EP2554279A2 - Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken und Verfahren zur Durchführung der Reinigung und/oder des Spülens - Google Patents

Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken und Verfahren zur Durchführung der Reinigung und/oder des Spülens Download PDF

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EP2554279A2
EP2554279A2 EP12178599A EP12178599A EP2554279A2 EP 2554279 A2 EP2554279 A2 EP 2554279A2 EP 12178599 A EP12178599 A EP 12178599A EP 12178599 A EP12178599 A EP 12178599A EP 2554279 A2 EP2554279 A2 EP 2554279A2
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EP
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cleaning
rinsing
fluid
workpiece
flanges
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Thomas Neubert
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Tneubert GmbH
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Tneubert GmbH
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    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned

Definitions

  • the invention relates to a modular cleaning and / or flushing system for interiors of workpieces and a method for performing the cleaning and / or flushing according to the preamble of the main claim and the independent claims.
  • the cleaning of machined metallic or other solid material produced workpieces is one of the most important processes in industrial practice. Cleaned components or workpieces make a significant contribution to the proper functioning of systems and devices. Residual contamination on the components or workpieces not only affect the functionality of the technical systems, but also increase the production costs due to rejects. Accordingly, the component cleaning contributes significantly to the added value of the components and components in the manufacturing process. Not only increased environmental awareness and ever stricter environmental legislation, but also the economic aspects require a much better use of the cleaning techniques used.
  • an aqueous workpiece cleaning is used.
  • Increasing demands and more complex tasks have led to the development of a variety of new methods and procedures, with special process adaptation to part or workpiece geometry and to the type of contamination. Not only must the freedom of the surfaces of oil and cooling lubricants often used in the manufacturing process or other liquid films be achieved, but above all else Solid dirt particles are reliably removed after a processing or manufacturing process.
  • a hitherto only unsatisfactorily solved problem represent solid impurities that are present as a result of machining in the interiors of the components and can significantly affect function and life of the final product at insufficient distance.
  • such a cleaning device for cleaning workpieces comprises an introduction of a fluid which acts on the workpiece with a pulsed flow of a pressurized fluid, in this case in particular air.
  • the U.S. Patent 5,363,866 describes a method for cleaning in particular of bottles, in which in several steps via a nozzle, a liquid jet in the bottle interior over different angles of incidence and distances passed and thus the inside of the bottle is cleaned.
  • the invention relates to a modular cleaning and / or flushing system for interiors of workpieces and methods for performing the cleaning and / or rinsing.
  • a modular cleaning and / or flushing system for interiors of workpieces and methods for performing the cleaning and / or rinsing.
  • an advantageous cleaning system is to be proposed, which specifically and thereby reliably and effectively cleans interiors of workpieces by a procedural flushing process of chips and other contaminants.
  • cleaning and / or rinsing modules are to be cleaned by means of mechanically actuated flanges to be cleaned in an advantageous manner and / or flushing internal spaces of the workpiece flanged.
  • the complex-structured cavities may preferably be formed by deflected, branched and / or obstructed channels or cavities, wherein in a preferred embodiment in the workpiece at least two independent channels with or without obstacle channel portions or additional cavities are formed, which via the corresponding flanges can be flushed and backwashed.
  • flanges must be flexible enough to safely connect to openings of different sizes and can be realized at the same time with the smallest possible external dimensions in order to be able to start at spatially tight openings.
  • a plurality of mechanically operable flanges are provided on separate openings of the complex-structured cavities or cavities.
  • the cleaning and / or rinsing modules can be advantageously combined with feed, filter and / or collecting devices for a fluid which are already present in the machining process of the workpiece. It is also possible in a simple manner to put the workpiece itself in mechanical vibrations to ensure a better separation of the impurities.
  • such a modular cleaning and / or rinsing system as described above functions when the fluid used is a liquid, for example water or an emulsion derived therefrom, which is pressure-pulsed in a manner known per se, the liquid additionally having gaseous pulses can be applied.
  • the liquid and / or the gas can also be heated in a simple manner.
  • the fluid consists of water, air or a mixture thereof, wherein the water, the air or the mixture in each case with different temperatures and / or pressures are acted upon in a predetermined time course.
  • the cleaning and / or rinsing modules are moved by means of the mechanically actuatable flanges to the interior spaces to be cleaned and / or rinsed by means of a control process flanged to the workpiece, wherein advantageously a plurality of cleaning and / or rinsing processes can also be performed in changing fluid flow directions.
  • a plurality of physical impingements of the fluid with respect to pressure, pulse, temperature and / or substance composition can be carried out in a simple manner in each individual flanging operation or in successive flanging operations.
  • coarser contamination particles could become jammed, and this can be prevented by the proposed flushing direction change.
  • the proposed intensive rinse typically eliminates the need for detergent additives in the liquid, minimizing environmental impact, simplifying part drying, and significantly reducing costs.
  • the compact design and short cycle time allow a direct integration into the production and thus simplify or accelerate the overall production process.
  • the process temperature can be kept energy efficient, the total power consumption is therefore very low and will be about one-third less than the current state of the art.
  • a residual dirt particle size of less than 5 microns can be achieved, with even wedged dirt particles can be solved by the flow reversal.
  • concentration of the kinetic energy for soil removal by pulsed rinsing a stable production processes can be achieved by inline capability with a small size and with an optimal application of the system according to the invention also a sound reduction to less than 70 dB.
  • the invention thus provides a sustainable flushing technology in the workpiece with high efficiency in terms of energy and resource consumption, wherein the proposed system can be advantageously designed as a closed circuit, whereby water and energy consumption can be minimized.
  • the introduced chips are removed by full-flow filtration, wherein a screen for removing coarse particles or two filters of different fineness can be provided.
  • filter solutions can be created with a sufficient efficiency for the effective separation of the separating material, at the same time the lowest possible differential pressure despite increasing loading of the filter, so that the pump is not overloaded or the flushing pressure decreases impermissibly.
  • FIG. 1 is a section through a workpiece 1 shown having internal channels 2 and 3, each having an opening 4 for the channel 2 and an opening 5 for the channel 3, with further openings of the channels 2 and 3 are perpendicular to the plane of representation and thus are not visible here, so that the channels 2 and 3 can be flowed through in two directions.
  • cooling fins 6 flowed around in the channel 2.
  • impurities or remnants of material of the cutting or non-cutting production or processing process are usually still contained therein, by means of the cleaning or rinsing process according to the invention should be removed.
  • the necessary for the cleaning or rinsing process fluid should be in a simple manner to the openings 4 and 5 can be introduced.
  • a system can be realized, which according to the technique used in a leak test by pressurization the to be cleaned workpiece 1 detected by manually, pneumatically or hydraulically actuated flanges in a suitable clamping device and then rinsed reliably in an automatic process flow by, for example, pulsed back and forth rinsing in the interiors or channels 2 and 3 lying impurities.
  • the cleaning of oils and fats in the interiors / channels 2 and 3 can be achieved in an advantageous manner alone by Spülwassertemperaturen to 70-80 ° C and a suitable control of the flushing process, so for example by pre- and backwashing or by a mechanical Movement or vibration of the workpiece 1 itself.
  • FIG. 2 Out FIG. 2 is a flange 20 can be seen, with which by means of a movable device 21, a so-called rinsing head 22 to a workpiece 1 (see FIG. 1 ) is flanged in principle.
  • a movable device 21 By means of a movable device 21, a so-called rinsing head 22 to a workpiece 1 (see FIG. 1 ) is flanged in principle.
  • a complex control is necessary, which optimizes the rinsing processes in multiple channels 31, 32 and 33 in order to maximize the cleaning and minimize the process time and act accordingly the external connections and their upstream valves.
  • branched workpiece channels should be selected among all possible combinations according to predetermined criteria those that ensure the most efficient flow of the cleaning or rinsing process.
  • Example shown with openings a1 to a4 on the workpiece 30 would be a possible cleaning process z.
  • the process is also more efficient in only two processes a1-a3, a2-a4, the latter case and the combination a1-a2, a3-a4 being the same in terms of the number of flushing operations with regard to flow processes, turbulence and thus also dirt separation but differences are to be expected.
  • the most efficient combinations for cleaning selected to optimize throughput and cleaning quality. By reversing the rinsing direction, self-jammed dirt particles can still be released from the transitions in the holes / channels, rinsing pressure and flushing quantity can be easily adapted to the component geometry.
  • FIG. 4 a schematic arrangement is shown with a modular cleaning and / or rinsing system for channels or cavities in a workpiece 40, which via flanged ports 41,42,43 and 44 with a pressure-pulsed fluid for cleaning or rinsing the channels or cavities or other Cavities can be acted upon.
  • a tank 45 As a reservoir for the cleaning liquid, a tank 45 is present, the contents of which is passed via a pump 46 and via a pressure regulator 47 to a pulse valve 48 which controls the entire inflow for the workpiece 40 to be cleaned.
  • impulse valves 49, 50, 51 and 52 individual impulse valves are present, via which the cleaning liquid can be separately spatially and / or temporally controlled to the terminals 41,42,43 and 44.
  • air feeds 53, 54, 55 and 56 air can also be supplied separately in each case.
  • additional valves 57, 58, 59 and 60 the cleaning liquid can be correspondingly spatially and / or temporally controlled back into the tank 45.
  • FIG. 5 is exemplified a rinsing / cleaning process for a workpiece (for example, workpiece 1 from the FIG. 1 or workpiece 30 from the FIG. 3 ), as illustrated by the previous figures.
  • a corresponding rinsing process is initiated for each channel simultaneously or with a time offset.
  • the left diagram of the figure is an example of a rinsing process for the channel 2 after the FIG. 1 which shows a chronological sequence of individual rinsing operations over a period of 90 seconds.
  • the arrows to the right of the function and time indicate the direction of flow of the fluid, the right-hand shows the introduction of the fluid, the left-hand application of the fluid and the two-sided arrows indicate a pulse flow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)

Abstract

Es wird ein modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken (1 ;30;40) mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen: a) die Innenräume bestehen aus komplex strukturierten Kavitäten mit uneinheitlicher und/oder hindernisbeaufschlagter Ausrichtung, b) Reinigungs- und/oder Spülmodule sind mittels mechanisch betätigbarer Flansche (20) an die zu reinigenden und/oder spülenden Innenräume des Werkstücks (1;30;40) anflanschbar, c) es sind Vorrichtungen zur Beaufschlagung mit einem Fluid über die Flansche (20) vorhanden, d) es ist eine Steuervorrichtung vorhanden, mit der das Fluid jeweils in einem Modul oder in separat zeitlich versetzt angeflanschten Modulen physikalisch hinsichtlich der Temperatur der Stoffzusammensetzung und/oder des Drucks vorbehandelt und zeitlich und/oder räumlich verteilt an den Flanschen (20) in unterschiedlichen Strömungsrichtungen beaufschlagbar ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken und ein Verfahren zur Durchführung der Reinigung-und/oder des Spülens nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und der nebengeordneten Ansprüche.
  • Die Reinigung von mechanisch bearbeiteten metallischen oder aus einem sonstigen festen Material hergestellten Werkstücken ist eines der bedeutendsten Verfahren in der industriellen Praxis. Gereinigte Bauteile oder Werkstücke tragen wesentlich zur ordnungsgemäßen Funktion von Anlagen und Geräten bei. Restverschmutzungen auf den Bauteilen oder Werkstücken beeinträchtigen nicht nur die Funktionalität der technischen Systeme, sondern sie erhöhen auch die Produktionskosten durch Ausschuss. Demnach trägt die Bauteilreinigung erheblich zur Wertschöpfung der Bauteile und Komponenten im Fertigungsprozess bei. Nicht nur ein gestiegenes Umweltbewusstsein und eine immer schärfere Umweltgesetzgebung, sondern auch die wirtschaftlichen Aspekte erfordern eine vielfach bessere Ausnutzung der eingesetzten Reinigungstechniken.
  • Vorzugsweise wird eine wässrige Werkstückreinigung angewendet. Steigende Anforderungen und komplexere Aufgabenstellungen haben zur Entwicklung einer Vielzahl von neuen Methoden und Verfahren geführt, mit spezieller Prozessanpassung an die Teile- oder Werkstückgeometrie und an die Art der Verunreinigung. Dabei muss nicht nur die Freiheit der Oberflächen von Öl- und im Herstellungsprozess oft verwendeten Kühlschmierstoffen oder anderen Flüssigkeitsfilmen erreicht werden, sondern es müssen vor allem auch Festschmutzpartikel nach einem Bearbeitungs- oder Herstellungsprozess zuverlässig entfernt werden.
  • Ein hierbei bisher nur unbefriedigend gelöstes Problem stellen feste Verunreinigungen dar, die als Folge von spanabhebender Bearbeitung in Innenräumen der Bauteile vorliegen und bei ungenügender Entfernung Funktion und Lebensdauer des Endprodukts erheblich beeinträchtigen können.
  • Aus der DE 100 41 370 A1 ist beispielsweise bekannt, dass eine solche Reinigungsvorrichtung zum Reinigen von Werkstücken eine Einbringung eines Fluids umfasst, das mit einer gepulsten Strömung eines Druckfluids, hier insbesondere Luft, das Werkstück beaufschlagt.
  • Ferner ist aus der DE 10 2009 030 514 A1 bekannt, dass Innenräume eines Bohrlochs in einem Werkstück mittels eines Flüssigkeitsstrahls unter Hochdruck gereinigt werden, wobei auch hier ein pulsierender Fluidstrahl eingesetzt und das Werkstück selbst mechanischen Schwingungen ausgesetzt wird.
  • In der WO 2007/012364 A1 ist beschrieben, dass über ein entsprechendes Flanschteil überkritisches CO2-Gas in ein Sackloch eingeleitet und nach dem Spülen des Sacklochs entspannt wird. Der sich dabei bildende CO2-Schnee wird anschließend aus dem Sackloch ausgetrieben, wodurch Verunreinigungen entfernt werden können.
  • Die US-PS 5363866 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung insbesondere von Flaschen, bei dem in mehreren Schritten über eine Düse ein Flüssigkeitsstrahl in das Flascheninnere über verschiedene Einstrahlwinkel und Abstände geleitet und somit das Flascheninnere gereinigt wird.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken und Verfahren zur Durchführung der Reinigung und/oder des Spülens. Um eine hohe Sauberkeit auch in Bohrlöchern, Hohlräumen und Kanälen garantieren zu können, soll daher ein vorteilhaftes Reinigungssystem vorgeschlagen werden, das gezielt und dadurch zuverlässig und effektiv Innenräume von Werkstücken durch einen verfahrenstechnischen Spülprozess von Spänen und sonstigen Verschmutzungen reinigt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen modularen Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken, bei denen die Innenräume aus komplex strukturierten Kavitäten mit uneinheitlicher und/oder hindernisbeaufschlagter Ausrichtung bestehen, werden in vorteilhafter Weise Reinigungs- und/oder Spülmodule mittels mechanisch betätigbarer Flansche an die zu reinigenden und/oder spülenden Innenräume des Werkstücks angeflanscht. Die komplex strukturierten Kavitäten können vorzugsweise durch umgelenkte, verzweigte und/oder mit Hindernissen behaftete Kanäle oder Hohlräume gebildet werden, wobei bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Werkstück mindestens zwei voneinander unabhängige Kanäle mit oder ohne hindernisbehaftete Kanalteile oder zusätzliche Hohlräume gebildet sind, die über die entsprechenden Flansche vor- und rückspülbar sind.
  • Es sind darüber hinaus Vorrichtungen zur Beaufschlagung mit einem Fluid über die Flansche vorhanden, die das Fluid jeweils in einem Modul oder in separat zeitlich versetzt angeflanschten Modulen physikalisch hinsichtlich der Temperatur der Stoffzusammensetzung und/oder des Drucks, gesteuert durch eine elektronische Steuervorrichtung, vorbehandeln, so dass das Fluid zeitlich und/oder räumlich verteilt an den Flanschen in unterschiedlichen Strömungsrichtungen beaufschlagbar ist.
  • Die dafür notwendigen Flansche müssen flexibel genug sein, um an Öffnungen verschiedener Größe sicher ankoppeln zu können und gleichzeitig bei einer möglichst geringen Außenabmessung realisiert werden, um auch an räumlich eng liegenden Öffnungen ansetzen zu können. Gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind eine Mehrzahl von mechanisch betätigbaren Flanschen an jeweils separaten Öffnungen der komplex strukturierten Kavitäten bzw. Hohlräume vorhanden.
  • Die Reinigungs- und/oder Spülmodule sind dabei in vorteilhafter Weise mit im Bearbeitungsprozess des Werkstücks bereits vorhandenen Einspeis-, Filter-und/oder Sammelvorrichtungen für ein Fluid kombinierbar. Es ist auch auf einfache Weise möglich, das Werkstück selbst in mechanische Schwingungen zu versetzen, um eine bessere Ablösung der Verunreinigungen zu gewährleisten.
  • In besonders vorteilhafter Weise funktioniert ein solches oben beschriebenes modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem, wenn als Fluid eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser oder eine daraus abgeleitete Emulsion verwendet wird, die in an sich bekannter Weise druckgepulst ist, wobei die Flüssigkeit zusätzlich mit gasförmigen Impulsen beaufschlagt werden kann. Zusätzlich kann die Flüssigkeit und/oder das Gas auch auf einfache Weise erhitzt werden.
  • Zusammenfassend besteht das Fluid aus Wasser, Luft oder einem Gemisch davon, wobei das Wasser, die Luft oder das Gemisch jeweils mit unterschiedlichen Temperaturen und/oder Drücken in einem vorgebbaren zeitlichen Verlauf beaufschlagbar sind.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführen der Reinigung-und/oder des Spülens mit einem zuvor beschriebenen modularen Reinigungs-und/oder Spülsystem werden mittels eines Steuerungsprozesses die Reinigungs-und/oder Spülmodule mittels der mechanisch betätigbaren Flansche an die zu reinigenden und/oder spülenden Innenräume des Werkstücks angeflanscht, wobei in vorteilhafter Weise mehrere Reinigungs- und/oder Spülprozesse auch in wechselnden Fluidströmungsrichtungen durchgeführt werden können. Hierbei können auf einfache Weise auch mehrere physikalische Beaufschlagungen des Fluids hinsichtlich Druck, Puls, Temperatur und/oder Stoffzusammensetzung in jedem einzelnen Anflanschvorgang oder in zeitlich aufeinander folgenden Anflanschvorgängen ausgeführt werden. Bei Werkstückgeometrien mit sich verengenden Kanälen könnte es zum Verklemmen gröberer Verunreinigungspartikel kommen, wobei dies durch den vorgeschlagenen Spülrichtungswechsel verhindert werden kann.
  • Durch die vorgeschlagene intensive Spülung entfällt in der Regel die Notwendigkeit von Reinigungszusätzen in der Flüssigkeit, was die Umweltbelastung auf ein Minimum reduziert, die Teiletrocknung vereinfacht und erheblich die Kosten senkt.
  • Die kompakte Bauweise und kurze Taktzeit ermöglicht eine direkte Integrierung in die Fertigung und vereinfacht bzw. beschleunigt damit den Gesamtfertigungsablauf. Durch ein geschlossenes Spülsystem und die dadurch mögliche thermische Isolierung kann die Prozesstemperatur energiesparend gehalten werden, die Gesamtleistungsaufnahme ist daher sehr gering und wird etwa ein Drittel unter dem derzeitigen Stand der Technik liegen. Mit dem erfindungsgemäßen System kann eine Restschmutzpartikelgröße von kleiner 5 µm erreicht werden, wobei selbst verkeilte Schmutzpartikel durch die Strömungsumkehr gelöst werden können.
  • Für die Umsetzung dieses erfindungsgemäßen Vorschlages können neben dem Einspannen an druckschlüssige Flansche zur Kopplung des Spülkreislaufs an das Werkstück mehrere prozessspezifische Fragestellungen auf einfache Weise gelöst werden, insbesondere die Auslegung und Steuerung der Vor- und Rückspülprozesse in geeigneter Kombination durch die verschiedenen Innenräume des jeweiligen Werkstücks, eine geeignete Anpassung der Spülsequenzen an die Werkstückgeometrie, sowie die Auswahl geeigneter Pumpen, Abscheider und Filter zur Festschmutzabtrennung und Spülwasseraufreinigung.
  • Ferner kann durch die Konzentration der kinetischen Energie zur Schmutzablösung durch gepulstes Spülen eine Sicherung stabiler Produktionsprozesse durch Inlinefähigkeit bei geringer Baugröße und bei einer optimalen Anwendung des erfindungsgemäßen Systems auch eine Schallreduktion auf kleiner 70 dB erreicht werden.
  • Vorteilhaft ist bei der Erfindung zusammenfassend somit eine zukunftsfähige Spültechnologie im Werkstück bei hoher Effizienz bzgl. Energie- und Ressourcenverbrauch, wobei das vorgeschlagene System in vorteilhafter Weise als geschlossener Kreislauf konzipiert werden kann, wodurch Wasser und Energieverbrauch minimiert werden können. Zur Sicherung einer gleichbleibenden Qualität werden die eingetragenen Späne durch Vollstromfiltration entfernt, wobei auch ein Sieb zum Entfernen gröberer Partikel oder zwei Filter unterschiedlicher Feinheit vorgesehen werden können.
  • Für die effiziente Abscheidung sowohl von Partikeln als auch von emulgierenden Bestandteilen (Fette, Öle) bei gleichzeitig guter Rückspülbarkeit kann eine auf die industriell abgestimmte Filtertechnologie zum Einsatz kommen. Diese Umsetzung wird über die erreichbare Badstandzeit und den Aufwand für Rückspülung bzw. Filterwechsel einen direkten Einfluss auf den Anlagenbetrieb und die Betriebskosten haben.
  • Hier setzt die Erfindung an, die auf dem Prinzip der Einzelteilreinigung aufbaut und durch eine vorteilhafte Adaption des Waschvorgangs an das Reinigungsgut einen wesentlichen Schritt weiter geht und damit sowohl hervorragende Reinigungsergebnisse bei geringem Zeit- und Ressourcenverbrauch liefern kann als auch durch Inlinefähigkeit direkt in Serienfertigungen integrierbar ist.
  • Im Vergleich zu Stand der Technik ergeben sich damit folgende Verbesserungen:
    • eine optimale Spülwirkung durch bauteilspezifische Steuerung des Spülprozesses bzw. Entfernung innenliegender Verunreinigungen, die bisher nicht zuverlässig entfernt werden konnten,
    • geringer Wasserbedarf durch geschlossenen Spülkreislauf
    • ein erheblich reduzierter Energiebedarf durch geschlossenen Kreislauf und thermische Isolierung: ev. mögliche 35% Einsparung gegenüber dem Stand der Technik
    • eine Konzentration der kinetischen Energie zur Schmutzablösung durch gepulstes Spülen,
    • stabile Produktionsprozesse durch hohe Taktzeit / Inlinefähigkeit bei geringer Baugröße,
    • eine Schallisolierung.
  • Bei Werkstückgeometrien mit sich verengenden Kanälen könnte es zu einem Verklemmen gröberer Verunreinigungspartikel kommen, auch diesem Aspekt kann durch Spülrichtungswechsel entgegengewirkt werden.
  • Mit der Erfindung können somit Filterlösungen mit einem ausreichenden Wirkungsgrad zur effektiven Abscheidung des Trennguts geschaffen werden, bei gleichzeitig möglichst geringem Differenzdruck trotz zunehmender Beladung des Filters, sodass die Pumpe nicht überlastet wird bzw. der Spüldruck unzulässig sinkt.
  • Zusammenfassend werden somit ein modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken und Verfahren zur Durchführen der Reinigung- und/oder des Spülens vorgeschlagen. Um eine hohe Sauberkeit auch in Bohrlöchern, Hohlräumen und Kanälen garantieren zu können, soll daher ein vorteilhaftes Reinigungssystem erreicht werden, das gezielt und dadurch zuverlässig und effektiv Innenräume von Werkstücken durch einen verfahrenstechnischen Spülprozess von Spänen und sonstigen Verschmutzungen reinigt.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Schnitt durch ein Werkstück einer komplexen Anordnung von zu reinigenden Innenräumen,
    • Figur 2 einen Flansch, mit dem mittels einer beweglichen Vorrichtung ein Spülkopf an ein Werkstück anfügbar ist,
    • Figur 3 ein mehrkanaliges Werkstück mit einer komplexen Steuerung für Spülprozesse in mehreren Kanälen,
    • Figur 4 ein detailliertes Schaubild einer Anordnung mit einer modularen Anordnung eines Reinigungs- und/oder Spülsystems für komplexe Kanäle oder Kavitäten in einem Werkstück oder Bauteil mit der Beaufschlagung des Werkstücks mit einem zumindest zeitweise druckgepulsten und in verschiedenen Richtungen beaufschlagbaren Fluid, und
    • Figur 5 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Spül- und/oder Reinigungsprozesses.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Figur 1 ist ein Schnitt durch ein Werkstück 1 gezeigt, dass innenliegende Kanäle 2 und 3 aufweist, die jeweils über eine Öffnung 4 für den Kanal 2 und eine Öffnung 5 für den Kanal 3 verfügen, wobei weitere Öffnungen der Kanäle 2 und 3 sich senkrecht zur Darstellungsebene befinden und somit hier nicht sichtbar sind, so dass die Kanäle 2 und 3 in zwei Richtungen durchströmbar sind.
  • Im Kanal 2 befinden sich darüber hinaus noch eine Anzahl von umströmten Kühlrippen 6. Nach dem Herstellungsprozess für das Werkstück 1 befinden sich darin in der Regel noch Verunreinigungen oder Materialreste des spanenden oder nicht spanenden Herstellungs- oder Bearbeitungsprozesses, die mittels des erfindungsgemäßen Reinigungs- oder Spülprozesses entfernt werden sollen. Das für den Reinigungs- oder Spülprozess notwendige Fluid sollte dabei auf einfache Weise an die Öffnungen 4 und 5 heranführbar sein.
  • Mit der Erfindung kann ein System realisiert werden, das entsprechend der bei einer Dichtigkeitsprüfung durch Druckbeaufschlagung verwendeten Technik das zu reinigende Werkstück 1 durch manuell, pneumatisch oder hydraulisch betätigte Flansche in einer geeigneten Spannvorrichtung erfasst und anschließend in einem automatischen Prozessablauf durch zum Beispiel gepulste Vor- und Rückspülprozesse in den Innenräumen bzw. Kanälen 2 und 3 liegende Verunreinigungen zuverlässig ausspült. Die Säuberung von Ölen und Fetten in den Innenräumen/Kanälen 2 und 3 kann dabei in vorteilhafter Weise allein durch Spülwassertemperaturen um 70-80°C und eine geeignete Steuerung des Spülprozesses erreicht werden, so zum Beispiel durch Vor- und Rückspülprozesse oder auch durch eine mechanische Bewegung oder Schwingung des Werkstücks 1 selbst.
  • Aus Figur 2 ist ein Flansch 20 zu entnehmen, mit dem mittels einer beweglichen Vorrichtung 21 ein sogenannter Spülkopf 22 an ein Werkstück 1 (siehe Figur 1) prinzipiell anflanschbar ist. Mit diesem vorteilhaften Vorschlag einer druckschlüssigen Ankopplung des zu reinigenden Werkstücks 1 an den Spülprozess mit Anschlüssen 23 und 24, beispielsweise an die Kanäle 2 und 3 nach der Figur 1, und einer programmierbaren Spülsequenz, die auf die jeweilige Werkstückgeometrie abgestimmt ist, können gegenüber derzeit üblichen Reinigungssystemen, die mit vorlagenunspezifischen Sprüh- und Spülprozessen arbeiten, erhebliche Vorteile realisiert werden.
  • Für mehrkanalige Werkstücke 30 nach Figur 3 ist eine komplexe Steuerung notwendig, die die Spülprozesse in mehreren Kanälen 31, 32 und 33 im Sinne einer Maximierung der Reinigung und Minimierung der Prozesszeit optimiert und entsprechend die außen liegenden Anschlüsse und deren vorgeschaltete Ventile beaufschlagt. Insbesondere im Fall solcher verzweigter Werkstückkanäle sollten unter allen möglichen Kombinationen nach vorgegebenen Kriterien diejenigen auswählt werden, die den effizientesten Ablauf des Reinigungs- oder Spülprozesses gewährleisten.
  • In dem in Figur 3 gezeigten Beispiel mit Öffnungen a1 bis a4 am Werkstück 30 wäre ein möglicher Reinigungsablauf z. B. die Kombination von 3 Spülvorgängen: a1-a2, a1-a3, a1-a4. Effizienter ist der Vorgang aber auch in nur zwei Vorgängen a1-a3, a2-a4 zu bewältigen, wobei letzterer Fall und die Kombination a1-a2, a3-a4 zwar bezüglich der Anzahl der Spülvorgänge gleich sind, mit Blick auf Strömungsvorgänge, Turbulenzen und damit auch Schmutzablösung aber Unterschiede zu erwarten sind. Hierbei können gemäß der Erfindung unter allen möglichen Kombinationen in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie die zur Reinigung effizientesten Kombinationen ausgewählt werden, um Durchsatz und Reinigungsgüte zu optimieren. Durch die Umkehrung der Spülrichtung lassen sich weiterhin selbst verklemmte Schmutzpartikel von den Übergängen in den Bohrungen/Kanälen lösen, Spüldruck und Spülmenge können dabei leicht an die Bauteilgeometrie angepasst werden.
  • Aus Figur 4 ist eine schematische Anordnung mit einem modularen Reinigungs-und/oder Spülsystem für Kanäle oder Kavitäten in einem Werkstück 40 gezeigt, das über anflanschbare Anschlüsse 41,42,43 und 44 mit einem druckgepulsten Fluid zur Reinigung oder zum Spülen der Kanäle oder Kavitäten bzw. sonstiger Hohlräume beaufschlagt werden kann.
  • Als Vorratsbehälter für die Reinigungsflüssigkeit ist ein Tank 45 vorhanden, dessen Inhalt über eine Pumpe 46 bzw. über einen Druckregler 47 auf ein Impulsventil 48 geleitet wird, das den gesamten Einströmvorgang für das zu reinigende Werkstück 40 steuert. Mit Impulsventilen 49, 50, 51 und 52 sind einzelne Impulsventile vorhanden, über die die Reinigungsflüssigkeit separat räumlich und/oder zeitlich gesteuert auf die Anschlüsse 41,42,43 und 44 geführt werden kann. Mittels Luftzuführungen 53, 54, 55 und 56 kann jeweils separat auch Luft zugeführt werden. Mit weiteren Ventilen 57, 58, 59 und 60 kann die Reinigungsflüssigkeit entsprechend räumlich und/oder zeitlich gesteuert wieder in den Tank 45 zurückgeführt werden.
  • Anhand Figur 5 wird beispielhaft ein Spül-/Reinigungsprozess für ein Werkstück (beispielsweise Werkstück 1 aus der Figur 1 oder Werkstück 30 aus der Figur 3) beschrieben, wie er anhand der vorherigen Figuren dargestellt ist. Nach dem Einlegen des Werkstücks und einem Spannen und Abdichten über entsprechende Flansche wird für jeden Kanal gleichzeitig oder zeitlich versetzt ein entsprechender Spülprozess initiiert. Im linken Schaubild nach der Figur ist beispielhaft ein Spülprozess für den Kanal 2 nach der Figur 1 dargestellt, der über einen Zeitraum von 90 Sekunden eine zeitliche Abfolge von einzelnen Spülvorgängen zeigt. Die Pfeile rechts neben der Funktions- und Zeitangabe zeigen hierbei die Flussrichtung des Fluids an, rechtsgerichtet zeigt das Einbringen des Fluids, linksgerichtet das Ausbringen des Fluids und die beidseitigen Pfeile zeigen eine Impulsströmung an.
  • Rechts neben diesem beschriebenen Spülprozess für den Kanal 2 sind noch weitere Spülprozesse für Kanäle 3 bis x angedeutet, die über gleiche oder entsprechend den Anforderungen abgewandelte Prozessvarianten angesteuert werden können. Nach der Beendigung der Spülprozesse kann das Werkstück dann an den Flanschen hinsichtlich des Fluiddrucks entspannt, die Abdichtung gelöst und dann aus der Vorrichtung herausgenommen werden.

Claims (12)

  1. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem für Innenräume von Werkstücken (1;30;40) mit folgenden Merkmalen:
    a) die Innenräume bestehen aus komplex strukturierten Kavitäten mit uneinheitlicher und/oder hindernisbeaufschlagter Ausrichtung,
    b) Reinigungs- und/oder Spülmodule sind mittels mechanisch betätigbarer Flansche (20) an die zu reinigenden und/oder spülenden Innenräume des Werkstücks (1;30;40) anflanschbar,
    c) es sind Vorrichtungen zur Beaufschlagung mit einem Fluid über die Flansche (20) vorhanden,
    d) es ist eine Steuervorrichtung vorhanden, mit der das Fluid jeweils in einem Modul oder in separat zeitlich versetzt angeflanschten Modulen physikalisch hinsichtlich der Temperatur der Stoffzusammensetzung und/oder des Drucks vorbehandelt und zeitlich und/oder räumlich verteilt an den Flanschen (20) in unterschiedlichen Strömungsrichtungen beaufschlagbar ist.
  2. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungs- und/oder Spülmodule mit im Bearbeitungsprozess des Werkstücks (1;30;40) bereits vorhandenen Einspeis-, Filter- und/oder Sammelvorrichtungen für ein Fluid kombinierbar sind.
  3. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die komplex strukturierten Kavitäten durch umgelenkte, verzweigte und/oder mit Hindernissen behaftete Kanäle oder Hohlräume gebildet sind.
  4. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkstück mindestens zwei voneinander unabhängige Kanäle mit oder ohne hindernisbehaftete Kanalteile oder zusätzliche Hohlräumen gebildet sind, die über die entsprechenden Flansche vor- und rückspülbar sind.
  5. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von mechanisch betätigbaren Flanschen an jeweils separaten Öffnungen der komplex strukturierten Kavitäten vorhanden sind.
  6. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid aus Wasser, Luft oder einem Gemisch davon besteht, wobei das Wasser, die Luft oder das Gemisch jeweils mit unterschiedlichen Temperaturen und/oder Drücken in einem vorgebbaren zeitlichen Verlauf beaufschlagbar sind.
  7. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid druckgepulst ist.
  8. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Fluid mit gasförmigen Impulsen beaufschlagbar ist.
  9. Modulares Reinigungs- und/oder Spülsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1; 30;40) in mechanische Schwingungen versetzbar ist.
  10. Verfahren zur Durchführen der Reinigung- und/oder des Spülens mit einem modularen Reinigungs- und/oder Spülsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) mittels eines durch die Steuervorrichtung bewirkten Steuerungsprozesses die Reinigungs- und/oder Spülmodule mittels der mechanisch betätigbaren Flansche (20) an die zu reinigenden und/oder spülenden Innenräume des Werkstücks (1 ;30;40) angeflanscht werden,
    b) wobei mehrere Reinigungs- und/oder Spülprozesse, auch in wechselnden Fluidströmungsrichtungen, durchgeführt werden, und
    c) wobei mehrere physikalischen Beaufschlagungen des Fluids hinsichtlich Druck, Puls, Temperatur oder Stoffzusammensetzung in jedem einzelnen Anflanschvorgang oder in zeitlich aufeinanderfolgenden Anflanschvorgängen ausgeführt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsprozess folgende Schritte aufweist:
    a) es werden mehrere Spülgänge mit einem vorwiegend flüssigen Fluid in einer ersten Spülrichtung und dann in der entgegengesetzten Richtung veranlasst,
    b) es wird dazwischen ein Impulsspülgang mit einem vorwiegend flüssigen Fluid veranlasst,
    c) es wird dazwischen eine Luftzufuhr veranlasst, und
    d) es wird abschließend ein Spülgang mit einem vorwiegend flüssigen Fluid veranlasst.
  12. Anwendung eines modularen Reinigungs- und/oder Spülprozesses oder eines Verfahrens zur Durchführung eines solchen Prozesses, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Werkstück ein mit komplexen Kavitäten in Form von mindestens zwei hindernisbehafteten Kanälen versehenes metallisches Guß- oder Blasteil für die thermische Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors ist.
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