EP2868779B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken Download PDF

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EP2868779B1
EP2868779B1 EP13191668.6A EP13191668A EP2868779B1 EP 2868779 B1 EP2868779 B1 EP 2868779B1 EP 13191668 A EP13191668 A EP 13191668A EP 2868779 B1 EP2868779 B1 EP 2868779B1
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EP
European Patent Office
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holding element
carbon fibres
workpiece
carbon fibers
longitudinal axis
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Dieter Lessmann
Olaf Dipl. Ing. Reuter
Wolfgang Jagnow
Daniel Winter
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Reuter & Co KG GmbH
Lessmann GmbH
Original Assignee
Reuter & Co KG GmbH
Lessmann GmbH
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/002—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes using electric current
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B27/033—Other grinding machines or devices for grinding a surface for cleaning purposes, e.g. for descaling or for grinding off flaws in the surface
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    • B24B29/00—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents
    • B24B29/005—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents using brushes
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    • B24B5/02—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work
    • B24B5/06—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centres or chucks for holding work for grinding cylindrical surfaces internally
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    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02—Pickling; Descaling
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16—Polishing

Definitions

  • the invention relates to a device for cleaning and / or polishing workpieces, in particular of welds on the inside of tubular workpieces, according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • Art Furthermore, the invention relates to a method for cleaning and / or polishing workpieces , In particular of welds on the inside of tubular workpieces, according to the closer defined in the preamble of claim 9.
  • a device for electrochemical cleaning and etching of metals is known.
  • membranes and felts are arranged around a rigid electrode, wherein a carbon fiber membrane serves as an intermediate layer between the electrode and the felt.
  • the JP H02 205700 A describes an apparatus for cleaning the inner surface of pipes comprising an electrode cover made of polyester fibers.
  • the existing of an electrically conductive material or at least one conductive material having holding element serves as an electrode through which the of Power source generated, relatively high current flows at relatively low voltage, wherein a closed circuit is generated by the connection of the power source to the workpiece via the holding member and the carbon fibers.
  • the holding element according to the invention is made elongated and the carbon fibers are arranged around a substantial part of the circumference thereof, so that inner areas of workpieces, such as pipes, holes or depressions of any kind, can be electrochemically cleaned or polished in a very simple manner.
  • the inventive arrangement of the carbon fibers on the holding element is also achieved that the largest possible number of carbon fibers is applied simultaneously to the surface of the workpiece, so that a very high cleaning performance can be achieved. This ultimately shortens the duration of the cleaning process for a single workpiece, thereby reducing manufacturing costs.
  • the carbon fibers are arranged around the entire circumference of the holding element. This ensures that even with a purely linear movement of the device relative to the workpiece, d. H. during a movement of the holding element in the direction of the longitudinal axis of the same, all surface areas of the workpiece are touched by the current-carrying carbon fibers.
  • a manufacturing technology relatively simple to implement embodiment of the invention may consist in that the holding element has at least two multiple mutually twisted wire sections, between which the carbon fibers are jammed. This also allows a uniform distribution of the carbon fibers around the circumference of the holding element.
  • the carbon fibers are held as bundles in respective recesses of the holding element. In this way, the distribution of the carbon fibers can be adapted to specific applications.
  • the carbon fibers are arranged in an annular manner around a holding element designed as a securing ring. In this way, a Kohlefaserbesatz with any variable or variable outer diameter, since the same can be determined by the fiber length and the diameter of the locking ring.
  • the result is a carbon fiber stock of any length.
  • the holding element in at least one region along its longitudinal axis, in which no Carbon fibers are provided, having an electrical insulating element.
  • a further advantageous embodiment of the invention may consist in that the holding element has an electrical insulating element in at least one region along its longitudinal axis, in which carbon fibers are provided.
  • the holding element has an electrical insulating element in at least one region along its longitudinal axis, in which carbon fibers are provided.
  • the holding element may have an electrical insulating element in a front end region.
  • an insulating element in the front end region of the holding element is particularly advantageous when using the device according to the invention in workpieces which have a bottom, since even then a short circuit is avoided.
  • the holding element has in a front end region a plurality of carbon fibers extending at different angles with respect to the longitudinal axis of the holding element, which are firmly connected to the holding element.
  • a cleaning or polishing is achieved even with components with a bottom.
  • the inventive method can be achieved in a very simple and reliable way, a cleaning and / or polishing even the otherwise difficult to access inner sides of tubular workpieces.
  • An improvement in the cleaning performance can be achieved if the holding element is moved relative to the workpiece.
  • Fig. 1 shows a device 1 for cleaning and / or polishing workpieces 2.
  • the device 1 for a variety of workpieces 2 is suitable, but in particular for cleaning and / or polishing a in Fig. 1
  • a tubular workpiece 2, on the inside or inside diameter of which the weld seam 3 to be cleaned or polished is located is shown very schematically.
  • the device 1 is particularly adapted for cleaning and / or polishing such tubular workpieces 2.
  • the device 1 has a central, elongated retaining element 4, which consists of an electrically conductive material.
  • the holding element 4 serves as explained in more detail below, as an electrode and should, in addition to the electrical conductivity, have a high corrosion resistance to acids.
  • the holding element 4, for example, consist of one of the materials with the material numbers 1.4401, 1.4571, 1.4301 or other preferably high-alloy materials or these materials have at least a predominant part.
  • the holding element 4 serves in addition to its function as an electrode also to hold a plurality of carbon fibers 5.
  • the carbon fibers 5 are fixedly connected to the holding element 4 in such a way that they run away from the holding element 4 perpendicular to the longitudinal axis x of the holding element 4.
  • the carbon fibers 5 are thus attached to the support member 4 so that they impinge as perpendicular to the surface to be cleaned of the workpiece 2, whereby the property of the carbon fiber to have the best electrical conductivity in the longitudinal direction, is best used.
  • the carbon fibers 5 are furthermore arranged around a substantial part of the circumference of the holding element 4.
  • the carbon fibers 5 are provided in each case around the entire circumference of the holding element 4, but in principle it would also be possible to dispense with the carbon fibers 5 in certain sections around the circumference of the holding element 4. Furthermore, the carbon fibers 5 are arranged on the holding element 4 such that as many carbon fibers 5 as possible touch the surface of the workpiece 2 in the most uniform manner possible.
  • the device 1 further comprises a current source 6 which is connected on the one hand to the holding element 4 and on the other hand to the workpiece 2.
  • the current source 6 can be operated, for example, with 230 or 400 volts and preferably generates a current with a relatively high current in a line 7 extending from the current source 6 to the holding element 4, the holding element 4, the workpiece 2, one of the power source 6 to the workpiece 2 extending line 8 and the power source 6 itself formed circuit.
  • the lead 8 is attached to the workpiece 2 by means of a ground terminal 9
  • the lead 7 is fixed from the current source 6 to the support member 4 to a handle 10 attached to and forming part of the support member 4, and in this way both mechanically and electrically connected to the holding element 4.
  • a current flows via the holding element 4 and the carbon fibers 5 into the workpiece 2 by the electrical voltage generated in the current source 6 in a controlled manner.
  • the carbon fibers 5 can be connected as an anode or cathode and supplied with a direct current or an alternating current.
  • the holding element 4 is brought into contact with the workpiece 2 by the carbon fibers 5 held by it or introduced into the recess of the workpiece 2 in the illustrated embodiment.
  • an electrolyte is applied to the workpiece 2 and / or the carbon fibers 5 in order to improve the electrical conductivity.
  • this is connected as a cathode and electrodes flow from the workpiece 2 to the carbon fibers 5 acting as an anode.
  • the circuit is supplied with direct current.
  • cathode and anode alternate constantly and the impurities are only detached from the surface of the workpiece 2.
  • Fig. 2 shows an enlarged view of the device 1, in which substantially the holding element 4 and the attached carbon fibers 5 are shown.
  • the holding element 4 has two multi-twisted wire sections 4a and 4b, between which the carbon fibers 5 are clamped.
  • the carbon fibers 5 may be adhered to the holding member 4 by bending a wire at 180 ° into a U-shape so that the two legs of the U form the two wire portions 4a and 4b, the carbon fibers 5 between them two wire sections 4a and 4b inserted and then the two wire sections 4a and 4b are rotated against each other.
  • the holding element 4 clamps the carbon fibers 5 so firmly that they withstand a mechanical stress and good electrical conductivity is ensured by the holding element 4 to the carbon fibers 5.
  • the carbon fibers 5 are thus arranged rotationally symmetrical about the holding element 4 forming the electrode.
  • an electrical insulating element 11 has.
  • the electrical insulating elements 11 are preferably made of a heat and acid resistant material, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), silicone or other suitable material, or have this at least for the most part.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the electrical insulation elements 11 are distributed so that all exposed metal parts of the support member 4 are covered by the same.
  • the length of the carbon fibers 5 may vary depending on the inner diameter of the workpiece 2 to be cleaned. Furthermore, that too Retaining element 4 have a different shape than the illustrated, straight shape and are particularly adapted to the shape of a workpiece 2 to be cleaned. In particular, the holding element 4 can be bent by any angle and / or radii in order to be better adapted to the geometry of the workpiece 2.
  • an electric insulating member 11 is also arranged in an area of the holding member 4 in which the carbon fibers 5 are provided.
  • This electrical insulating member 11 between the carbon fibers 5 serves to prevent a short circuit when the carbon fibers 5 have become shorter due to wear.
  • several of these electrical insulating elements 11 may be provided in the stocked with the carbon fibers 5 area.
  • Fig. 3 shows a front view of an alternative embodiment of the support member 4, in which the carbon fibers 5 are pressed as a carbon fiber bundle 5a in respective recesses 12 of the support member 4 and are held in any other way in the recesses 12.
  • the electrical insulating elements 11 may be provided in the region of the retaining element 4.
  • the handle 10 which is also present in this case can in turn be connected to the power source 6 and an electrical connection can be provided from the handle 10 through the retaining element 4 to the carbon fibers 5.
  • the holding element 4 does not have to be made entirely of the electrically conductive material, but only an electrically conductive material has to be present within the holding element 4.
  • the outer region of the holding element 4 may be made of a material which is used in the other embodiments for forming the electrical insulating elements 11.
  • the carbon fibers 5 are arranged in a ring around the holding element 4 designed as a securing ring, resulting in a carbon fiber stock having any desired and / or variable outer diameter, since the same can be determined by the fiber length and the diameter of the securing ring 4 forming the retaining ring. While in the embodiment of the device 1 according to Fig. 2 Thus, both ends of the carbon fibers 5 look out on both sides of the support member 4, is in the embodiment of Fig. 4 the length of the carbon fibers 5, however, only the distance between the retaining ring and the outer tip of the carbon fibers. 5
  • Fig. 5 shows a section through a further embodiment of the device 1, in which the carbon fibers 5 in the longitudinal direction next to each other, that is arranged in a direction perpendicular to the plane of the page, and held by means of the elongated in this case, strip-shaped support member 4.
  • the holding element 4 can have any length, so that in principle any number of carbon fibers 5 can be attached to the same.
  • the embodiment of the device 1 according to Fig. 6 that is a development of the embodiment of Fig. 2 represents, at a front end of the holding member 4 instead of an electrical insulating 11 more, at different angles to the longitudinal axis x of the support member 4 extending from the same away carbon fibers 5.
  • carbon fibers 5 are also provided in this case, which can be used, for example, when the workpiece 2 has a bottom, not shown, or it is a blind or blind hole.
  • a similar embodiment of the device 1 is also in Fig. 7 shown.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken, insbesondere von Schweißnähten an der Innenseite von rohrförmigen Werkstücken, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken, insbesondere von Schweißnähten an der Innenseite von rohrförmigen Werkstücken, nach der im Oberbegriff von Anspruch 9 näher definierten Art.
  • Bei der Herstellung von Schweißverbindungen treten sehr hohe Temperaturen auf, die insbesondere im unmittelbaren Bereich der Schweißnaht häufig zu Verfärbungen bzw. Verunreinigungen führen. Diese Verunreinigungen werden gemäß einem bekannten Stand der Technik beispielsweise mit dem sogenannten Tamponverfahren entfernt, bei dem ein Filz um eine starre Elektrode gelegt ist und durch den zuvor mit einem Elektrolyt benetzten Filz ein Strom von der Elektrode in das Werkstück fließt. Bei diesem elektrochemischen Verfahren treten die sich auf dem Werkstück befindenden, die Verunreinigung bildenden Elektronen auf die Elektrode über und werden so von dem Werkstück entfernt.
  • Des Weiteren ist es grundsätzlich bekannt, mit Kohlefasern bestückte Pinsel einzusetzen, die nach einem grundsätzlich ähnlichen Prinzip arbeiten. Mit solchen Pinseln ist jedoch keine bzw. nur eine sehr aufwändige und nicht ausreichende Reinigung von Innenteilen, wie Bohrungen, Rohren oder dergleichen, möglich, da die langen Fasern des Pinsels unkontrolliert abknicken, so dass die Faserenden nicht mehr senkrecht auf das zu reinigende Werkstück auftreffen. Dadurch fließt, aufgrund der physikalischen Eigenschaft der Kohlefaser, in Querrichtung ein sehr schlechter Leiter zu sein, nur ein äußerst geringer Strom und an den Spitzen der Kohlefasern entstehen keine Lichtbögen mehr. Abgesehen davon, dass die Innendurchmesser von rohrförmigen Bauteilen mit solchen Pinseln nur sehr schwer zu erreichen sind, ergibt sich auch aus diesem Grund eine sehr schlechte Reinigungswirkung.
  • Aus der AU 2008 101 064 A4 ist eine Vorrichtung zum elektrochemischen Reinigen und Ätzen von Metallen bekannt. Dabei sind um eine starre Elektrode Membranen und Filze angeordnet, wobei eine Kohlefasermembran als Zwischenlage zwischen der Elektrode und dem Filz dient.
  • Die JP H02 205700 A beschreibt eine Vorrichtung zur Reinigung der Innenfläche von Rohren, die eine aus Polyesterfasern bestehende Elektrodenabdeckung aufweist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken, insbesondere von Schweißnähten an der Innenseite von rohrförmigen Werkstücken, zu schaffen, die eine einfache und zuverlässige Reinigung ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Durch die Ausrichtung der Kohlefasern der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse des zentralen Halteelements ist sichergestellt, dass stets die Spitzen der Kohlefasern auf das zu reinigende Werkstück auftreffen, so dass ein sehr hoher Strom fließt, der zur Erzeugung von Lichtbögen an den Spitzen der Kohlefasern ausreicht, wodurch die Reinigungsleistung wesentlich verstärkt wird. Hierbei dient das aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende oder zumindest ein leitfähiges Material aufweisende Halteelement als Elektrode, durch welche der von der Stromquelle erzeugte, verhältnismäßig hohe Strom bei verhältnismäßig geringer Spannung fließt, wobei durch die Verbindung der Stromquelle mit dem Werkstück über das Halteelement und die Kohlefasern ein geschlossener Stromkreis erzeugt wird.
  • Das Halteelement ist erfindungsgemäß länglich ausgeführt und die Kohlefasern sind um einen wesentlichen Teil des Umfangs desselben angeordnet, so dass Innenbereiche von Werkstücken, wie beispielsweise Rohre, Bohrungen oder Vertiefungen jeglicher Art, auf sehr einfache Weise elektrochemisch gereinigt bzw. poliert werden können. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kohlefasern an dem Halteelement wird außerdem erreicht, dass eine möglichst große Anzahl an Kohlefasern gleichzeitig an der Oberfläche des Werkstücks anliegt, so dass eine sehr hohe Reinigungsleistung erreicht werden kann. Dies verkürzt letztendlich die Dauer des Reinigungsvorgangs für ein einzelnes Werkstück, sodass die Fertigungskosten verringert werden.
  • In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kohlefasern um den gesamten Umfang des Haltelements angeordnet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei einer rein linearen Bewegung der Vorrichtung gegenüber dem Werkstück, d. h. bei einer Bewegung des Halteelements in Richtung der Längsachse desselben, sämtliche Oberflächenbereiche des Werkstücks von den stromdurchflossenen Kohlefasern berührt werden.
  • Eine fertigungstechnisch verhältnismäßig einfach zu realisierende Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass das Haltelement wenigstens zwei mehrfach gegeneinander verdrehte Drahtabschnitte aufweist, zwischen denen die Kohlefasern verklemmt sind. Dies ermöglicht außerdem eine gleichmäßige Verteilung der Kohlefasern um den Umfang des Halteelements.
  • Alternativ dazu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kohlefasern als Bündel in jeweiligen Ausnehmungen des Halteelements gehalten sind. Auf diese Weise kann die Verteilung der Kohlefasern an bestimmte Anwendungszwecke angepasst werden.
  • Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Kohlefasern ringförmig um ein als Sicherungsring ausgebildetes Halteelement angeordnet sind. Auf diese Weise entsteht ein Kohlefaserbesatz mit beliebigem bzw. variablem Außendurchmesser, da derselbe durch die Faserlänge und den Durchmesser des Sicherungsrings bestimmt werden kann.
  • Wenn in einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung die Kohlefasern in Längsrichtung nebeneinander angeordnet und mittels des Halteelements gehalten sind, ergibt sich ein Kohlefaserbesatz mit einer beliebigen Länge.
  • Um zu verhindern, dass bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Berührung des Werkstücks mit dem stromdurchflossenen Halteelement ein Kurzschluss entstehen kann, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Halteelement in wenigstens einem Bereich entlang seiner Längsachse, in dem keine Kohlefasern vorgesehen sind, ein elektrisches Isolierelement aufweist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Halteelement in wenigstens einem Bereich entlang seiner Längsachse, in dem Kohlefasern vorgesehen sind, ein elektrisches Isolierelement aufweist. Auf diese Weise ist bei einer verschleißbedingten Verkürzung der Kohlefasern dennoch sichergestellt, dass das Halteelement nicht in Kontakt mit dem Werkstück kommen kann, so dass Kurzschlüsse auszuschließen sind.
  • Des Weiteren kann das Halteelement in einem vorderen Endbereich ein elektrisches Isolierelement aufweisen. Ein solches Isolierelement im vorderen Endbereich des Halteelements ist insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Werkstücken, die einen Boden aufweisen, vorteilhaft, da auch dann ein Kurzschluss vermieden wird.
  • Alternativ oder gegebenenfalls auch zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Halteelement in einem vorderen Endbereich mehrere, sich in unterschiedlichen Winkeln gegenüber der Längsachse des Halteelements von demselben weg erstreckende Kohlefasern aufweist, die fest mit dem Halteelement verbunden sind. Mittels derartiger, im vorderen Endbereich des Halteelements vorgesehener Kohlefasern wird auch bei Bauteilen mit einem Boden ein Reinigen bzw. Polieren erreicht.
  • Eine verfahrensgemäße Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 11.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf sehr einfache und zuverlässige Art und Weise ein Reinigen und/oder Polieren auch der ansonsten schwer zugänglichen Innenseiten von rohrförmigen Werkstücken erreicht werden.
  • Eine Verbesserung der Reinigungsleistung lässt sich erreichen, wenn das Halteelement relativ zu dem Werkstück bewegt wird.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken;
    Fig. 2
    eine Seitenansicht einer vergrößerten Darstellung des Halteelements mit den daran angebrachten Kohlefasern;
    Fig. 3
    eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 4
    eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 5
    einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 6
    eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
    Fig. 7
    eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken 2. Grundsätzlich ist die Vorrichtung 1 für die unterschiedlichsten Werkstücke 2 geeignet, insbesondere jedoch zum Reinigen und/oder Polieren einer in Fig. 1 nur sehr schematisch dargestellten, an dem Werkstück 2 sich befindenden Schweißnaht 3. Des Weiteren handelt es sich im vorliegenden Fall um ein rohrförmiges Werkstück 2, an dessen Innenseite bzw. Innendurchmesser sich die zu reinigende bzw. zu polierende Schweißnaht 3 befindet. Wie nachfolgend deutlich wird, ist die Vorrichtung 1 insbesondere zum Reinigen und/oder Polieren solcher rohrförmiger Werkstücke 2 angepasst.
  • Die Vorrichtung 1 weist ein zentrales, längliches Halteelement 4 auf, das aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Das Halteelement 4 dient, wie nachfolgend ausführlicher erläutert, als Elektrode und sollte, neben der elektrischen Leitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren aufweisen. Hierzu kann das Halteelement 4 beispielsweise aus einem der Materialien mit den Werkstoffnummern 1.4401, 1.4571, 1.4301 oder aus anderen vorzugsweise hochlegierten Werkstoffen bestehen oder diese Werkstoffe zumindest zu einem überwiegenden Teil aufweisen.
  • Das Halteelement 4 dient neben seiner Funktion als Elektrode auch dazu, eine Vielzahl von Kohlefasern 5 zu halten. Die Kohlefasern 5 sind mit dem Halteelement 4 derart fest verbunden, dass sie senkrecht zu der Längsachse x des Halteelements 4 von dem Halteelement 4 weg verlaufen. Die Kohlefasern 5 sind also so an dem Halteelement 4 angebracht, dass sie möglichst senkrecht auf die zu reinigende Fläche des Werkstücks 2 auftreffen, wodurch die Eigenschaft der Kohlefaser, in Längsrichtung die beste elektrische Leitfähigkeit aufzuweisen, am besten genutzt wird. Um einen möglichst großen Bereich des Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks 2 erreichen zu können, sind die Kohlefasern 5 des Weiteren um einen wesentlichen Teil des Umfangs des Halteelements 4 angeordnet. In den dargestellten Ausführungsformen sind die Kohlefasern 5 jeweils um den gesamten Umfang des Halteelements 4 vorgesehen, es wäre prinzipiell jedoch auch möglich, in gewissen Abschnitten um den Umfang des Halteelements 4 auf die Kohlefasern 5 zu verzichten. Des Weiteren sind die Kohlefasern 5 so an dem Halteelement 4 angeordnet, dass möglichst viele Kohlefasern 5 auf eine möglichst gleichmäßige Art und Weise die Oberfläche des Werkstücks 2 berühren.
  • Die Vorrichtung 1 weist des Weiteren eine Stromquelle 6 auf, die einerseits mit dem Halteelement 4 und andererseits mit dem Werkstück 2 verbunden ist. Die Stromquelle 6 kann beispielsweise mit 230 oder 400 Volt betrieben werden und erzeugt vorzugsweise einen Strom mit einer verhältnismäßig hohen Stromstärke in einem durch eine von der Stromquelle 6 zu dem Halteelement 4 verlaufenden Leitung 7, das Halteelement 4, das Werkstück 2, eine von der Stromquelle 6 zu dem Werkstück 2 verlaufende Leitung 8 sowie die Stromquelle 6 selbst gebildeten Stromkreis. Während die Leitung 8 mittels einer Masseklemme 9 an dem Werkstück 2 angebracht ist, ist die Leitung 7 von der Stromquelle 6 zu dem Halteelement 4 an einem Handgriff 10, der an dem Halteelement 4 angebracht ist und ein Teil desselben bildet, befestigt und auf diese Weise sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Halteelement 4 verbunden. Durch die in der Stromquelle 6 kontrolliert erzeugte elektrische Spannung fließt also einen Strom über das Halteelement 4 und die Kohlefasern 5 in das Werkstücks 2. Die Kohlefasern 5 können hierbei als Anode oder Kathode geschaltet werden und mit einem Gleichstrom oder einem Wechselstrom beaufschlagt werden.
  • Um die im Bereich der Schweißnaht 3 vorhandenen Verunreinigungen von dem Werkstücks 2 zu entfernen, wird das Halteelement 4 mit den von demselben gehaltenen Kohlefasern 5 mit dem Werkstück 2 in Kontakt gebracht bzw. im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Ausnehmung des Werkstücks 2 eingeführt.
  • Zuvor wird auf das Werkstück 2 und/oder die Kohlefasern 5 ein Elektrolyt aufgebracht, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Im Falle des Materialabtrags von dem Werkstück 2 ist dieses als Kathode geschaltet und es fließen Elektroden von dem Werkstück 2 zu den als Anode wirkenden Kohlefasern 5. Bei dieser Betriebsart wird der Stromkreis mit Gleichstrom versorgt. Im Falle des Betriebs des Stromkreises mit Wechselstrom wechseln sich Kathode und Anode ständig ab und die Verunreinigungen werden lediglich von der Oberfläche des Werkstücks 2 abgelöst.
  • Wenn dabei, wie oben angedeutet, aufgrund einer entsprechenden Stromstärke und aufgrund des im Wesentlichen senkrechten Auftreffens der Kohlefasern 5 auf dem Werkstück ein Lichtbogen am Ende der Kohlefasern 5 entsteht, ergeben sich sehr hohe Temperaturen, mit denen zusammen mit dem Elektrolyt eine chemische Reinigungswirkung erreicht wird.
  • Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Vorrichtung 1, in der im Wesentlichen das Halteelement 4 und die daran angebrachten Kohlefasern 5 dargestellt sind. In der Darstellung von Fig. 2 ist zu erkennen, dass das Halteelement 4 zwei mehrfach gegeneinander verdrehte Drahtabschnitte 4a und 4b aufweist, zwischen denen die Kohlefasern 5 verklemmt sind. Die Kohlefasern 5 können zum Beispiel dadurch an dem Halteelement 4 werden, dass ein Draht an einer Stelle um 180° in eine U-Form gebogen wird, so dass die beiden Schenkel des U die beiden Drahtabschnitte 4a und 4b bilden, die Kohlefasern 5 zwischen die beiden Drahtabschnitte 4a und 4b eingelegt und anschließend die beiden Drahtabschnitte 4a und 4b gegeneinander verdreht werden. Dadurch klemmt das Halteelement 4 die Kohlefasern 5 so fest, dass diese einer mechanischen Beanspruchung widerstehen und eine gute elektrische Leitfähigkeit von dem Halteelement 4 zu den Kohlefasern 5 gewährleistet ist. Dabei sind die Kohlefasern 5 also rotationssymmetrisch um das die Elektrode bildende Halteelement 4 angeordnet.
  • Des Weiteren ist in Fig. 2 erkennbar, dass das Halteelement 4 in mehreren Bereichen entlang seiner Längsachse x, in denen keine Kohlefasern 5 vorgesehen sind, ein elektrisches Isolierelement 11 aufweist. Die elektrischen Isolierelemente 11, von denen auch im vorderen Endbereich des Halteelements 4 eines vorgesehen ist, dienen dazu, einen Kurzschluss zu verhindern, der entstehen könnte, wenn das Halteelement 4 mit dem Werkstück 4 in Kontakt kommt. Die elektrischen Isolierelemente 11 bestehen vorzugsweise aus einem hitze- und säurefesten Material, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), Silikon oder einem anderen geeigneten Material, oder weisen dieses zumindest zu einem überwiegenden Teil auf. Vorzugsweise sind die elektrischen Isolierelemente 11 so verteilt, dass sämtliche freiliegenden Metallteile des Halteelements 4 durch dieselben abgedeckt sind.
  • Die Länge der Kohlefasern 5 kann in Abhängigkeit des Innendurchmessers des zu reinigenden Werkstücks 2 variieren. Des Weiteren kann auch das Halteelement 4 eine andere als die dargestellte, gerade Form aufweisen und insbesondere an die Form eines zu reinigenden Werkstücks 2 angepasst werden. Insbesondere kann das Halteelement 4 um beliebige Winkel und/oder Radien gebogen werden, um besser an die Geometrie des Werkstücks 2 angepasst zu werden.
  • Des Weiteren ist bei der Ausführungsform des Halteelements 4 bzw. der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 in einem Bereich des Halteelements 4, in dem die Kohlefasern 5 vorgesehen sind, ebenfalls ein elektrisches Isolierelement 11 angeordnet. Dieses elektrische Isolierelement 11 zwischen den Kohlefasern 5 dient dazu, einen Kurzschluss zu verhindern, wenn die Kohlefasern 5 aufgrund von Verschleiß kürzer geworden sind. Selbstverständlich können auch mehrere dieser elektrischen Isolierelemente 11 in dem mit den Kohlefasern 5 bestückten Bereich vorgesehen sein.
  • Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform des Halteelements 4, bei dem die Kohlefasern 5 als Kohlefaserbündel 5a in jeweilige Ausnehmungen 12 des Halteelements 4 eingepresst sind bzw. auf eine beliebige andere Art in den Ausnehmungen 12 gehalten sind. Auch bei dieser Ausführungsform können die elektrischen Isolierelemente 11 im Bereich des Halteelements 4 vorgesehen sein. Des Weiteren kann der auch in diesem Fall vorhandene Handgriff 10 wiederum mit der Stromquelle 6 verbunden sein und es kann eine elektrische Verbindung von dem Handgriff 10 durch das Halteelement 4 zu den Kohlefasern 5 vorgesehen sein. In diesem Fall muss das Halteelement 4 nicht vollständig aus dem elektrisch leitenden Material bestehen, sondern es muss lediglich ein elektrisch leitendes Material innerhalb des Halteelements 4 vorhanden sein. Der äußere Bereich des Halteelements 4 kann aus einem Material bestehen, das bei den anderen Ausführungsformen zur Bildung der elektrischen Isolierelemente 11 verwendet wird.
  • Bei der Ausführungsform von Fig. 4 sind die Kohlefasern 5 ringförmig um das als Sicherungsring ausgebildete Halteelement 4 angeordnet, wodurch sich ein Kohlefaserbesatz mit beliebigem und/oder variablem Außendurchmesser ergibt, da derselbe durch die Faserlänge und den Durchmesser des das Halteelement 4 bildenden Sicherungsrings bestimmt werden kann. Während bei der Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 also beide Enden der Kohlefasern 5 auf beiden Seiten des Halteelements 4 herausschauen, beträgt bei der Ausführungsform von Fig. 4 die Länge der Kohlefasern 5 dagegen lediglich den Abstand zwischen dem Sicherungsring und der äußeren Spitze der Kohlefasern 5.
  • Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1, bei der die Kohlefasern 5 in Längsrichtung nebeneinander, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Blattebene, angeordnet und mittels des in diesem Fall länglichen, streifenförmigen Halteelements 4 gehalten sind. Das Halteelement 4 kann dabei eine beliebige Länge aufweisen, sodass im Prinzip beliebig viele Kohlefasern 5 an demselben angebracht werden können.
  • Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 6, die eine Weiterbildung der Ausführungsform von Fig. 2 darstellt, weist an einem vorderen Ende des Halteelements 4 statt eines elektrischen Isolierelements 11 mehrere, sich in unterschiedlichen Winkeln gegenüber der Längsachse x des Halteelements 4 von demselben weg erstreckende Kohlefasern 5 auf. Mit anderen Worten, im vorderen Bereich des Halteelements 4 sind in diesem Fall ebenfalls Kohlefasern 5 vorgesehen, die beispielsweise dann zum Einsatz kommen können, wenn das Werkstück 2 einen nicht dargestellten Boden aufweist oder es sich um eine Sack- bzw. Grundlochbohrung handelt. Eine ähnliche Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist auch in Fig. 7 dargestellt.

Claims (12)

  1. Vorrichtung (1) zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken (2), insbesondere von Schweißnähten (3) an der Innenseite von rohrförmigen Werkstücken (2), mit einem zentralen, länglichen Halteelement (4) aus einem elektrisch leitfähigen Material, mit einer Vielzahl von Kohlefasern (5), die mit dem Halteelement (4) derart fest verbunden sind, dass sie senkrecht zu einer Längsachse (x) des Halteelements (4) von dem Halteelement (4) weg verlaufen, wobei die Kohlefasern (5) um einen wesentlichen Teil des Umfangs des Halteelements (4) angeordnet sind, und mit einer Stromquelle (6), die einerseits mit dem Halteelement (4) und andererseits mit dem Werkstück (2) verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern (5) um den gesamten Umfang des Haltelements (4) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Haltelement (4) wenigstens zwei mehrfach gegeneinander verdrehte Drahtabschnitte (4a,4b) aufweist, zwischen denen die Kohlefasern (5) verklemmt sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern (5) als Bündel in jeweiligen Ausnehmungen (12) des Halteelements (4) gehalten sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern (5) ringförmig um ein als Sicherungsring ausgebildetes Halteelement (4) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefasern (5) in Längsrichtung nebeneinander angeordnet und mittels des Halteelements (4) gehalten sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) in wenigstens einem Bereich entlang seiner Längsachse (x), in dem keine Kohlefasern (5) vorgesehen sind, ein elektrisches Isolierelement (11) aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) in wenigstens einem Bereich entlang seiner Längsachse (x), in dem Kohlefasern (5) vorgesehen sind, ein elektrisches Isolierelement (11) aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) in einem vorderen Endbereich ein elektrisches Isolierelement (11) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) in einem vorderen Endbereich mehrere zusätzliche, sich in unterschiedlichen Winkeln gegenüber der Längsachse (x) des Halteelements (4) von demselben weg erstreckende Kohlefasern (5) aufweist, die fest mit dem Halteelement (4) verbunden sind.
  11. Verfahren zum Reinigen und/oder Polieren von Werkstücken (2), insbesondere von Schweißnähten an der Innenseite von rohrförmigen Werkstücken (2), wobei an ein zentrales, längliches Halteelement (4) aus einem elektrisch leitfähigen Material, mit dem eine Vielzahl von Kohlefasern (5) derart fest verbunden sind, dass die Kohlefasern (5) senkrecht zu einer Längsachse (x) des Halteelements (4) von dem Halteelement (4) weg verlaufen, wobei die Kohlefasern (5) um einen wesentlichen Teil des Umfangs des Halteelements (4) angeordnet sind, eine elektrische Spannung angelegt wird, wobei auf das Werkstück (2) und/oder auf die Kohlefasern (5) ein Elektrolyt aufgebracht wird, und wobei das Halteelement (4) mit dem Werkstück (2) in Kontakt gebracht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) relativ zu dem Werkstück (2) bewegt wird.
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