EP3548805A1 - Dampferzeuger und anlage zum dampfreinigen von werkstücken - Google Patents

Dampferzeuger und anlage zum dampfreinigen von werkstücken

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EP3548805A1
EP3548805A1 EP18796453.1A EP18796453A EP3548805A1 EP 3548805 A1 EP3548805 A1 EP 3548805A1 EP 18796453 A EP18796453 A EP 18796453A EP 3548805 A1 EP3548805 A1 EP 3548805A1
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EP
European Patent Office
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steam
steam generator
cleaning
core
nozzle
Prior art date
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Application number
EP18796453.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3548805B1 (de
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Antonio Alvarez
Dietmar Sonntag
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Elwema Automotive GmbH
Original Assignee
Elwema Automotive GmbH
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Publication date
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Publication of EP3548805A1 publication Critical patent/EP3548805A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3548805B1 publication Critical patent/EP3548805B1/de
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    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/287—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in sprays or in films
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/14—Removing waste, e.g. labels, from cleaning liquid; Regenerating cleaning liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B27/00—Instantaneous or flash steam boilers
    • F22B27/16—Instantaneous or flash steam boilers involving spray nozzles for sprinkling or injecting water particles on to or into hot heat-exchange elements, e.g. into tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/60—Component parts or details of steam boilers specially adapted for steam boilers of instantaneous or flash type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/16—Steam superheating characterised by heating method by using a separate heat source independent from heat supply of the steam boiler, e.g. by electricity, by auxiliary combustion of fuel oil
    • F22G1/165—Steam superheating characterised by heating method by using a separate heat source independent from heat supply of the steam boiler, e.g. by electricity, by auxiliary combustion of fuel oil by electricity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B2203/00—Details of cleaning machines or methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B2230/00—Other cleaning aspects applicable to all B08B range
    • B08B2230/01—Cleaning with steam

Definitions

  • the invention generally relates to the industrial cleaning of workpieces by means of a steam jet, and to a steam generator which is particularly suitable for this purpose. It relates in particular to the steam cleaning of mass-produced components or assemblies, e.g. for or in the automotive industry. It may be e.g. to machined components, such as e.g. Components of internal combustion engines, transmissions, or other machine components, in particular the drive system of a motor vehicle act. However, the invention is not limited to the cleaning of parts for conventional internal combustion engines or electric drive systems, but is generally applicable in automated manufacturing.
  • the proposed steam cleaning system is suitable both for intermediate cleaning (before a subsequent work sequence), e.g. for cleaning MQL processing residues, or for relieving a subsequent end cleaner. It is, depending on the type of component and cleaning requirement, also suitable for the actual final cleaning.
  • MQL Minimum quantity lubrication
  • No. 6,299,076 B1 describes a steam cleaning system for workpieces, in particular for the semiconductor industry.
  • a porous coating is provided on the inner surface of the steam generator. For the steam jet cleaning seems much more useful
  • More typical high-speed steam generators are forced-circulation boilers or continuous water-tube boilers.
  • a passage of the water / vapor stream is forced through a spiral heated from the outside with a gas or oil burner coil.
  • Continuous steam generators are already known from the Stone Vapor, Clayton or Sulzer and Benson principles.
  • energy efficient continuous water tube boilers e.g. with multiple nested coils and exhaust gas heat
  • an apparatus for industrial steam jet cleaning of a workpiece comprises a cleaning container, a holding and conveying device which can hold the workpiece, rotate and convey it into and out of the cleaning container, at least one steam nozzle positionable in the cleaning container relative to the workpiece and a steam generator.
  • a cleaning container a holding and conveying device which can hold the workpiece, rotate and convey it into and out of the cleaning container, at least one steam nozzle positionable in the cleaning container relative to the workpiece and a steam generator.
  • an electrode steam generator described which is to be operated with mineral-rich water of sufficient conductivity. Electrode steam generators usually contain a certain amount of water and are relatively sluggish in operation, ie they can not be quickly started up or shut down. However, this is unfavorable for the continued cleaning of workpieces in cycles of a few minutes or shorter, because during the promotion or change of workpieces no steam is needed.
  • the steam generator is to be kept at temperature, which unnecessarily consumes energy. This can be compensated to some extent if the steam generator has a buffer volume and accumulates steam during the delivery cycle. However, this requires a voluminous and complex design.
  • saturated steam In advanced cleaning processes, depending on the type of soil to be removed during cleaning, either saturated steam or dry steam is optionally used.
  • dry steam cleaning both continuous water tube boilers and electrode steam generators must be specially designed. They usually have to contain a certain amount of water and are typically equipped with an additional superheater. Again, this is expensive and in turn requires additional energy and space.
  • dry steam (Engl, "dry steam”) is understood as meaning steam having a temperature above the boiling point, which, however, was only slightly overheated compared to saturated steam.
  • Superheated steam is also understood here to include dry steam. However, for cleaning purposes it is usually not necessary for industrial purposes and does not make much sense energetically.
  • No. 8,132,545 B2 describes a steam generator with a jacket having a heatable, cylindrical inner surface and a heating device for heating the inner surface.
  • a spray nozzle which is connected to a pressure pump, sprays water onto the heated inner surface.
  • Steam generator is designed for internal pressure of over 10 bar and temperatures above 150 ° C.
  • FOG.4 is an additional Heating element provided as an auxiliary heating unit in the interior of the shell to supply the steam in the interior further heat.
  • Such a steam generator is energetically more efficient thanks to the injection of water droplets and, in principle, also allows the generation of dry steam by means of the auxiliary heating unit.
  • a basic objective is to provide an apparatus and a method for the industrial cleaning of workpieces, which adapt better to the timing of the production and the cleaning task and / or offer a particularly compact design.
  • the energy consumption for steam generation should be reduced in comparison to known steam generators.
  • a first object of the invention is thus to provide a suitable and compared to the prior art improved steam generator. This should be suitable in particular for use in the device according to the invention for cleaning workpieces, require little space and have the lowest possible energy consumption.
  • a generic industrial cleaning system comprises for the purpose of cleaning workpieces by means of a steam jet, a cleaning chamber, which is preferably tightly sealed against leakage of steam, at least one steam nozzle in the cleaning chamber, for applying a steam to a workpiece, wherein the steam nozzle be arranged stationary or positionable can, and at least one steam generator, which supplies the steam nozzle with steam.
  • a suitable handling device is provided for automation of the cleaning system, based on which the workpiece and the at least one steam nozzle are positioned relative to each other to subject the desired areas of the workpiece to the cleaning process.
  • a special design of the steam generator is proposed.
  • the steam generator has a heatable jacket-like core element which has a heatable, preferably cylindrical, inner surface made of thermally conductive material and is equipped with at least one heating device for heating the inner surface mounted on the core element, in particular on the outside thereof, and
  • the steam generator comprises at least one spray nozzle, which is directed to the heated inner surface to spray water metered on this inner surface.
  • the spray nozzle (s) is / are connected to a water inlet and the core is associated with a steam outlet for delivery of the generated steam.
  • This method of construction makes it possible to selectively inject and evaporate only the amount of water that is intended for the steam cleaning process - without impairing the quality of the cleaning. This allows considerable energy and water savings, since unnecessary steam generation is avoided. Since u.a. Water buffer volume completely eliminated, resulting in a significant reduction in the required space. Due to the correspondingly metered addition of water, faster or less sluggish steam generation is made possible, which in turn opens up better integration into modern, highly flexible production facilities.
  • the steam generator of the device according to the invention thus contains no supply of liquid water, but only a heated inner surface, evaporated at the sprayed in small quantities of water in a short time. As a result, a quick turn on or off in time with the production line is possible.
  • the steam generator is also extremely compact.
  • a preferably cylindrical shape of the heatable core and possibly also of the container enables a space-saving incorporation into the cleaning device, in the form of one or more "steam cartridges".
  • the steam generator according to the invention is characterized in that upstream of the steam outlet, preferably in the interior of the steam generator tank, a further additional heating device is provided, which can be flowed through for the reheating of steam generated.
  • a further additional heating device is provided, which can be flowed through for the reheating of steam generated.
  • the steam generator can generate both dry steam and saturated steam.
  • the auxiliary heater can be traversed by the steam before it leaves the steam generator.
  • the generated saturated steam can be overheated to dry steam.
  • the arrangement of the additional heater at least partially, preferably completely in the container, in particular in the cavity of the core, the flow path of the vapor is shortened compared to an external superheater and a special thermal insulation of the other heater unnecessary. This also favors a compact design and saves energy for reheating the steam.
  • the steam generator according to the invention is suitable for the generation of dry steam. It can provide both saturated steam and dry steam as needed with little additional effort.
  • the additional heating device is arranged for reheating in the axis of the cylindrical container at the steam outlet.
  • the auxiliary heating device can have a heatable body with a secondary cavity, which is flowed through for reheating upstream steam generated in a primary cavity of the core in order to heat it to dry steam.
  • Cavity is the input side connected via a passage opening with the primary cavity of the core and the output side with the steam outlet.
  • the passage opening may be arranged radially or axially with respect to a major axis of the core.
  • the passage opening comprises or forms a cross-sectional constriction which causes a pressure difference, in particular with less pressure in the secondary cavity of the auxiliary heater than in the primary cavity in the interior of the core. This avoids water mist outflow in the liquid phase and also reduces the energy required for reheating to dry steam thanks to the lower pressure in the reheater.
  • the cross-sectional constriction may be in any design suitable for pressure drop, e.g. as throttle, orifice, bore, nozzle, etc.
  • the primary heating device has a controllable electrical heating element and the auxiliary heating device has at least one separately controllable electrical heating element. This allows further energy savings and, as needed, both saturated steam and dry steam generation, e.g. with shutdown of the reheating.
  • a metering valve may be provided for selective metering at each steam generator in order to dose the steam generator or also to operate it in a pulsed manner, for example.
  • Suite can do this Steam generator can be operated individually, which allows the gradual adjustment of the steam generating capacity or redundancy and maintenance during operation.
  • Several identical steam generators can be operated in parallel as a battery.
  • the steam generator tank is substantially cylindrical with an inner core with a cavity, such as a hollow cylinder designed as a heatable jacket, which is closed at the end pressure-tight.
  • heat insulation is preferably provided between the inner core and an outer jacket of the steam generator container.
  • Water inflow and steam outlet are advantageously arranged on opposite end faces of the cylindrical steam generator, particularly preferably in the axis of the cylinder. This promotes, among other things, a compact incorporation of the steam generator into the device according to the invention.
  • the spray nozzle may have a spray characteristic that is coaxially aligned with the cylinder axis of the core or shell.
  • the steam generator tank is preferably aligned vertically in the mounting position with its cylinder axis.
  • the spray characteristic may be, for example, a hollow cone spray characteristic in order to distribute the sprayed-in water droplets as extensively as possible on the inner surface.
  • a vertical orientation results in a runoff of un-evaporated liquid on the inside surface, which promotes complete evaporation.
  • a mist nozzle (also called nebulizer nozzles or nebulizing nozzles) is considered as a spray nozzle.
  • Mist nozzles atomize the water into the finest droplets with a large specific surface area.
  • the spray characteristic of secondary importance since, for example, a distribution of the mist can be done by convection in the primary cavity of the core.
  • the further heating device is preferably arranged symmetrically with respect to or in the axis of the cylindrical steam generator tank. Regardless of this, the reheater heater is preferably provided at the steam outlet, and in particular flows directly into the steam outlet.
  • the auxiliary heating device is accommodated axially in the inner cavity of the core, at least to a predominant proportion of its overall length.
  • the heatable body of the auxiliary heater is completely in the inner cavity of the Kerns recorded. This allows further energy savings, since the body is arranged in the already heated core and heat losses of reheating are minimized.
  • the plant preferably comprises a pump which is arranged upstream of the water inlet and which acts on the spray nozzle with a feedwater pressure suitable for injection.
  • the feedwater pressure may preferably be in the range of 1 to 10 bar (atm), in particular in the range of 2 to 9 bar (atm).
  • the feed pressure of the spray nozzle should exceed the operating pressure in steam generation desired in the primary cavity of the core, this may e.g. between 3-6bar (atm), e.g. at about 4bar.
  • the device or system according to the invention comprises a control unit which controls at least the relative movement between the workpiece and the steam nozzle and the operation of the steam generator, in particular the steam nozzle or the metering valve for the steam nozzle, coordinated.
  • the steam generation can be interrupted during the feeding and removal of a workpiece, because then no cleaning takes place and no steam is needed.
  • the control unit may also preferably control the supply of electrical energy into heating elements of the primary heating device, e.g. in heat conductor on the outside of the vessel of the steam generator, so control that it is tuned to the amount of water fed into the steam generator and / or the amount of steam given off.
  • the device is equipped so that the steam generator can emit pulse like a pulse.
  • the steam generator can emit pulse like a pulse.
  • this can be done by switching on and off the water inlet and / or a valve at the steam outlet.
  • Impulsive means here a change of
  • a controlled metering valve in the supply line immediately upstream of the or the steam nozzle (s) is provided for pulse-like or clocked Dampfabgäbe.
  • a spray nozzle with hollow cone characteristic and / or with a nozzle geometry which ensures a volume flow ⁇ 0.2 1 / min, preferably ⁇ 0.15 1 / min at nozzle pressure ⁇ 10 bar to further optimize the water and energy consumption. If larger amounts of steam are required a corresponding number of identical steam generator.
  • the system according to the invention therefore comprises several identical steam generators of the type described above.
  • the steam generators can be used modularly as "steam cartridge” and, for example, in groups in the form of one or more batteries with, for example, 2, 3, 4 or 6 identical steam cartridges be incorporated into the device according to the invention.
  • the individual steam generator can be made smaller. Thus, they are sufficiently pressure-resistant even at lower material thickness and therefore more cost-effective to produce. Also, they are easier to incorporate into a compact built cleaning device, because their geometric arrangement can be adapted to the given conditions. By individual control of the individual steam generator or even individual batteries, the device can also be adjusted flexibly to changing steam demand during cleaning.
  • cleaning devices of different sizes can be equipped with a more economically producible uniform embodiment of the steam generator, if this is provided depending on the size of the device in varying numbers.
  • Water inflow and / or steam outlet can be executed and controlled together for each battery or for all steam generators.
  • an electrically or pneumatically controllable supply check valve upstream of the water inlet and an electrically or pneumatically controllable outlet check valve downstream of the steam outlet may be provided.
  • individually controllable (metering) valves in particular be provided for the water supply.
  • the control unit can control the dosing of the steam generation in particular the supply check valve, the metering valves and / or the outlet check valve.
  • the cleaning chamber can be designed as a closable cleaning container.
  • the handling device may be a workpiece-specific holding and conveying device which hold the workpiece, into the cleaning container in and out again promote, and can move relative to the steam nozzle.
  • an industrial robot usable for different workpieces e.g. a Gelenkarmroboter be provided.
  • the handling device may preferably have a pressure-tight closure of the cleaning container.
  • an industrial robot with at least four degrees of freedom may be provided in the cleaning chamber, on which the steam nozzle is arranged to move it relative to the workpiece.
  • the workpiece can be fixed during cleaning or held positionable by a second handling device.
  • a steam generator is proposed which is particularly but not exclusively suitable for a device according to one of the preceding embodiments, i. intended for use in any type of cleaning device.
  • the steam generator comprises in the simplest embodiment an externally heatable core, e.g. a hollow cylinder, which is pressure-tightly sealed or arranged in a pressure-tight steam generator tank, a spray or spray nozzle arranged in the interior of the core or hollow cylinder, which is connected to a water feed, preferably guided by an end face, and a steam outlet.
  • the spray or spray nozzle is directed onto the heatable inner surface of the core, so that water can be sprayed in a metered manner onto this inner surface.
  • the steam generator in a cartridge-like construction comprises:
  • a heating device for heating the core, in particular from the outside, a water supply, which is guided through an end face, an axially to the core or hollow cylinder arranged spray nozzle, preferably with a hollow cone characteristic, which directs water on an inner surface of the core, as well as
  • a steam outlet for delivering the generated steam to a cleaning process.
  • the steam outlet is arranged on the end face of the core or hollow cylinder opposite the water inlet, preferably in the axis of the core or hollow cylinder.
  • the steam generator may have the features already described above as being preferred.
  • a further heating device in particular axially on the inner surface of the opposite end of the water flow, is mounted so that it is suitable for reheating in the e.g. flows through hollow cylindrical core steam generated before it reaches the steam outlet.
  • the heating of the pressure-tight core or hollow cylinder can be carried out in any known manner, for example by a fluid heat carrier, which is guided through a corresponding jacket with inlet and outlet.
  • a fluid heat carrier which is guided through a corresponding jacket with inlet and outlet.
  • an electric heater for example in the form of a resistance wire or heating conductor.
  • This resistance wire or heating conductor can lie in an advantageous form, for example as a spiral winding with electrical insulation on the outer surface of the core heat-conducting.
  • the electric heater can be designed so that the heat output delivered by it can be influenced by a control unit.
  • the primary heating device, and preferably also the further secondary heating device each have at least one separately controllable electrical heating element.
  • the primary heating device preferably comprises one or more heating conductors which are arranged circumferentially and distributed in an axially heat-conductive manner on the outer side of the core.
  • the auxiliary heater may e.g. include several distributed around the axis cartridges or a circulating heating element.
  • a single spray nozzle It can be arranged in the axis of the core, a single spray nozzle. Particularly preferred is a nozzle with symmetrical spray characteristic, in particular with hollow cone characteristic.
  • the spray jet is rotationally symmetrical on the inside of the heated Kerns directed and the entire inner surface of the core downstream of the impingement of the spray is available for the heat transfer.
  • multiple spray nozzles can be distributed rotationally symmetrical about the cylinder axis in order to obtain the smallest possible droplet size, even with larger volume flows.
  • the steam generator according to the invention comprises means for controlling the inflow of water and the steam flow, for example valves.
  • these valves by electrical signals, for example, from a control unit, adjustable.
  • the core of the steam generator according to the invention is expediently made of a thermally conductive and corrosion-resistant material, for example stainless steel.
  • the electrical heating of the core is advantageously thermally insulated so that no uneconomical heat losses occur.
  • known insulating materials can be used, such as glass wool, inorganic porous materials, elastic and plastic, possibly curing thermally stable polymer foams.
  • a suitable material is, for example, Conti Thermo Protect® (ContiTech AG, Hanover).
  • thermally-reflective inner sheath e.g. provided with reflective coating for the reflection of heat radiation.
  • the invention includes a method for cleaning workpieces with a steam jet, which is characterized in that it is carried out by means of a steam generator as described above.
  • This method may include the feeding, the relative movement of the workpiece and the at least one steam nozzle, the turning on of the steam jet, possibly controlling the steam jet according to the positioning of the workpiece to the steam nozzle, and the removal of the workpiece of the cleaning chamber.
  • the steam generation is controlled based on the steam generator according to the invention as well as the workpiece conveying and / or relative movement to the / the steam nozzles preferably coordinated with each other.
  • the steam jet can be generated in a pulsed manner only during the duration of the cleaning process and during the promotion of tion of the workpiece into the cleaning container in and out of this and shut off when the device. Already hereby results in a considerable further saving of energy.
  • the steam generator according to the invention is particularly suitable for such pulsed modes due to the metered supply of water and low mass ratios.
  • the heating power supplied to the steam generator is switched in time according to the steam flow supplied to the steam nozzle in the cleaning device.
  • the workpiece may be positioned or moved differently from the steam nozzle (s) by controlled variation of the heating power and / or position of a valve at the steam outlet, depending on the characteristics of the workpiece being treated, such as degree of soiling or surface shape, to adjust the cleaning effect.
  • a possibly present control device can be adjusted accordingly on the basis of the observed cleaning result.
  • the field of application of the device according to the invention lies in particular in the cleaning of workpieces during production, preferably before further processing after cutting deformation.
  • the device can be easily incorporated in production lines with a given clock.
  • the invention is suitable for use in mechanical engineering, especially for automotive components, particularly preferably in the production of drive and transmission components for automobiles and other motor vehicles.
  • the system or the method is advantageous.
  • the steam generator according to the invention can achieve an efficiency of> 95%. Further advantages of the invention are compared to conventional systems reduced space and AufStell vom, good cleaning results even with different components, because positioning the steam nozzles to the workpiece and the application of steam can be adapted quickly and flexibly to the workpiece, and finally a considerably reduced Power consumption. Comparative tests with a conventional steam generator showed a saving in electrical power consumption of at least 25%.
  • FIG. 1 shows a single steam generator unit of the invention
  • FIG.1B the steam generator unit of FIG.1A in an exploded view
  • FIG. IC a further steam generator unit according to the invention in cross section
  • FIG. 2 shows a steam generator battery in perspective view with two units according to FIG. 1 and associated line and valve technology
  • FIG. 3 shows a simplified flow diagram of an industrial cleaning system with a steam generator battery according to FIG. 2; and FIG. A simplified piping and instrument flow diagram of a steam generator battery with steam generator units according to the invention.
  • a steam generator 1 is shown horizontally in longitudinal section, but in practice a vertical arrangement of the hollow cylinder axis is preferred.
  • the steam generator 1 comprises in its interior a hollow cylinder-like jacket, which consists essentially of a special core 2, a first end face 3 and a second, the first opposite end face 4.
  • the end faces 3, 4 are designed flange and seal the core 2 pressure-tight.
  • a water inlet 5 is attached, which feeds a hollow cone spray nozzle 6, in which case the terms injection nozzle, spray and spray nozzle are synonymous.
  • the feedwater pressure is preferably in the range of about 2 to 9 bar (atm).
  • Nozzle geometry, in particular jet angle and nozzle cross-section of the injection nozzle 6 are chosen so that a low water consumption, for example of ⁇ 0.15 1 / min can be achieved.
  • the core 2 is heated by one or more electrical heating conductors 8, water of the spray jet 7 evaporates upon impact or while it flows down the inner surface of the core 2 and converts into saturated steam, the flow of which is indicated by the arrows 13 .
  • receiving grooves for the heating conductors 8 are provided on the outer side of the core 2 (FIG. 1B).
  • a further heating device 10 is arranged, e.g. a heated hollow cylinder with approximately 4 to 8 heating cartridges 10B distributed coaxially about its axis, each e.g. with 500W electrical power.
  • the performance of the heating cartridges 10B of the additional heating device 10 is controlled separately from the primary heating device with the heating conductors 8 and supplied with energy by electrical connections (not shown here).
  • the auxiliary heater 10 makes it possible to optionally produce dry steam (superheated steam).
  • the heating device 10 has a body 10A with an axial bore 11, which is connected to the steam outlet 9 on the second end face 4.
  • the saturated steam 13 generated at the heated core 2 can flow through one or more passage openings 12 into the bore 11 in the body 10A of the further heating device 10 and from there on to the steam outlet 9, from where the steam via a valve to one or more steam nozzles (FIG. 3) is conducted into a cleaning chamber. If the heating device 10 is supplied with energy, then the saturated steam 13 is further heated in the sense of reheating and leaves the steam outlet 9 as dry steam.
  • the heating cartridges 10B of the heating device 10 may be individually controllable in order to precisely set the steam parameters.
  • the heating cartridges 10B may be e.g. are each mounted in a corresponding, open to the end face 4 axial bore distributed around the bore 11 in the body 10A and are thermally conductively connected to the body 10A, e.g. by frictionally mounting the heating cartridges 10B in the body 10A.
  • FIG. 1B illustrates the preferred compact, axially nested construction of the steam generator 1 according to FIG. 1A, in the form of a steam cartridge.
  • FIG.1B designates identical components with the same reference numerals as FIG.1A.
  • the jacket-like core 2 is a specially manufactured, one-piece fitting made of stainless steel with a cylindrical inner surface (FIG.1A) and end flanges, for pressure-tight connection with flange elements of the end faces 3, 4. On the outside are spirally encircling grooves for example band-like heating 8 brought in.
  • the core 2 is, as FIG.1A-1B show similar to a hollow cylinder with a cylindrical inner surface 2A running and should have the lowest possible mass.
  • the end faces 3, 4 have a flange-like construction of individual parts which seal against the end flanges of the core 2, thermally insulate them and at the same time connect the inner shell 16 and the outer shell 18 coaxially and firmly to the core 2.
  • the auxiliary heater 10 is coaxially received in the interior of the core 2 (FIG.1A) and leaves a cylindrical, circumferential clearance thereto to obtain a maximum evaporation area on the inner surface of the core 2.
  • the overall length and diameter of the core 2 are matched to the geometry, in particular the spray cone angle, of the injection nozzle 6.
  • FIG.1A-1B cartridge-like construction simplifies u.a. Maintenance, such as the replacement of the injection nozzle. 6
  • FIG. IC shown in cross-section.
  • the steam generator 1 ⁇ differs in particular in that a passage opening 12, here exactly one, is provided coaxially in the body 10A of the reheater 10, namely on the side of the spray nozzle 6.
  • the passage opening 12 leads from the primary cavity 2B into the secondary cavity 11 , eg a bore in the body 10A. Also, this passage opening 12 causes a pressure difference, with lower pressure in the secondary cavity 11, for example, 3.5 bar, compared to the operating pressure in the primary cavity 2B of the core 2, eg about 4bar.
  • the cross-sectional constriction of the passage opening 12 avoids leakage of unevaporated water mist.
  • dry steam 14 can also be provided with a lower energy input.
  • At or as an axial passage opening 12 may for generating a predetermined pressure reduction, for example, a nozzle 12A or other component such as a throttle, aperture or the like.
  • FIG. IC one of two retaining rings 16A from little ebenleit- the material with which the mirrored inner shell 16 is the end face in point contact at a distance from the inner surface 2A of the core 2 is held. Each retaining ring may, for example, be screwed onto the core 2 on the front side.
  • FIG. IC for thermal insulation provided an outer insulation 15A, with which the outer sheath 18 is surrounded.
  • FIG. IC also the circumferential, symmetrical distribution of the heating cartridges 10B, here eg six pieces, in the body 10A and the design of the body 10A as a rotational body in cross-section, with outer recesses to increase the heat transfer effective to the outside to the primary cavity 2B and reduce the mass of the body 10A.
  • the outer side of the body 10A can taper towards the nozzle 6 and in any case lies at a distance from the inner surface 2A of the core 2.
  • the exchangeable heating cartridges 10B may be inserted or pressed into the axial bore of the end face 4 as "opening" cross-section C-shaped heating elements to firmly and flatly abut the body 10A, as indicated schematically in FIG Steam generator battery 20, with two or four steam cartridges or steam generators 1, for example, each with about 4-6kW heating power, in the construction according to FIG.1A-1B ..
  • the modular steam generator battery 20 of FIG.2 can about 18 -20 kg / h wet steam at a nominal approx. 2-4bar operating pressure and if necessary several times in parallel arrangement be. In pulsed mode, steam can be released at a maximum pressure of> 10 bar.
  • the water flows of the steam generator units 1 via a common feedwater manifold 22 with a pneumatically / electrically controllable metering / shut-off valve 23 for the metered admission to feed water are connected.
  • the feedwater manifold 22 ensures a uniform feed pressure to the spray nozzles 6 (FIG. 1) of the two steam generators 1.
  • a vent 24 on the feedwater manifold 22 avoids air entry into the spray nozzles 6 (FIG.
  • each steam outlet 9 (FIG. 9) is connected directly to a steam distributor 25.
  • the steam distributor 25 has, on the one hand, a controllable shut-off valve 26 for controlled steam delivery to steam nozzles of a cleaning chamber of the cleaning device or installation (compare FIG. A pressure limiting or safety valve 27 on the steam distributor 25 protects the steam cartridges 1 against overpressure.
  • the steam distributor 25 is provided with a valve 28 for the steam
  • FIG. 3 shows an overview of the cleaning system 30 with at least one, preferably 2 to 4, steam generator batteries 20 in the construction according to FIG.
  • a plurality of steam nozzles 32 here e.g. provided on two opposite rotor-like support arms, which perform during the steam cleaning a rotary movement for surface cleaning of the workpiece 49.
  • the steam nozzles 32 can be of a type known per se and are supplied by a steam line 33 which is connected to the outlet of the steam generator battery (s) 20, more precisely to the steam distributor 25 (FIG.
  • FIG. 3 further shows a return circuit of the cleaning system 30 with which cleaning liquid is recovered from the treatment chamber 31.
  • the resulting by under negative pressure Dampfschwaden be sucked from the treatment chamber 31 via a first filter unit 41 by a vacuum pump 40 and then fed to a downstream second filter and separator stage 42 having an oil separator 43.
  • the outlet of the filter unit 41 opens into the oil separator 43.
  • the vacuum pump 40 is connected to a condensation unit 44, the return of which also opens in the oil separator 43.
  • the steam generator battery 20 with the individual steam generators 1 via the feedwater distributor or distributors 22 via a water pump 36 in a feed line 37.
  • the water pump 36 generates the desired feed water.
  • each steam generator 1 water pressure for each steam generator 1, eg approx. 8 bar (atm).
  • the steam generator 1 deliver, depending on the nozzle geometry, heating power and operating mode, a desired vapor pressure, for example in the range of 2 to 6 bar (atm) to the steam nozzles 32nd By the outlet pressure of the steam generator 1 and the steam distributor 25 (FIG.2) and if necessary
  • a desired vapor pressure for example in the range of 2 to 6 bar (atm)
  • the steam nozzles 32nd By the outlet pressure of the steam generator 1 and the steam distributor 25 (FIG.2) and if necessary
  • additional suction of the vacuum pump 40 the injection of steam with high dynamic jet pressure and thus the cleaning effect is enhanced.
  • Operation of the cleaning chamber 31 under negative pressure is purely optional.
  • the condensed wastewater (possibly with steam vapor) is condensed out of the cleaning chamber 31, so that cleaning liquid is recovered. It can also be utilized residual heat of the recovered cleaning liquid for the purpose of additional energy savings.
  • FIG. 3 illustrates, purely by way of example and schematically, one to two
  • Axes H, V automatically into the treatment chamber 31 and out of this movable automatic handling device 48 for the workpiece 49.
  • the handling device 48 moves the workpiece 49 relative to the steam nozzles 32 in the treatment chamber 31.
  • the handling device 48 at the same time has a pressure-resistant closure on, the pressure-tightly closes the opening of the treatment chamber 31 in the working position.
  • one or more steam nozzles 32 may be arranged in the treatment chamber 31 on an automatic handling device and hereby selectively positioned and / or moved relative to the workpiece.
  • an automatic handling device e.g. a 6-axis industrial articulated robot can be used (see Fig.l in WO 2011/124 868 AI).
  • FIG. 3 illustrates a fully automatic plant controller 50 which controls the operation of the steam generator battery (s) 20 for operation of the steam generator battery (s) 20
  • the system controller 50 may also control the feedwater pump 36 and / or regulated energy-optimized, eg through speed control.
  • the control and measuring lines of the system controller 50 are implemented in a conventional technique and indicated here schematically by dashed lines.
  • the system controller 50 can also advantageously tuned and / or control actuators and sensors of the feedback loop, such as the control valves, vacuum pump 41 and condensation unit 44, to the operation of the cleaning chamber 31 and the steam generator 20 in order to realize further energy savings.
  • each steam generator battery 20 can be individually controlled by the system controller 50, in accordance with the cyclic operation of the working chamber 31 and / or the requirements of the cleaning process of the steam nozzles 32. It may be individually controllable by means of separate metering valves (not shown), if necessary, each steam generator 1 in a steam generator battery 20 in order to adjust the steam output even more precise.
  • a particularly simple solution for the clocked discharge of steam, in particular dry steam 14, from the steam generator batteries 20 or 20 can be effected by a suitable control valve (not shown) in the steam supply line 33, which is controlled as required by the system controller 50.
  • the control valve is preferably arranged close to the steam nozzles 32 with a short residual line.
  • FIG. 4 shows a steam generator battery 20 with therein for process
  • Control by the plant controller 50 preferably provided measuring and actuators and, for example, four identical steam generators 1A, 1B, IC, 1D according to FIG.1A-B or FIG. IC.
  • Functionally identical parts according to FIG. 1-3 have the same reference numbers in FIG.
  • a primary temperature sensor 61 (not in FIGS. 1A-1C) is provided on the core 2 for controlling or regulating the power of the primary heating device 8 as an actuator, for example to a target temperature of up to 600 ° C.
  • a secondary temperature sensor 62 (not in FIGS. 1A-1C) is also provided on the body 10A for independent control of the secondary heater 10B of the afterheater 10 as a separate actuator.
  • the temperature sensors 61, 62 are connected as measuring members to the system controller 50.
  • the plant controller 50 is further provided with a pressure sensor 63 connected to the feedwater manifold 22.
  • suitable actuators for example the control of the feed pump (see FIG. 3 at input "PSP") and / or an overflow valve 64, the feed pressure can be adjusted or regulated, either by the system control or optionally as a fixed presetting a feed pressure eg up to 8bar. If no steam is needed, the system controller 50 will shut off the water supply via the controllable feed valve 23.
  • a further pressure sensor 65 is provided as a measuring element on the steam distributor 25 and measures the steam pressure released at the steam outlet 9, inter alia for controlled discharge via the safety valve 28 controllable by the system controller 50 into the cleaning chamber (output "RZ1-2")
  • a temperature sensor 66 is provided at the steam distributor 25 or the steam supply line 33 and connected to the system controller 50. The measurement at the pressure sensor 65 and at the temperature sensor 66 can For example, in the control or regulation of the reheat and / or the controlled Dampfabgäbe via a control valve (not shown) near the steam nozzles or the discharge valve 26.
  • a pressure regulating be provided that the desired desired Dampfdruc k is preset or is set by the system controller 50 active as needed or the required vapor pressure for the steam cleaning.

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Abstract

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Reinigen von Werkstücken mittels eines Dampfstrahls wird der Dampf aus einem Vorrat flüssigen Wassers erzeugt. Eine solche Vorrichtung ist träge und energetisch nicht effizient. Es wird hier eine Vorrichtung zur Reinigung von Werkstücken mit einem Dampfstrahl vorgeschlagen, mit einem speziellen Dampferzeuger (1) bei welchem der Dampf in einem hohlzylindrischen Kern (2) erzeugt wird, dessen Außenseite beheizt und auf dessen Innenseite das zu verdampfende Wasser mittels einer Düse (6) aufgesprüht wird. Der vorgeschlagene Dampferzeuger (1) hat eine Zusatz-Heizvorrichtung (10) mit einem beheizbaren Körper (10A) der einen Hohlraum (11) aufweist, der zum Nacherhitzen von stromaufwärts erzeugtem Dampf (13) durchströmt werden kann, um Trockendampf (14) für eine Trockendampf-Reinigung zu erzeugen. Es wird auch eine automatisierte Reinigungsanlage mit diesem Dampferzeuger vorgeschlagen. Die Vorrichtung lässt sich flexibel an die Erfordernisse der automatisierten Taktfertigung anpassen und benötigt insbesondere weniger Energie und Aufstellfläche. Die Erfindung ist unter anderem in der industriellen Reinigung im Maschinenbau, insbesondere bei der Herstellung von Automobilteilen, anwendbar.

Description

DAMPFERZEUGER UND ANLAGE ZUM DAMPFREINIGEN VON WERKSTÜCKEN
TECHNISCHES ANWENDUNGSGEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein das industrielle Reinigen von Werkstü- cken mittels eines DampfStrahls , sowie einen besonders dafür geeigneten Dampferzeuger. Sie betrifft insbesondere die Dampfreinigung von in Großserien gefertigten Bauteilen oder Baugruppen z.B. für die bzw. in der Automobilindustrie. Es kann sich dabei z.B. um spanabhebend bearbeitete Komponenten, wie z.B. Bauteile von Verbrennungsmotoren, Getrie- ben, oder sonstigen Maschinenbauteilen, insbesondere des Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs handeln. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Reinigen von Teilen für konventionelle Verbrennungsmotoren oder elektrische Antriebssysteme beschränkt, sondern ganz allgemein in der automatisierten Fertigung anwendbar. Das vorgeschlagene Dampfreinigungssystem ist sowohl zur Zwischenreinigung (vor einer nachfolgenden Arbeitsfolge), z.B. zum Abreinigen von MMS-Bearbeitungsrückständen, oder zur Entlastung eines nachfolgenden Endreinigers geeignet. Es ist, je nach Bauteiltyp und Reinigungsanforderung, auch zur eigentlichen Endreinigung verwendbar. STAND DER TECHNIK
Moderne Massenproduktion nutzt automatische Fertigungsstraßen, in welche ggf. ein Reinigungssystem zu integrieren ist. Besonders in der Automobilindustrie spielen Reinigungsprozesse hierbei eine entscheidende Rolle, da die Anforderungen an die Sauberkeit der Bauteile (Rest- schmutz, Partikelgröße etc.) grundsätzlich, und insbesondere für Motoren und Getriebe, entscheidend sind. Typisch werden z.B. Teile aus Metall spanend bearbeitet, wobei Schmiermittel eingesetzt werden und Späne bzw. Grate entstehen. Bevor solche Werkstücke weiter bearbeitet oder in Baugruppen montiert werden, müssen Verunreinigungen, etwa Reste des Kühlschmiermittels, entfernt werden.
In letzter Zeit hat sich u.a. die sog. Minimalmengenschmierung (MMS) zur spanenden Bearbeitung durchgesetzt. Aus der DE 10 2014 101 123 AI ist ein Verfahren und eine Anlage zum Reinigen eines Werkstücks aus Metall nach spanabhebender Bearbeitung unter MMS bekannt. Hierbei wird Reinigerkonzentrat aufgetragen und nach einer vorbestimmten Einwirkzeit wird die Oberfläche mit einem Dampfstrahl behandelt. Die Bauweise des Dampferzeugers ist nicht offenbart.
Ein weiteres Verfahren, speziell zur Reinigung von Werkstücken aus Metall nach spanabhebender Bearbeitung, ist aus der WO 2011/124 868 AI vorbekannt. Hierbei wird ein Dampfstrahl durch einen Luftdruckstrahl umhüllt. Der umhüllende Luftdruckmantel soll den Dampfstrahl vor Reibungsverlusten schützen und so dessen Wirksamkeit beim Entfetten erhöhen. Als Dampferzeuger wurde hier noch ein konventioneller Kessel- oder ein Durchlauf-Dampferzeuger vorgeschlagen. Konventionelle Dampfkessel sind träge, energetisch ineffizient und erfordern beachtlichen Bauraum.
US 6,299,076 Bl beschreibt ein Dampfreinigungssystem für Werkstücke, insbesondere für die Halbleiterindustrie. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs und zur Minderung des Leidenfrost-Phänomens wird an der inneren Oberfläche des Dampferzeugers eine poröse Beschichtung vorgesehen. Für die Dampfstrahl-Reinigung deutlich sinnvoller erscheint ein
Schnelldampferzeuger. Die DE 37 79 634 T2 bzw. EP 0 302 125 AI beschreibt einen Schnelldampferzeuger für diverse Haushaltsanwendungen, dieser ist jedoch nicht für industrielle Zecke ausgelegt.
Typischere Schnelldampferzeuger sind Zwangsdurchlaufkessel bzw. Durch- lauf-Wasserrohrkessel . Bei dieser Bauart wird ein Durchlauf des Wasser- /Dampfstroms durch eine von außen mit einem Gas- oder Ölbrenner beheizte spiralförmige Rohrschlange erzwungen. Durchlauf-Dampferzeuger sind nach dem Stone-Vapor- , dem Clayton- oder dem Sulzer- und Benson-Prinzip vorbekannt. Es existieren energieeffiziente Durchlauf-Wasserrohrkessel, z.B. mit mehrfach verschachtelten Rohrschlangen und Abgas-Wärme-
Rekuperation, die in ca. 3 Minuten nach Anfahren bereits Dampf bereitstellen können. Diese sind aufwendig und wartungsintensiv. Sie sind für kleinere Dampfmengen, wie sie die Dampfreinigung typischerweise erfordert bzw. für einen getakteten Betrieb im Takt einer Massenproduktion nicht optimal ausgelegt.
In der nachveröffentlichten DE 10 2016 107 840 AI ist eine Vorrichtung zum industriellen Dampfstrahl-Reinigen eines Werkstücks beschrieben. Diese umfasst einen Reinigungsbehälter, eine Halte- und Fördervorrichtung, welche das Werkstück halten, drehen sowie in den Reinigungsbehäl- ter hinein und wieder heraus fördern kann, mindestens eine im Reinigungsbehälter relativ zum Werkstück positionierbare Dampfdüse und einen Dampferzeuger. Als bevorzugt wird dabei ein Elektroden-Dampferzeuger beschrieben, der mit mineralhaltigem Wasser ausreichender Leitfähigkeit betrieben werden soll . Elektroden-Dampferzeuger enthalten gewöhnlich einen gewissen Wasservorrat und sind im Betrieb relativ träge, d.h. sie lassen sich nicht schnell anfahren bzw. abschalten. Dies ist jedoch für die fortgesetzte Reinigung von Werkstücken im Takt von wenigen Minuten oder kürzer unvorteilhaft, weil während des Förderns bzw. Wechsels der Werkstücke kein Dampf benötigt wird. Gleichwohl ist der Dampferzeuger auf Temperatur zu halten, was unnötig Energie verbraucht. Man kann dies in gewissem Maß ausgleichen, wenn der Dampferzeuger ein Puffervolumen hat und während der Fördertakte Dampf ansammelt. Dies bedingt aber eine voluminöse und aufwendige Bauart.
Bei fortschrittlichen Reinigungsverfahren wird je nach der Art der bei der Reinigung zu entfernenden Verschmutzung zudem wahlweise entweder Sattdampf oder Trockendampf verwendet. Für die Reinigung mit Trocken- dampf müssen sowohl Durchlauf-Wasserrohrkessel wie auch Elektroden- Dampferzeuger speziell ausgelegt werden. Sie müssen für gewöhnlich einen gewissen Wasservorrat enthalten und sind typischerweise mit einem zusätzlichen Überhitzer ausgerüstet. Auch dies ist aufwendig und erfordert wiederum zusätzlichen Energieaufwand und Bauraum. Unter Trockendampf (Engl, „dry steam") wird hier Dampf mit einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur verstanden, der jedoch gegenüber Sattdampf insbesondere nur leicht überhitzt wurde. Auch überkritischer Dampf (Engl, „superheated steam") wird vorliegend begrifflich von Trockendampf mit umfasst, ist jedoch reinigungstechnisch für Industriezwe- cke meist nicht erforderlich und energetisch wenig sinnvoll.
Ein energieeffizienter und kompakt bauender Dampferzeuger für allgemeine Industrieanwendungen wurde bereits in EP 1 380 795 AI vorgeschlagen. Dieser Dampferzeuger wäre wohl für Taktbetrieb geeignet, ist aber zur Erzeugung von Sattdampf d.h. nicht für Trockendampf ausgelegt. Als nächstliegender Stand der Technik wird hinsichtlich des vorgeschlagenen Dampferzeugers die Lehre aus US 8,132,545 B2 angesehen.
US 8,132,545 B2 beschreibt einen Dampferzeuger mit einem Mantel mit beheizbarer, zylindrischer Innenfläche und einer Heizvorrichtung zum Beheizen der Innenfläche. Eine Sprühdüse, welche mit einer Druckpumpe verbunden ist, sprüht Wasser auf die beheizte Innenfläche. Dieser
Dampferzeuger ist ausgelegt für Innendruck von über lObar und Temperaturen über 150°C. In einer Ausführungsform (FIG.4) ist ein zusätzlicher Heizstab als Hilfs-Heizeinheit im Innenraum des Mantels vorgesehen, um dem Dampf im Innenraum weitere Wärme zuzuführen. Ein derartiger Dampferzeuger ist dank Eindüsen von Wassertröpfchen energetisch effizienter und erlaubt im Prinzip auch das Erzeugen von Trockendampf anhand der Hilfs-Heizeinheit .
AUFGABENSTELLUNG
Eine grundsätzliche Zielsetzung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur industriellen Reinigung von Werkstücken zu schaffen, die sich an den zeitlichen Takt der Herstellung und an die Reinigungsaufga- be besser anpassen und/oder eine besonders kompakte Bauart bieten. Zudem soll der Energieverbrauch für die Dampferzeugung im Vergleich zu bekannten Dampferzeugern reduziert werden.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht mithin darin, einen geeigneten und gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Dampferzeuger zu schaffen. Dieser soll insbesondere zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reinigung von Werkstücken geeignet sein, geringen Bauraum erfordern und einen möglichst geringen Energieverbrauch haben.
Diese Aufgabe lösen unabhängig voneinander ein Dampferzeuger nach dem Hauptanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10. Ferner wird nach Anspruch 16 eine Verwendung zur automatisierten Industriereinigung vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen .
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine gattungsgemäße industrielle Reinigungsanlage umfasst zum Zwecke der Reinigung von Werkstücken mittels eines DampfStrahls, eine Reinigungskammer, die vorzugsweise gegen Austreten von Dampf dicht verschließbar ist, mindestens eine Dampfdüse in der Reinigungskammer, zum Beaufschlagen eines Werkstücks mit Dampf, wobei die Dampfdüse ortsfest oder positionierbar angeordnet sein kann, und mindestens einen Dampfer- zeuger, welcher die Dampfdüse mit Dampf versorgt. Ferner ist zur Automatisierung der Reinigungsanlage eine geeignete Handhabungsvorrichtung vorgesehen, anhand welcher das Werkstück und die mindestens eine Dampfdüse relativ zueinander positionierbar sind, um die gewünschten Bereiche des Werkstücks dem en Reinigungsprozess zu unterwerfen. Erfindungsgemäß wird eine besondere Gestaltung des Dampferzeugers vorgeschlagen. Diese zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass: - der Dampferzeuger ein beheizbares mantelartiges Kernelement aufweist, welches eine beheizbare, vorzugsweise zylindrische, Innenfläche aus wärmeleitendem Material hat, und mit mindestens einer am Kernelement, insbesondere an dessen Außenseite, angebrachte Heizvorrichtung zum Be- heizen der Innenfläche ausgerüstet ist, und
- der Dampferzeuger mindestens eine Sprühdüse umfasst, welche auf die beheizbare Innenfläche gerichtet ist, um Wasser dosiert auf diese Innenfläche zu sprühen. Die Sprühdüse (n) ist/sind mit einem Wasserzufluss verbunden und dem Kern ist ein Dampfauslass zugeordnet zur Abgabe des erzeugten Dampfes.
Diese Bauweise erlaubt es, gezielt steuerbar nur die Menge an Wasser einzudüsen und zu verdampfen, die bestimmungsgemäß für den Dampfreini- gungsprozess benötigt wird - ohne die Qualität der Reinigung zu beeinträchtigen. Dies erlaubt beträchtliche Energie- und auch Wassereinspa- rungen, da unnötige Dampferzeugung unterbleibt. Da u.a. Wasser- Puffervolumen gänzlich entfallen, ergibt sich eine erhebliche Reduzierung des erforderlichen Bauraums. Aufgrund der entsprechend dosierten Wasserzugabe wird eine schnellere bzw. weniger träge Dampferzeugung ermöglicht, was wiederum eine bessere Integration in moderne, hochflexib- le Fertigungsanlagen eröffnet.
Der Dampferzeuger der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält also keinen Vorrat an flüssigem Wasser, sondern lediglich eine beheizte Innenfläche, an der in geringen Mengen aufgesprühtes Wasser in kurzer Zeit verdampft. Dadurch ist ein rasches Einschalten bzw. Abschalten im Takt der Fertigungslinie möglich. Der Dampferzeuger ist zudem äußerst kompakt.
Eine bevorzugt zylindrische Form des beheizbaren Kerns und ggf. auch des Behälters ermöglicht eine raumsparende Eingliederung in die Reinigungsvorrichtung, in Form einer oder mehrerer „Dampfpatronen" .
Weiterhin zeichnet sich der erfindungsgemäße Dampferzeuger dadurch aus, dass stromaufwärts des Dampfauslass, vorzugsweise im Inneren des Dampferzeugerbehälters eine weitere Zusatz-Heizvorrichtung vorhanden ist, welche zur Nacherhitzung von erzeugtem Dampf durchströmt werden kann. Durch wahlweises zu- oder abschalten der Zusatz-Heizvorrichtung kann der Dampferzeuger sowohl Trockendampf als auch Sattdampf erzeugen. Die Zusatz-Heizvorrichtung, kann vom Dampf durchströmt werden, bevor dieser den Dampferzeuger verlässt. So kann der erzeugte Sattdampf zu Trockendampf überhitzt werden. Durch die Anordnung der Zusatz-Heizvorrichtung zumindest teilweise, bevorzugt vollständig im Behälter, insbesondere im Hohlraum des Kerns, wird der Strömungsweg des Dampfs im Vergleich zu einem externen Überhitzer verkürzt und eine besondere thermische Isolierung der weiteren Heizvorrichtung unnötig. Auch dies begünstigt eine kompakte Bauweise und spart Energie zum Nacherhitzen des Dampfes .
Der erfindungsgemäße Dampferzeuger ist für die Erzeugung von Trockendampf geeignet. Er kann mit geringem Mehraufwand bedarfsweise sowohl Sattdampf als auch Trockendampf zur Verfügung stellen. Vorteilhaft ist die zusätzliche Heizvorrichtung zur Nacherhitzung in der Achse des zylindrischen Behälters am Dampfauslass angeordnet.
Die Zusatz-Heizvorrichtung kann insbesondere einen beheizbaren Körper mit einem sekundären Hohlraum aufweisen, der zum Nacherhitzen von stromaufwärts in einem primären Hohlraum des Kerns erzeugtem Dampf durchströmt wird um diesen zu Trockendampf zu erhitzen. Der sekundäre
Hohlraum ist eingangsseitig über eine Durchlassöffnung mit dem primären Hohlraum des Kerns und ausgangsseitig mit dem Dampfauslass verbunden. Die Durchlassöffnung kann radial oder axial in Bezug auf eine Hauptachse des Kerns angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst oder bildet die Durchlassöffnung eine Querschnittsverengung, die eine Druckdifferenz bewirkt, insbesondere mit im sekundären Hohlraum der Zusatz-Heizvorrichtung geringerem Druck, als im primären Hohlraum im Inneren des Kerns. Dadurch wird ein Abströmen von Wasser-Nebel in Flüssigphase vermieden und zu- dem, dank des geringeren Drucks im Nacherhitzer, der Energiebedarf für die Nacherhitzung zu Trockendampf reduziert. Die Querschnittsverengung kann in jeder für einen Druckabfall geeigneten Bauweise erfolgen, z.B. als Drossel, Blende, Bohrung, Düse, usw.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die primäre Heizvorrichtung ein steuerbares elektrisches Heizelement und die Zusatz-Heizvorrichtung hat mindestens ein separat steuerbares elektrisches Heizelement. Dies erlaubt weitere Energieeinsparung und bedarfsweise sowohl Sattdampf- als auch Trockendampf-Erzeugung, z.B. unter Abschaltung der Nacherhitzung .
In einer weiteren Ausführungsform kann zur selektiven Dosierung an jedem Dampferzeuger ein Dosierventil vorgesehen sein, um den Dampferzeuger dosiert oder auch z.B. impulsartig zu betrieben. So kann jeder Dampferzeuger einzeln betrieben werden, was es erlaubt, die Dampferzeu- gungs-Leistung stufenweise einzustellen oder durch Redundanz auch die Wartung im laufenden Betrieb gestattet. Mehrere baugleiche Dampferzeuger können als Batterie parallel dosiert betrieben werden. In einer kompakten Ausführungsform ist der Dampferzeugerbehälter im Wesentlichen zylindrisch mit einem innenliegenden Kern mit einem Hohlraum, z.B. einem Hohlzylinder als beheizbarem Mantel, ausgeführt, welcher stirnseitig druckdicht verschlossen ist. Dabei ist vorzugsweise zwischen dem innenliegenden Kern und einem Außenmantel des Dampferzeu- gerbehälters eine Wärmeisolierung vorgesehen. Vorteilhaft sind Wasser- zufluss und Dampfauslass an gegenüberliegenden Stirnflächen des zylindrischen Dampferzeugers angeordnet, besonders bevorzugt in der Achse des Zylinders. Dadurch wird unter anderem eine kompakte Eingliederung des Dampferzeugers in die erfindungsgemäße Vorrichtung gefördert. Die Sprühdüse kann eine zur Zylinderachse des Kerns bzw. Mantels koaxial ausgerichtete Spritzcharakteristik aufweisen. Der Dampferzeugerbehälter ist vorzugsweise in Montagestellung mit seiner Zylinderachse senkrecht ausgerichtet. Die Spritzcharakteristik kann z.B. eine Hohlkegel - Spritzcharakteristik sein um die eingedüsten Wassertröpfchen möglichst großflächig auf der Innenfläche zu verteilen. Durch eine senkrechte Ausrichtung wird ein Herablaufen noch nicht verdampfter Flüssigkeit an der Innenfläche erzielt, was eine vollständige Verdampfung unterstützt.
Es kommt insbesondere auch eine Nebeldüse (auch Zerstäuberdüsen oder Vernebelungsdüsen genannt) als Sprühdüse in Betracht. Nebeldüsen zerstäuben das Wasser in feinste Tropfen mit großer spezifischer Oberfläche. Bei solchen Düsen ist die Spritzcharakteristik von untergeordneter Bedeutung, da z.B. eine Verteilung des Nebels durch Konvektion im primären Hohlraum des Kerns erfolgen kann. Wie die Sprühdüse ist auch die weitere Heizvorrichtung vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf bzw. in der Achse des zylindrischen Dampferzeugerbehälters angeordnet. Ungeachtet dessen ist die Heizvorrichtung zur Nacherhitzung bevorzugt am Dampfauslass vorgesehen, und mündet insbesondere unmittelbar in den Dampfauslass. Für eine besonders kompakte Bauart ist dabei die Zusatz-Heizvorrichtung zumindest zu einem überwiegenden Anteil ihrer Baulänge axial im inneren Hohlraum des Kerns aufgenommen. Vorzugsweise ist der beheizbare Körper der Zusatz- Heizvorrichtung (Nacherhitzer) vollständig im inneren Hohlraum des Kerns aufgenommen. Dies erlaubt weiter Energieeinsparung, da der Körper im ohnehin beheizten Kern angeordnet ist und Wärmeverluste der Nacherhitzung minimiert werden.
Die Anlage umfasst bevorzugt, eine stromaufwärts des Wasserzufluss an- geordnete Pumpe, welche die Sprühdüse mit einen zum Eindüsen geeigneten Speisewasserdruck beaufschlagt. Der Speisewasserdruck kann vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 bar (atm) , insbesondere im Bereich von 2 bis 9 bar (atm) liegen.
Der Speisedruck der Sprühdüse sollte den im primären Hohlraum des Kerns gewünschten Betriebsdruck bei der Dampferzeugung überschreiten, dieser kann z.B. zwischen 3-6bar (atm) liegen, z.B. bei etwa 4bar.
Vorteilhaft umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Anlage eine Steuereinheit, welche zumindest die Relativbewegung zwischen Werkstück und Dampfdüse sowie den Betrieb des Dampferzeugers, insbesondere der Dampfdüse bzw. des Dosierventils für die Dampfdüse, aufeinander abgestimmt steuert. Das bedeutet beispielsweise, dass die Dampferzeugung während des Zubringens und Entnehmen eines Werkstücks unterbrochen werden kann, weil dann keine Reinigung stattfindet und kein Dampf benötigt wird. Es ist auch möglich, die Dampfzufuhr zu unterbrechen oder zu mo- difizieren, wenn dies während der Relativbewegung des Werkstücks in der Reinigungskammer vorteilhaft ist, beispielsweise wenn der Dampfstrahl das Werkstück mehrfach in einer Richtung abtastet oder Bereiche unterschiedlich stark verschmutz sind und z.B. wahlweise mit Sattdampf oder Trockendampf und/oder mit unterschiedlichen Dampfmengen beaufschlagt werden sollen.
Die Steuereinheit kann bevorzugt auch die Zufuhr elektrischer Energie in Heizelemente der primären Heizvorrichtung, z.B. in Heizleiter auf der Außenseite des Behälters des Dampferzeugers, so steuern, dass sie auf die in den Dampferzeuger eingespeiste Wassermenge und/oder die ab- gegebene Dampfmenge abgestimmt ist. Entsprechendes gilt auch für die separate steuerbare Zusatz-Heizvorrichtung.
Ebenfalls vorteilhaft ist die Vorrichtung so ausgestattet, dass der Dampferzeuger impulsartig Dampf abgeben kann. Beispielsweise kann dies durch An- und Abschalten des Wasserzuflusses und/oder eines Ventils am Dampfauslass geschehen. Impulsartig bedeutet hier eine Änderung des
Dampfflusses von etwa 0 auf einem Maximalwert innerhalb von 0,1-10 Se- künden. Auch diese Funktionen können von der Steuereinheit in Abstimmung mit den anderen Fertigungsschritten gesteuert werden.
Bevorzugt ist zur impulsartigen bzw. getakteten Dampfabgäbe ein gesteuertes Dosierventil in der Zufuhrleitung unmittelbar stromaufwärts an der bzw. den Dampfdüse (n) vorgesehen.
Besonders bevorzugt erweist sich eine Sprühdüse mit Hohlkegelcharakteristik und/oder mit einer Düsengeometrie die bei Düsenvordruck ^ 10 bar einen Volumenstrom <0,2 1/min, vorzugsweise <0,15 1/min gewährleistet, um den Wasser- und Energieverbrauch weiter zu optimieren. Wenn größere Dampfmengen erforderlich sind können eine entsprechende Anzahl baugleicher Dampferzeuger.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anlage daher mehrere gleiche Dampferzeuger der oben beschriebenen Art. Die Dampferzeuger können modular als „Dampfpatrone" eingesetzt werden und z.B. gruppenweise in Form einer oder mehrerer Batterien mit beispielsweise jeweils 2, 3, 4 oder 6 Exemplaren baugleicher Dampfpatronen in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingegliedert sein.
Diese Ausführungsform bietet eine Reihe weiterer Vorteile. Zunächst können die einzelnen Dampferzeuger kleiner ausgeführt werden. Damit sind sie auch bei geringerer Materialstärke hinreichend druckfest und daher in Summe kostengünstiger herstellbar. Auch sind sie leichter in eine kompakt aufgebaute Reinigungsvorrichtung eingliederbar, weil ihre geometrische Anordnung den gegebenen Verhältnissen angepasst werden kann. Durch individuelle Steuerung der einzelnen Dampferzeuger oder auch einzelner Batterien kann man die Vorrichtung auch flexibel auf sich ändernde Dampfanforderung während der Reinigung einstellen.
Schließlich können Reinigungsvorrichtungen unterschiedlicher Größe mit einer wirtschaftlicher herstellbaren einheitlichen Ausführungsform des Dampferzeugers ausgerüstet werden, wenn diese je nach Größe der Vor- richtung in unterschiedlicher Anzahl vorgesehen wird.
Wasserzufluss und/oder Dampfauslass können für jeweils eine Batterie oder auch für alle Dampferzeuger gemeinsam ausgeführt und gesteuert werden. Es kann z.B. ein elektrisch oder pneumatisch steuerbares Zufuhr-Sperrventil stromaufwärts des Wasserzufluss und ein elektrisch o- der pneumatisch steuerbares Auslass-Sperrventil stromabwärts vom Dampfauslass vorgesehen sein. Es können aber auch zusätzlich oder alternativ für jeden Dampferzeuger einzeln steuerbare (Dosier-) Ventile, insbeson- dere für den Wasserzufluss vorgesehen sein. Die Steuereinheit kann zur Dosierung der Dampferzeugung insbesondere das Zufuhr-Sperrventil, die Dosierventile und/oder das Auslass-Sperrventil abgestimmt steuern.
In einer Ausführungsform entsprechend der Bauweise nach DE 10 2016 107 840.9 kann die Reinigungskammer als verschließbarer Reinigungsbehälter ausgeführt sein. Dabei kann die Handhabungsvorrichtung eine werkstückspezifische Halte- und Fördervorrichtung sein, welche das Werkstück halten, in den Reinigungsbehälter hinein und wieder heraus fördern, und relativ zur Dampfdüse verfahren kann. Alternativ kann hierzu ein uni- verseil für unterschiedliche Werkstücke verwendbare Industrieroboter, z.B. ein Gelenkarmroboter vorgesehen sein. In beiden Fällen kann die Handhabungsvorrichtung vorzugsweise einen druckdichten Verschluss des Reinigungsbehälters aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform kann in der Reinigungskammer ein Industrieroboter mit mindestens vier Freiheitsgraden vorgesehen sein, an welchem die Dampfdüse angeordnet ist um diese relativ zum Werkstück zu verfahren. Das Werkstück kann dabei während der Reinigung ortsfest oder auch durch eine zweite Handhabungsvorrichtung positionierbar gehalten sein. Gemäß der Erfindung wird ein Dampferzeuger vorgeschlagen, der insbesondere aber nicht ausschließlich für eine Vorrichtung bzw. Anlage nach einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele geeignet ist, d.h. zur Verwendung in jeglicher Art von Reinigungsvorrichtung bestimmt ist.
Der erfindungsgemäße Dampferzeuger umfasst in einfachster Ausführungs- form einen von außen beheizbaren Kern, z.B. einen Hohlzylinder, welcher druckdicht verschlossen oder in einem druckdichten Dampferzeugerbehäl- ter angeordnet ist, eine im Inneren des Kerns bzw. Hohlzylinders angeordneten Sprüh- bzw. Spritzdüse, welche mit einem vorzugsweise durch eine Stirnfläche geführten Wasserzufluss verbunden ist, sowie einen Dampfauslass . Erfindungsgemäß ist die Sprüh- bzw. Spritzdüse auf die beheizbare Innenfläche des Kerns gerichtet, sodass Wasser dosiert auf diese Innenfläche gesprüht werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Dampferzeuger in einer patronenartigen Bauweise:
-einen beheizbaren druckdichten Kern aus wärmeleitendem Material mit einem inneren Hohlraum,
-eine Heizvorrichtung zum Beheizen des Kerns, insbesondere von außen, -einen Wasserzufluss, der durch eine Stirnfläche geführt ist, -eine axial zum Kern bzw. Hohlzylinder angeordnete Sprühdüse, vorzugsweise mit Hohlkegelcharakteristik, welche Wasser auf eine Innenfläche des Kerns richtet, sowie
-einen Dampfauslass zur Abgabe des erzeugten Dampfes an einen Reini- gungsprozess .
Vorteilhaft ist der Dampfauslass an der den Wasserzufluss gegenüberliegenden Stirnseite des Kerns bzw. Hohlzylinders, bevorzugt in der Achse des Kerns bzw. Hohlzylinders, angeordnet. Der Dampferzeuger kann die weiter oben als bevorzugt bereits erläuterten Merkmale aufweisen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist z.B. eine weitere Heizvorrichtung, insbesondere axial an der Innenfläche der dem Wasserzu- fluss gegenüberliegenden Stirnseite, so angebracht ist, dass diese zum Nacherhitzen von im z.B. hohlzylindrischen Kern erzeugtem Dampf durchströmt wird, bevor dieser den Dampfauslass erreicht.
Die Heizung des druckdichten Kerns bzw. Hohlzylinders (primäre Heizvorrichtung) kann auf jede bekannte Art erfolgen, beispielsweise durch einen fluiden Wärmeträger, der durch einen entsprechenden Mantel mit Zu- und Ableitung geführt wird. Zweckmäßig und bevorzugt ist eine elektrische Heizung, beispielsweise in Form eines Widerstandsdrahts bzw. Heizleiters. Dieser Widerstandsdraht oder Heizleiter kann in zweckmäßiger Form, beispielsweise als Spiralwicklung unter elektrischer Isolierung auf der äußeren Mantelfläche des Kerns wärmeleitend anliegen. Die elektrische Heizung kann so gestaltet sein, dass die von ihr abgegebene Wärmeleistung durch eine Steuereinheit beeinflusst werden kann. Dabei können die primäre Heizvorrichtung, und vorzugsweise auch die weitere sekundäre Heizvorrichtung, jeweils mindestens ein separat steuerbares elektrisches Heizelement, aufweisen. Die primäre Heizvorrichtung um- fasst bevorzugt einen oder mehrere Heizleiter die umfänglich und axial verteilt wärmeleitend an der Außenseite des Kerns angebracht sind. Die Zusatz-Heizvorrichtung kann z.B. mehrere um die Achse verteilte Heizpatronen oder einen umlaufenden Heizleiter umfassen.
Es kann dabei eine einzige Sprühdüse in der Achse des Kerns angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist eine Düse mit symmetrischer Sprühcharakteristik, insbesondere mit Hohlkegelcharakteristik. Dadurch ist der Sprühstrahl rotationssymmetrisch auf die Innenseite des beheizbaren Kerns gerichtet und die gesamte Innenfläche des Kerns stromabwärts von der Auftreffstelle des Sprühstrahls steht für den Wärmeübergang zur Verfügung. Je nach erforderlicher Dampfmenge können auch mehrere Sprühdüsen rotationssymmetrisch um die Zylinderachse verteilt sein, um auch bei größeren Volumenströmen ein möglichst geringe Tröpfchengröße zu erhalten .
Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Dampferzeuger Mittel zur Steuerung des Wasserzuflusses und des Dampfstroms, beispielsweise Ventile. Zweckmäßig sind diese Ventile durch elektrische Signale, bei- spielsweise aus einer Steuereinheit, einstellbar.
Der Kern des erfindungsgemäßen Dampferzeugers wird zweckmäßig aus einem wärmeleitenden und korrosionsfesten Material ausgeführt, beispielsweise Edelstahl .
Nach außen wird die elektrische Heizung des Kerns zweckmäßig so ther- misch isoliert, dass keine unwirtschaftlichen Wärmeverluste auftreten. Hierzu können bekannte Isolationsmaterialien eingesetzt werden, wie Glaswolle, anorganische poröse Materialien, elastische und plastische, ggf. aushärtende thermisch stabile Polymerschäume. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Conti Thermo Protect® (ContiTech AG, Hannover) . Auch ein über dem Heizleiter angeordneter innen verspiegelter und ggf. durch einen Luftspalt vom Heizleiter isolierter Mantel, beispielsweise aus Stahlblech, unterstützt die thermische Isolierung.
Zwischen der einer derartigen Wärmeisolierung und dem Kern ist bevorzugt ein thermisch reflektierenden Innenmantel, z.B. mit Verspiegelung zur Reflexion von Wärmestrahlung vorgesehen.
Ferner gehört zur Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken mit einem Dampfstrahl, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mittels einem Dampferzeuger wie oben beschrieben ausgeführt wird.
Dieses Verfahren kann das Zubringen, die Relativbewegung des Werkstücks und der mindestens einen Dampfdüse, das Einschalten des DampfStrahls, ggf. das Steuern des DampfStrahls entsprechend der Positionierung von Werkstück zu Dampfdüse, und das Entnehmen des Werkstücks der Reinigungskammer umfassen. Dabei wird die Dampferzeugung anhand des erfindungsgemäßen Dampferzeugers sowie die Werkstückförderung und/oder Rela- tivbewegung zu der/den Dampfdüsen vorzugsweise aufeinander abgestimmt gesteuert. Vorteilhaft kann dabei der Dampfstrahl impulsartig nur während der Zeitdauer des Reinigungsvorgangs erzeugt und während der För- derung des Werkstücks in den Reinigungsbehälter hinein und aus diesem heraus sowie bei Stillstand der Vorrichtung abgeschaltet. Bereits hierdurch ergibt sich eine beträchtliche weitere Einsparung an Energie. Der erfindungsgemäße Dampferzeuger ist aufgrund der bedarfsweise dosierten Zufuhr von Wasser und geringer Massenverhältnisse für solche getakteten Betriebsarten besonders geeignet.
Vorteilhaft wird dabei die dem Dampferzeuger zugeführte Heizleistung zeitlich entsprechend dem der Dampfdüse in der Reinigungsvorrichtung zugeführten Dampfström geschaltet. Hierdurch erreicht man neben der of- fensichtlichen Energieeinsparung, dass die Reinigung und der gleichmäßigen Bedingungen erfolgt und dadurch zu besseren Ergebnissen führt.
Andererseits kann während eines Reinigungstaktes das Werkstück unterschiedlich zu der/den Dampfdüsen positioniert bzw. verfahren werden und dabei durch gesteuerte Veränderung der Heizleistung und/oder veränderte Stellung eines Ventils am Dampfauslass je nach den Eigenschaften der gerade behandelten Stelle am Werkstück, wie Verschmutzungsgrad oder Oberflächenform, die Reinigungswirkung anzupassen. In einem Anlernvorgang zur serienreifen Taktfertigung kann so aufgrund des beobachteten Reinigungsergebnisses ein ggf. vorhandenes Steuergerät entsprechend eingestellt werden.
Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt insbesondere bei der Reinigung von Werkstücken während der Herstellung, vorzugsweise vor der Weiterverarbeitung nach spanender Verformung. Die Vorrichtung lässt sich leicht in Fertigungsstraßen mit vorgegebenem Takt eingliedern. Insbesondere eignet sich die Erfindung zur Anwendung im Maschinenbau, speziell für Automobil-Bauteile, besonders bevorzugt bei der Herstellung von Antriebs- und Getriebekomponenten für Automobile und andere Kraftfahrzeuge. Auch für die Dampfreinigung von Karosserie-Teilen ist die Anlage bzw. das Verfahren vorteilhaft. Der erfindungsgemäßen Dampferzeuger kann einen Wirkungsgrad >95% erzielen. Weitere Vorteile der Erfindung sind ein im Vergleich zu üblichen Anlagen verminderter Raum- und AufStellflächenbedarf, gute Reinigungsergebnisse auch bei unterschiedlichen Bauteilen, weil Positionierung der Dampfdüsen zum Werkstück sowie die Beaufschlagung mit Dampf rasch und flexibel an das Werkstück angepasst werden können, und schließlich ein erheblich verminderter Energieverbrauch. Vergleichsversuche mit einen herkömmlichen Dampferzeuger zeigten eine Einsparung allein in der elektrischen Leistungsaufnahme von mindestens 25%. KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
Weiterbildende Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - näher erläutert. Hierbei zeigen: FIG.1A: eine einzelne Dampferzeuger-Einheit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Längsschnitt;
FIG.1B: die Dampferzeuger-Einheit aus FIG.1A in Explosionsdarstellung;
FIG. IC: eine weitere erfindungsgemäße Dampferzeuger-Einheit im Querschnitt;
FIG.2: eine Dampferzeuger-Batterie in Perspektivansicht mit zwei Einheiten nach FIG.l und zugehöriger Leitungs- und Ventiltechnik;
FIG.3: ein vereinfachtes Fließbild einer industriellen Reinigungsanlage mit einer Dampferzeuger-Batterie nach FIG.2; und FIG. : ein vereinfachtes Rohleitungs- und Instrumentenfließ-Schema einer Dampferzeuger-Batterie mit erfindungsgemäßen Dampferzeuger- Einheiten .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In FIG.1A ist ein Dampferzeuger 1 im Längsschnitt waagerecht darge- stellt, in der Praxis wird aber eine senkrechte Anordnung der Hohlzylinderachse bevorzugt. Der Dampferzeuger 1 umfasst in seinem Inneren einen hohlzylinderartigen Mantel, der im Wesentlichen aus einem speziellen Kern 2, einer ersten Stirnseite 3 und einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Stirnseite 4 besteht. Die Stirnseiten 3, 4 sind flanschartig ausgeführt und verschließen den Kern 2 druckdicht. In der Achse der ersten Stirnseite 3 ist ein Wasserzufluss 5 angebracht, der eine Hohlkegel-Sprühdüse 6 speist, wobei hier die Begriffe Einspritzdüse, Spritz- und Sprühdüse gleichbedeutend sind. Dosiert durch den Was- serzufluss 5 in die Hohlkegel-Sprühdüse 6 einfließendes Wasser wird zu einem hohlkegelförmigen Sprühstrahl 7 versprüht, der auf die Innenfläche des Kern 2 auftrifft. Der Speisewasserdruck liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 2 bis 9 bar (atm) . Düsengeometrie, insbesondere Strahlwinkel und Düsenquerschnitt der Einspritzdüse 6 sind so gewählt, dass ein geringer Wasserverbrauch, z.B. von <0,15 1/min erzielt werden kann. Da der Kern 2 durch einen oder mehrere elektrische Heizleiter 8 aufgeheizt wird, verdampft Wasser des Sprühstrahls 7, beim Aufprall bzw. während es an der Innenfläche des Kerns 2 nach unten fließt und wandelt sich in Sattdampf um, dessen Strömung durch die Pfeile 13 bezeichnet ist. Es können mehrere Heizleiter 8, jeweils mit ca. 1,2-3, 6kW Leistung, z.B. in Doppelspirale als primäre Heizvorrichtung außen am Kern 2 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind Aufnahmenuten für die Heizleiter 8 an der Außenseite des Kerns 2 vorgesehen (FIG.1B) .
In der Achse des Kerns 2 ist eine weitere Heizvorrichtung 10 angeord- net, z.B. ein beheizten Hohlzylinder mit ca. 4 bis 8 koaxial um dessen Achse verteilten Heizpatronen 10B, jeweils z.B. mit 500W elektrischer Leistung. Die Leistung der Heizpatronen 10B der zusätzlichen Heizvorrichtung 10 wird separat von der primären Heizvorrichtung mit den Heizleitern 8 gesteuert und durch hier nicht gezeigte elektrische Anschlüs- se mit Energie versorgt. Die Zusatz-Heizvorrichtung 10 erlaubt es, wahlweise auch Trockendampf (überhitzten Dampf) zu erzeugen. Die Heizvorrichtung 10 weist einen Körper 10A mit einer axialen Bohrung 11 auf, die mit dem Dampfauslass 9 an der zweiten Stirnfläche 4 verbunden ist. So kann der am beheizten Kern 2 erzeugte Sattdampf 13 durch eine oder mehrere Durchlassöffnungen 12 in die Bohrung 11 im Körper 10A der weiteren Heizvorrichtung 10 einströmen und von dort weiter zum Dampfaus- lass 9, von wo der Dampf über ein Ventil zu einer oder mehreren Dampfdüsen (FIG.3) in eine Reinigungskammer geleitet wird. Wird der Heizvorrichtung 10 Energie zugeführt, dann wird der Sattdampf 13 im Sinne ei- ner Nacherhitzung weiter aufgeheizt und verlässt als Trockendampf 14 den Dampfauslass 9. Die Heizpatronen 10B der Heizvorrichtung 10 sind ggf. einzeln ansteuerbar, um die Dampfparameter präzise einstellen zu können .
Die Heizpatronen 10B können z.B. jeweils in einer entsprechenden, zur Stirnseite 4 offenen Axialbohrung um die Bohrung 11 im Körper 10A verteilt angebracht werden und werden wärmeleitend mit dem Körper 10A verbunden, z.B. indem die Heizpatronen 10B kraftschlüssig im Körper 10A angebracht werden.
FIG.1B veranschaulicht die bevorzugte kompakte, axial ineinander ver- schachtelte Bauweise des Dampferzeugers 1 nach FIG.1A, in Form einer Dampfpatrone . FIG.1B bezeichnet baugleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie FIG.1A. Der mantelartige Kern 2 ist ein speziell gefertigtes, einteiliges Formstück aus Edelstahl mit zylindrischer Innenfläche (FIG.1A) und stirnseitigen Abschlussflanschen, zur druckdichten Verbindung mit Flanschelementen der Stirnseiten 3, 4. An der Außenseite sind spiralig umlau- fende Aufnahmenuten für z.B. bandartige Heizleiter 8 eingebracht. Der Kern 2 ist dabei, wie FIG.1A-1B zeigen ähnlich einem Hohlzylinder mit einer zylindrischen Innenfläche 2A ausgeführt und soll eine möglichst geringe Masse haben.
Zwischen dem thermisch reflektierenden Innenmantel 16 und dem Abstand- halter 19 an dem das Isoliermaterial 15 aufgebracht ist, kann ggf. weitere Isolierung vorgesehen sein. Die Stirnseiten 3, 4 haben einen flanschartigen Aufbau aus Einzelteilen, welche an den Stirnflanschen des Kerns 2 abdichten, diese thermisch isolieren und zugleich den Innenmantel 16 und den Außenmantel 18 koaxial und fest mit dem Kern 2 verbinden. Die Zusatz-Heizvorrichtung 10 wird koaxial im Innenraum des Kerns 2 aufgenommen (FIG.1A) und belässt einen zylindrischen, umlaufenden Freiraum hierzu um eine maximale Verdampfungsfläche an der Innenfläche des Kerns 2 zu erhalten. Baulänge und Durchmesser des Kerns 2 sind auf die Geometrie, insbesondere den Sprühkegelwinkel, der Ein- spritzdüse 6 abgestimmt. Die in FIG.1A-1B veranschaulichte patronenartige Bauweise vereinfacht u.a. Wartung, wie z.B. den Austausch der Einspritzdüse 6.
Die Verspiegelung am Innenmantel 16 reduziert Verluste durch Wärmestrahlung. Zwischen diesem Innenmantel 16 und der Außenfläche des Kerns 2 ist als zusätzliche Isolierung ein mantelförmig umlaufender Luftspalt 17 vorgesehen. Anstelle des Luftspalts 17 kann hier mit entsprechendem Mehraufwand ein Vakuum bzw. Unterdruck nach dem Prinzip des Dewar-Gefäß (Engl. Dewar flask) vorgesehen sein, dies erschwert jedoch Aufbau und Wartung . Eine bevorzugte Weiterbildung eines Dampferzeugers 1 Λ nach dem Prinzip aus FIG.1A-1B ist in FIG. IC im Querschnitt dargestellt. Der Dampferzeuger 1 Λ unterscheidet sich vor allem dadurch, dass eine Durchlassöffnung 12, hier genau eine, im Körper 10A des Nacherhitzers 10 koaxial vorgesehen ist, nämlich an der Seite der Sprühdüse 6. Die Durchlassöffnung 12 führt vom primären Hohlraum 2B in den sekundären Hohlraum 11, z.B. eine Bohrung im Körper 10A. Auch diese Durchlassöffnung 12 bewirkt eine Druckdifferenz, mit geringerem Druck im sekundären Hohlraum 11, z.B. 3,5bar, gegenüber dem Betriebsdruck im primären Hohlraum 2B des Kerns 2, z.B. ca. 4bar. Die Querschnittsverengung der Durchlassöffnung 12 vermeidet ein Abströmen von nicht verdampftem Wassernebel. Durch eine Entspannung des Dampfes bzw. Reduzierung des Drucks im sekundären Hohlraum 11 kann zudem mit geringerer Energiezufuhr Trockendampf 14 bereit- gestellt werden. An der bzw. als axiale Durchlassöffnung 12 kann zur Erzeugung einer vorbestimmten Druckminderung z.B. eine Düse 12A oder anderes Bauteil wie eine Drossel, Blende oder dgl . vorgesehen sein, z.B. in einer axialen Gewindebohrung stirnseitig am Körper 10A. Weiterhin zeigt FIG. IC einen von zwei Halteringen 16A aus wenig wärmeleiten- dem Material, mit welchem der verspiegelte Innenmantel 16 stirnseitig im Punktkontakt auf Abstand gegenüber der Innenfläche 2A des Kerns 2 gehalten wird. Jeder Haltering kann z.B. stirnseitig auf den Kern 2 aufgeschraubt sein. Zusätzlich zur Isolierung 15 innen am Außenmantel 18 ist gemäß FIG. IC zur Wärmedämmung eine äußere Isolierung 15A vorge- sehen, mit welcher der Außenmantel 18 umgeben ist.
Sonstige Einzelheiten aus FIG. IC stimmen mit FIG.1A-1B überein, z.B. die hohlzylindrische Innenfläche 2A des Kerns 2 und die kreiszylindrische Form des Innenmantels 16 und Außenmantels 18. Ferner zeigt z.B. FIG. IC auch die umfängliche, symmetrische Verteilung der Heizpatronen 10B, hier z.B. sechs Stück, im Körper 10A und die Gestaltung des Körpers 10A als Rotationskörper im Querschnitt, mit äußeren Vertiefungen zur Vergrößerung der nach Außen zum primären Hohlraum 2B wirksamen Wärmeübertragung und Reduzierung der Masse des Körpers 10A. Die Außenseite des Körpers 10A kann konisch zur Düse 6 hin zulaufen und liegt jeden- falls im Abstand zur Innenfläche 2A des Kerns 2. Durch das vollständige, hier koaxiale, Aufnehmen des Nacherhitzers 10 in den inneren Hohlraum 2B des Kerns 2 wird der Energiebedarf weiter reduziert. Zudem kann der primäre Hohlraum 2B, dank der Druckminderung durch die Durchlassöffnung 12, einen gewissen Dampfpuffer bilden, sodass Trockendampf 14 bedarfsweise erzeugt wird, wenn eine Abnahme am Dampfauslass 9 stattfindet. Die austauschbaren Heizpatronen 10B können als „aufklappende" im Querschnitt C-förmige Heizelemente in axiale Bohrung von der Stirnseite 4 eingeführt bzw. eingepresst sein, um fest und flächig am Körper 10A anzuliegen, wie in FIG. IC schematisch angedeutet. FIG.2 zeigt eine Dampferzeuger-Batterie 20, mit zwei oder vier Dampfpatronen bzw. Dampferzeugern 1, z.B. mit je mit ca. 4-6kW Heizleistung, in der Bauweise nach FIG.1A-1B. Die modulare Dampferzeuger-Batterie 20 nach FIG.2 kann ca. 18-20 kg/h Nassdampf bei nominal ca. 2-4bar Betriebsdruck erzeugen und ggf. mehrfach in paralleler Anordnung vorgese- hen werden. Bei Impulsbetrieb kann Dampf bei einem Maximaldruck von >10 bar abgegeben werden. Eingangsseitig sind die Wasserzuflüsse der Dampferzeuger-Einheiten 1 über einen gemeinsamen Speisewasser-Verteiler 22 mit einem pneumatisch/elektrisch steuerbaren Dosier-/Absperr-Ventil 23 für die dosierte Beaufschlagung mit Speisewasser verbunden. Der Speisewasser-Verteiler 22 gewährleistet einen gleichmäßigen Speisedruck an den Sprühdüsen 6 (FIG.l) der beiden Dampferzeuger 1. Eine Entlüftung 24 am Speisewasser-Verteiler 22 vermeidet Lufteintritt in die Sprühdüsen 6 (FIG.l) . Ausgangsseitig ist jeder Dampfauslass 9 (FIG.9) unmittelbar an einen DampfVerteiler 25 angeschlossen. Der Dampfverteiler 25 hat einerseits ein steuerbares Absperrventil 26 zur gesteuerten Dampfabgabe an Dampfdüsen einer Reinigungskammer der Reinigungsvorrichtung bzw. - Anlage (vgl. FIG.3) . Ein Druckbegrenzungs- bzw. Sicherheitsventil 27 am Dampfverteiler 25 schützt die Dampfpatronen 1 vor Überdruck. Anderer- seits ist der DampfVerteiler 25 mit einem Ventil 28 für den Dampf-
Schnell-Ablass (Druckablass) , z.B. für eine gesteuerte Notabschaltung (Not-Aus) verbunden.
FIG.3 zeigt ein Übersichtsschema der Reinigungsanlage 30 mit mindestens einer, vorzugsweise 2 bis 4, Dampferzeuger-Batterien 20 in der Bauweise gemäß FIG.2. In der Reinigungs- / bzw. Behandlungskammer 31 sind mehrere Dampfdüsen 32, hier z.B. auf zwei gegenüberliegenden rotorähnlichen Tragarmen vorgesehen, die während der Dampfreinigung eine Drehbewegung zum flächigen Abreinigen des Werkstücks 49 ausführen. Die Dampfdüsen 32 können an sich bekannter Bauart sein und werden durch eine Dampfzulei- tung 33 versorgt, die am Ausgang der Dampferzeuger-Batterie (n) 20, genauer am Dampfverteiler 25 (FIG.2) angeschlossen ist.
FIG.3 zeigt ferner einen Rückführkreis der Reinigungsanlage 30, mit welchem aus der Behandlungskammer 31 Reinigungsflüssigkeit zurückgewonnen wird. Die durch bei Unterdruck anfallenden DampfSchwaden werden aus der Behandlungskammer 31 über eine erste Filtereinheit 41 von einer Vakuumpumpe 40 angesaugt und dann einer nachgeschalteten zweiten Filter- und Abscheiderstufe 42 zugeführt, die einen Ölabscheider 43 aufweist. Der Auslass der Filtereinheit 41 mündet in den Ölabscheider 43. Ausgangsseitig ist die Vakuumpumpe 40 mit einer Kondensationseinheit 44 verbunden, deren Rücklauf ebenfalls im Ölabscheider 43 mündet. Von einem Saubertank 45 in der zweiten Filter- und Abscheiderstufe 42 wird über eine Wasserpumpe 36 in einer Zuleitung 37 die Dampferzeuger- Batterie 20 mit den einzelnen Dampferzeugern 1 über den/die Speisewasser-Verteiler 22. Die Wasserpumpe 36 erzeugt den gewünschten Speisewas- serdruck für die einzelnen Dampferzeuger 1, z.B. ca. 8 bar (atm) . Die Dampferzeuger 1 liefern, je nach Düsengeometrie, Heizleistung und Betriebsmodus, einen gewünschten Dampfdruck z.B. im Bereich von 2 bis 6 bar (atm) an die Dampfdüsen 32. Durch den Ausgangsdruck der Dampferzeuger 1 bzw. am Dampfverteiler 25 (FIG.2) und ggf. optional zusätzliche Saugwirkung der Vakuumpumpe 40 wird das Eindüsen von Dampf mit hohem dynamischen Strahldruck und damit auch die Reinigungswirkung verstärkt. Ein Betrieb der Reinigungskammer 31 bei Unterdruck ist rein optional. Im geschlossenen Kreislauf gemäß FIG.3 wird das kondensierte Abwasser (ggf. mit DampfSchwaden) aus der Reinigungskammer 31 kondensiert, sodass Reinigungsflüssigkeit rückgewonnen wird. Es kann zudem Restwärme der rückgewonnenen Reinigungsflüssigkeit ausgenutzt werden zwecks zusätzlicher Energieeinsparung.
Frischwasser wird nur bedarfsweise aufgrund der Verluste, u.a. in der zweiten Filter- und Abscheiderstufe 42, zugeführt. Die Rückgewinnung ist besonders vorteilhaft, wenn zur Dampferzeugung destilliertes oder demineralisiertes Wasser eingesetzt wird, um eine lange Betriebsdauer der Dampferzeuger 1, insbesondere der Hohlkegel-Sprühdüsen 6 zu gewährleisten . FIG.3 veranschaulicht rein beispielhaft und schematisch eine auf zwei
Achsen H, V automatisch in die Behandlungskammer 31 hinein und aus dieser heraus bewegbare automatische Handhabungsvorrichtung 48 für das Werkstück 49. Die Handhabungsvorrichtung 48 verfährt das Werkstück 49 relativ zu den Dampfdüsen 32 in der Behandlungskammer 31. Die Handha- bungsvorrichtung 48 weist zugleich einen druckfesten Verschluss auf, der die Öffnung der Behandlungskammer 31 in der Arbeitsstellung druckdicht schließt.
In einer alternativen Ausführungsform (hier nicht gezeigt) können eine oder mehrere Dampfdüsen 32 in der Behandlungskammer 31 an einer automa- tischen Handhabungsvorrichtung angeordnet und hiermit wahlweise relativ zum Werkstück positioniert und/oder bewegt werden. Hierzu kann z.B. ein 6-Achsen Industrie-Gelenkarmroboter eingesetzt werden (vgl. FIG.l in WO 2011/124 868 AI) .
FIG. 3 veranschaulicht eine vollautomatische Anlagensteuerung 50, wel- che den Betrieb der Dampferzeuger-Batterie (n) 20 auf den Betrieb der
Reinigungskammer 31, z.B. Taktbetrieb der automatischen Handhabungsvorrichtung 48, abstimmt steuert. Die Anlagensteuerung 50 kann zudem auch die Speisewasserpumpe 36 steuern und/oder energieoptimiert regeln, z.B. durch Drehzahlregelung. Die Steuer- und Messleitungen der Anlagensteuerung 50 sind in an sich bekannter Technik ausgeführt und hier schematisch gestrichelt angedeutet. Die Anlagensteuerung 50 kann vorteilhaft auch Aktoren und Sensoren des Rückführkreises, wie z.B. die Stellventi- le, Vakuumpumpe 41 und Kondensationseinheit 44 auf den Betrieb der Reinigungskammer 31 und der Dampferzeuger 20 abgestimmt und/oder bedarfsweise steuern, um weitere Energieeinsparung zu realisieren.
Jede Dampferzeuger-Batterie 20 kann dabei bedarfsweise, in Übereinstimmung mit dem Taktbetrieb der Arbeitskammer 31 und/oder den Anforderun- gen des Reinigungsprozesses der Dampfdüsen 32 einzeln von der Anlagensteuerung 50 angesteuert werden. Es kann mittels gesonderter Dosierventile (nicht gezeigt) ggf. jeder Dampferzeuger 1 in einer Dampferzeuger- Batterie 20 einzeln ansteuerbar sein, um die Dampfleistung noch präziser einstellen zu können. Eine besonders einfache Lösung für das getaktete Abgeben von Dampf, insbesondere Trockendampf 14, aus der bzw. den Dampferzeuger-Batterien 20 kann durch ein geeignetes Steuerventil (nicht gezeigt) in der Dampfzuleitung 33 erfolgen, das über die Anlagensteuerung 50 bedarfsweise gesteuert wird. Bevorzugt wird das Steuerventil nahe mit kurzer Rest- leitung zu den Dampfdüsen 32 angeordnet. Zur Energieoptimierung steuert die Anlagensteuerung 50 über das Speiseventil 23 die Wasserzufuhr sowie auch über die primäre und sekundäre Heizvorrichtungen 8, 10A die Heizleistung jedes Dampferzeugers 1 bedarfsweise im Einklang mit der automatisierten Reinigung. FIG. 4 zeigt eine Dampferzeuger-Batterie 20 mit darin zur Prozess-
Steuerung- bzw. -Regelung durch die Anlagensteuerung 50 bevorzugt vorgesehen Mess- und Stellgliedern und z.B. vier baugleichen Dampferzeugern 1A, 1B, IC, 1D gemäß FIG.1A-B bzw. FIG. IC. Funktionsgleiche Teile nach FIG.1-3 haben in FIG.4 gleiche Bezugszeichen. In jedem Dampferzeuger 1A...1D ist am Kern 2 ein primärer Temperatursensor 61 (nicht in FIG.1A-1C) vorgesehen zur Steuerung bzw. Regelung der Leistung der primären Heizvorrichtung 8 als Stellglied, z.B. auf eine Soll-Temperatur bis zu 600°C. Entsprechend ist zur unabhängigen Steuerung bzw. Regelung der sekundären Heizvorrichtung 10B des Nacher- hitzers 10 als separatem Stellglied jeweils auch ein sekundärer Temperatursensor 62 (nicht in FIG.1A-1C) am Körper 10A vorgesehen. Die Temperatursensoren 61, 62 sind als Messglieder mit der Anlagensteuerung 50 verbunden. Die Anlagensteuerung 50 ist weiter mit einem Drucksensor 63 am Speisewasser-Verteiler 22 verbunden. Über geeignete Stellglieder, z.B. die Steuerung der Speisepumpe (vgl. FIG.3 an Eingang „PSP") und/oder ein Überströmventil 64 kann der Speisedruck eingestellt bzw. geregelt werden, entweder durch die Anlagensteuerung oder ggf. als fes- te Voreinstellung, auf einen Speise-Druck z.B. bis zu 8bar. Wenn kein Dampf benötigt wird, stellt die Anlagensteuerung 50 die Wasserzufuhr über das steuerbare Speiseventil 23 ab.
Ein weiterer Drucksensor 65 ist als Messglied am DampfVerteiler 25 vorgesehen und misst den am Dampfauslass 9 abgegebenen Dampfdruck, u.a. zur kontrollierten Entlastung über das von der Anlagensteuerung 50 steuerbare Sicherheitsventil 28 in die Reinigungskammer (Ausgang „RZ1- 2") . Die Anlagensteuerung steuert auch das steuerbare Abgabeventil 26 in der Dampfzuleitung zur der/den Dampfdüsen, das bevorzugt als reines Abschaltventil dient. Weiterhin ist am DampfVerteiler 25 bzw. der Dampfzuleitung 33 ein Temperatursensor 66 vorgesehen und mit der Anlagensteuerung 50 verbunden. Die Messung am Drucksensor 65 und am Temperatursensor 66 kann z.B. in die Steuerung bzw. Regelung der Nacherhitzung und/oder der kontrollierte Dampfabgäbe über ein Steuerventil (nicht gezeigt) nahe den Dampfdüsen oder das Abgabeventil 26 einbezogen werden. In der Dampfzuleitung 33 (zw. Ausgang „RZ1" und der Reinigungskammer) kann ein Druckregulierventil vorgesehen sein, das auf einen gewünschten Soll-Dampfdruck voreingestellt ist oder von der Anlagensteuerung 50 aktiv nach Bedarf bzw. dem benötigen Dampfdruck für die Dampfreinigung eingestellt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
FIG. 1A-1B
1 Dampferzeuger
2 Kern
2A Innenfläche
3 erste Stirnseite des Hohlzylinders
4 zweite, gegenüberliegende Stirnseite des Hohlzylinders
5 Wasserzufluss
6 Sprühdüse / Hohlkegeldüse
7 hohlkegelförmiger Sprühstrahl
8 Heizleiter (primäre Heizvorrichtung)
9 Dampfauslass
10 Nacherhitzer ( Zusatz-Heizvorrichtung)
10A Körper des Nacherhitzers
10B Heizpatronen
11 Bohrung (sekundärer Hohlraum)
12 Durchlassöffnung (radial)
13 Sattdampf
14 rockendampf
15 Isoliermaterial
16 verspiegelter Innenmantel
17 Luftspalt
18 Außenmantel
19 Abstandhalter
FIG. .IC
1 λ Dampferzeuger
2 Kern
2A Innenfläche
2B primärer Hohlraum
10 Nacherhitzer ( Zusatz-Heizvorrichtung)
10A Körper des Nacherhitzers
10B Heizpatronen
11 sekundärer Hohlraum
12 Durchlassöffnung (axial)
12A Düse
15 Isoliermaterial
15A äußere Isolierung
16 verspiegelter Innenmantel
16A Haltering
17 Luftspalt
18 Außenmantel
Dampferzeuger
Dampferzeuger-Batterie
Speisewasser-Verteiler 23 steuerbares Speiseventil
24 Entlüftung
25 Dampf-Verteiler
26 steuerbares Abgabeventil
27, 28 Sicherheitsventile
FIG. .3
20 Dampferzeuger-Batterie
30 Dampfreinigungsanläge
31 Reinigungskämmer
32 Dampfdüse
33 Dampfzuleitung
36 Speisewasser-Pumpe
37 Speisewasser- Zuleitung
40 Vakuumpumpe
41 erste Filtereinheit
42 zweite Filtereinheit
43 Ölabscheider
44 Kondensationseinheit
45 Saubertank
48 Handhabungsvorrichtung
49 Werkstück
50 AnlagenSteuerung FIG.4
1A, 1B, IC, 1D Dampferzeuger
8 primäre Heizvorrichtung
10 Nacherhitzer (Zusatz-Heizvorrichtung)
10B sekundäre Heizvorrichtung
20 Dampferzeuger-Batterie
22 Speisewasser-Verteiler
23 steuerbares Speiseventil
25 Dampf-Verteiler
26 steuerbares Abgabeventil
27 Sicherheitsventil (manuell voreingestellt)
28 steuerbares Sicherheitsventil
33 Dampfzuleitung
61 primärer Temperatursensor (Dampferzeuger)
62 sekundärer Temperatursensor (Dampferzeuger) 63 Drucksensor (Speisewasser)
64 Überströmventil (Speisewasser)
65 Drucksensor (Dampfabgäbe)
66 Temperatursensor (Dampfabgäbe)

Claims

Patentansprüche
Dampferzeuger (1) für industrielle Dampfreinigung, insbesondere zum Erzeugen von Trockendampf für eine automatisierte Reinigungsanlage (30) zum Reinigen von Werkstücken mittels eines DampfStrahls , umfassend :
- einen Dampferzeugerbehälter mit einem Wasserzufluss (5) und einem Dampfauslass (9);
- einen im Dampferzeugerbehälter angeordneten beheizbaren Kern (2) aus wärmeleitendem Material mit einem inneren primären Hohlraum und einer Innenfläche (2A) ;
- eine primäre Heizvorrichtung (8) zum Beheizen des Kerns (2) ;
- eine Sprühdüse (6), welche mit dem Wasserzufluss (5) verbunden ist und angeordnet ist um Wasser dosiert auf die Innenfläche (2A) des Kerns (2) zu sprühen; und
- eine weitere Zusatz-Heizvorrichtung (10), die im Dampferzeugerbehälter stromaufwärts des Dampfauslass (9) und zumindest teilweise im Inneren des Kerns (2) vorgesehen ist;
DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS
- die Zusatz-Heizvorrichtung (10) einen beheizbaren Körper (10A) mit einem sekundären Hohlraum (11) aufweist, der zum Nacherhitzen von stromaufwärts im primären Hohlraum des Kerns (2) erzeugtem Dampf (13) durchströmt werden kann um diesen zu Trockendampf (14) zu erhitzen, und der eingangsseitig über eine Durchlassöffnung (12) mit dem primären Hohlraum des Kerns (2) und ausgangsseitig mit dem Dampfauslass (9) verbunden ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (12) eine Querschnittsverengung umfasst oder bildet, die eine Druckdifferenz bewirkt, insbesondere mit im sekundären Hohlraum (11) der Zusatz-Heizvorrichtung (10) geringerem Druck, als im primären Hohlraum im Inneren des Kerns (2) .
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (12), in Bezug auf eine Längsachse des Kerns (2), radial oder axial vorgesehen ist. 4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Heizvorrichtung ein steuerbares elektrisches Heizelement (8) aufweist und dass die Zusatz-Heizvorrichtung mindestens ein separat steuerbares elektrisches Heizelement (10B) aufweist. 5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Heizvorrichtung (10) mit dem beheizbaren Körper (10A) zumindest zu einem überwiegenden Anteil ihrer Baulänge oder vollständig axial im Inneren des Kerns (2) aufgenommen ist und der sekundäre Hohlraum (11) des Körpers vorzugsweise unmittelbar in den Dampfauslass (9) mündet.
6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüse (6) axial zum hohlzylindrischen Kern (2) angeordnet und/oder auf die zylindrische Innenfläche (2A) des Kerns (2) gerichtet ist, wobei die Sprühdüse (6) vorzugsweise mit Hohlkegelcharakteristik ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die
Sprühdüse (6) mit einer Hohlkegelcharakteristik und/oder mit einer Düsengeometrie ausgeführt ist, welche bei Düsenvordruck ^ 10 bar einen Volumenstrom <0,2 1/min, vorzugsweise <0,15 1/min gewährleistet. 7. Dampferzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzufluss ( 5 ) an einer Stirnseite ( 3 ) und der Dampfauslass (9) an der anderen Stirnseite (4) angeordnet ist wobei die Zusatz-Heizvorrichtung (10) an der dem Wasserzufluss (5) gegenüberliegenden Stirnseite (4) und koaxial im vorzugsweise hohlzylindrischen Kern (2) angebracht ist, und darin vorzugsweise vollständig aufgenommen ist.
8. Dampferzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) hohlzylindrisch mit einer zylindrischen Innenfläche (2A) ausgeführt ist und/oder der Dampferzeugerbe- hälter im Wesentlichen zylindrisch mit einem innenliegenden Kern
(2) ausgeführt ist, welcher stirnseitig ( 3 , 4) druckdicht verschlossen ist, wobei zwischen dem innenliegenden Kern und einem Außenmantel (18) des Dampferzeugerbehälters eine Wärmeisolierung (15) vorgesehen ist. 9. Dampferzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeugerbe- hälter zwischen der Wärmeisolierung (15) und dem Kern (2) einen thermisch reflektierenden Innenmantel (16) aufweist.
10. Dampferzeuger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kern (2) mantelartig bzw. hohlzylinderartig, insbesondere als Formstück aus Edelstahl, aus einem Stück mit zylindrischer Innenfläche (2A) und stirnseitigen Anschlussflanschen, zum druckdichten Verschließen an den Stirnseiten (3; 4) ausgeführt ist; und/oder
- genau eine Durchlassöffnung (12) oder mehrere Durchlassöffnungen (12) im beheizbaren Körper (10A) vorgesehen sind; und/oder
- der Wasserzufluss (5) und der Dampfauslass (9) koaxial an gegenüberliegenden Stirnflächen (3, 4) des Dampferzeugerbehälters, insbesondere des Kerns (2), angebracht sind; und/oder
- die Sprühdüse (6) eine zur Achse des Kerns (2) koaxial ausgerichtete Spritzcharakteristik aufweist; und/oder
- der Dampferzeugerbehälter vorzugsweise in Montagestellung mit seiner Zylinderachse senkrecht ausgerichtet ist; und/oder
- die weitere Zusatz-Heizvorrichtung (10) in der Achse des zylindrischen Dampferzeugerbehälters am Dampfauslass (9) angeordnet ist.
11. Industrielle Reinigungsanlage (30) zum Reinigen von Werkstücken mittels eines DampfStrahls, umfassend:
eine Reinigungskammer (31) mit mindestens einer Dampfdüse (32) in der Reinigungskammer,
eine Handhabungsvorrichtung (48), anhand welcher ein Werkstück und die mindestens eine Dampfdüse relativ zueinander positionierbar sind; GEKENNZEICHNET DURCH
mindestens einen Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welcher die Dampfdüse mit Dampf versorgt.
12. Reinigungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen Dampfauslass (9) des Dampferzeugers (1) und der mindestens einen Dampfdüse ein Dosierventil vorgesehen ist, um Dampf dosiert und/oder impulsartig abzugeben; und/oder
- stromaufwärts des Wasserzufluss eine Pumpe (36) angeordnet ist, welche die Sprühdüse (6) mit einen zum Eindüsen geeigneten Speisewasserdruck beaufschlagt.
13. Reinigungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Steuereinheit (50) umfasst, welche zumindest die Relativbewegung zwischen Werkstück (49) und Dampfdüse (32) sowie den Betrieb des mindestens einen Dampferzeugers (1) aufeinander abgestimmt steuert und dass vorzugsweise ein steuerbares Zufuhr- Sperrventil (23) stromaufwärts des Wasserzufluss (5) und ein steuerbares Auslass-Sperrventil (26) stromabwärts vom Dampfauslass vorgesehen ist, wobei insbesondere die Steuereinheit (50) das Zufuhr- Sperrventil (23) und das Auslass-Sperrventil (26) abgestimmt steuert .
14. Reinigungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Reinigungskammer (31) als verschließbarer Reinigungsbehälter ausgeführt ist und die Handhabungsvorrichtung (48) eine Halte- und Fördervorrichtung ist, welche das Werkstück (49) halten, in den Reinigungsbehälter (31) hinein und wieder heraus fördern, und relativ zur Dampfdüse (32) verfahren kann, wobei die Handhabungsvorrichtung vorzugsweise einen Verschluss für den Reinigungsbehälter aufweist; und/oder
- in der Reinigungskammer (31) ein Industrieroboter mit mindestens vier Freiheitsgraden vorgesehen ist, an welchem die Dampfdüse (32) angeordnet ist um diese relativ zum Werkstück zu verfahren.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere baugleiche Dampferzeuger (2) nach Anspruch 1 in einer Batterieanordnung (20) vorgesehen sind, welche vorzugsweise einen gemeinsamen Wasserverteiler (22) zur Speisung der einzelnen Wasserzuflüsse (5) und einen gemeinsamen, von den einzelnen Dampfauslässen (9) versorgten DampfVerteiler (25) zur Dampfabgäbe aufweisen .
16. Verwendung eines Dampferzeugers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer industrielle Reinigungsanlage (30) zum Reinigen von Werkstücken, insbesondere von spanabhebend bearbeiteten Bauteilen für Kraftfahrzeuge, insbesondere für das Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs .
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