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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung metallischer Oberflächen mit einem Gehäuse und einer aus dem Gehäuse hervorstehenden Reinigungselektrode.
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Die
EP 3 142 804 B1 beschreibt eine elektrolytische Bürstenanordnung, deren Reinigungsbürste mittels eines Stellglieds in der Länge verstellt werden kann.
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Eine weitere Vorrichtung zur Reinigung metallischer Oberflächen ist in der
US 10 518 352 B2 beschrieben.
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Das in der
DE 20 2017 105 145 U1 beschriebene Verfahren zum elektrochemischen Reinigen und Passivieren von Schweißnähten insbesondere an Chrom-Nickel-Werkstoffen wurde in jüngster Zeit zunehmend beliebter. Dadurch ergibt sich der Wunsch nach einer Automatisierung des Verfahrens.
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Beim elektrochemischen Reinigungsprozess wird als Reinigungselektrode meist ein Kohlefaserpinsel verwendet, dessen Fasern sich bei der Nutzung, ähnlich wie eine abbrennende Elektrode, verkürzen. Dadurch wird nach längerer Nutzungsdauer der Kontakt zwischen dem Kohlefaserpinsel und dem Werkstück reduziert, was dazu führen kann, dass gar kein Kontakt mehr zum Werkstück vorhanden ist. Damit die über das Gehäuse hinausstehenden Fasern stets dieselbe Länge besitzen und ein gleichmäßiger Kontakt zum Werkstück gegeben ist, ist es erforderlich, diesen Verschleiß auszugleichen.
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Üblicherweise wird die Länge der einzelnen Fasern des Kohlefaserpinsels durch Verdrehen einer PTFE-Hülse, in der dieselben aufgenommen sind, eingestellt. Hierbei wird zwar die Länge der herausstehenden Fasern reguliert, der Kohlefaserpinsel wird aber aufgrund des Verschleißes kürzer. Da sich hierbei der sogenannte TCP (der Tool Center Point bzw. Werkzeugmittelpunkt oder Endeffektor) verändert, kann diese Vorgehensweise nicht oder nur mit erheblichem Aufwand an einem Handhabungsroboter ausgeführt werden. Bei automatisierten Vorgängen sind manuelle Eingriffe jedoch naturgemäß unerwünscht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Reinigung metallischer Oberflächen zu schaffen, mit dem eine automatisierte Nachführung der Reinigungselektrode möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reinigung metallischer Oberflächen, die ein Gehäuse und eine aus dem Gehäuse hervorstehende Reinigungselektrode aufweist, ist die Reinigungselektrode mittels einer eine Linearantriebseinrichtung aufweisenden Nachführeinrichtung relativ zu dem Gehäuse nachführbar, um die Reinigungselektrode zur Kompensation eines Verschleißes derselben nachzuführen. Der Verschleiß der Reinigungselektrode ist mittels einer Detektionseinrichtung detektierbar.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine vollkommen automatische und selbstregelnde Nachführung der Reinigungselektrode realisiert, durch die der während der Benutzung entstehende Verscheiß mittels Messen und Nachregulieren kompensiert werden kann. Die Linearantriebseinrichtung ist dabei sowohl von der Stromquelle als auch von einem die Vorrichtung aufnehmenden Handhabungsroboter unabhängig und kann daher sehr einfach betrieben werden. Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung einen automatisierten elektrochemischen Reinigungsprozess ohne die Notwendigkeit eines manuellen Eingriffs.
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Die Linearantriebseinrichtung kann sehr kompakt aufgebaut sein, sodass sie zum einen innerhalb des Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung untergebracht werden kann und dass zum anderen für einen Großteil der Bauteile eine gute Zugänglichkeit gewährleistet ist. Dabei kann die Linearantriebseinrichtung galvanisch getrennt von dem Kohlefaserpinsel bewegt werden. Um eine galvanische Trennung zu realisieren, können die verwendeten Bauteile aus nichtleitenden, säurefesten und temperaturfesten Werkstoffen, insbesondere geeigneten Kunststoffen, bestehen, um keine elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen aufzubauen.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Linearantriebseinrichtung und die Detektionseinrichtung mittels einer Steuereinrichtung steuerbar sind. Eine solche Steuereinrichtung, die einen passenden Treiber für die Linearantriebseinrichtung aufweisen kann, dient dazu, dass die einzelnen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung angesteuert werden und miteinander kommunizieren können. Vorzugsweise wird dadurch das System auch in der Zukunft erweiterbar, um neue Funktionen und Anforderungen zu integrieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass die Reinigungselektrode in einer Hülse angeordnet ist, welche starr mit dem Gehäuse verbunden ist. Durch die starre Verbindung der Hülse mit dem Gehäuse wird sichergestellt, dass sich der TCP, also der Werkzeugmittelpunkt, nicht verändert. Dabei kann die Hülse leicht zu entfernen sein, sodass im Falle eines vollständigen Verschleißes der Reinigungselektrode ein schneller Zugang zu derselben gewährleistet ist. Die Hülse sorgt zudem dafür, dass die einzelnen Fasern der Reinigungselektrode im Falle eines Ausfransens derselben, was während der Nutzung derselben durch die Bewegung der Fasern in verschiedene Richtungen auftreten kann, gebündelt werden. Dies wird durch ein einfaches Ein- und Ausfahren der Reinigungselektrode in und aus der Hülse realisiert, da sich beim Hineinfahren die einzelnen Fasern bündeln und ihren Zustand beim Herausfahren beibehalten.
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Wenn die Linearantriebseinrichtung einen Antriebsmotor aufweist, so ergibt sich eine einfache und zuverlässige Antriebsmöglichkeit für die Linearantriebseinrichtung. Vorzugsweise handelt es sich um einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Schrittmotor.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor über ein Verbindungselement mit einem auf einer Linearführung geführten Aufnahmeelement zum Aufnehmen der Reinigungselektrode verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine parallele Anordnung des Antriebsmotors und der Reinigungselektrode, wodurch sich eine Platzersparnis ergibt und die Größe der Vorrichtung geringgehalten werden kann. Des Weiteren ist auf diese Weise gewährleistet, dass die Linearantriebseinrichtung präzise verfahren kann und sich keine Bauteile verhaken können. Vorzugsweise handelt es sich um eine wartungsfreie, spielfrei und kompakte Linearführung.
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Um eine möglichst einfache Versorgung der Reinigungselektrode zu erreichen, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Reinigungsmittelzufuhrleitung zur Zufuhr einer Reinigungsflüssigkeit zu der Reinigungselektrode vorgesehen sein.
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Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Reinigungsmittelzufuhrleitung an dem Aufnahmeelement angebracht ist. Dies stellt sicher, dass die Reinigungsflüssigkeit über die Reinigungsmittelzufuhrleitung stets zuverlässig zu der Reinigungselektrode gelangt. Dabei kann die Reinigungsmittelzufuhrleitung zumindest teilweise spiralförmig gewickelt oder teleskopartig ausgebildet sein, sodass eine Dehnung der Reinigungsmittelzufuhrleitung ermöglicht wird und sich diese bei der Bewegung des Aufnahmeelements mitbewegen kann.
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Des Weiteren können eine zu einer an dem Gehäuse angeordneten Luftdüse führende Luftzufuhrleitung und eine zu einer an dem Gehäuse angeordneten Wasserdüse führende Wasserzufuhrleitung vorgesehen sein. Da beim elektrochemischen Reinigungsprozess mit Säuren gearbeitet wird, welche nach dem Reinigen vom Bauteil entfernt werden sollten, sind solche Luft- und Wasserdüsen, mit denen eine Reinigung und anschließende Trocknung gewährleistet wird, vorteilhaft.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Position;
- 2 einen Schnitt nach der Linie II-II aus 1;
- 3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus 1;
- 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Position;
- 5 einen Schnitt nach der Linie V-V aus 4; und
- 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI aus 4.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Reinigung von in den Figuren nicht dargestellten metallischen Oberflächen, insbesondere von Schweißnähten auf Werkstücken.
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Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 und eine aus dem Gehäuse 2 hervorstehende Reinigungselektrode 3 auf, die zur Reinigung der metallischen Oberfläche in Kontakt mit derselben gebracht wird. Die Reinigungselektrode 3 ist in an sich bekannter Weise als Pinsel ausgebildet und weist eine Vielzahl metallischer Fasern auf, die in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt sind.
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Während des Betriebs ist die Reinigungselektrode 3 einem Verschleiß unterworfen, der zu einer Verkürzung der Länge der Reinigungselektrode 3 führt. Um die Reinigungselektrode 3 zur Kompensation dieses Verschleißes nachzuführen, ist eine Nachführeinrichtung 4 vorgesehen, die eine Linearantriebseinrichtung 5 aufweist und mit der die Reinigungselektrode 3 relativ zu dem Gehäuse 2 nachführbar bzw. verfahrbar ist. Ein Verschleiß der Reinigungselektrode 3 ist mittels einer ebenfalls nachfolgend näher beschriebenen Detektionseinrichtung 6 detektierbar.
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Sowohl die Linearantriebseinrichtung 5 als auch die Detektionseinrichtung 6 sind mittels einer in 1 lediglich angedeuteten Steuereinrichtung 7 steuerbar. Die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 7 einerseits und der Linearantriebseinrichtung 5 und der Detektionseinrichtung 6 andererseits kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Die Steuereinrichtung 7 kann Teil eines nicht dargestellten Handhabungsroboters sein, mit dem die Vorrichtung 1 zu der metallischen Oberfläche bewegt und von derselben wegbewegt wird. Auch während des Reinigungsvorgangs wird die Vorrichtung 1 vorzugsweise von dem Handhabungsroboter bewegt. Die Steuereinrichtung 7 kann sämtliche mit der Vorrichtung 1 durchgeführten Vorgänge steuern. Durch die Integration der restlichen benötigten Komponenten in der externen Steuereinrichtung 7 kann die Linearantriebseinrichtung 5 sehr kompakt und leicht gestaltet werden. An dem Gehäuse 2 ist ein Flansch 2a angebracht, mit dem die Vorrichtung 1 mit dem Handhabungsroboter verbunden werden kann.
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Die Steuereinrichtung 7 kann zusätzlich auch die Eingangssignale des Handhabungsroboters verarbeiten, sodass der Handhabungsroboter mit der Logikeinheit der Linearantriebseinrichtung 5 kommunizieren kann, um den passenden Arbeitspunkt zu finden. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung 7 auch ein Ausgangssignal an den Handhabungsroboter ausgeben, wodurch sichergestellt werden kann, dass der Handhabungsroboter erst weiterarbeitet, wenn die Reinigungselektrode 3 den optimalen Abstand zum Werkstück gemessen hat und die Reinigungselektrode 3 nicht verschlissen ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass, wenn die Reinigungselektrode 3 ihr minimale Arbeitslänge unterschritten hat, der Anwender durch ein optisches und/oder akustisches Signal gewarnt wird, dass die Reinigungselektrode 3 ausgetauscht werden sollte.
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In dem Schnitt von 3 ist erkennbar, dass die Reinigungselektrode 3 in einer Hülse 8 angeordnet ist, welche starr mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Die Hülse 8 besteht vorzugsweise aus einem säurebeständigen Material, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen. Es sind jedoch auch andere Werkstoffe für die Hülse 8 denkbar.
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Die Linearantriebseinrichtung 5 weist einen elektrischen Antriebsmotor 9 auf, der über ein Verbindungselement 10, beispielsweise eine rotierende Welle, mit einem mittels eines Gleitschlittens auf einer Linearführung 11 geführten Aufnahmeelement 12 zum Aufnehmen der Reinigungselektrode 3 verbunden ist. Wie aus einem Vergleich von 2 mit 5 oder von 3 mit 6 erkennbar ist, bewirkt der Antrieb des Verbindungselements 10 durch den Antriebsmotor 9 eine Bewegung des Aufnahmeelements 12 auf der Linearführung 11 in der mit „x“ bezeichneten Pfeilrichtung, wodurch die Reinigungselektrode 3 relativ zu dem Gehäuse 2 verfahren wird. Die Linearantriebseinrichtung 5 weist zwei Endschalter 5a und 5b auf, welche die Bewegung des Aufnahmeelements 12 in beide Richtungen begrenzen, sodass bei unerwarteten Ereignissen Kollisionen verhindert werden. Beispielsweise kann eine maximale Verfahrlänge des Aufnahmeelements 12 von 40 mm vorgesehen sein. Zusätzlich kann die Linearantriebseinrichtung 5 softwareseitig über eine definierte Schrittweite begrenzt sein; durch die Endschalter 5a und 5b ist jedoch eine erhöhte Sicherheit gegenüber diversen Fehlerursachen gegeben. Zusätzlich kann auf diese Weise eine Referenzfahrt der Linearantriebseinrichtung 5 durchgeführt werden.
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Im vorliegenden Fall hat sich die Länge der Reinigungselektrode 3 von dem Zustand gemäß der 1 bis 3 zu dem Zustand gemäß der 4 bis 6 aufgrund von Verschleiß erheblich verkürzt. Durch die beschriebene Bewegung der Reinigungselektrode 3 mittels der Linearantriebseinrichtung 5 steht das vordere, von dem Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 entfernte Ende 3a der Reinigungselektrode 3 jedoch um den gleichen Betrag aus der Hülse 8 hervor. Mittels der Linearantriebseinrichtung 5 kann demnach eine Nachführung der Reinigungselektrode 3 bei einem Verschleiß derselben erreicht werden.
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Die Detektion des Verschleißes der Reinigungselektrode 3 mittels der Detektionseinrichtung 6 kann dadurch erfolgen, dass die Reinigungselektrode 3 mit einer in 3 dargestellten Testfläche 13 in Kontakt gebracht wird. Wenn die Reinigungselektrode 3 seit ihrem letzten Kontakt mit der Testfläche 13 keinem Verschleiß unterworfen war, so kommt sie mit der Testfläche 13 in Kontakt, wenn mit dem Handhabungsroboter derselbe Punkt angefahren wird. In diesem Fall fließt beim Anlegen einer Spannung an die Reinigungselektrode 3 ein Strom, der mittels der Detektionseinrichtung 6 detektiert wird. Zusätzlich kann über einen Optokoppler ein Signal ausgegeben werden. Kann jedoch kein Strom detektiert werden, so bedeutet dies, dass die Reinigungselektrode 3 nicht in Kontakt mit der Testfläche 13 gekommen ist und sich demnach aufgrund von Verschleiß verkürzt haben muss. Dies wird von der Detektionseinrichtung 6 detektiert und über die Steuereinrichtung 7 an die Nachführeinrichtung 4, im vorliegenden Fall an die Linearantriebseinrichtung 5 weitergeleitet. Die Linearantriebseinrichtung 5 bewegt daraufhin die Reinigungselektrode 3 in Pfeilrichtung x so lange, bis die Reinigungselektrode 3 in Kontakt mit der Testfläche 13 kommt. In diesem Fall fließt über die Reinigungselektrode 3 ein Strom, wodurch der Kontakt der Reinigungselektrode 3 mit der Testfläche 13 erkannt wird. Bei Erreichen einer gewünschten Stromstärke ist die Nachstellung der Reinigungselektrode 3 beendet. Diese Vorgehensweise kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen durchgeführt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Detektionseinrichtung 6 zur Detektion des Verschleißes der Reinigungselektrode 3 dazu eingerichtet ist, eine Messung einer der Reinigungselektrode 3 zugeführten Energie auszuführen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Detektionseinrichtung 6 dazu eingerichtet ist, durch einen Algorithmus anhand der gemessenen, vorzugsweise zeitlich kumulierten, Energie den Verschleiß der Reinigungselektrode zu detektieren bzw. zu ermitteln. Hierdurch kann die Reinigungselektrode 3 bei einem bestimmten ermittelten Verschleiß auch während des Betriebes nachgestellt werden, sodass nur wenige, bis nahezu gar keine der vorbeschriebenen Detektionen mittels der Stromstärkemessung an der Testfläche 14 mehr nötig sind. Dadurch können die oben genannten zeitlichen Abstände gegebenenfalls erheblich verlängert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Reihe von Detektionen mittels der Stromstärkemessung an der Testfläche 13 zur Kalibrierung des Algorithmus durchgeführt werden. Hierdurch kann die gemessene zugeführte Energie mit einem tatsächlichen Verschleiß der Reinigungselektrode 3 in Zusammenhang gebracht werden.
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Statt der Testfläche 13 kann auch die metallische Oberfläche des zu reinigenden Werkstücks verwendet werden. Nach dem Erreichen des Referenzpunktes der Testfläche 13 kann die Reinigungselektrode 3 noch weiter nachgeführt werden, sodass eine ideale Länge derselben aus der Hülse 8 hervorsteht um den für den jeweiligen Reinigungsvorgang gewünschten bzw. erforderlichen Anpressdruck der Reinigungselektrode 3 auf der metallischen Oberfläche zu erreichen und den Reinigungsprozess möglichst effektiv nutzen zu können.
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Damit der Stromkreis nicht während des Reinigungsprozesses geschlossen ist, wird die Prüfspannung über ein Relais zugeschaltet. Zusätzlich sollte der Schaltkreis der Prüfspannung galvanisch von dem Reinigungsstromkreis getrennt werden, um die Elektronik vor Fehlströmen zu schützen.
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Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine Reinigungsmittelzufuhrleitung 14 auf, die zur Zuführung einer nicht dargestellten Reinigungsflüssigkeit zu der Reinigungselektrode 3 dient. Die Reinigungsmittelzufuhrleitung 14, mit der die Reinigungsflüssigkeit automatisiert und in der richtigen Menge zu der Reinigungselektrode 3 gelangt, ist an dem Aufnahmeelement 12 angebracht, so dass sie sich mit demselben bewegen kann und stets die Verbindung zu der Reinigungselektrode 3 gewährleistet ist. Um die Länge der Reinigungsmittelzufuhrleitung 14 bei der Bewegung des Aufnahmeelements 12 verändern zu können, ist diese teilweise spiralförmig gewickelt. Alternativ kann die Reinigungsmittelzufuhrleitung 14 auch teleskopartig ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht die Reinigungsmittelzufuhrleitung 14 aus Polytetrafluorethylen, um sowohl eine Säurebeständigkeit als auch eine ausreichende Flexibilität sicherzustellen. Der Querschnitt der Reinigungsmittelzufuhrleitung 14 sollte mindestens 1 mm2 betragen. Die Reinigungsmittelzufuhrleitung 14 wird durch eine Bohrung in dem Aufnahmeelement 12 fortgesetzt, sodass sie schließlich bei der Reinigungselektrode 3 endet. Das Aufnahmeelement 12 ist mittels eines Wellendichtrings 12a gegenüber dem Gehäuse 2 abgedichtet, sodass keine Säure in das Innere des Gehäuses 2 eindringen kann. Durch den Wellendichtrings 12a werden die sich innerhalb des Gehäuses 2 befindenden Komponenten geschützt. Der Wellendichtring 12a befindet sich wie die Hülse 8 an einer fest definierten Position, sodass der TCP nicht variiert.
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Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine Luftdüse 15 sowie eine Wasserdüse 16 auf. Hierbei führt eine Luftzufuhrleitung 17 zu der Luftdüse 15 und eine Wasserzufuhrleitung 18 führt zu der Wasserdüse 16. Mit den beiden Düsen 15 und 16 kann die von der Reinigungselektrode 3 gereinigte Stelle der metallischen Oberfläche nachgereinigt und getrocknet werden, sodass nach dem Reinigungsprozess keine Rückstände der Reinigungsflüssigkeit auf dem Werkstück verbleiben.
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Sowohl die Reinigungsmittelzufuhreinrichtung 14 als auch die Luftzufuhrleitung 17 und die Wasserzufuhrleitung 18 werden von außen durch das Gehäuse 2 geführt. Hierfür können geeignete Dichtungen vorgesehen sein.
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Zur Stromversorgung der Reinigungselektrode 3 dient eine Stromversorgungsleitung 19, deren Querschnitt aufgrund der hohen Ströme mindestens 10 mm2 betragen sollte, wobei aufgrund der Anbringung derselben an dem beweglichen Aufnahmeelement 12 dennoch eine gewisse Flexibilität derselben gegeben sein sollte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202017105145 U1 [0002, 0005]
- EP 3142804 B1 [0003]
- US 10518352 B2 [0004]
