DE19923102A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von ebenen und unebenen, sowie profilierten und strukturierten Flächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von ebenen, unebenen, profilierten oder strukturierten Oberflächen, beispielsweise von Formen, Werkzeugen, Walzen oder Anlagen, aus den unterschiedlichsten Materialien mit Hilfe eines kalten Strahlmediums, beispielsweise CO¶2¶-Pellets und Druckluft. DOLLAR A Zum Reinigen von Formen und Werkzeugen mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur und unterschiedlichem Verlauf der Oberfläche werden eine oder mehrere gezielte relative Bewegungen zwischen der Strahldüse und der zu reinigenden Oberfläche erzeugt, wobei unter gleichmäßiger Zuführung des kalten Strahlgemisches die Strahlaustrittsöffnung der Strahldüse einen anderen, meist größeren, geometrischen Weg abfährt als der Fuß der Strahldüse. Durch diese vergrößerte Wegstrecke, die auf einer kreisförmigen, einer kreisförmig pendelnden oder einer linearen Strecke abgefahren werden kann, wird die Verunreinigung nicht stetig, sondern intermittierend, in Abhängigkeit von der Art und Stärke der Verunreinigung, gekühlt und versprödet. Dabei wird gleichzeitig der von der Strahldüse anschließend zu überstreichende Bereich vorgekühlt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von ebenen, unebenen, profilierten oder strukturierten Oberflächen, beispielsweise von Formen, Werkzeugen, Walzen oder Anlagen, aus den unterschiedlichsten Materialien mit Hilfe eines kalten Strahlmediums, beispielsweise CO2-Pellets und Druckluft.

Es sind verschiedene Verfahren zum Reinigen von Oberflächen und Vorrich­ tungen dafür bekannt. Als Strahlmittel finden dabei neben Hochdruckwasser auch Sand oder Salze in einem Strahlmedium wie Wasser oder Druckluft oder CO2-Pellets mit Druckluft Verwendung.

Vorteilhaft beim Einsatz von CO2-Pellets und Druckluft ist, dass keine uner­ wünschten Abrasionen an der zu behandelnden Oberfläche auftreten, da das CO2-Strahlen auf dem Prinzip der Versprödung der Verunreinigungen durch die Kälte und auf der unterschiedlichen Oberflächenspannung zwischen Werk­ stück und der Verunreinigung durch den Einfluss der Kälte beruht.

Zudem ist keine nachträgliche Abtrennung der entfernten Verunreinigungen vom Strahlmittel bzw. keine Aufbereitung oder Entsorgung des Strahlmediums selbst erforderlich.

Zum Reinigen von Oberflächen mit CO2-Pellets sind verschiedene Vorrichtun­ gen bekannt.

In EP 0 461 476 A2 wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Oberflächen mit CO2 im Vakuum im Bereich der Mikroelektronik beschrieben. Diese Reini­ gungstechnologie ist auf spezielle Fertigungsprozesse beschränkt und nicht auf die Reinigung von Formen übertragbar.

Bei der Vorrichtung nach US-PS 36 76 963 treten die CO2-Partikel aus einer Venturidüse aus. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, dass die Rohrleitungen der getrennten Zuführung von CO2-Pellets und Strahl luft die Beweglichkeit und das Arbeiten auf engen Raum stark beeinträchtigen.

EP 0 461 476 A2 beschreibt eine Strahleinrichtung, bei der das gekühlte Strahlmittel in der Düse oder im Wirkbereich der Düse dem Luftstrom beige­ mischt wird. Auch hier werden der Mechanisierung durch den kompakten Mischkopf Grenzen gesetzt.

In WO 94/18004 ist eine rotierende Sandstrahldüse angegeben, deren Einzel­ düsen verstellbar sind und damit die Drehgeschwindigkeit und die Reini­ gungsleistung beeinflussen. Die Drehbewegung wird durch die auftretenden Rückstellkräfte hervorgerufen. Nachteilig ist hierbei, dass sich, insbesondere bei kleinen Profilen, das Strahlmittel in dem Profil ablagern kann und eine Zu­ satzreinigung sowie eine nachträgliche Aufbereitung des Strahlmittels notwen­ dig ist. Der beschriebene Strahlkopf kann nicht auf das CO2-Strahlen übertra­ gen werden, da die CO2-Pellets beim Aufprall sofort in den Gaszustand über­ gehen. Eine Nutzung der Rückstellkraft zur Erzeugung einer Drehbewegung ist, bedingt durch die physikalischen Eigenschaften der CO2-Pellets, nicht möglich.

Es sind Lösungen bekannt, bei denen ein Kegel zur Vergrößerung des Wirk­ bereiches des mit Strahlgut beladenen Luftstromes fest im Entspannungs­ bereich einer Lavaldüse angebracht ist. Nachteilig hierbei ist, dass bei dieser Art der Vergrößerung des Wirkbereiches die Intensität der Reinigung abnimmt.

Die bekannten Strahldüsen werden bei den meisten Reinigungsaufgaben mit der Hand geführt. Dabei ist nicht gewährleistet, dass die unterschiedlich aus­ gebildeten Oberflächen in ihren Teilbereichen, zur Erreichung eines optimalen Reinigungseffektes, immer unter dem gleichen Arbeitswinkel angestrahlt wer­ den.

Nachteilig ist ausserdem, dass die Arbeitskraft oft unter sehr ungünstiger Kör­ perhaltung arbeiten muss und viele Abschnitte der Oberfläche mehrfach ge­ strahlt werden.

Weitere Nachteile sind, dass der Strahler den Reinigungsvorgang beobachten muss und die Strahldüse erst weiterbewegt, wenn die Oberfläche sauber ist bzw. die Verunreinigung durch das Bestrahlen mit CO2-Trockeneis versprö­ det ist. Die Versprödung ist aber weitestgehend von der Stärke der Verunrei­ nigungsschicht und von der Wärmeleitfähigkeit abhängig. Durch die beschrie­ bene Arbeitsweise ist der CO2-Trockeneisverbrauch sehr hoch.

Durch die Beobachtung des Strahlvorgangs ist der Bediener dem CO2 aus­ gesetzt und muss entsprechend geschützt werden.

Strömungstechnisch ist die Strahlintensität und damit die Reinigungsleistung mit der Gaußschen Glockenkurve identisch. Damit ist die Arbeitsbreite einer Strahldüse durch diese Verteilerkurve begrenzt und abhängig von der Düsen­ öffnung.

Eine Vergrößerung des Wirkbereiches ist nur begrenzt möglich und daraus re­ sultierend, sind nur geringe Flächenleistungen zu erzielen.

Werden diese manuellen Bewegungsabläufe durch einen Roboter ersetzt, sind viele Einzelschritte, durch den ständig wechselnden Anstrahlwinkel, not­ wendig.

Der in den Patentansprüchen 1 und 6 angegebenen Erfindung liegt das Pro­ blem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Reini­ gen von ebenen, unebenen, profilierten und strukturierten Oberflächen zu schaffen, die eine gründliche, dabei aber schonende und abfallarme Reini­ gung der Oberflächen bei niedrigen Kosten ermöglichen, ohne dass eine stän­ dige Kontrolle des Reinigungsprozesses notwendig ist und die eine Automati­ sierung des Reinigungsprozesses ermöglichen.

Dieses Problem wird durch die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebenen Merkmale gelöst. Zum Reinigen von Formen und Werkzeugen mit unter­ schiedlicher Oberflächenstruktur und unterschiedlichem Verlauf der Ober­ fläche werden eine oder mehrere gezielte relative Bewegungen zwischen der Strahldüse und der zu reinigenden Oberfläche erzeugt, wobei unter gleich­ mäßiger Zuführung des kalten Strahlgemisches die Strahlaustrittsöffnung der Strahldüse einen anderen, meist größeren, geometrischen Weg abfährt, als der Fuß der Strahldüse. Durch diese vergrößerte Wegstrecke, die auf einer kreisförmigen, einer kreisförmig pendelnden oder einer linearen Strecke ab­ gefahren werden kann, wird die Verunreinigung nicht stetig, sondern inter­ mittierend, in Abhängigkeit von der Art und Stärke der Verunreinigung, ge­ kühlt. Dabei wird gleichzeitig der von der Strahldüse anschliessend zu über­ streichende Bereich vorgekühlt.

Die Veränderbarkeit des durch die unterschiedlichen Wegstrecken von Düsen­ fuß und Austrittsöffnung entstehenden Auslenkwinkels zwischen der Verbin­ dungslinie Düsenfuß zu Austrittsöffnung und der senkrecht auf der Werkzeug­ ebene stehenden Strahlachse, bewirkt, in Verbindung mit den gezielten rela tiven Bewegungen, dass bei der Reinigung jeder Bereich der Oberfläche mindestens einmal unter dem günstigsten Anstrahlwinkel (beispielsweise 70°) beaufschlagt wird.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das kalte Strahlmedium durch die kreisförmige Führung in seiner Gesamtintensität nicht wesentlich ge­ mindert aber gleichzeitig die überstrichene Fläche vergrößert wird.

Durch die programmierbaren kreisförmigen, kreisförmig pendelnden oder line­ aren Bewegungen der Strahldüse, bei gleichzeitiger linearer oder intermit­ tierender Vorschubbewegung der gesamten Strahleinheit oder des Werk­ zeuges, werden die einzelnen Bereiche mehrmals mit unterschiedlicher In­ tensität mit dem kalten Strahlmedium beaufschlagt. Damit wird ein maximaler Kühleffekt, bei gleichzeitiger Verringerung der CO2-Pelletsmenge, erreicht, da nur soviel Wärmeenergie durch die CO2-Pellets entzogen werden kann, wie durch die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Verunreinigung der Oberfläche zugeführt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der punktuelle Wär­ meentzug an der Grenzfläche zwischen ungereinigtem und gereinigtem Be­ reich des Werkzeuges oder der Anlage reduziert und dadurch die Möglichkeit einer thermischen Schädigung der Form oder des Werkzeuges verringert wird. Die unterschiedlich wählbaren Bewegungen der Vorrichtung ermöglichen eine Mechanisierung des Reinigungsvorganges, da die Oberfläche des zu reinigen­ den Werkzeuges, bei gleichzeitiger Verminderung der Bewegungsabläufe ge­ genüber einer Führung der Strahlpistole durch einen Gelenkroboter, gleich­ mäßig, unter möglichst optimalem Anströmwinkel, reinigend abgefahren wer­ den kann.

Diese Vorrichtung kann durch entsprechende Adapter mit jeder üblichen Strahlanlage und Strahldüsen in mechanisierte oder automatisierte Anlagen integriert werden.

Die Erfindung soll nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 Schnitt durch ein Auslenkgetriebe

Fig. 2 Vorrichtung zum Reinigen von Walzen

Beispiel 1

In Fig. 1 ist im Schnitt ein Auslenkgetriebe so dargestellt, dass die kreisför­ mige Auslenkung der Strahldüse durch ein verstellbares Schiebestück mit ei­ nem Pendellager erreicht wird.

Auf die Strahlpistole 1 oder direkt an den Strahlschlauch 2 wird mit Hilfe eines Adapters 3 der Getriebeblock 4 aufgesetzt. In dem Deckel 5 des Getriebe­ blocks 4 ist ein geteiltes Laufrad, das aus dem Antriebsteil 6 und dem Füh­ rungsteil 7 besteht. Das Antriebsteil 6 ist mit einer Außenverzahnung versehen und durch die Schrauben 8 mit dem Führungsteil 7 verbunden. Im Führungs­ teil 7 befindet sich ein Langloch 9 zur Aufnahme des Haltestutzens 10 mit einem Pendellager. Der Außenring 11 des Pendellagers sitzt fest im Halte­ stutzen 10 während der Innenring 12 des Pendellagers fest mit der Düsenhal­ terung 13 verbunden ist. Die Düsenhalterung 13 ist durch den torsionssteifen Schlauch 14 und die Hülse 15 so mit dem Adapter 3 verbunden, dass eine Drehbewegung der Hülse 15 auf dem Adapter 3 möglich ist. Ein regelbarer Motor 16 treibt über die Achse 17 und das Zahnrad 18 das Antriebsteil 6 an. Der Haltestutzen 10 ist in dem Langloch 9 verschiebbar und wird durch den Ring 19 in der gewünschten Position fixiert. Auf die Düsenhalterung 13 wird die Strahldüse 20 gesetzt und durch Anziehen der Überwurfmutter 21 gesi­ chert. In der Ausgangsposition bilden Adapter 3, Schlauch 14 mit Hülse 15, Düsenhalterung 13 und Strahldüse 20 eine gerade Linie. Wird das Antriebs­ teil 6 durch den Motor 16 in Drehbewegung versetzt, führt die Strahldüse 20 eine Drehbewegung um ihre Längsachse aus. Wird der Haltestutzen 10 im Langloch 9 nach außen verschoben, wird die Strahldüse 20 im Pendellager geneigt und beschreibt bei Rotation des Antriebsteiles 6 und des Führungsteil 7 eine kegelförmige Drehbewegung um die Mittelachse.

Beispiel 2

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von profilierten Walzen darge­ stellt, bei der die Auslenkung durch ein Zwischenstück mit einem festen Win­ kel, der dem Profil der Walze angepasst ist, realisiert wird. Vor die Walze 22, mit einem pyramidenstumpfartigen Profil 23 wird der Getriebeblock 24, so an­ geordnet, dass der größtmögliche Bereich bei optimaler Reinigung überstri­ chen wird.

Die Strahlpistole 25 wird durch den Adapter 26 starr an den Getriebeblock 24 angeschlossen. Der Pellet-Luftstrom wird durch den Strahlschlauch 27 zuge­ führt. Auf das Hohlrad 28 wird der Anschlussstutzen 29, der mit einer Schräg­ bohrung, beispielsweise 15°, versehen ist, aufgesetzt. Die Strahldüse 30 ist durch die Überwurfmutter 31 fest mit dem Anschlussstutzen 29 verbunden. Die Drehbewegung der Strahldüse 30 wird durch den Antriebsmotor 32 er­ zeugt und durch das Getriebe 33 auf das Hohlrad 28 übertragen.

Das aus der Strahldüse 31 austretende Pellets-Luftgemisch wird durch die Auslenkung auf einer Kreisbahn mit unterschiedlichem Auftreffwinkel in das Profil 23 der Walze 22 gelenkt.

Bezugszeichen

1

Strahlpistole

2

Strahlschlauch

3

Adapter

4

Getriebeblock

5

Deckel

6

Antriebsteil

7

Führungsteil

8

Schraube

9

Langloch

10

Haltestutzen

11

Außenring

12

Innenring

13

Düsenhalterung

14

Schlauch

15

Hülse

16

Motor

17

Achse

18

Zahnrad

19

Ring

20

Strahldüse

21

Überwurfmutter

22

Walze

23

Profil

24

Getriebeblock

25

Strahlpistole

26

Adapter

27

Strahlschlauch

28

Hohlrad

29

Anschlussstutzen

30

Strahldüse

31

Überwurfmutter

32

Antriebsmotor

33

Getriebe

34

Haube

35

Pendellager

Claims (9)

1. Verfahren zum Reinigen von ebenen, unebenen, profilierten und strukturierten Flächen an Formen, Werkzeugen, Walzen und Anlagen mit kalten Strahlmitteln, vorzugsweise CO2-Pellets und Druckluft, da­ durch gekennzeichnet, dass eine Strahldüse und die zu reinigende Oberfläche automatisch und gleichmäßig so zu einander bewegt werden, dass die zu reinigende Oberfläche bereichsweise mehrfach intermittierend mit dem Strahlmittel unter dem jeweils günstigsten An­ strömwinkel beaufschlagt wird, wobei dieses den unmittelbar bestrahl­ ten Bereich intensiv kühlt und gleichzeitig den von der Strahldüse an­ schliessend zu überstreichenden Bereich vorkühlt.

2. Verfahren zum Reinigen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse unter kreisförmigen, kreisförmig pendelnden oder streifenförmigen Bewegungen mit Vorschub über die zu reinigende Flä­ che bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reini­ gende Oberfläche mit definiertem Vorschub an der, eine kreisförmige, kreisförmig pendelnde oder streifenförmige Bewegung beschreibenden Strahldüse vorbei bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlaustrittsöffnung einen größeren geometrischen Weg abfährt als der Fuß der Strahldüse.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der je­ weils günstigste Anstrahlwinkel für unterschiedlich profilierte Oberflä­ chen durch eine Veränderung des Auslenkwinkels der Strahldüse reali­ siert wird.

6. Vorrichtung zum Reinigen von ebenen, unebenen, profilierten und strukturierten Flächen an Formen, Werkzeugen, Walzen und Anlagen mit kalten Strahlmitteln, vorzugsweise CO2-Pellets und Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahldüse fest oder beweglich auf einen Getriebeblock aufgesetzt und über einen steuerbaren Antrieb für kreisförmige, kreisförmig pendelnde oder streifenförmige Bewegungen und einen, der Strahldüse angepassten Strahlschlauch mit der Strahl­ maschine verbunden ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse so durch ein abgewinkeltes Hohlrad mit dem Getriebeblock verbunden ist, dass die Strahlaustrittsöffnung einen meist größeren geometrischen Weg abfährt als der Fuß der Strahldüse und gleichzeitig der gesamte Getriebeblock so in seiner Lage veränderbar ist, dass alle Bereiche der zu reinigenden Fläche beaufschlagbar sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse durch eine Düsenhalterung so in einem verschiebbaren Pendellager montiert ist, dass es entsprechend der Oberflächenstruktur der zu reinigenden Fläche in seiner Position manuell oder nach einem vorgegebenen Programm veränderbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen torsionssteifen Strahlschlauch zwischen Getriebeblock und Strahldüse.