuierlich abgesenkt wird. Aufgrund der während der Vakuumtrocknung erfolgenden Drehung des Werkstücks 2 werden noch vorhandene Reste der Reinigungsflüssigkeit, die sich weder abblasen noch "ausgießen" lassen, über verschiedene Oberflächenbereiche verteilt, wodurch dem Werkstück 2 eine größere Wärmemenge entzogen werden kann und die Verdampfung beschleunigt wird.

Nach Beendigung des Trocknungsvorgangs wird die Kammer wiederum belüftet und die Haube 4 in die Öffnungsstellung verfahren. Sodann kann das getrocknete Werkstück 2 mittels der Transporteinrichtung aus der Aufnahmeeinrichtung 8 entfernt und ein zu trocknendes Werkstück aufgegeben werden.

Die vorbeschriebene Vorrichtung 1 eignet sich insbesondere für getaktete Anlagen, in denen für die Verfahrensschritte Waschen, Abblasen und Vakuumtrocknen jeweils separate (linear) hintereinander angeordnete Kammern verwendet werden. Auf diese Weise können auch Transferlinien mit sehr kurzen Taktzeiten mit Vorrichtungen zur Vakuumtrocknung ausgerüstet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Trocknen mindestens eines Werkstücks, welches flüssigkeitszurückhaltende Oberflächenbereiche aufweist, wobei das zu trocknende Werkstück in eine dicht verschließbare Kammer eingebracht wird, in der der Luftdruck anschließend bis auf einen Endwert unterhalb von 100 mbar vermindert wird, und das getrocknete Werkstück schließlich aus der Kammer ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der Druckabsenkung und/oder der Aufrechterhaltung des Endwerts des Luftdrucks gedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der gesamten Dauer der Druckabsenkung und/oder der Aufrechterhaltung des Endwerts des Luftdrucks gedreht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück um mindestens 180° gedreht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Werkstücks um eine feststehende Achse erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung um mindestens zwei Achsen erfolgt, die nicht parallel zueinander verlaufen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mit einer Anfangstemperatur von mindestens 40°C in die Kammer eingebracht wird.