DE202016003042U1 - Vorrichtung zum Entfernen und Überprüfen von Partikelmaterialresten in Bauteilen mit verwinkelten Öffnungen - Google Patents

Vorrichtung zum Entfernen und Überprüfen von Partikelmaterialresten in Bauteilen mit verwinkelten Öffnungen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Entfernen von Partikelmaterialresten aus Bauteilen (7) mit verwinkelten Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (7) innerhalb einer mindestens staubdichten Arbeitskammer (5) auf einem Drehteller (10) rotiert und der Drehteller (10) wiederum mit einer Schwenkvorrichtung (9) um eine weitgehend horizontal angeordnete Achse geschwenkt wird und die Arbeitskammer (5) mindestens einen Handschuheingriff (8) und eine Sichtscheibe (2) zur Kontrolle des Reinigungsgrads aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entleeren von Bauteilen mit verwinkelten Strukturen, Kanälen, Hinterschneidungen und Stützstrukturen, von ungebundenem Partikelmaterial in einem Schichtbauverfahren.
  • In Schichtbauverfahren wie z. B. dem pulverbettbasierten Strahlschmelzen wird auf einer absenkbaren Bauplattform zunächst eine dünne Schicht aus Partikelmaterial aufgetragen. Anschließend werden die lose aufgetragenen Partikel mit energiereicher Strahlung wie z. B. einem Laserstrahl gezielt zu einem Bauteilquerschnitt verschmolzen. Im folgenden Prozessschritt wird die Bauplattform in einem rundum geschlossenen Baubehälter um eine Schichtdicke abgesenkt und der Vorgang beginnt von neuem, wobei auch die Bauteilquerschnitte der einzelnen Schichten eine feste Verbindung miteinander eingehen.
  • Der Vorgang des Schichtauftrags und das selektive Verschmelzen wiederholen sich, bis die Bauteile fertiggestellt sind.
  • Problemstellung
  • Um thermischen Verzug im Bauteil während des Strahlschmelzprozesses zu vermeiden, werden die Bauteile über sogenannte Stützstrukturen fest mit der Bauplattform verbunden.
  • Nach dem Bauprozess muss das Bauteil samt der angebundenen Stützstrukturen und der Bauplattform vom ungebundenen Partikelmaterial im Baubehälter befreit werden.
  • Dieser Vorgang wird z. B. als Auspacken bezeichnet und erfolgt durch Absaugen und manuelles Ausschütten der Partikelmaterialreste meistens innerhalb der Produktionsanlage.
  • Nach dem Auspacken muss das Bauteil samt Stützstrukturen von der Bauplattform entfernt werden, bevor die Stützstrukturen vom Bauteil selbst entfernt werden können.
  • Im Stand der Technik werden zum Abtrennen von der Bauplattform konventionelle Bandsägemaschinen oder Bügelsägemaschinen eingesetzt. Bei kleinen Bauteilabmessungen wird das Bauteil teilweise auch manuell mit Hammer und Meißel entfernt.
  • Im Regelfall sind die Stützstrukturen feine Gitterwerke, in denen nach dem Auspacken noch reichlich ungebundene Partikelmaterialreste enthalten sind. Die schichtbauweise ermöglicht zudem die Herstellung feiner Innenstrukturen mit komplexer Form wie z. B. verwinkelte Kanäle. Oftmals sind die Bauteile so große und so schwer, dass Sie manuell nur schwer handhabbar sind und eine ausreichenden Reinigung und Beurteilung des Reinigungszustands nur schwer möglich ist.
  • Beim Abtrennen des Bauteils von der Baumplattform und jeder weiterer Bearbeitung des Bauteils können bei unzureichender Reinigung Partikelmaterialreste freigesetzt werden Je nach Materialart können die Partikel bei Kontakt oder Aufnahme enorme gesundheitliche Gefahr bergen. Bestimmte Partikelmaterialien wie Aluminium- und Titanlegierungen können bei Aufwirbelung zu Staubwolken zu einer heftigen Staubexplosion führen.
  • Es bedarf nach dem Auspacken einer sicheren Reinigungsvorrichtung mit der kleine Öffnungen, Kanäle, Hinterschneidungen und die Stützstrukturen restlos von pulverförmigen Baumaterialresten entfernt werden und die Sauberkeit des Bauteils in jeder räumlichen Lage überprüft werden kann ohne mit dem Partikelmaterial in Berührung zu kommen.
  • Stand der Technik
  • Die Offenlegungsschrift 3010964 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung bei der Werkstücke, mit in unterschiedlicher Richtung angeordneten Hohlräumen und Kanälen, die mit Partikelmaterial wie Strahlmittel, Sand oder ähnlichem Material gefüllt sind, gereinigt werden, indem Sie um zwei Achsen rotieren und/oder schwenken und das Werkstück dabei mit Vibration angeregt wird. Dabei ist der Bewegungsablauf programmierbar und kann der Bauteilgeometrie angepasst werden. Das frei werdende Material wird in einem Auffangbehälter gesammelt.
  • Die offene Bauweise der beschriebenen Vorrichtung bietet nur geringen Schutz und verhindert eine Inspektion des Bauteils während und nach dem Reinigungsprozess. Eine manuelle Nachreinigung in geschützter Atmosphäre ist in dieser Vorrichtung nicht möglich.
  • Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des Stands der Technik derart weiter zu entwickeln, dass mit der neuen Vorrichtung eine manuelle Nachreinigung wie z. B. Ausblasen mit Druckluft und eine optische Kontrolle erfolgen kann und so sichergestellt werden kann, dass auch feinste Hohlräume und Strukturen weitgehend frei von Partikelmaterial sind. Dabei soll die Vorrichtung den direkten Kontakt mit frei werdendem Partikelmaterial verhindern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bis 19 gelöst.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass das Bauteil unter Schwingungsanregung und Abblasen um zwei etwa orthogonal ausgerichtete Achsen innerhalb einer staubdichten Arbeitskammer geschwenkt wird, und die Arbeitskammer über zwei Handschuheingriffe verfügt, über die das Bauteil manuell z. B. mit Druckluft endgereinigt wird und weiter ein Sichtfenster im Bereich der Handschuheingriffe aufweist, das eine Sichtkontrolle und Bewertung des Reinheitsgrads des Bauteils in jeder räumlichen Lage ermöglicht.
  • Die Arbeitskammer trennt das Bauteil bzw. die Schwenkvorrichtung von etwaigen Zündquellen wie z. B. dem Antriebsmotor der Schwenkvorrichtung oder der Beleuchtung. Gleichzeitig kann die Explosionsgefahr vermieden werden, indem das Gehäuse während des Betriebs mit einem nicht brennbaren Schutzgas wie z. B. Stickstoff sensorisch überwacht geflutet wird. Die Sicherheitsüberwachung der Inertisierung erfolgt vorzugsweise über eine Messung des Restsauerstoffs. Bei Überschreitung einer gewissen Sauerstoffmenge in der Arbeitskammer schaltet die Sicherheitsüberwachung alle Aktoren sicher ab und unterbindet somit das Aufwirbeln von Partikelmaterial und etwaige Zündquellen.
  • Zudem kann nach oder während des Prozesses das freigesetzte Partikelmaterial durch eine sicherheitsüberwachte Absaugung erfasst und gefiltert werden, so dass Kontakt mit dem Partikelmaterial und damit gesundheitliche Gefahren verhindert werden. Bei Unterbrechung des Absaugstroms in der Arbeitskammer schaltet die Sicherheitsüberwachung alle Aktoren sicher ab und unterbindet somit das Aufwirbeln von Partikelmaterial und etwaige Zündquellen.
  • Das Auspacken erfolgt in der Regel innerhalb der Produktionsmaschine. Nach dem Auspacken wird dem Bauteil ein staubdichter Sack übergezogen und mit einem passenden Rahmen mit der Bauplattform verbunden. Anschließend wir das Bauteil z. B. mit einem Kran oder einem Transportwagen zur Reinigungsvorrichtung gebracht. Die Reinigungsvorrichtung besitzt mindestens einen Zugang an der Arbeitskammer über den das Bauteil beladen werden kann. Leichte Bauteile können über eine Türe in der Vorderseite oder Rückseite in die Arbeitskammer gehoben werden. Schwere Bauteile werden vorzugsweise über eine verschließbare Dachklappe beladen.
  • In der Arbeitskammer wird das Bauteil fest mit der Schwenkvorrichtung verbunden, anschließend werden alle Öffnungen verschlossen. Über die Handschuheingriffe wird anschließend der Staub dichte Sack entfernt und außerhalb des Schwenkbereichs abgelegt, oder über eine Schleuse nach außen gebracht.
  • Anschließend werden die Handschuheingriffe z. B. mit einer elektronisch abgefragten Klappe oder Lichtschranke verschlossen. Wenn die Handschuheingriffe sicher verschlossen sind kann das automatische Reinigungsprogramm beginnen. Während des automatischen Reinigungsprogramms wird das Bauteil permanent so geschwenkt wird, dass jeder Bauteilabschnitt mindestens einmal über Kopf steht und das Material ausfließen kann.
  • Das abfließen des Baumaterials wird durch Schwingungsanregung begünstigt. Dazu befindet sich z. B. ein pneumatischer Rüttler direkt am Drehteller. Um eine Übertragung der Schwingung nur auf das Bauteil zu konzentrieren bzw. um eine Schwingungsanregung in die Vorrichtung zu vermeiden, muss der Drehteller vom restlichen Aufbau elastisch entkoppelt werden.
  • Eine weitere Vorrichtung zum automatischen Reinigen sind Luftdüsen die in der Arbeitskammer angebracht sind, die im Automatikbetrieb gezielt auf das bewegte Bauteil blasen.
  • Das frei werdende Partikelmaterial wird im trichterförmigen Boden der Arbeitskammer gesammelt
  • Nach dem Reinigungsprozess wird das Bauteil manuell z. B. mit Druckluft gereinigt und inspiziert. Der entstehende Überdruck in der Kammer kann über Filterabscheider in der Gehäusewand entweichen. Bevor die Türen geöffnet werden um das Bauteil zu entnehmen, werden die Partikelmaterialrest über die Schleuse im Bodentrichter in ein Gebinde abgelassen oder einer Fördereinrichtung übergeben. Das Abfließen wird durch Schwingungsanregung der Bodentrichterwände begünstigt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der Vorrichtung.
  • 2 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geöffneter Fronttüre (4) und geöffneter Dachklappe (1).
  • 3 eine perspektivische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In einer bevorzugten Ausführung gemäß 1 bis 3 wird das Bauteil (7) auf einem angetriebenem Drehteller (10) befestigt, der wiederum von einer horizontalen Schwenkvorrichtung (9) unter Schwingungsanregung in einer staubdichten Arbeitskammer (5) mit trichterförmigen Boden, Handschuheingriffen und einer Sichtscheibe (8) geschwenkt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann das Bauteil (7) wahlweise über die Fronttüre (4) oder z. B. mit einem Kran über eine Dachklappe (1) beladen werden.
  • Im automatischen Reinigungsprozess werden die Schwenkvorrichtung (9) und der Drehteller (7) kontinuierlich geschwenkt, nach einem Programmablauf bewegt, oder in einer günstigen räumlichen Stellung gehalten.
  • Der Antrieb der Schwenkvorrichtung (9) bzw. des Drehtellers (10) kann sowohl mit rotierenden Motoren als auch über Linearantriebe wie z. B. Pneumatikzylinder in Kombination mit einem Schwenkhebel, oder manuell über Schneckengetriebe mit Handkurbeln erfolgen.
  • Während des automatischen Reinigungsprozesses werden die Handschuheingriffe (8) von einer sicherheitstechnisch abgefragten Handschuhlappe (3) abgedeckt. Bei Öffnen der Handschuhklappe (3) werden alle Antriebe innerhalb der Arbeitskammer (5) sicher abgeschaltet.
  • Nach dem automatischen Reinigungsprozess kann das Bauteil (7) über die Handschuheingriffe (8) gereinigt werden. Dazu befindet sich in der Arbeitskammer (5) z. B. ein Druckluftanschluss für eine Ausblaspistole oder ein Druckluftschlauch der z. B. mit einem Fußpedal angesteuert wird.
  • Es besteht auch die Möglichkeit an mehreren Stellen in der Arbeitskammer (5) Luftstrahldüsen (14) vorzusehen, die im automatischen Reinigungsprozess das Bauteil in jeder Position abblasen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Drehteller (10) von seinem Antrieb entkoppelt werden, so dass der Drehteller (10) von Hand bewegt werden kann.
  • Während des manuellen Reinigungsvorgangs und während der Sichtkontrolle kann bei geschlossener Handschuhklappe (3) das Bauteil (7) motorisch in jede beliebige Position gebracht werden.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass ein Bauteil unter Schwingungsanregung und innerhalb eines Luftstroms um zwei etwa orthogonal ausgerichtete Achsen innerhalb einer staubdichten Arbeitskammer geschwenkt wird, und die Arbeitskammer über Handschuheingriffe verfügt, über die das Bauteil manuell z. B. mit Druckluft endgereinigt wird. Ein Sichtfenster im Bereich der Handschuheingriffe ermöglicht dabei eine Sichtkontrolle und Bewertung des Reinheitsgrads des Bauteils in jeder räumlichen Lage.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dachklappe
    2
    Sichtscheibe
    3
    Handschuhklappe
    4
    Fronttüre
    5
    Arbeitskammer
    6
    Scheibenventil
    7
    Bauteil
    8
    Handschuheingriffe (schematische Darstellung)
    9
    Horizontale Schwenkvorrichtung
    10
    Drehteller
    11
    Bewegungsrichtung Schwenkvorrichtung
    12
    Bewegungsrichtung Drehteller
    13
    Gehäuseentlüftung
    14
    Bauplattform
    15
    Luftstrahldüse

Claims (19)

  1. Vorrichtung zum Entfernen von Partikelmaterialresten aus Bauteilen (7) mit verwinkelten Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (7) innerhalb einer mindestens staubdichten Arbeitskammer (5) auf einem Drehteller (10) rotiert und der Drehteller (10) wiederum mit einer Schwenkvorrichtung (9) um eine weitgehend horizontal angeordnete Achse geschwenkt wird und die Arbeitskammer (5) mindestens einen Handschuheingriff (8) und eine Sichtscheibe (2) zur Kontrolle des Reinigungsgrads aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehteller (10) eine Bauteilaufnahme aufweist die mit einem Rüttler verbunden ist und über elastische Elemente mit einer Drehtelleraufnahme verbunden ist die wiederum drehbar in der Schwenkvorrichtung (9) gelagert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehteller (10) eine Bauteilaufnahme aufweist die mit einem linear arbeitenden Rüttler verbunden ist, der tangential zur Drehrichtung des Drehtellers (10) arbeitet, der Drehteller (10) drehbar in der Schwenkvorrichtung (9) gelagert ist und der Drehteller (10) über ein elastisches Element mit dem Drehtellerantrieb verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Rüttlers während des Betriebs verstellt werden kann.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Schwenkvorrichtung (9) manuell z. B. über eine Handkurbel außerhalb der Arbeitskammer (5) erfolgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung (9) und/oder Drehteller (10) motorisch angetrieben sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) eine Handschuhklappe (3) aufweist, die während eines automatischen Betriebs die Handschuheingriffe (8) abdeckt, und beim Öffnen alle Aktoren innerhalb der Arbeitskammer (5) sicher ausschaltet.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) über eine Dachklappe (1) zur Beladung der Arbeitskammer (5) mit einem Bauteil (7) aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) eine manuell betriebene Ausblaspistole aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) mindestens eine Luftstrahldüse (15) aufweist, die auf das Bauteil ausgerichtet sind.
  11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) einen trichterförmigen Boden mit verschließbarer Öffnung aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Arbeitskammer (5) einen Rüttler aufweisen, der das Abfließen von Partikelmaterialresten begünstigt.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bei der Beladung mit einem staubdichten Transportsack in Kombination mit einem Klemmrahmen verschlossen ist und der Sack innerhalb der geschlossenen Arbeitskammer (5) über die Handschuheingriffe (8) entfernt wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) eine Schleuse für den Transportsack aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) mit einem nicht brennbarem Gas geflutet wird.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) Sensoren aufweist, die die Menge des Restsauerstoff messen und bei Überschreitung eines voreingestellten Restsauerstoffwertes alle Aktoren in der Arbeitskammer (5) abgeschalten.
  17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass frei werdendes Partikelmaterial innerhalb der Arbeitskammer (5) abgesaugt und außerhalb der Arbeitskammer (5) zur Weiterverarbeitung gesammelt wird.
  18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (5) Sensoren aufweist, die den Luftstrom der Absaugung innerhalb der Arbeitskammer (5) messen und bei Unterschreitung eines voreingestellten Luftstromwertes alle Aktoren in der Arbeitskammer (5) abschalten.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die gefilterte Abluft der Absaugung der Arbeitskammer wieder zugeführt wird
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