EP2136965B1 - Vorrichtung und verfahren zum partikelstrahlen mittels gefrorener gaspartikel - Google Patents

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EP2136965B1
EP2136965B1 EP08736171A EP08736171A EP2136965B1 EP 2136965 B1 EP2136965 B1 EP 2136965B1 EP 08736171 A EP08736171 A EP 08736171A EP 08736171 A EP08736171 A EP 08736171A EP 2136965 B1 EP2136965 B1 EP 2136965B1
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EP
European Patent Office
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inlet
outlet opening
carrier gas
cavity
inner cavity
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EP08736171A
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EP2136965A1 (de
Inventor
Robert Veit
Eckart Uhlmann
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Technische Universitaet Berlin
Original Assignee
Technische Universitaet Berlin
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    • 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 an apparatus and a method for pressure blasting by means of a mixture jet of frozen gas particles and a carrier gas.
  • the invention relates to an apparatus and a method for CO 2 snow jetting by means of a mixture jet of frozen CO 2 gas particles and a carrier gas.
  • Frozen gas particles are particles of a substance that is gaseous at ordinary ambient temperature and pressure.
  • the low hardness of solid carbon dioxide enables the damage-free processing of a wide range of materials and the sublimation of the Blasting agent must be disposed of only the removed, sorted coating or contamination.
  • blasting agent When blasting by means of frozen gas particles, the blasting agent is pneumatically accelerated and applied to the surface to be processed.
  • blasting with frozen gas particles is based on three different mechanisms of action.
  • the low temperature of the blasting medium causes the thermal stress between coating and contamination of the substrate.
  • the kinetic energy of the frozen gas particles leads to a mechanical separation, which is supported by the third effect, the pressure surge due to the sudden sublimation of the frozen gas particles.
  • Such devices and methods are basically known and there are a variety of different types, which give the mixture jet of frozen gas particles and the carrier gas different properties in relation to, for example, speed, volume flow, size, number and expression of the frozen gas particles, so during operation a desired effect on the workpiece or the surface can be achieved.
  • the first type which is also referred to as a dry ice blaster
  • the second type which is also referred to as a snow blaster
  • first of the solid phase and second of the liquid phase produces the blended streams.
  • the blasting agent is produced in a separate process in the form of pellets or blocks and then added to the compressed air stream in a blasting system.
  • an object of the present invention is to provide a device for pressure jets with frozen gas particles, which has a small size and thus can be easily integrated into machinery and equipment
  • the present invention relates to a device for Compressive blasting by means of a mixture jet of frozen gas particles and a carrier gas according to the second type. Accordingly, in the devices described here, the blasting agent, in particular CO 2 , held in liquid form under pressure.
  • the frozen gas particles formed in the Zweistoffringdüse have in comparison to the jet nozzle with agglomeration chamber a smaller diameter and thus a low kinetic energy at the same speed. Therefore, the particles that are produced according to this construction variant, have little abrasive and therefore such devices are mainly used for the purification of finely structured, highly sensitive components. Such a device is in the DE 199 26 119 C2 described.
  • the liquefied gas is introduced together with the carrier gas stream into an agglomeration chamber and expanded.
  • larger snow particles are generated, which accelerate with the compressed air in a subsequent nozzle, resulting in a significantly higher abrasiveness.
  • the second design variant of the pressure-jet apparatus with agglomeration chamber has the disadvantages that a high pressure consumption can be recorded during operation.
  • frozen gas particles deposit on the outer walls and detach themselves at irregular intervals and in undefined size from the outer walls. This results in impulsive higher removal rates and thus in an inhomogeneous spray pattern.
  • Out DE 202 14 063 U1 is a CO 2 -Kaltgasdüse for pressure blasting by means of a mixture jet of CO 2 particles and compressed airsetting.CO 2 .
  • a dense fluid is introduced through an inner tube, which is surrounded by a gas line.
  • the streams of the gas and the dense fluid combine.
  • the inner tube is designed so that its end facing away from the inlet can be withdrawn into a chamber, which has a larger cross section compared to the constant cross section of the inner tube.
  • the document US 5,725,154 shows a device for pressure blasting according to the preamble of claim 1 with a spray gun for cleaning using a dense fluid such as CO 2 .
  • a dense fluid is introduced through an inner tube, which is surrounded by a gas line.
  • the streams of the gas and the dense fluid combine.
  • the inner tube is designed so that its end facing away from the inlet can be withdrawn into a chamber, which has a larger cross section compared to the constant cross section of the inner tube.
  • the aim of the present invention is therefore to provide a mixture jet technology, which is not covered by the known types and construction variants.
  • the aim of the present invention is the abrasiveness, ie in particular the size of the frozen gas particles, and the amount adjustable and thus to make their abrasiveness variable.
  • This object is achieved by a device for particle blasting with frozen particles, which holds the blasting medium in liquid form and thus belongs to the group of snow blasting.
  • the device has a nozzle housing, which encloses an outer and an inner cavity, as well as the features of claim 1.
  • the inner cavity thereby constitutes an expansion space having an inlet connected to the liquefied gas supply for introducing a liquefied gas at its upstream longitudinal end and an orifice at its downstream longitudinal end.
  • the mouth opening has a substantially larger cross-section than the inlet.
  • This inner cavity is at least in the region of its mouth, surrounded by an outer cavity which is connected to at least one carrier gas supply.
  • the inner cavity and the outer cavity have substantially round cross-sections.
  • An initially tapering acceleration nozzle adjoins the opening of the relaxation space and the outer cavity in the flow direction, which has a carrier gas inlet located laterally, in particular on all sides of the opening, as an outlet of the outer cavity.
  • the cross section of the carrier gas inlet according to the invention is variably adjustable.
  • a metering device which represents the inlet of the expansion space and is preferably designed as a relaxation or needle nozzle preferably with a variably adjustable inner diameter.
  • the flow diameter of the inner diameter of the metering device expands suddenly to the inner diameter of the expansion space.
  • the liquefied gas relaxes in the expansion space, forming a mixture of frozen gas particles and gas.
  • the diameter of the expansion space is designed so that the cross-section of the expansion space increases continuously downstream.
  • both the volume flow of the flowing into the expansion space liquefied gas, and the inflowing into the outer cavity carrier gas flow is variably adjustable.
  • the volume of the agglomeration space can also be variably adjusted according to a preferred embodiment of the invention.
  • the volume of the agglomeration space can be changed by moving the metering device, which is located in the transitional region between the feed of the liquefied gas and the expansion space, in the transition region and parallel to the flow direction can change the length or volume of the agglomeration space.
  • the agglomeration space can also be designed to be displaceable in the longitudinal axis, so that in this case too, the relative position of the metering device is displaceable in the transitional area and thus the volume of the agglomeration space is variable.
  • the volume of the relaxation space can also be designed to be variable by a differently adjustable inner diameter of the expansion space according to a further embodiment of the invention.
  • an essential aspect of the invention is that the opening cross section of the carrier gas inlet, which is formed between the outer contour of the expansion space and the inner contour of the inlet of the acceleration nozzle, is variably adjustable.
  • the device for pressure blasting by means of a mixture jet of frozen gas particles and a carrier gas is formed so that the mouth cross-section can be varied in that the relaxation space relative to the accelerating nozzle in the axial direction, relative to the longitudinal axis of the accelerating nozzle can be moved.
  • the said orifice cross-section is made variably adjustable in that the expansion space is displaced in the orthogonal direction relative to the longitudinal axis of the acceleration nozzle can.
  • the orifice cross-section at the said point can be varied in that the inner contour of the inlet of the acceleration nozzle and / or the outer contour of the outlet of the expansion space are designed to be variable at least on a portion of its circumference.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the invention in a cross-sectional view.
  • the illustrated apparatus for pressure blasting has a nozzle housing 4 which includes an outer cavity 6 and an inner cavity 2.
  • the inner cavity 2 is connected to a supply 7 for the introduction of liquefied gas into the inner cavity 2.
  • the outer cavity 6 in turn communicates with a supply 3 for the introduction of pressurized carrier gas into the outer cavity 6.
  • the inner cavity 2 is bounded at its one longitudinal end by an inlet 8, which is given according to the illustrated embodiment by the inner diameter of a metering device 1.
  • the metering device 1 is arranged in a transition region between the feed 7 and the inner cavity 2.
  • the metering device 1 is formed in the illustrated preferred embodiment as a needle nozzle and preferably has a diameter between 0.1 and 2 mm.
  • the inner cavity 2 connects itself with a much larger diameter of 3 mm to 50 mm.
  • the inner cavity 2 is also called relaxation space.
  • the inner cavity 2 is delimited at its other longitudinal end by a mouth 9 which is located downstream. From the inlet 8 of the inner cavity 2 to the mouth opening 9, the diameter of the expansion space 2 widens continuously in the flow direction and is preferably between 5 and 70 mm at the mouth opening 9. During the passage through the inner cavity 2, individual particles agglomerate with other particles. Therefore, the inner cavity 2, which represents the relaxation space, also referred to as agglomeration space.
  • an accelerating nozzle 5 which initially tapers in the flow direction and into which the mouth opening 9 of the expansion space 2 protrudes.
  • the accelerating nozzle 5 has at its narrowest point a diameter of preferably between 2 and 20 mm. Because the outer contour of the expansion chamber 2 has a smaller diameter in the region of its orifice 9 than the diameter of the inner contour in the transitional region between the inner contour of the outer cavity 6 and the inlet of the acceleration nozzle 5, an annular carrier gas inlet 10 results in the acceleration nozzle 5, which simultaneously exhausts the outer cavity 6 is.
  • the inner cavity 2 is designed to be displaceable in the axial direction with respect to the longitudinal axis of the accelerating nozzle 5 and opens into the accelerating nozzle 5 tapering there.
  • the cross section of the carrier gas inlet 10 can thereby be varied into the accelerating nozzle 5 by longitudinal displacement of the inner cavity 2.
  • the carrier gas inlet (10) preferably faces transversely to the longitudinal axis of the device, depending on the position of the orifice (9) within the device between the outer edge of the mouth (9) of the inner cavity (2) and the inner wall of the outer Cavity (6) or the acceleration nozzle (5) has a variably adjustable distance of between 0 and 2 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Nozzles (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Druckstrahlen mittels eines Gemischstrahles aus Partikeln eines gefrorenen Gases und einem Trägergas, mit einem Düsengehäuse, das einen äußeren und einen inneren Hohlraum einschließt, von denen der innere Hohlraum einen Entspannungsraum darstellt, der an seinem stromaufwärts gelegenen Längsende über einen Einlass zum Einleiten eines verflüssigten Gases in den Entspannungsraum sowie eine Mündungsöffnung an seinem stromabwärts gelegenen Längsende verfügt, wobei die Mündungsöffnung einen wesentlich größeren Querschnitt aufweist als der Einlass und von denen der äußere Hohlraum den inneren Hohlraum wenigstens im Bereich der Mündungsöffnung wenigstens teilweise umgibt, wenigstens einer Flüssiggaszuführung, die mit dem Einlass des Entspannungsraums verbunden ist, einer Trägergaszuführung, die mit dem äußeren Hohlraum verbunden ist, und einer sich stromabwärts an die Mündungsöffnung des Entspannungsraums und an den äußeren Hohlraum anschließenden, sich in Strömungsrichtung zunächst verjüngenden Beschleunigungsdüse, die einen seitlich der Mündungsöffnung befindlichen Trägergaseinlass als Auslass des äußeren Hohlraums aufweist, dessen Querschnitt einstellbar veränderlich ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Druckstrahlen mittels eines Gemischstrahls aus gefrorenen Gaspartikeln und einem Trägergas. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum CO2-Schneestrahlen mittels eines Gemischstrahls aus gefrorenen CO2-Gaspartikeln und einem Trägergas.
  • Gefrorene Gaspartikel sind Partikel eines Stoffes, der bei gewöhnlicher Umgebungstemperatur und gewöhnlichem Umgebungsdruck gasförmig ist.
  • Das Strahlen mit festem Kohlendioxid konnte sich in den letzten Jahren in den unterschiedlichsten Anwendungsfeldern etablieren. Sobald sensible Oberflächen entschichtet bzw. gereinigt werden müssen oder eine Sekundärverunreinigung durch Strahlmittel unerwünscht ist, kann diese Technologie ihre Vorteile zur Geltung bringen.
  • Die niedrige Härte von festem Kohlendioxid ermöglicht die beschädigungsfreie Bearbeitung eines großen Werkstoffspektrums und durch die Sublimation des Strahlmittels muss lediglich die entfernte, sortenreine Beschichtung oder Verschmutzung entsorgt werden.
  • Beim Strahlen mittels gefrorener Gaspartikel wird das Strahlmittel pneumatisch beschleunigt und auf die zu bearbeitende Oberfläche aufgebracht. Im Gegensatz zur rein mechanischen Wirkung anderer Strahlmittel beruht das Strahlen mit gefrorenen Gaspartikeln auf drei unterschiedlichen Wirkmechanismen. Durch die geringe Temperatur des Strahlmittels kommt es zur thermischen Spannung zwischen Beschichtung und Verunreinigung des Substrats. Des Weiteren führt die kinetische Energie der gefrorenen Gaspartikel zu einer mechanischen Abtrennung, die durch den dritten Effekt, den Druckstoß aufgrund der schlagartigen Sublimation der gefrorenen Gaspartikel unterstützt wird.
  • Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind grundsätzlich bekannt und es existieren eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauarten, welche dem Gemischstrahl aus gefrorenen Gaspartikeln und dem Trägergas unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf zum Beispiel Geschwindigkeit, Volumenstrom, Größe, Anzahl und Ausprägung der gefrorenen Gaspartikel verleihen, sodass währen des Betriebs eine gewünschte Wirkung auf dem Werkstück bzw. der Oberfläche erzielt werden kann.
  • Dabei unterscheidet man vor allem zwei unterschiedliche Grundprinzipien in der Bauart. Die erste Bauart, welche auch als Trockeneisstrahler bezeichnet wird, unterscheiden sich von der zweiten Bauart, welche auch als Schneestrahler bezeichnet wird dadurch, dass erste aus der festen Phase und zweite aus der flüssigen Phase die Gemischstrahlen erzeugt. Für das Trockeneisstrahlen wird das Strahlmittel in einem separaten Prozess in Form von Pellets oder Blöcken hergestellt und anschließend in einer Strahlanlage dem Druckluftstrom zudosiert.
  • Da ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine Vorrichtung zum Druckstrahlen mit gefrorenen Gaspartikeln bereitzustellen, welche eine geringe Baugröße aufweist und dadurch leicht in Maschinen und Anlagen integriert werden kann, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Druckstrahlen mittels eines Gemischstrahls aus gefrorenen Gaspartikeln und einem Trägergas gemäß der zweiten Bauart. Dementsprechend wird bei den hier beschriebenen Vorrichtungen das Strahlmittel, insbesondere CO2, in flüssiger Form unter Druck vorgehalten.
  • Auch bei dieser, auch als Schneestrahler bezeichneten Bauart, unterscheidet man wiederum zwei Bauvarianten: die Zweistoffringdüse und die Strahldüse mit Agglomerationskammer.
  • Bei der Zweistoffringdüse wird das flüssige Gas am Düsenaustritt auf Umgebungsdruck entspannt. Die entstehenden Schneepartikel werden durch einen Mantelstrahl aus überschallschneller Druckluft gebündelt und beschleunigt.
  • Die in der Zweistoffringdüse gebildeten gefrorenen Gaspartikel haben im Vergleich zu der Strahldüse mit Agglomerationskammer einen geringeren Durchmesser und damit eine geringe kinetische Energie bei gleicher Geschwindigkeit. Daher wirken die Partikel, die gemäß dieser Bauvariante erzeugt werden, wenig abrasiv und derartige Vorrichtungen werden daher vor allem für die Reinigung von feinstrukturierten, hochempfindlichen Bauteilen eingesetzt. Eine solche Vorrichtung wird in der DE 199 26 119 C2 beschrieben.
  • In einer Vorrichtung vom Typ der zweiten Bauvariante wird das verflüssigte Gas zusammen mit dem Trägergasstrom in eine Agglomerationskammer eingeleitet und entspannt. Im Vergleich zu der Zweistoffringdüse entstehen dabei größere Schneepartikel, die mit der Druckluft in einer nachfolgenden Düse beschleunigt, zu einer deutlich höheren Abrasivität führen. Solch ein Verfahren und eine derartige Vorrichtung wird in der DE 102 43 693 B3 beschrieben.
  • Während die erste Bauvariante mit Zweistoffringdüse den Nachteil aufweist, eine geringe Abrasivität zu besitzen, weist die zweite Bauvariante der Druckstrahlvorrichtung mit Agglomerationskammer die Nachteile auf, dass im Betriebsfall ein hoher Druckverbrauch zu verzeichnen ist. Darüber hinaus lagern sich im Inneren der Agglomerationskammer gefrorene Gaspartikel an den Außenwänden ab und lösen sich in unregelmäßigen Abständen und in undefinierter Größe von den Außenwänden ab. Dadurch kommt es zu impulsartigen höheren Abtragsleistungen und somit zu einem inhomogenen Strahlbild.
  • Aus DE 202 14 063 U1 ist eine CO2-Kaltgasdüse zum Druckstrahlen mittels eines Gemischstrahles aus CO2-Partikeln und Druckluft bekannt.CO2. Dabei wird ein dichtes Fluid durch ein inneres Rohr eingeleitet, welches von einer Gasleitung umgeben wird. In einer sich in Strahlrichtung verjüngenden Düse vereinigen sich die Ströme des Gases und des dichten Fluids. Das innere Rohr ist dabei so ausgebildet, dass sein vom Einlass abgewandtes Ende in eine Kammer zurückgezogen werden kann, welche im Vergleich zum konstanten Querschnitt des inneren Rohrs einen größeren Querschnitt aufweist.
  • Das Dokument US 5,725,154 zeigt eine Vorrichtung zum Druckstrahlen gemäβ dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer Sprühkanone zum Reinigen unter Verwendung eines dichten Fluids wie CO2. Dabei wird ein dichtes Fluid durch ein inneres Rohr eingeleitet, welches von einer Gasleitung umgeben wird. In einer sich in Strahlrichtung verjüngenden Düse vereinigen sich die Ströme des Gases und des dichten Fluids. Das innere Rohr ist dabei so ausgebildet, dass sein vom Einlass abgewandtes Ende in eine Kammer zurückgezogen werden kann, welche im Vergleich zum konstanten Querschnitt des inneren Rohrs einen größeren Querschnitt aufweist.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, eine Gemischstrahltechnologie zur Verfügung zu stellen, welche durch die bekannten Bauarten und Bauvarianten nicht abgedeckt wird.
  • Das Defizit bisheriger Lösungsansätze besteht darin, eine hohe Abrasivität des Gemischstrahls bei gleichzeitig geringem Druckluftverbrauch zu bewirken. Eine solche Vorrichtung könnte auch bei einer erforderlichen hohen Abrasivität an übliche Werkstattdruckluftnetzen angeschlossen werden.
  • Darüber hinaus ist Ziel der vorliegenden Erfindung die Abrasivität, d. h. insbesondere die Größe der gefrorenen Gaspartikel, sowie deren Menge einstellbar und damit deren Abrasivität variabel zu gestalten.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Partikelstrahlen mit gefrorenen Partikeln gelöst, welche das Strahlmedium in flüssiger Form vorhält und damit zur Gruppe der Schneestrahler gehört.
  • Erfindungsgemäß verfügt die Vorrichtung über ein Düsengehäuse, das einen äußeren und einen inneren Hohlraum einschließt, sowie den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Der innere Hohlraum stellt dabei einen Entspannungs- bzw. Agglomerationsraum dar, welcher über einen mit der Zuführung für verflüssigtes Gas verbundenen Einlass zum Einleiten eines verflüssigten Gases an seinem stromaufwärts gelegenen Längsende, sowie über eine Mündungsöffnung an seinem stromabwärts gelegenen Längsende verfügt. Die Mündungsöffnung weist dabei einen wesentlich größeren Querschnitt auf, als der Einlass.
  • Dieser innere Hohlraum ist zumindest im Bereich seiner Mündungsöffnung, von einem äußeren Hohlraum umgeben, der mit wenigstens einer Trägergaszuführung verbunden ist.
  • Vorzugsweise besitzen der innere Hohlraum und der äußere Hohlraum im wesentlichen runde Querschnitte.
  • An die Mündungsöffnung des Entspannungsraums und an den äußeren Hohlraum schließt sich in Strömungsrichtung eine sich zunächst verjüngenden Beschleunigungsdüse an, welche einen seitlich insbesondere allseits der Mündungsöffnung befindlichen Trägergaseinlass als Auslass des äußeren Hohlraums aufweist.
  • Da ein Ziel der vorliegenden Erfindung, wie weiter oben schon beschrieben, darin besteht, die Abrasivität, d. h. insbesondere die Größe der gefrorenen Gaspartikel, sowie deren Menge einstellbar und damit deren Abrasivität variabel zu gestalten, ist der Querschnitt des Trägergaseinlasses erfindungsgemäß veränderlich einstellbar.
  • In einem Übergangsbereich zwischen der Zuführung für verflüssigtes Gas und dem Entspannungsraum befindet sich eine Dosiervorrichtung, die den Einlass des Entspannungsraum darstellt und vorzugsweise als Entspannungs- oder Nadeldüse mit bevorzugt einem variabel einstellbaren Innendurchmessers ausgebildet ist. In Strömungsrichtung hinter der Dosiervorrichtung weitet sich der Strömungsdurchmesser von dem Innendurchmesser der Dosiervorrichtung sprunghaft auf den Innendurchmesser des Entspannungsraumes. Dadurch entspannt sich das verflüssigte Gas im Entspannungsraum, wodurch sich ein Gemisch aus gefrorenen Gaspartikeln und Gas bildet.
  • Während der Strömung des Gemisches aus gefrorenen Gaspartikeln und Gas durch den Entspannungsraum agglomerieren einzelne Partikel miteinander, sodass es stromabwärts im Entspannungs- oder auch Agglomerationsraum zu einer Vergrößerung der Partikel kommt.
  • Erfindungsgemäβ ist der Durchmesser des Entspannungsraumes so gestaltet, dass sich der Querschnitt des Entspannungsraumes stromabwärts stetig vergrößert.
  • Diese Querschnittserweiterung des Entspannungsraumes in Richtung Düsenaustritt sorgt für eine kontinuierliche Strömung und somit für einen sicheren Abtransport der entstehenden Schneepartikel. Bei einem gleichbleibenden Querschnitt kommt es unmittelbar nach der Eindüsung des verflüssigten Gases auf Grund von strömungstechnischen "Toträumen" zu Anlagerungen und Ansammlung von festen Gaspartikeln in den "Toträumen". Diese Anlagerungen lösen sich in unregelmäßigen Abständen, so dass es zu einem inhomogenen und pulsierendem Strahlbild der Düse kommt, welches man in der Praxis auch als "Husten" bezeichnet. Die vergleichsweise großen Partikelagglomerationen haben eine höhere kinetische Energie und wirken dementsprechend stärker auf die bestrahlte Oberfläche ein. Für den reproduzierbaren Einsatz der Schneestrahltechnik ist dieser Effekt negativ zu bewerten. Weiterhin kann die Ansammlung gefrorener Gaspartikel zu einer Verstopfung der Strahldüse führen.
  • Um die Abrasivität, d. h. insbesondere die Größe der gefrorenen Gaspartikel, sowie deren Menge einstellbar zu gestalten, ist sowohl der Volumenstrom des in den Entspannungsraum einströmenden verflüssigten Gases, als auch der in den äußeren Hohlraum einströmende Trägergasstrom veränderlich einstellbar.
  • Da die Abrasivität entscheidend auch von der Partikelgröße abhängt, und diese auch von der Länge, bzw. dem Volumen des Entspannungsraumes- bzw. Agglomerationsraumes abhängt, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung auch das Volumen des Agglomerationsraums veränderlich einstellbar.
  • Vorzugsweise kann das Volumen des Agglomerationsraums dadurch verändert werden, dass die Dosiervorrichtung, welche sich im Übergangsbereich zwischen der Zuführung des verflüssigten Gases und dem Entspannungsraum befindet so in dem Übergangsbereich und parallel zur Strömungsrichtung verschoben werden kann, dass sich die Länge, bzw. das Volumen des Agglomerationsraums verändert.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Agglomerationsraum in Längsachse verschiebbar ausgebildet sein, sodass auch hierbei die relative Position der Dosiervorrichtung im Übergangsbereich verschiebbar und damit das Volumen des Agglomerationsraums veränderlich ist.
  • Das Volumen des Entspannungsraumes kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch durch einen unterschiedlich einstellbaren Innendurchmessers des Entspannungsraumes variierbar ausgebildet sein.
  • Aufgrund der veränderlich einstellbaren Volumenströme von Flüssiggaszufuhr und Trägergaszufuhr und darüber hinaus auch durch die veränderbare Länge des Agglomerationsraumes können die Strömungsbedingungen, sowie die Größe der gefrorenen Gaspartikel auch im Bereich des Einlasses der Beschleunigungsdüse sehr unterschiedlich sein. Bei ungünstigen Strömungsverhältnissen kann es dazu kommen, dass die gefrorenen Gaspartikel bei der Vermischung mit dem Trägergas und bevor sie die gewünschte Wirkung auf dem Werkstück entfalten können sublimieren. Um dies zu verhindern besteht ein wesentlicher Aspekt der Erfindung darin, dass der Mündungsquerschnitt des Trägergaseinlasses, welcher zwischen der Außenkontur des Entspannungsraumes und der Innenkontur des Einlasses der Beschleunigungsdüse gebildet, wird variabel einstellbar ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Druckstrahlen mittels eines Gemischstrahls aus gefrorenen Gaspartikeln und einem Trägergas so ausgebildet, dass der Mündungsquerschnitt dadurch variiert werden kann, dass der Entspannungsraum relativ zu der Beschleunigungsdüse in axialer Richtung, bezogen auf die Längsachse der Beschleunigungsdüse verschoben werden kann. Gemäß anderen Ausführungsvarianten der Erfindung ist der besagte Mündungsquerschnitt dadurch variabel einstellbar gestaltet, dass der Entspannungsraum in orthogonaler Richtung relativ zur Längsachse der Beschleunigungsdüse verschoben werden kann. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Mündungsquerschnitt an der besagten Stelle dadurch variiert werden, dass die Innenkontur des Einlasses der Beschleunigungsdüse und/ oder die Außenkontur des Auslasses des Entspannungsraumes zumindest auf einem Teilabschnitt ihres Umfangs variabel ausgebildet sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
  • Deren einzige Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung in einer Querschnittsdarstellung.
  • Die dargestellte Vorrichtung zum Druckstrahlen besitzt ein Düsengehäuse 4, welches einen äußeren Hohlraum 6 und einen inneren Hohlraum 2 einschließt.
  • Der innere Hohlraum 2 ist mit einer Zuführung 7 für die Einleitung von verflüssigtem Gas in den inneren Hohlraum 2 verbunden. Der äußere Hohlraum 6 steht seinerseits in Verbindung mit einer Zuführung 3 für die Einleitung von unter Druck stehendem Trägergas in den äußeren Hohlraum 6.
  • Der innere Hohlraum 2 ist an seinem einen Längsende durch einen Einlass 8 begrenzt, welcher gemäß der dargestellten Ausführungsvariante durch den Innendurchmesser einer Dosiervorrichtung 1 gegeben ist. Die Dosiervorrichtung 1 ist in einem Übergangsbereich zwischen Zuführung 7 und innerem Hohlraum 2 angeordnet. Die Dosiervorrichtung 1 ist in der dargestellten bevorzugten Ausführungsvariante als Nadeldüse ausgebildet und besitzt vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,1 und 2 mm. An die Dosiervorrichtung 1 als Einlass 8 des inneren Hohlraums 2 schließt sich der innere Hohlraum 2 selbst mit einem wesentlich größerer Durchmesser von 3 mm bis 50 mm an. Infolge des Durchmessersprungs direkt hinter dem Einlass 8 auf den Durchmesser des inneren Hohlraums 2 verdampft das verflüssigte Gas beim Eintritt in den inneren Hohlraum 2 unter der Erzeugung von Kälte schlagartig, und ein Teil des verflüssigten Gases gefriert zu kleinen Partikeln. Aus diesem Grund wird der innere Hohlraum 2 auch Entspannungsraum genannt.
  • Der innere Hohlraum 2 ist an seinem anderen Längsende durch eine Mündungsöffnung 9 begrenzt, welche stromabwärts gelegen ist. Vom Einlass 8 des inneren Hohlraums 2 bis zu der Mündungsöffnung 9 weitet sich der Durchmesser des Entspannungsraumes2 in Strömungsrichtung stetig und beträgt an der Mündungsöffnung 9 bevorzugt zwischen 5 und 70 mm. Während des Durchströmens des inneren Hohlraums 2 agglomerieren einzelne Partikel mit anderen Partikeln. Deshalb wird der innere Hohlraum 2, der den Entspannungsraum darstellt, auch als Agglomerationsraum bezeichnet.
  • Unmittelbar an die Mündungsöffnung 9 des Entspannungsraumes 2 und an den äußeren Hohlraum 6 schließt sich eine Beschleunigungsdüse 5 an, die sich in Strömungsrichtung zunächst verjüngt und in die die Mündungsöffnung 9 des Entspannungsraumes 2 hineinragt. Die Beschleunigungsdüse 5 hat an ihrer engsten Stelle einen Durchmesser von bevorzugt zwischen 2 und 20 mm. Weil der Außenkontur des Entspannungsraumes 2 im Bereich seiner Mündungsöffnung 9 einen kleineren Durchmesser aufweist, als der Durchmesser der Innenkontur im Übergangsbereich zwischen Innenkontur des äußeren Hohlraums 6 und Einlass der Beschleunigungsdüse 5, ergibt sich ein ringförmiger Trägergaseinlass 10 in die Beschleunigungsdüse 5, der gleichzeitig Auslass des äußeren Hohlraums 6 ist.
  • Der innere Hohlraum 2 ist in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse der Beschleunigungsdüse 5 verschiebbar ausgebildet und mündet in die sich dort verjüngende Beschleunigungsdüse 5. Dadurch lässt sich der Querschnitt des Trägergaseinlasses 10 in die Beschleunigungsdüse 5 durch Längsverschieben des inneren Hohlraums 2 variieren. Der Trägergaseinlass (10) weist vorzugsweise quer zur Längsachse der Vorrichtung je nach Position der Mündungsöffnung (9) innerhalb der Vorrichtung zwischen dem äußeren Rand der Mündungsöffnung (9) des inneren Hohlraums (2) und der inneren Wandung des äußeren Hohlraums (6) oder der Beschleunigungsdüse (5) einen veränderlich einstellbaren Abstand von zwischen 0 und 2 mm auf.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Druckstrahlen mittels eines Gemischstrahles aus Partikeln eines gefrorenen Gases und einem Trägergas, mit
    - einem Düsengehäuse, das einen äußeren Hohlraum (6) und einen inneren Hohlraum (2) einschließt,
    - von denen der innere Hohlraum (2) einen Entspannungsraum darstellt, der an seinem stromaufwärts gelegenen Längsende über einen Einlass (8) zum Einleiten eines verflüssigten Gases in den Entspannungsraum (2) sowie eine Mündungsöffnung (9) an seinem stromabwärts gelegenen Längsende verfügt, wobei die Mündungsöffnung (9) einen wesentlich größeren Querschnitt aufweist als der Einlass (8) und
    - von denen der äußere Hohlraum (6) den inneren Hohlraum (2) wenigstens im Bereich der Mündungsöffnung (9) wenigstens teilweise umgibt,
    - wenigstens einer Flüssiggaszuführung, die mit dem Einlass (8) des Entspannungsraums (2) verbunden ist,
    - einer Trägergaszuführung (3), die mit dem äußeren Hohlraum (6) verbunden ist, und
    - einer sich stromabwärts an die Mündungsöffnung (9) des Entspannungsraums (2) und an den äußeren Hohlraum (6) anschließenden, sich in Strömungsrichtung zunächst verjüngenden Beschleunigungsdüse (5), die einen seitlich der Mündungsöffnung (9) befindlichen Trägergaseinlass (10) als Auslass des äußeren Hohlraums (6) aufweist, dessen Querschnitt einstellbar veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innendurchmesser des Entspannungsraumes (2) in Strömungsrichtung von seinem stromaufwärts gelegenen Längsende, bis zu seinem stromabwärts gelegenen Längsende stetig vergrößert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Trägergaseinlasses (10) durch ein relatives Verschieben des inneren Hohlraums (2) in Bezug auf die Beschleunigungsdüse (5) variieren lässt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Entspannungsraums (2) in axialer Richtung in Bezug auf die Längsachse der Beschleunigungsdüse (5) erfolgt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Hohlraum (6) und der innere Hohlraum (2) im Wesentlichen runde Querschnitte besitzen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (8) in den Entspannungsraum (2) von dem Innendurchmesser einer Dosiervorrichtung (1) in Form einer Entspannungsdüse gebildet ist, welche einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist, als der Innendurchmesser des Entspannungsraums (2).
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergaseinlass (10) quer zur Längsachse der Vorrichtung zwischen dem äußeren Rand der Mündungsöffnung (9) des inneren Hohlraums (2) und der inneren Wandung des äußeren Hohlraums (6) oder der Beschleunigungsdüse (5) einen veränderlich einstellbaren Abstand von zwischen 0 und 2 mm aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspannungsraum (2) einen Innendurchmesser der Mündungsöffnung (9) zwischen 5 und 70 mm besitzt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass sich sowohl der Volumenstrom des verflüssigten Gases, als auch der des Trägergases variieren lässt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über ein veränderlich einstellbares Volumen des Entspannungsraumes (2) verfügt
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Agglomerationsraums (2) dadurch veränderlich einstellbar ausgebildet ist, dass die Dosiervorrichtung (1), welche sich im Übergangsbereich zwischen der Zuführung des verflüssigten Gases (7) und dem Entspannungsraum (2) befindet, so in dem Übergangsbereich und parallel zur Strömungsrichtung verschoben werden kann, dass sich die Länge, bzw. das Volumen des Agglomerationsraums (2) verändert.
  11. Verfahren zum Reinigen oder Vorbehandeln von Oberflächen mittels eines Gemischstrahls aus gefrorenen Gaspartikeln, insbesondere CO2 Partikeln, und einem Trägergas, wobei der Gemischstrahl mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erzeugt wird.
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