EP1814695A2 - Düse für co2-schnee/kristalle - Google Patents

Düse für co2-schnee/kristalle

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Publication number
EP1814695A2
EP1814695A2 EP05797252A EP05797252A EP1814695A2 EP 1814695 A2 EP1814695 A2 EP 1814695A2 EP 05797252 A EP05797252 A EP 05797252A EP 05797252 A EP05797252 A EP 05797252A EP 1814695 A2 EP1814695 A2 EP 1814695A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
jet
nozzle
core
snow
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05797252A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Godehard Möller
Andreas Michalske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Venjakob Maschinenbau GmbH and Co KG
Original Assignee
Venjakob Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200410047050 external-priority patent/DE102004047050B3/de
Application filed by Venjakob Maschinenbau GmbH and Co KG filed Critical Venjakob Maschinenbau GmbH and Co KG
Publication of EP1814695A2 publication Critical patent/EP1814695A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/08—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2

Definitions

  • the invention relates to a nozzle for CO2 snow.
  • the invention relates to a nozzle for the directed ejection of CO2 snow, in particular for cleaning workpieces.
  • the jet tool of the prior art can not be used to clean workpieces over a large area in a painting device.
  • the capillary arrangement only allows a very low throughput of CO2 snow and is therefore not suitable for wide industrial application.
  • the object of the present invention was therefore to provide a nozzle for cleaning, with CO2 snow and air, which meets the requirements of industrial cleaning. It is another object of the invention to provide a method for treatment, in particular for cleaning a workpiece to be coated with CO2 snow.
  • Ejecting CO2 snow and compressed air being a central In the region of the nozzle, it has at least one first discharge opening, which is designed to produce a supersonic speed core jet having CO2 snow, wherein the central region of the nozzle is surrounded by a peripheral region, which is a plurality of second
  • Discharge openings which are arranged (preferably symmetrically) around the first discharge opening and are designed to generate a core jet surrounding the jet stream of air, preferably compressed air at a lower speed than the core stream, wherein the cladding jet has the same direction as the core jet.
  • a core jet of CO2 snow can be generated, which has a surrounding jet of air or compressed air surrounding it and can thus bring a cleaning jet onto a working area which is dimensioned sufficiently to be able to sustainably clean even larger areas.
  • the core jet is formed by CO2 snow being formed by relaxation of CO2 and generated by pressurized air within a CO 2 gun as a mixed jet of CO 2 and compressed air at high speed at the exit.
  • a core jet produced in this way is then a mixed jet of CO2 snow and air or compressed air.
  • This core jet is surrounded by a sheath jet of pure air, which shields the core against external influences.
  • the second Eritladungsö réelleen are formed so that this air is sucked, which then form a cladding beam surrounding the core beam.
  • This jacket jet can be generated by entraining air through the exiting core jet via the second discharge openings.
  • Ambient air is particularly preferably used for this purpose, ie the second discharge openings are free with their distal end intended. As a result, the ambient air is preferably entrained by these slots, accelerated and sits evenly around the core jet.
  • This effect can preferably be enhanced by an attached venturi. Furthermore, icing of the nozzle tip is prevented by a targeted approach of the ambient air to the nozzle outlet. Alternatively, a compressed air connection can be provided at these distal ends of the second discharge openings. In this way, it is possible to clean workpieces before a painting step, which are passed in a short time with a transport device on such a C02 gun with this nozzle.
  • the temperature, in particular of the jacket jet it is possible to influence the geometry of the core jet.
  • a temperature of the cladding beam of less than 1O 0 C is preferred particularly preferably of less than 4 0 C.
  • a control device for adjusting the speed of the mantle jet of compressed air and / or the core jet of CO2 snow, in particular independently of one another.
  • the speed of the cladding jet By adjusting the speed of the cladding jet, the geometry of the core beam and thus the focus and the working range of the core beam can also be varied.
  • the first discharge opening for the core jet is designed as a Laval nozzle.
  • the forces are ideally absorbed in the nozzle and preferably aligned with the exit direction of the two beams.
  • a carousel support for receiving at least one nozzle according to the invention comprising a rotating device, which is designed such that the at least one nozzle is movable in rotational movements over a working range.
  • a carousel support as described for example in the utility model DE 29814293 Ul the applicant for another application, the cleaning is even more workable even with workpieces with undercuts.
  • On such a carousel carrier preferably at least one nozzle is arranged on a rotatable hub, so that upon rotation of the rotating device by the cleaning jet a circle or an ellipse in a plane on the working area is described.
  • the nozzle is made obliquely, so that also undercuts cleaned can be, since the beam in the rotating movement of the rotating device describes a conical section in space and not just a cylinder. This oblique orientation of the individual nozzle so that the workpiece not only frontally but also in the undercut area cleaned from the side.
  • the rotating device is (co-) driven by recoil forces of the jet emerging from the nozzle. In this way it is possible to save an additional drive for the rotating device.
  • the Karusseimik or the rotating device a plurality of nozzles, more preferably 3 nozzles provided.
  • the angle of attack of the individual nozzle of the carousel support will be set differently, so that by the rotational movement of the individual, nozzles on the one hand and the transverse movement of the entire Krausseiologis on the other hand, a large
  • the object is also achieved by a method for the treatment, in particular cleaning, of a workpiece to be coated with CO2 snow with a core jet of CO2 snow at a speed of more than 200 m / s with a jet stream of air surrounding the core jet, preferably compressed air, is directed onto the workpiece, wherein the jacket jet has a lower velocity than the core jet.
  • the jacket jet has a speed of less than 80%, preferably less than 75%, more preferably less than 50% of the speed of the core jet. It has surprisingly been found that the cladding jet, even at significantly lower speeds than the core jet a high
  • the core jet can act again undisturbed on the workpiece.
  • the ratio of the velocity of the cladding jet to the velocity of the core jet is adjustable.
  • the ratio of the velocity of the cladding jet to the velocity of the core beam is affected. In this way it is possible to carry out the beam shaping of the core beam.
  • the core jet has a velocity of more than 333 m / s. By choosing the supersonic range for the core beam, it is possible to achieve particularly high cleaning effects.
  • the core jet has a diameter of 30 mm.
  • the diameter of 30 mm is generated about 80 mm behind a nozzle end and kept constant at this diameter for a further 200 to 300 mm.
  • a variation of the diameter of the beam focus is possible for example by changing the speed of the sheath current and / or the choice of the temperature gradient between sheath current and core current.
  • the cladding jet has an outer diameter of about 200 to 250% of the diameter of the core jet.
  • the geometry of the core beam can be adjusted by varying the speed of the jacket jet.
  • the jacket jet of compressed air at a higher temperature than the core jet of CO2 snow.
  • the workpiece is painted after processing.
  • FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the nozzle according to the invention.
  • Fig. 2 is an external view of an embodiment of the nozzle according to the invention.
  • FIG 3 is a view of a second embodiment of the nozzle according to the invention in four partial views.
  • FIG. 4 shows a view of a third exemplary embodiment of the nozzle according to the invention in four partial views
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the core jet and the jacket jet after emerging from a nozzle according to the invention.
  • Fig. 4 is a view of an inventive
  • Carousel carrier with nozzles according to the invention.
  • FIG. 1 shows a section along the points A'A of a nozzle according to the invention as well as in FIG. 2.
  • the nozzle 1 has a central conveying region for CO2 snow along the arrow shown.
  • This channel opens into a first discharge opening 6, which is located in a central region 5 of the nozzle 1.
  • This central area is circular, as is the first discharge opening.
  • a peripheral region 7 of the nozzle 1 is arranged in a circle around the central region 5 of the nozzle 1.
  • a plurality of slot-like second discharge openings 8 are provided, from which then compressed air can be conveyed.
  • the delivery lines for the compressed air are routed in the middle section of the nozzle parallel to the central conveyor area for CO2 snow.
  • nozzle of Fig. 1 is again shown in a schematic overall view.
  • the slot-shaped second discharge openings 8 in the peripheral area 7 of the nozzle, which are arranged around the first discharge opening 6 in the central area 5 of the nozzle, can be seen here in particular.
  • a uniform jet surrounding the core jet is formed, which completely surrounds the CO2 snow core jet and can delimit against external influences.
  • Fig. 3 is a view of a second embodiment of the nozzle according to the invention is shown in four partial views.
  • the peripheral portion 7 is formed of slit-shaped discharge holes 8 which, unlike the nozzle of Figs. 1 and 2, the air for the clad jet are formed so that the distal ends of the discharge holes 8 directly communicate with the ambient air.
  • this nozzle shape it is provided that the air for the jacket jet from the ambient air is sucked in via the slot-shaped discharge openings 8 and is entrained by the core jet, which can exit via the first discharge opening, thus forming the jacket jet around the core jet.
  • this nozzle 1 has eight slot-shaped discharge openings 8, which are arranged in a star shape around the first discharge opening 6 of the nozzle or the central area 5 of the nozzle.
  • the first discharge opening 6 in this case advantageously has a Laval nozzle to define the core jet.
  • Fig. 4 is a view of a third embodiment of the nozzle according to the invention is shown in four partial views. In this case, a channel having geometry for the second discharge openings 8 is provided.
  • Discharge openings are in this case arranged as channels symmetrically about the first discharge opening 6 and inclined to this at an angle of 26 degrees. Preferably, this angle is between 40 degrees and 5 degrees, more preferably between 20 degrees and 30 degrees. Preferably, eight channels are provided here. Slots, as in the nozzle form according to FIG. 3, may additionally be provided between the channels or alternatively as an alternative to individual channels (not shown).
  • Fig. 5 the exiting core beam 2 and the surrounding cladding beam 3 is shown over a length L schematically.
  • a mixture of CO2 snow and compressed air as the core jet 2 at supersonic speed along the central, thick arrow shown.
  • a jacket jet 3 is generated by compressed air in that compressed air emerges from the second discharge openings 8 at a lower velocity than the core jet 2 and forms a jacket jet 3 around the core jet 2.
  • a region L forms over a length L in which the diameter of the core jet 2 is kept substantially constant and is surrounded by the jacket jet 3.
  • the jacket jet 3 has a lower speed than the core jet 2.
  • the length L is preferably about 200 to 500 mm, more preferably about 200 to 300 mm.
  • Kernstrahl 2 are influenced as well as by the choice the temperature of the jacket jet 3 with respect to the temperature of the core jet.
  • FIG. 6 shows a carousel support 20 according to the invention, on which three nozzles 1 according to the invention are mounted.
  • a drive motor for the rotation forms the drive 22 whose force can be transmitted via a V-belt to a rotary tube 24.
  • the supply of the three nozzles 1.1 to 1.3 can be done via a rotary feedthrough for compressed air and liquid CO2.
  • the nozzles 1.1 to 1.3 consist of a Co2 snow blasting gun 29, which are provided via an inlet opening 27 for compressed air and a further inlet opening 28 for CO2, shown here with control valve.
  • a gun mount 26 with integrated graduated scale is provided to perform reproducible adjustments of the beam direction.
  • the rotary tube 24 and thus the entire carousel is brought into rotation, so that the three nozzles 1.1 to 1.3 come to rotate about the axis of rotation of the rotary tube.
  • the jet direction can preferably be set via the gun holder 26 so that the area to be machined on the workpiece is traversed optimally.
  • the rotational speed is controlled directly by the drive motor 22. It would also be conceivable to provide a coupling in such a way that only one basic speed is imparted via the drive motor 22 and further speed components are assisted by a repulsive behavior of the jet out of the nozzle.
  • the entire carousel support transversely over the workpiece or in Direction of the workpiece along the arrows shown so that in addition to the rotational movement of the Karusseilves a transverse movement, such as a reciprocating motion over the workpiece and / or on the workpiece takes place, so that the three rotating cleaning beams again evenly and more comprehensive the area of the workpiece distributed can be applied.
  • Nozzle Core jet Jacketed jet Central area of nozzle First discharge opening Peripheral area of nozzle Second discharge opening Tempering device Speed control Carousel carrier Drive Rotary pipe for supply lines Rotary feedthrough Pistol inlet Air inlet CO2 CO2 snow gun

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düse 1 zum gerichteten Ausstoßen von CO2-Schnee und Druckluft, wobei ein zentraler Bereich 5 der Düse 1 mindestens eine erste Entladungsöffnung 6 aufweist, die ausgeführt ist, um einen Kernstrahl 2 von CO2-Schnee mit Überschallgeschwindigkeit zu erzeugen wobei der zentrale Bereich 5 der Düse 1 von einem peripheren Bereich 7 umgeben ist, der mehrere zweite Entladungsöffnungen 8 aufweist, die um die erste Entladungsöffnung 6 herum angeordnet sind und ausgeführt sind, um einen den Kernstrahl 2 umgebenden Mantelstrahl 3 aus Luft, bevorzugt Druckluft mit niedrigerer Geschwindigkeit als der Kernstrom 2 zu erzeugen, wobei der Mantelstrahl 3 dieselbe Richtung wie der Kernstrahl 2 aufweist sowie ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere Reinigen, eines zu lackierenden Werkstückes mit CO2-Schnee wobei ein Kernstrahl 2 aus CO2-Schnee mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 m/s mit einem den Kernstrahl umgebenden Mantelstrahl 3 aus Luft bzw. Druckluft auf das Werkstück gelenkt wird, wobei der Mantelstrahl 3 eine geringere Geschwindigkeit als der Kernstrahl 2 aufweist.

Description

DÜSE FÜR CO2 -SCHNEE/ KRISTALLE
Die Erfindung betrifft eine Düse für CO2-Schnee. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Düse zum gerichteten Ausstoßen von CO2-Schnee, insbesondere zum Reinigen von Werkstücken.
Vor dem Lackieren eines Werkstückes wird dieses gereinigt und von Schmutz befreit. Hierbei ist in der Vergangenheit angedacht worden, auch CO2-Schnee bzw. -Kristalle als Reinigungsmittel in einem Strahl einzusetzen.
In der DE 19926119 C2 wird ein Strahlwerkzeug zur Erzeugung eines Strahles aus CO2-Schnee zur Reinigung von Mikrosystemen bzw. Feinwerktechnik beschrieben. Bei diesem Strahlwerkzeug wird CO2-Schnee in einer Kapillare erzeugt und durch einen Stützstrahl mit Überschallgeschwindigkeit beigemischt. Der so erzeugte Gesamtstrahl enthält damit CO2-Partikel und wird für die Reinigung von Kleinteilen wie einem Mikrochip eingesetzt.
Das Strahlwerkzeug aus dem Stand der Technik ist nicht einsetzbar, um in einer Lackiereinrichtung großflächig Werkstücke zu reinigen. Insbesondere die Kapillarenanordnung erlaubt lediglich eine sehr geringe Durchsatzmenge von CO2- Schnee und ist damit nicht für die breite industrielle Anwendung geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher eine Düse zur Reinigung ,mit CO2-Schnee und Luft bereitzustellen, die den Anforderungen der industriellen Reinigung genügt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere zum Reinigen eines zu lackierenden Werkstückes mit CO2-Schnee bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Düse zum gerichteten
Ausstoßen von CO2-Schnee und Druckluft wobei ein zentraler Bereich der Düse mindestens eine erste Entladungsöffnung aufweist, die ausgeführt ist, um einen CO2-Schnee aufweisenden Kernstrahl mit Überschallgeschwindigkeit zu erzeugen wobei der zentrale Bereich der Düse von einem peripheren Bereich umgeben ist, der mehrere zweite
Entladungsöffnungen aufweist, die (bevorzugt symmetrisch) um die erste Entladungsöffnung herum angeordnet sind und ausgeführt sind, um einen den Kernstrahl umgebenden Mantelstrahl aus Luft, bevorzugt aus Druckluft mit niedrigerer Geschwindigkeit als der Kernstrom zu erzeugen, wobei der Mantelstrahl dieselbe Richtung wie der Kernstrahl aufweist. Durch eine derartige Düse kann ein Kernstrahl aus CO2-Schnee erzeugt werden, der einen diesen umgebenden Mantelstrahl aus Luft bzw. Druckluft aufweist und so einen Reinigungsstrahl auf einen Arbeitsbereich bringen kann, der ausreichend dimensioniert ist, um auch größere Flächen nachhaltig reinigen zu können. Bevorzugt wird der Kernstrahl dadurch gebildet, dass CO2-Schnee durch Entspannung von CO2 gebildet wird und mittels Druckluftbeaufschlagung innerhalb einer C02-Pistole als Mischstrahl von CO2 und Druckluft mit hoher Geschwindigkeit beim Austritt erzeugt wird. Anstatt von Druckluft kann auch ein anderes Gas verwendet werden. Ein so erzeugter Kernstrahl ist dann ein Mischstrahl von CO2-Schnee und Luft bzw. Druckluft. Umgeben wird dieser Kernstrahl von einem Mantelstrahl aus reiner Luft, der den Kernstrahl gegen Außeneinflüsse abschirmt. Besonders bevorzugt sind die zweiten Eritladungsöffnungen so ausgebildet, dass hierüber Luft angesaugt wird, die dann einen Mantelstrahl bilden, der den Kernstrahl umgibt. Dieser Mantelstrahl kann dadurch erzeugt werden, dass Luft durch den austretenden Kernstrahl über die zweiten Entladungsöffnungen mitgerissen wird. Besonders bevorzugt wird hierfür Umgebungsluft genutzt, d.h. die zweiten Entladungsöffnungen mit ihrem distalen Ende frei vorgesehen. Hierdurch wird bevorzugt die Umgebungsluft durch diese Schlitze mitgerissen, beschleunigt und setzt sich gleichmäßig um den Kernstrahl. Dieser Effekt kann bevorzugt noch durch eine aufgesetzte Venturidüse verstärkt werden. Des weiteren wird durch eine gezielte Heranführung der Umgebungsluft an den Düsenaustritt eine Vereisung der Düsenspitze verhindert. Alternativ kann an diese distalen Enden der zweiten Entladungsöffnungen ein Druckluftanschluss vorgesehen werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Werkstücke vor einem Lackierschritt zu reinigen, die innerhalb kurzer Zeit mit einer Transporteinrichtung an einer derartigen C02-Pistole mit dieser Düse vorbeigeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Temperiereinrichtung zum
Steuern der Temperatur des Mantelstrahles aus Druckluft und oder des Kernstrahles aus CO2-Schnee vorgesehen. Durch die Steuerung der Temperatur insbesondere des Mantelstrahls ist es möglich, die Geometrie des Kernstrahls zu beeinflussen. Bevorzugt wird eine Temperatur des Mantelstrahls von weniger als 1O 0 C besonders bevorzugt von weniger als 4 0 C eingesetzt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Geschwindigkeit des Mantelstrahles aus Druckluft und/ oder des Kernstrahles aus CO2-Schnee, insbesondere unabhängig voneinander, vorgesehen. Durch die Einstellung der Geschwindigkeit des Mantelstrahls kann ebenfalls die Geometrie des Kernstrahls und damit der Fokus und der Arbeitsbereich des Kernstrahls variiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Entladungsöffnung für den Kernstrahl als Lavaldüse ausgebildet. Durch die Wahl der Lavaldüse kann der CO2-Schnee auf sehr hohe Geschwindigkeiten, besonders bevorzugt
Überschallgeschwindigkeit, beschleunigt werden und die Düse damit verlassen. Die Kombination dieser sehr hohen Geschwindigkeit des Kernstrahls einerseits und den den Kernstrahl umgebenden Mantelstrahl aus Druckluft andererseits, der störende Einflüsse vom Kernstrahl abhält, ermöglichen die Anwendung des Kernstrahls auf den Arbeitsbereich eines zu reinigenden Werkstückes über größere Entfernungen hinweg, wodurch auch die Reinigung von
Profilteilen und dreidimensionalen Körpern möglich wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Zuführungen für die Druckluft innerhalb der Düse in einem Abschnitt vor den
Entladungsöffnungen parallel zu Zuführungen für den CO2- Schnee geführt vorgesehen. Durch diese konstruktive Maßnahme wird eine geringere Bauhöhe der Düse möglich. Darüber hinaus werden die Kräfte ideal in der Düse aufgenommen und bevorzugt mit der Austrittsrichtung der beiden Strahlen ausgerichtet.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Karussellträger zur Aufnahme von mindestens einer erfindungsgemäßen Düse umfassend eine Rotiereinrichtung, die so ausgebildet ist, dass die mindestens eine Düse in Drehbewegungen über einen Arbeitsbereich bewegbar ist. Durch den Einsatz eines Karusselträgers, wie er beispielsweise auch in der Gebrauchsmusterschrift DE 29814293 Ul der Anmelderin für einen anderen Anwendungsbereich beschrieben ist, wird die Reinigung gerade auch von Werkstücken mit Hinterschneidungen noch effizienter durchführbar. Auf einem derartigen Karusselträger ist bevorzugt mindestens eine Düse auf einer rotierbaren Drehscheibe so angeordnet, so dass beim Drehen der Rotiereinrichtung durch den Reinigungsstrahl ein Kreis bzw. eine Ellipse in einer Ebene auf dem Arbeitsbereich beschrieben wird. Besonders bevorzugt ist die Düse dabei schräg angestellt, so dass auch Hinterschneidungen gereinigt werden können, da der Strahl in der Rotierbewegung der Rotiereinrichtung einen Kegelabschnitt im Raum beschreibt und nicht lediglich einen Zylinder. Durch diese schräge Ausrichtung der einzelnen Düse wird damit das Werkstück nicht nur frontal sondern auch im Hinterschneidungsbereich von der Seite gereinigt. Besonders bevorzugt wird die Rotiereinrichtung durch Rückstoßkräfte der aus der Düse austretenden Strahlen (mit-) angetrieben. Auf diese Weise ist es möglich, einen zusätzlichen Antrieb für die Rotiereinrichtung einzusparen. Es ist jedoch auch vorteilhafter Weise möglich, über eine entsprechende Steuereinrichtung für die Rotiereinrichtung eine spezielle Geschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsverläufe für die Rotiereinrichtung vorzusehen, mit der dann spezielle Geometrien besonders effizient gereinigt werden können. Besonders bevorzugt sind auf dem Karusseiträger bzw. der Rotiereinrichtung mehrere Düsen, besonders bevorzugt 3 Düsen, vorgesehen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft die Rotiereinrichtung bzw. den Karusselträger selbst nochmals quer zur Förderrichtung des zu bearbeitenden Werkstückes verschiebbar auszubilden, so dass der Karusselträger bzw. die Rotiereinrichtung senkrecht oder schräg zur Förderrichtung beispielsweise eines Förderbandes, auf dem die Werkstücke abgelegt sind, hin- und herbewegt werden können. Auf diese Art und Weise wird ein sehr vollständiger Arbeitsbereich beschrieben. Bevorzugt wird hierbei auch der Anstellwinkel der einzelnen Düse des Karusselträgers unterschiedlich eingestellt sein, so dass durch die Rotationsbewegung der einzelnen ,Düsen einerseits und der Transversalbewegung des gesamten Krausseiträgers andererseits ein großer
Arbeitsbereich umfassend und gleichmäßig bestrichen werden kann.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere Reinigen, eines zu lackierenden Werkstückes mit CO2-Schnee wobei ein Kernstrahl aus CO2- Schnee mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 m/s mit einem den Kernstrahl umgebenden Mantelstrahl aus Luft, bevorzugt Druckluft auf das Werkstück gelenkt wird, wobei der Mantelstrahl eine geringere Geschwindigkeit als der Kernstrahl aufweist. Durch ein derartiges Verfahren, bei dem der Kernstrahl mit hoher Geschwindigkeit aus CO2-Schnee bestehend nochmals von einem langsameren Mantelstrahl aus Druckluft umgeben ist, kann der Kernstrahl sehr wohl definiert und konstant über eine größere Strecke auf ein Werkstück aufgebracht werden. Durch die Kombination eines langsameren Mantelstrahls aus Druckluft werden sämtliche störende Einflüsse, die die Geometrie des Kernstrahls verändern würden, abgehalten. Auf diese Weise ist der definierte Kernstrahl aus CO2-Schnee mit über weite Strecken konstanten Parametern erzeugbar und kann somit auch auf Werkstücke vorhersehbar appliziert werden, die größere Hinterschneidungen oder verschiedenen Abstand zur Reinigungsdüse aufweisen.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung weist der Mantelstrahl eine Geschwindigkeit von weniger als 80 %, bevorzugt weniger als 75 %, besonders bevorzugt weniger als 50 % der Geschwindigkeit des Kernstrahls auf. Es ist überraschend gefunden worden, dass der Mantelstrahl auch bei deutlich geringeren Geschwindigkeiten als der Kernstrahl eine hohe
Abschirmwirkung gegen störende Außeneinflüsse bewirkt und zur Stabilisierung des Kernstrahles beiträgt. So kann der Kernstrahl nochmals ungestörter auf das Werkstück einwirken.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der Geschwindigkeit des Mantelstrahles zu der Geschwindigkeit des Kernstrahles einstellbar. Durch die Wahl des Verhältnisses der Geschwindigkeit des Mantelstrahls zur Geschwindigkeit des Kernstrahls wird die Geometrie des Kernstrahles beeinflusst. Auf diese Weise ist es möglich, die Strahlformung des Kernstrahls vorzunehmen. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung weist der Kernstrahl eine Geschwindigkeit von mehr als 333 m/s auf. Mit der Wahl des Überschallbereichs für den Kernstrahl ist es möglich, besonders hohe Reinigungseffekte zu erzielen.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung weist der Kernstrahl einen Durchmesser von 30 mm auf. Besonders bevorzugt wird der Durchmesser von 30 mm ca. 80 mm hinter einem Düsenende erzeugt und für weitere 200 bis 300 mm auf diesem Durchmesser konstant gehalten. Eine Variation des Durchmessers des Strahlfokus ist beispielsweise durch die Änderung der Geschwindigkeit des Mantelstroms und/oder die Wahl der Temperaturgradienten zwischen Mantelstrom und Kernstrom möglich.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung weist der Mantelstrahl einen Aussendurchmesser von ca. 200 bis 250 % des Durchmessers des Kernstrahls auf.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung ist die Geometrie des Kernstrahles durch Variation der Geschwindigkeit des Mantelstrahles einstellbar.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung weist der Mantelstrahl aus Druckluft eine höhere Temperatur als der Kernstrahl aus CO2-Schnee auf.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Werkstück nach der Bearbeitung lackiert.
Vorteilhafte Ausgestaltung und weitere Ausführungsbeispiele werden in den beigefügten Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt: Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Düse;
Fig. 2 eine Außenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Düse;
Fig. 3 eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Düse in vier Teilansichten;
Fig. 4 eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Düse in vier Teilansichten;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Kernstrahls und des Mantelstrahls nach Austritt aus einer erfindungsgemäßen Düse; und
Fig. 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen
Karusselträgers mit erfindungsgemäßen Düsen.
In Fig. 1 ist ein Schnitt entlang der Punkte A'A einer erfindungsgemäßen Düse wie auch in Fig. 2 dargestellt. Die Düse 1 weist einen zentralen Förderbereich für CO2-Schnee entlang des eingezeichneten Pfeiles dar. Dieser Kanal mündet in einer ersten Entladungsöffnung 6, die sich in einem zentralen Bereich 5 der Düse 1 befindet. Dieser zentrale Bereich ist kreisförmig, genauso wie die erste Entladungsöffnung. Benachbart hierzu ist kreisförmig um den zentralen Bereich 5 der Düse 1 herum ein peripherer Bereich 7 der Düse 1 angeordnet. In diesem peripheren Bereich sind mehrere schlitzartige zweite Entladungsöffnungen 8 vorgesehen, aus denen dann Druckluft gefördert werden kann. Die Förderleitungen für die Druckluft werden im mittleren Abschnitt der Düse parallel zu dem zentralen Förderbereich für CO2-Schnee geführt.
Im Einsatz ist es nun möglich, entlang des eingezeichneten Pfeiles CO2-Schnee zu fördern, der über die erste Entladungsöffnung 6, die in der Abbildung als Lavaldüse abgebildet ist mit Überschallgeschwindigkeit aus der Düse 1 im zentralen Bereich der Düse 5 auszutreten. Durch die verschiedenen Schlitze 8 wird Druckluft aus dem peripheren Bereich 7 der Düse 1 herausgefördert und bildet so einen Mantelstrahl um den im zentralen Bereich entweichenden Kernstrahl.
In Fig. 2 ist die Düse aus Fig. 1 nochmals in einer schematischen Gesamtansicht abgebildet. Es lassen sich hier insbesondere die schlitzförmigen zweiten Entladungsöffnungen 8 im peripheren Bereich 7 der Düse erkennen, die um die erste Entladungsöffnung 6 im zentralen Bereich 5 der Düse angeordnet sind. Durch diese schlitzförmigen Entladungsöffnungen 8 wird ein den Kernstrahl gleichmäßig umgebender Mantelstrahl gebildet, der den CO2-Schnee- Kernstrahl vollständig umgibt und gegen Fremdeinflüsse abgrenzen kann.
In Fig. 3 ist eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Düse in vier Teilansichten dargestellt. Bei dieser Düse wird der periphere Bereich 7 aus schlitzförmigen Entladungsöffnungen 8 gebildet, die anders als bei der Düse aus den Figuren 1 und 2 die Luft für den Mantelstrahl so ausgebildet sind, dass die distalen Enden der Entladungsöffnungen 8 direkt mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen. Bei dieser Düsenform ist vorgesehen, dass die Luft für den Mantelstrahl aus der Umgebungsluft über die schlitzförmigen Entladungsöffnungen 8 angesaugt wird und durch den Kernstrahl, der über die erste Entladungsöffnung austreten kann, mitgerissen wird und sich so um den Kernstrahl der Mantelstrahl bildet. Bevorzugt weist diese Düse 1 acht schlitzförmige Entladungsöffnungen 8 auf, die sternförmig um die erste Entladungsöffnung 6 der Düse bzw. dem zentralen Bereich 5 der Düse angeordnet sind. Die erste Entladungsöffnung 6 weist hierbei vorteilhafterweise eine Lavaldüse auf, um den Kernstrahl zu definieren. In Fig. 4 ist eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Düse in vier Teilansichten dargestellt. Hierbei ist eine Kanäle aufweisende Geometrie für die zweiten Entladungsöffnungen 8 vorgesehen. Die zweiten
Entladungsöffnungen sind hierbei als Kanäle symmetrisch um die erste Entladungsöffnung 6 angeordnet und zu dieser unter einem Winkel von 26 Grad geneigt. Bevorzugt beträgt dieser Winkel zwischen 40 Grad und 5 Grad, besonders bevorzugt zwischen 20 Grad und 30 Grad. Bevorzugt sind hierbei acht Kanäle vorgesehen. Besonders bevorzugt können hierbei auch Schlitze wie in der Düsenform gemäß Figur 3 zusätzlich zwischen den Kanälen oder alternierend alternativ zu einzelnen Kanälen vorgesehen sein (nicht abgebildet).
In Fig. 5 ist schematisch der austretende Kernstrahl 2 und der diesen umgebende Mantelstrahl 3 über eine Länge L dargestellt. Aus der Düse 1 tritt über die erste Entladungsöffnung 6 ein Gemisch aus CO2-Schnee und Druckluft als Kernstrahl 2 mit Überschallgeschwindigkeit entlang des zentralen, dicker dargestellten Pfeiles aus. Daneben wird ein Mantelstrahl 3 mit Druckluft dadurch erzeugt, dass aus den zweiten Entladungsöffnungen 8 Druckluft mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Kernstrahl 2 austritt und einen Mantelstrahl 3 um den Kernstrahl 2 herum bildet. Nach einem Abstand A vom Düsenkopf, bevorzugt nach ca. 80 mm, bildet sich über eine Länge L ein Bereich aus, in dem der Durchmesser des Kernstrahls 2 weitgehend konstant gehalten wird und vom Mantelstrahl 3 umgeben wird. Der Mantelstrahl 3 weist dabei eine geringere Geschwindigkeit als der Kernstrahl 2 auf. Die Länge L beträgt bevorzugt ca. 200 bis 500 mm besonders bevorzugt ca. 200 bis 300 mm.
Durch die Wahl des Geschwindigkeitsverhältnisses des Mantelstrahls 3 zum Kernstrahl 2 kann die Geometrie des
Kernstrahls 2 genauso beeinflusst werden, wie durch die Wahl der Temperatur des Mantelstrahls 3 gegenüber der Temperatur des Kernstrahls.
In Fig. 6 wird ein erfindungsgemäßer Karusselträger 20, auf den drei erfindungsgemäße Düsen 1 montiert sind, dargestellt.
Ein Antriebsmotor für die Rotation bildet den Antrieb 22 dessen Kraft über einen Keilriemen auf ein Drehrohr 24 übertragen werden kann. Durch das Drehrohr 24 kann über eine Drehdurchführung für Druckluft und flüssiges CO2 die Versorgung der drei Düsen 1.1 bis 1.3 erfolgen.
Die Düsen 1.1 bis 1.3 bestehen aus einer Co2-Schnee- Strahlpistole 29, die über eine Eintrittsöffnung 27 für Druckluft und eine weitere Eintrittsöffnung 28 für CO2, hier mit Regelventil abgebildet, versehen sind. Eine Pistolenaufnahme 26 mit integrierter Skaleneinteilung ist vorgesehen, um reproduzierbare Einstellungen der Strahlrichtung durchzuführen.
Über den Antrieb 22 wird das Drehrohr 24 und damit der gesamte Karusselträger in Rotation gebracht, so dass die drei Düsen 1.1 bis 1.3 um die Rotationsachse des Drehrohrs zum Rotieren kommen. Durch die Einstellung der Strahle, die aus der Düse austreten, kann bevorzugt über die Pistolenaufnahme 26 die Strahlrichtung so eingestellt werden, dass der zu bearbeitende Bereich auf dem Werkstück optimal abgefahren wird. Durch den zwischen dem Antriebsmotor 22 und dem Drehrohr vorgesehenen Keilriemen wird die Rotationsgeschwindigkeit unmittelbar von dem Antriebsmotor 22 gesteuert. Es wäre ebenfalls denkbar, eine Kupplung derart vorzusehen, dass über den Antriebsmotor 22 lediglich eine Grundgeschwindigkeit vermittelt wird und weitere Geschwindigkeitskomponenten durch ein Rückstoßverhalten des Strahls aus der Düse unterstützt wird. Besonders bevorzugt ist es möglich, den gesamten Karusselträger nochmals beispielsweise transversal über das Werkstück oder in Richtung des Werkstücks entlang der dargestellten Pfeile zu führen, so dass neben der Rotationsbewegung des Karusseiträgers eine transversale Bewegung, beispielsweise eine Hin- und Herbewegung über das Werkstück und/ oder auf das Werkstück zu stattfindet, so dass die drei rotierenden Reinigungsstrahle nochmals gleichmäßiger und umfassender über den Bereich des Werkstücks verteilt appliziert werden können.
Durch diese Erfindung wurde eine Düse zum gerichteten Ausstoßen von CO2-Schnee und Druckluft zum Reinigen von
Werkstücken sowie ein Verfahren hierzu bereitgestellt, nach dem im industriellen Maßstab über konstante Arbeitsbereiche hin eine hohe Reinigungsleistung, bevorzugt zur Vorbehandlung von Werkstücken in einer Lackiereinrichtung, erzielt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
Düse Kernstrahl Mantelstrahl zentraler Bereich der Düse erste Entladungsöffnung peripherer Bereich der Düse zweite Entladungsöffnung Temperiereinrichtung Steuereinrichtung für Geschwindigkeit Karusselträger Antrieb Drehrohr für Versorgungsleitungen Drehdurchführung Pistolenaufnahme Eintrittsöffnung Druckluft Eintrittsöffnung CO2 CO2 Schneestrahlspistole

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Düse (1) zum gerichteten Ausstoßen von CO2-Schnee und Druckluft dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler
Bereich (5) der Düse (1) mindestens eine erste Entladungsöffnung (6) aufweist, die ausgeführt ist, um einen CO2-Schnee aufweisenden Kernstrahl (2) mit Überschallgeschwindigkeit zu erzeugen wobei der zentrale Bereich (5) der Düse (1) von einem peripheren Bereich
(7) umgeben ist, der mehrere zweite Entladungsöffnungen
(8) aufweist, die um die erste Entladungsöffnung (6) herum angeordnet sind und ausgeführt sind, um einen den Kernstrahl (2) umgebenden Mantelstrahl (3) aus Luft mit niedrigerer Geschwindigkeit als der Kernstrom (2) zu erzeugen, wobei der Mantelstrahl (3) dieselbe Richtung wie der Kernstrahl (2) aufweist.
2. Düse (1) nach Anspruch 1, wobei eine Temperiereinrichtung (10) zum Steuern der
Temperatur des Mantelstrahles (3) aus Luft und/oder des Kernstrahles (2) aus CO2-Schnee vorgesehen ist.
3. Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinrichtung (12)zur Einstellung der
Geschwindigkeit des Mantelstrahles (3) aus Luft und/ oder des Kernstrahles (2) aus CO2-Schnee, insbesondere unabhängig voneinander, vorgesehen ist.
4. Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Entladungsöffnung (6) als Lavaldüse ausgebildet ist.
5. Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Zuführungen für die Luft innerhalb der Düse (1) in einem Abschnitt vor den Entladungsöffnungen parallel zu Zuführungen für den CO2-Schnee geführt vorgesehen sind.
6. Karussellträger zur Aufnahme von mindestens einer Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend eine Rotiereinrichtung, die so ausgebildet ist, dass die mindestens eine Düse in Drehbewegungen über einen Arbeitsbereich bewegbar ist.
7. Verfahren zur Behandlung, insbesondere Reinigen, eines zu lackierenden Werkstückes mit CO2-Schnee wobei ein Kernstrahl (2) aus CO2-Schnee mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 m/s mit einem den Kernstrahl umgebenden Mantelstrahl (3) aus Luft auf das Werkstück gelenkt wird, . dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelstrahl (3) eine geringere Geschwindigkeit als der Kernstrahl (2) aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Mantelstrahl (3) eine Geschwindigkeit von weniger als 80 %, bevorzugt weniger als 75 %, besonders bevorzugt weniger als 50 % der Geschwindigkeit des Kernstrahls (2) aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei das Verhältnis der Geschwindigkeit des Mantelstrahles zu der
Geschwindigkeit des Kernstrahles (2) einstellbar ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei der Kernstrahl (2) eine Geschwindigkeit von mehr als 333 m/s aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei der Kernstrahl (2) einen Durchmesser von 30 mm aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei der Mantelstrahl (3) einen Außendurchmesser von 200 bis 250 % des Durchmessers des Kernstrahls (2) aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei die Geometrie des
Kernstrahles (2) durch Variation der Geschwindigkeit des Mantelstrahles (3) einstellbar ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei der Mantelstrahl (3) aus
Luft eine höhere Temperatur als der Kernstrahl (2) aus CO2-Schnee aufweist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüchen, wobei das Werkstück nach der Bearbeitung lackiert wird.
16. Verwendung einer Düse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 7 bis 15.
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