DE19923103A1 - Vorrichtung zum Reinigen von Innenflächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Innenflächen beispielsweise von Formen und Werkzeugen mit Hilfe eines kalten Strahlmediums, vorzugsweise CO¶2¶-Trockeneis und Druckluft, wobei der aus der Strahldüse austretende CO¶2¶-Druckluftstrahl in seinen Parametern der Art und Stärke der Verunreinigungen angepasst werden kann und durch die Kombination eines speziellen Getriebes mit einem der Oberflächenstruktur angepassten abgewinkelten Adapter mit verschiedenen Antriebseinheiten, jeden Flächenbereich der Innenform unter dem günstigsten Anströmwinkel beaufschlagen kann. Durch die kompakte Bauweise wird der verfahrensbedingte Lärmpegel reduziert und eine Gefährdung des Bedienpersonals durch CO¶2¶ verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen der Innenflächen bei­ spielsweise von Formen und Werkzeugen aus unterschiedlichen Materialien mit Hilfe eines kalten Strahlmittels, vorzugsweise CO2-Pellets und Druckluft. Es sind verschiedene Verfahren zum Reinigen von Oberflächen und Vorrich­ tungen dafür bekannt. Als Strahlmittel finden dabei neben Hoch- und Höchst­ druckwasser auch Sand, Salz, Glasperlen und Gesteinsmehl in einem Strahl­ medium wie Wasser oder Druckluft oder CO2-Pellets mit Druckluft Verwen­ dung.

Der Einsatz von festen Strahlmitteln macht den Ausbau der Formen aus der Fertigungsanlage notwendig. Dies erfordert, insbesondere bei Formen oder Werkzeugen, die beheizt sind, neben der eigentlichen Reinigungszeit, auch einen Zeitaufwand für das Ab- und Hochfahren der Temperatur.

Ein weiterer Nachteil der festen Strahlmittel sowie einem Teil der chemischen Strahlmittel ist ihre Abrasivität. Die wiederholte Reinigung führt zum Abarbei­ ten von Kanten und erfordert häufig ein Nachpolieren. Diese Art der Reinigung führt zu einem schnelleren Verschleiß der Formen als der bestimmungsgemä­ ße Gebrauch.

Die Reinigung mit festen Strahlmitteln in der Anlage, um den Zeitaufwand für das Ein- und Ausbauen der Formen zu reduzieren, bringt Gefahren eines plötzlichen Stillstandes oder von Qualitätsfehlern durch Ablagerungen des Strahlmittels oder durch unvollständige Beseitigung des Strahlgutes mit sich. Die Reinigung mit flüssigen Strahlmitteln führt, auch bedingt durch die Kapillar­ wirkung, zur Rostbildung an wenig bewegten Flächen oder bei der Lagerung. Auch die relativ schnelle Reinigung in Ultraschall-Bädern kann zur Rostbildung zwischen den einzelnen Bauelementen führen.

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 Verunreinigung 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 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 Leitungen der getrennten Zuführung von CO2-Pellets und Strahlluft die Beweglichkeit und das Arbeiten in engen Räumen stark beeinträchtigen.

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

In WO 94/18004 ist eine rotierende Sandstrahldüse dargestellt, 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 notwendig ist. Der beschriebene Strahlkopf kann nicht auf das CO2-Strahlen übertragen werden, da die CO2-Pellets beim Aufprall sofort in den Gaszustand übergehen. Eine Nutzung der Rückstellkraft zur Erzeugung einer Drehbewe­ gung ist somit, bedingt durch die physikalischen Eigenschaften der CO2-Pel­ lets, nicht möglich.

Die Reinigung mit CO2-Pellets und Druckluft hat hauptsächlich in der Kunst­ stoff- und Gummiindustrie gute Ergebnisse gebracht. Als nachteilig hat sich er­ wiesen, dass die Reinigung fast ausschließlich manuell ausgeführt wird, und dass das Bedienpersonal ständig dem verfahrensbedingten Lärmpegel ausge­ setzt ist.

Weiterere Nachteile der manuellen Reinigung sind, dass das Bedienpersonal, insbesondere bei innen liegenden Formen, unter sehr ungünstigen Körperhal­ tungen arbeiten muss und gleichzeitig dem aus der Form ausströmenden CO2-Luftgemisch ausgesetzt ist.

Ein weiterer Nachteil ist, dass der Strahler den Reinigungsvorgang beobach­ ten muss und die Strahldüse erst weiterbewegt, wenn die Oberfläche sauber ist bzw. die Verunreinigung durch das Bestrahlen mit CO2-Trockeneis ver­ sprödet ist. Die Versprödung ist aber weitestgehend von der Stärke der Ver­ unreinigungsschicht und von ihrer Wärmeleitfähigkeit abhängig. Durch die Be­ schriebene Arbeitsweise ist der CO2-Trockeneisverbrauch sehr hoch.

Nachteilig ist weiterhin der verfahrensbedingt hohe Lärmpegel, der die Reini­ gung von Produktionsanlagen nur in der fertigungsfreien Zeit zuläßt.

Roboter die zur Reinigung der Innenformen von außen entwickelt wurden, wie z. B. in WO 96/39277 bzw. DE 196 01 814 A1 zum Reinigen von Oberflächen in Kanälen oder Rohren mit einem Innendurchmesser über 200 mm beschrieben, benötigen einen hohen Zeitbedarf für das Ausrichten und Umsetzen. Die Nebenzeiten liegen über der Reinigungszeit.

Die Reinigung der Formen auf stationären Anlagen ist eine Teillösung zur Ver­ lagerung des Lärmpegels, ist aber nur bei einer hohen Anzahl zu reinigenden Formen sinnvoll. Der Zeitaufwand für den Aus- und Einbau der Formen ist weiter notwendig, da die Formen zur Reinigungsanlage gebracht werden müssen.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Reinigen von Innenflächen zu schaffen, die ein kontinuierliches mechanisiertes Reinigen der Innenflächen in der Anlage auch bei Betriebstemperatur, mit der Verunreinigung anpassbaren Strahlparametern ermöglicht, dabei aber eine Gefährdung des Bedienper­ sonals durch das rückströmende Strahlmittel-Luftgemisch ausschliesst und den Lärmpegel reduziert.

Dieses Problem wird gemäß Patentanspruch 1 und 2 dadurch gelöst, dass eine oder mehrere Strahldüsen mit Hilfe eines Anschlussstutzens so auf ein Getriebe montiert werden, dass sie bestimmte, dem Oberflächenprofil der Innenform entsprechende steuerbare Bewegungen, auf unterschiedlichen, frei bestimmbaren, geometrischen Bahnen beschreibt und dabei unter gleichmäßiger Zuführung des kalten Strahlmittel-Gemisches, beispielsweise CO2-Pellets und Druckluft, das Anströmen der Oberfläche unter dem für die Reinigung des Teilbereiches günstigsten Winkel, mit den der Art und Stärke der Verunreinigung angepassten Strahlparametern gewährleistet. Das Ge­ triebe ist auf einer drehbaren und höhenverstellbaren Scheibe angeordnet und in einem oben und unten offenen vorzugsweise doppelwandigen Zylinder montiert. Dieser Zylinder wird in die geöffnete Form gebracht und durch Justierschrägen und/oder Führungsleisten positioniert. Durch das anschlie­ ßende Zusammenfahren der Form wird die Vorrichtung in Ihrer Lage fixiert und gleichzeitig durch die Formteile so verschlossen, dass die Formteile und der Zylinder die Mantelfläche des Reinigungsraumes ergeben.

Durch parallel mit der zu reinigenden Fläche verlaufende Nutenführungen oder durch eine weitere lineare Führungsebene mit einem rotierenden bzw. schrittweise drehbaren Arbeitskopf und einem entsprechend abgewinkeltem Anschlußstutzen kann, in Verbindung mit der Dreh- und Hubbewegung der Scheibe, jeder Punkt der zu reinigenden Fläche erreicht werden.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die Kombination von programmierbaren linearen und/oder kreisförmigen Bewegungseinheiten mit einem speziellen Anschlussstutzen und dem dazugehörigen Getriebe die In­ nenflächen der Formen, ohne eine direkte visuelle Kontrolle, mit den für den jeweiligen Teilbereich günstigsten Strahlparametern gereingt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Anpassung der einzelnen Strahlparameter an die jeweilige örtliche Reinigungsaufgabe der Zeitaufwand verringert und der Strahlmittelverbrauch reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil ist, dass aus dem von Vorrichtung und Form umschlos­ senen Reinigungsraum kein Strahlmittel-Luftgemisch unkontrolliert nach au­ ssen gelangen kann und dadurch eine Gefährdung des Bedienpersonals ver­ mieden wird.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch die kompakte Bauweise die einzelnen Be­ wegungseinheiten geschützt sind und der Transport sowie das Einrichten er­ leichtert wird.

Weitere Vorteile entstehen dadurch, dass durch die kompakte Bauweise der Lärmpegel verringert wird und dadurch u. a. eine kontinuierliche Reinigung ohne grosse Unterbrechungen der laufenden Produktion möglich ist.

Weiterhin ist günstig, dass der punktuelle Wärmeentzug an der Grenzfläche zwischen ungereinigtem und gereinigtem Bereich der Form oder des Werk­ zeuges reduziert und dadurch die Möglichkeit einer thermischen Schädigung der Form oder des Werkzeuges verringert wird und bei gleichzeitiger Vor­ schubbewegung der Strahldüse die einzelnen Bereiche der zu reinigenden Fläche mehrmals mit unterschiedlicher Intensität mit dem kalten Strahlmedium beaufschlagt werden. Damit wird ein maximaler Kühleffekt bei Verringerung des Kühlmittelverbrauches, erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht durch eine zweite Linearein­ heit, die unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise 90°, zur ersten Linear­ einheit angeordnet ist, die Anpassung der Düsenbewegung an den räumlichen Verlauf der zu reinigenden Fläche.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 betrifft einen Zylinder, in dem die gesamte Vorrichtung montiert ist und der in der geöffneten Form ausgerichtet werden kann. Er bildet mit der zu reinigenden Form einen umschlossenen Reinigungs­ raum.

Beispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Beispielen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch eine Vorrichtung und ein Formwerkzeug mit geringer Höhe und großem Durchmesser

Fig. 2 Einzelheit A aus Fig. 1

Fig. 3 Schnitt durch eine Vorrichtung für Formwerkzeuge mit großer Höhe und geringem Durchmesser

Beispiel 1

Die Form 1 besteht aus mehreren Einzelelementen die im Container 2 geführt werden. Die Form 1 besteht aus dem Profilbereich 3, der oberen Schulter 4 und der unteren Schulter 5. Der Container 2 ist gemeinsam mit dem Profilbe­ reich 3 und der oberen Schulter 4 höhenverstellbar. Die untere Schulter 5 ist fest auf dem Gestell 6 montiert.

Der Zylinder 7 wird so in das geöffnete Werkzeug gebracht, dass er durch die Justierschräge 8 an der Platte 9 an der unteren Schulter 5 positioniert wird und fest auf dem Gestell 6 steht.

Auf der drehbaren Scheibe 10, die durch den Motor 11 mit dem Zahnrad bewegt wird, ist der Lagerbock 13 mit der Lineareinheit 14, die vom Motor 15 in ihrer Lage verändert werden kann, montiert. An der Lineareinheit 14 ist ein­ seitig die Scheibe 16 mit dem Stellmotor 17 befestigt. An der Scheibe 16 ist das Getriebe 18 mit dem abgewinkelten Anschlussstutzen 19, der Strahl­ düse 20 und dem Motor 21 angebracht. Der Auslenkwinkel 22 wird durch den Anschlussstutzen 19 bestimmt und der entsprechende Reinigungskreis 23 durch den Motor 21 erzeugt. Der Stellmotor 17 ermöglicht die Drehbewegung der Scheibe 16 und damit die Verschiebung des Reinigungskreises 23 inner­ halb des Profilbereiches 3 und im Bereich der oberen Schulter 4.

Nach dem Positionieren des Zylinders 7 mit Hilfe der Justierschräge 8 an der unteren Schulter 5 wird der Container 2 mit dem Profilbereich 3 und der obe­ ren Schulter 4 nach unten auf den Zylinder 7 gefahren. Damit wird der Zylin­ der 7 in seiner Lage fixiert und der Reinigungsraum 24 gebildet.

Die CO2-Pellets werden, entsprechend der Position der Strahldüse 20 und der Art der Verunreinigung, mit den notwendigen Druckluftparametern und in ent­ sprechender Menge durch den Schlauch 25 der Strahldüse 20 zugeführt.

Anfänglich beschreibt die Strahldüse 20 eine Pendelbewegung im unteren Ab­ schnitt des Profilbereiches 3 bei gleichzeitiger Pendelbewegung der drehbaren Scheibe 10 um 360°. Nach einer oder mehreren Pendelbewegungen der dreh­ baren Scheibe 10 erfolgt eine Hubbewegung der Trägerplatte 26 durch den Motor 27 mit dem Zahnrad 28 und der Gewindehülse 29. Die Trägerplatte 26 wird durch die Säulen 30 geführt. Die Trägerplatte 26, der Motor 27 mit Zahn­ rad 28 und Gewindehülse 29 sowie den Säulen 30 bilden die 2. Lineareinheit. Mit jeder Hubbewegung der Trägerplatte 26 wird die Pendelbewegung der Strahldüse 20 dem Profilbereich 3 angepasst.

Beispiel 2

Die Strahldüse 31 mit dem Auslenkadapter 32 und dem Getriebeblock 33 ist senkrecht auf der Scheibe 34 befestigt. Die Scheibe 34 ist am Träger 35 dreh­ bar befestigt und wird durch den Ring 36 gesichert. Die Drehbewegung wird durch den Motor 37 mit der Schnecke 38 realisiert.

Die gesamte Vorrichtung wird so in das geöffnete Werkzeug gebracht, dass der Ständer 39 auf der Grundplatte 40 des Werkzeuges steht. Ein Einbau in einen Zylinder, wie im Beispiel 1 dargestellt, ist möglich.

Die Strahldüse 31 wird durch den Motor 41 in Bewegung gesetzt. Das kalte Strahlmittel wird durch den Schlauch 42, von der nicht dargestellten Strahlan­ lage, zur Düse 31 transportiert. Der Motor 43 mit dem Zahnrad 44 bewegt die Drehscheibe 45 und ermöglicht eine Dreh- oder Pendelbewegung um 360°.

Nach einer oder mehrerer Pendelbewegungen der Drehscheibe 45 wird die Hubplatte 46 durch den Motor 47 mit dem Ritzel 48 angehoben. Das Ritzel 48 greift in die Zahnstange 49 und hebt den Hubzylinder 50, der im Ständer 39 geführt wird an. An der Hubplatte 46 ist der Motor 43 befestigt. Die Dreh­ scheibe 45 ist an der Hubplatte 46 befestigt und drehbar gelagert.

Bezugszeichen

1

Form

2

Container

3

Profilbereich

4

obere Schulter

5

untere Schulter

6

Gestell

7

Zylinder

8

Justierschräge

9

Platte

10

drehbare Scheibe

11

Motor

12

Zahnrad

13

Lagerbock

14

Lineareinheit

15

Motor

16

Scheibe

17

Stellmotor

18

Getriebe

19

Anschlussstutzen

20

Strahldüse

21

Motor

22

Auslenkwinkel

23

Reinigungskreis

24

Reinigungsraum

25

Schlauch

26

Trägerplatte

27

Motor

28

Zahnrad

29

Gewindehülse

30

Säule

31

Strahldüse

32

Auslenkadapter

33

Getriebeblock

34

Scheibe

35

Träger

36

Ring

37

Motor

38

Schnecke

39

Ständer

40

Grundplatte

41

Motor

42

Schlauch

43

Motor

44

Zahnrad

45

Drehscheibe

46

Hubplatte

47

Motor

48

Ritzel

49

Zahnstange

50

Hubzylinder

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Reinigen von Innenflächen von Formen und Werkzeugen aus unterschiedlichen Materialien mit Hilfe eines kalten Strahlmittels, vor­ zugsweise CO2-Pellets und Druckluft, gekennzeichnet dadurch, dass eine oder mehrere Strahldüsen jeweils mittels eines Anschlußstutzens an jeweils einem Getriebe befestigt sind, wobei das oder die Getriebe auf einer drehbaren Scheibe montiert sind, die mit einer weiteren drehbaren und hö­ henverstellbaren in einem Winkel zur ersten Scheibe angeordneten Schei­ be verbunden ist, und dass das oder die Getriebe und die beiden Scheiben so steuerbar sind, dass das kontinuierlich aus der Strahldüse austretende kalte Strahlmittel mit unterschiedlicher Intensität und mit unterschiedlichem Winkel auf alle Bereiche der Innenfläche trifft.

2. Vorrichtung zum Reinigen von Innenflächen nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, dass die drehbare Scheibe zur Aufnahme eines oder meh­ rerer Getriebe unter einem Winkel, von 90°, mit der zweiten drehbaren Scheibe verbunden ist.

3. Vorrichtung zum Reinigen von Innenflächen nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die beiden Scheiben mit einer Lineareinheit so verbunden sind, dass sie unterschiedlichen Durchmessern anpaßbar sind, und durch eine zweite Lineareinheit, deren Arbeitsebene unter einem bestimmten Winkel zur ersten Lineareinheit, vorzugsweise 90°, angeordnet ist, die Düsenbewegung an den räumlichen Verlauf der zu reinigenden Fläche anpassbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die ge­ samte Vorrichtung in einem Zylinder montiert ist, und dass der Zylinder mit der Vorrichtung in der geöffneten Form ausgerichtbar ist und beim Zusammenfahren der zu reinigenden Form ein Hohlraum entsteht der von dem Zylinder und der Form umschlossen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch Justierschrägen und/oder Führungselemente zum Einrichten und Positionieren der Vorrichtung.