EP3548805B1 - Dampferzeuger zum dampfreinigen von werkstücken - Google Patents

Dampferzeuger zum dampfreinigen von werkstücken Download PDF

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EP3548805B1
EP3548805B1 EP18796453.1A EP18796453A EP3548805B1 EP 3548805 B1 EP3548805 B1 EP 3548805B1 EP 18796453 A EP18796453 A EP 18796453A EP 3548805 B1 EP3548805 B1 EP 3548805B1
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EP
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steam
steam generator
core
cleaning
nozzle
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EP3548805A1 (de
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Antonio Alvarez
Dietmar Sonntag
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Elwema Automotive GmbH
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Elwema Automotive GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • 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
    • F22—STEAM GENERATION
    • 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 relates generally to the industrial cleaning of workpieces by means of a steam jet, and to a steam generator particularly suitable for this. It concerns in particular the steam cleaning of components or assemblies manufactured in large series e.g. for or in the automotive industry. It can e.g. machining components, such as Act components of internal combustion engines, transmissions, or other machine components, in particular the drive system of a motor vehicle.
  • machining components such as Act components of internal combustion engines, transmissions, or other machine components, in particular the drive system of a motor vehicle.
  • the invention is not limited to cleaning parts for conventional internal combustion engines or electric drive systems, but can be used in general in automated production.
  • the proposed steam cleaning system is for intermediate cleaning (before a subsequent work sequence), e.g. Suitable for cleaning MQL processing residues, or for relieving a subsequent final cleaner. Depending on the component type and cleaning requirements, it can also be used for the final cleaning.
  • MQL minimal quantity lubrication
  • WO 2011/124 868 A1 Another method, especially for cleaning metal workpieces after machining, is from WO 2011/124 868 A1 previously known.
  • a steam jet is enveloped by an air pressure jet.
  • the enveloping air pressure jacket is designed to protect the steam jet from friction losses and thus increase its effectiveness in degreasing.
  • a steam generator a conventional boiler or continuous steam generator has been proposed.
  • Conventional steam boilers are slow, energetically inefficient and require considerable installation space.
  • US 6,299,076 B1 describes a steam cleaning system for workpieces, especially for the semiconductor industry.
  • a porous coating is provided on the inner surface of the steam generator to improve the heat transfer and to reduce the Leidenfrost phenomenon.
  • More typical rapid steam generators are once-through boilers or once-through water tube boilers. With this type of construction, the water / steam flow is forced through a spiral coil which is heated from the outside with a gas or oil burner.
  • Continuous steam generators based on the Stone Vapor, Clayton or Sulzer and Benson principles are known.
  • energy-efficient continuous water tube boilers e.g. with multiple nested coils and exhaust gas heat recuperation, which can provide steam in about 3 minutes after starting. These are complex and maintenance-intensive. They are not optimally designed for smaller quantities of steam, as typically required for steam cleaning, or for clocked operation in time with mass production.
  • a device for industrial steam jet cleaning of a workpiece comprises a cleaning container, a holding and conveying device which can hold the workpiece, rotate it and convey it into and out of the cleaning container, at least one steam nozzle which can be positioned relative to the workpiece in the cleaning container and a steam generator.
  • An electrode steam generator is preferred described, which should be operated with mineral-containing water of sufficient conductivity. Electrode steam generators usually contain a certain amount of water and are relatively sluggish in operation, ie they cannot be started up or switched off quickly. However, this is disadvantageous for the continuous cleaning of workpieces in a cycle of a few minutes or less, because no steam is required during the conveying or changing of the workpieces.
  • the steam generator must be kept at a temperature, which consumes energy unnecessarily. To some extent, this can be compensated for if the steam generator has a buffer volume and accumulates steam during the delivery cycles. However, this requires a voluminous and complex design.
  • Advanced cleaning methods use either saturated steam or dry steam, depending on the type of contamination to be removed during cleaning.
  • Both continuous water tube boilers and electrode steam generators must be specially designed for cleaning with dry steam. They usually have to contain a certain amount of water and are typically equipped with an additional superheater. This is also complex and in turn requires additional energy expenditure and installation space.
  • Dry steam is steam here with a temperature above the boiling temperature, which, however, was only slightly overheated compared to saturated steam.
  • supercritical steam is also conceptually encompassed by dry steam, but is usually not required for cleaning purposes for industrial purposes and makes little sense in terms of energy.
  • US 8,132,545 B2 describes a steam generator with a jacket with 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.
  • This steam generator is designed for internal pressure of over 10 bar and temperatures over 150 ° C.
  • FIG. 4 is an additional one Heating element provided as an auxiliary heating unit in the interior of the jacket in order to supply the interior steam with additional heat.
  • Such a steam generator is more energy efficient thanks to the injection of water droplets and, in principle, also allows the production of dry steam using the auxiliary heating unit.
  • a basic objective is to create a device and a method for the industrial cleaning of workpieces that adapt better to the timing of production and the cleaning task and / or offer a particularly compact design.
  • the energy consumption for steam generation is to be reduced in comparison to known steam generators.
  • a first object of the invention is therefore to provide a suitable steam generator which is improved compared to the prior art. This should in particular be suitable for use in the device according to the invention for cleaning workpieces, require little installation space and have the lowest possible energy consumption.
  • This design allows only the amount of water that is specifically required for the steam cleaning process to be injected and evaporated in a controllable manner - without affecting the quality of the cleaning. This allows considerable energy and water savings, as there is no unnecessary steam generation. Because among other things Water buffer volume is completely eliminated, there is a significant reduction in the space required. The correspondingly metered addition of water enables faster or less sluggish steam generation, which in turn opens up better integration into modern, highly flexible production systems.
  • the steam generator of the device according to the invention therefore does not contain any stock of liquid water, but only a heated inner surface on which water sprayed on in small quantities evaporates in a short time. This enables rapid switching on or off in time with the production line.
  • the steam generator is also extremely compact.
  • a preferably cylindrical shape of the heatable core and possibly also of the container enables space-saving incorporation into the cleaning device, in the form of one or more “steam cartridges”.
  • the steam generator according to the invention is distinguished by the fact that upstream of the steam outlet inside the steam generator container and at least partially inside the core there is a further additional heating device which can be flowed through for the purpose of reheating generated steam.
  • the steam generator can generate both dry steam and saturated steam by optionally switching the additional heating device on or off.
  • the additional heating device can be flowed through by the steam before it leaves the steam generator.
  • the saturated steam generated can be superheated to dry steam.
  • the steam generator according to the invention is suitable for the production of dry steam. If necessary, it can provide both saturated steam and dry steam with little additional effort.
  • the additional heating device for reheating is advantageously arranged in the axis of the cylindrical container at the steam outlet.
  • the additional heating device has a heatable body with a secondary cavity, through which steam generated in an upstream primary cavity of the core is reheated in order to heat it to dry steam.
  • the secondary cavity is connected on the inlet side to the primary cavity of the core via a passage opening and on the outlet side to the steam outlet.
  • the passage opening can be arranged radially or axially with respect to a main axis of the core.
  • the passage opening comprises or forms a cross-sectional constriction which brings about a pressure difference, in particular with a lower pressure in the secondary cavity of the additional heating device than in the primary cavity in the interior of the core. This avoids the outflow of water mist in the liquid phase and, thanks to the lower pressure in the reheater, also reduces the energy required for reheating to dry steam.
  • the cross-sectional constriction can take place in any construction suitable for a pressure drop, e.g. as throttle, orifice, bore, nozzle, etc.
  • the primary heating device has a controllable electric heating element and the additional heating device has at least one separately controllable electric heating element. This allows further energy savings and, if necessary, both saturated steam and dry steam generation, e.g. with deactivation of the reheating.
  • a metering valve can be provided on each steam generator for selective metering in order to meter the steam generator or to operate it, for example, in a pulsed manner. So everyone can Steam generators are operated individually, which allows the steam generation output to be adjusted in stages or, due to redundancy, also permits maintenance during operation. Several identical steam generators can be operated in parallel as batteries.
  • the steam generator container is substantially cylindrical with an inner core with a cavity, e.g. a hollow cylinder as a heatable jacket, which is closed pressure-tight at the end.
  • thermal insulation is preferably provided between the inner core and an outer jacket of the steam generator container.
  • the 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 integration of the steam generator into the device according to the invention.
  • the spray nozzle can have a spray characteristic that is coaxial to the cylinder axis of the core or jacket.
  • the steam generator container is preferably oriented vertically in the installed position with its cylinder axis.
  • the spray characteristic can e.g. be a hollow cone spray characteristic to distribute the injected water droplets as large as possible on the inner surface.
  • a vertical alignment ensures that liquid that has not yet evaporated runs down the inner surface, which supports complete evaporation.
  • mist nozzle also called an atomizing nozzle or a nebulizing nozzle
  • mist nozzles atomize the water into very fine drops with a large specific surface.
  • the spray characteristics of such nozzles are of minor importance because e.g. the mist can be distributed 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 container.
  • the heating device for reheating is preferably provided at the steam outlet, and in particular opens directly into the steam outlet.
  • the additional heating device is accommodated axially in the inner cavity of the core, at least for the most part of its overall length.
  • the heatable body of the auxiliary heating device is completely in the inner cavity of the Kerns added. This allows further energy savings, since the body is arranged in the already heated core and heat losses from reheating are minimized.
  • the system preferably comprises a pump arranged upstream of the water inflow, which acts on the spray nozzle with a feed water pressure suitable for injection.
  • the feed water pressure can preferably be in the range from 1 to 10 bar (atm), in particular in the range from 2 to 9 bar (atm).
  • the feed pressure of the spray nozzle should exceed the operating pressure desired in the primary cavity of the core when generating steam, this can e.g. are between 3-6bar (atm), e.g. at about 4bar.
  • the device or system according to the invention advantageously 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, in a coordinated manner.
  • 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, in a coordinated manner.
  • the control unit may also preferably supply electrical energy to heating elements of the primary heater, e.g. in the heating conductor on the outside of the container of the steam generator, control so that it is matched to the amount of water fed into the steam generator and / or the amount of steam emitted.
  • the device is also advantageously equipped such that the steam generator can emit steam in pulses. For example, this can be done by switching the water inlet and / or a valve on the steam outlet on and off.
  • a change in the steam flow from about 0 to a maximum value means within 0.1-10 seconds.
  • a controlled metering valve is preferably provided in the supply line immediately upstream of the steam nozzle (s) for pulsed or pulsed steam delivery.
  • a spray nozzle with a hollow cone characteristic and / or with a nozzle geometry proves to be particularly preferred, which ensures a volume flow of ⁇ 0.2 l / min, preferably ⁇ 0.15 l / min at nozzle inlet pressure ⁇ 10 bar, in order to further optimize water and energy consumption. If larger amounts of steam are required, a corresponding number of identical steam generators can be used.
  • 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 cartridges" and e.g. be incorporated into the device according to the invention in groups in the form of one or more batteries, each with, for example, 2, 3, 4 or 6 identical steam cartridges.
  • the individual steam generators can be made smaller. This means that they are sufficiently pressure-resistant even with a low material thickness and can therefore be manufactured more cost-effectively. They are also easier to incorporate into a compact cleaning device because their geometric arrangement can be adapted to the given conditions. By individually controlling the individual steam generators or individual batteries, the device can also be flexibly adjusted to changing steam requirements during cleaning. Finally, cleaning devices of different sizes can be equipped with an economically producible, uniform embodiment of the steam generator if this is provided in different numbers depending on the size of the device.
  • Water inflow and / or steam outlet can be carried out and controlled jointly for one 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 can be provided.
  • individually controllable (metering) valves for each steam generator in particular be provided for the water inflow.
  • the control unit can in particular control the feed check valve, the metering valves and / or the outlet check valve in a coordinated manner for metering the steam generation.
  • the cleaning chamber can be designed as a closable cleaning container.
  • the handling device can be a workpiece-specific holding and conveying device, which can hold the workpiece, convey it into and out of the cleaning container, and can move relative to the steam nozzle.
  • an industrial robot that can be used universally for different workpieces, for example an articulated arm robot, can be provided for this purpose.
  • the handling device can preferably have a pressure-tight closure of the cleaning container.
  • an industrial robot with at least four degrees of freedom can be provided in the cleaning chamber, on which the steam nozzle is arranged in order to move it relative to the workpiece.
  • the workpiece can be held stationary during cleaning or can be positioned by a second handling device.
  • a steam generator is proposed which is particularly but not exclusively suitable for a device or system according to one of the preceding exemplary embodiments, i.e. is intended for use in any type of cleaning device.
  • the steam generator according to the invention comprises an externally heatable core, e.g. a hollow cylinder which is closed in a pressure-tight manner or is arranged in a pressure-tight steam generator container, a spray or spray nozzle which is arranged in the interior of the core or hollow cylinder and is connected to a water inflow which is preferably guided through 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 outlet is advantageously arranged on the end face of the core or hollow cylinder opposite the water inflow, preferably in the axis of the core or hollow cylinder.
  • the steam generator can have the features already explained above as preferred.
  • a further heating device in particular axially on the inner surface of the end face opposite the water inflow, is attached in such a way that it can be used for reheating e.g. hollow cylindrical core generated steam is flowed through before it reaches the steam outlet.
  • the pressure-tight core or hollow cylinder can be heated in any known manner, for example by means of a fluid heat transfer medium which is guided through a corresponding jacket with supply and discharge lines.
  • An electric heater is expedient and preferred, for example in the form of a resistance wire or heating conductor.
  • This resistance wire or heating conductor can lie in a suitable form, for example as a spiral winding with electrical insulation, on the outer circumferential surface of the core in a heat-conducting manner.
  • the electrical heater can be designed in such a way that the heat output it emits can be influenced by a control unit.
  • the primary heating device, and preferably also the further secondary heating device can each have at least one separately controllable electrical heating element.
  • the primary heating device preferably comprises one or more heating conductors which are attached to the outside of the core in a heat-conducting manner, circumferentially and axially distributed.
  • the auxiliary heater can e.g. comprise several heating cartridges distributed around the axis or a circumferential heating conductor.
  • a single spray nozzle can be arranged in the axis of the core.
  • the spray jet is rotationally symmetrical on the inside of the heatable Core directed and the entire inner surface of the core downstream of the point of impact of the spray jet is available for heat transfer.
  • several spray nozzles can also be distributed rotationally symmetrically around 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 water inflow and the steam flow, for example valves.
  • valves are expediently adjustable by electrical signals, for example from a control unit.
  • the core of the steam generator according to the invention is expediently made of a heat-conducting and corrosion-resistant material, for example stainless steel.
  • the electrical heating of the core is expediently thermally insulated from the outside in such a way that no uneconomical heat losses occur.
  • insulation materials can be used for this purpose, 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).
  • a thermal insulation is also supported by an internally mirrored jacket arranged above the heating conductor and possibly insulated from the heating conductor by an air gap.
  • thermally reflective inner jacket e.g. provided with mirroring for reflection of heat radiation.
  • the invention also includes a method for cleaning workpieces with a steam jet, which is carried out by means of a steam generator as described above.
  • This method can include feeding, the relative movement of the workpiece and the at least one steam nozzle, switching on the steam jet, possibly controlling the steam jet in accordance with the positioning of the workpiece relative to the steam nozzle, and removing the workpiece from the cleaning chamber.
  • the steam generation using the steam generator according to the invention and the workpiece conveying and / or relative movement to the steam nozzle (s) are preferably controlled in a coordinated manner.
  • the steam jet can advantageously be generated in a pulsed manner only during the duration of the cleaning process and during the conveyance the workpiece into and out of the cleaning container and switched off when the device is at a standstill. This already results in a considerable further saving in energy.
  • the steam generator according to the invention is particularly suitable for such clocked operating modes due to the metered supply of water and low mass ratios.
  • the heating power supplied to the steam generator is advantageously switched in time in accordance with the steam flow supplied to the steam nozzle in the cleaning device. In addition to the obvious energy savings, this also means that cleaning and uniform conditions take place and thus lead to better results.
  • the workpiece can be positioned or moved differently from the steam nozzle (s) and by changing the heating output and / or changing the position of a valve at the steam outlet depending on the properties of the point just treated on the workpiece, such as the degree of contamination or surface shape. adjust the cleaning effect.
  • a control device that may be present can be set accordingly on the basis of the observed cleaning result.
  • the field of application of the device according to the invention is particularly in the cleaning of workpieces during manufacture, preferably before further processing after machining.
  • the device can be easily integrated into production lines with a predetermined cycle.
  • 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 and the method are also advantageous for steam cleaning of body parts.
  • the steam generator according to the invention can achieve an efficiency> 95%.
  • Other advantages of the invention are a reduced space and footprint compared to conventional systems, good cleaning results even with different components, because the positioning of the steam nozzles to the workpiece and the application of steam can be quickly and flexibly adapted to the workpiece, and finally a significantly reduced Power consumption. Comparative tests with a conventional steam generator showed a saving in electrical power consumption of at least 25%.
  • a steam generator 1 is shown horizontally in longitudinal section, but in practice a vertical arrangement of the hollow cylinder axis is preferred.
  • the inside of the steam generator 1 comprises a hollow cylindrical jacket, which essentially consists of a special core 2, a first end face 3 and a second end face 4 opposite the first.
  • the end faces 3, 4 are designed like a flange and close the core 2 in a pressure-tight manner.
  • a water inflow 5 which feeds a hollow cone spray nozzle 6, the terms injection nozzle, spray nozzle and spray nozzle being synonymous here.
  • water is sprayed into a hollow cone-shaped spray jet 7 which strikes the inner surface of the core 2.
  • the feed water pressure is preferably in the range of approximately 2 to 9 bar (atm).
  • Nozzle geometry, in particular jet angle and nozzle cross-section of the injection nozzle 6 are selected so that a low water consumption, for example of ⁇ 0.15 l / min, can be achieved.
  • Receiving grooves for the heating conductors 8 are preferably provided on the outside of the core 2 ( FIG.1B ).
  • a further heating device 10 is arranged in the axis of the core 2, for example a heated hollow cylinder with approximately 4 to 8 heating cartridges 10B distributed coaxially around its axis, in each case, for example, with 500W electrical power.
  • the output 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 is supplied with energy by electrical connections (not shown here).
  • the additional heating device 10 also allows dry steam (superheated steam) to be optionally generated.
  • 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 on 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 to the steam outlet 9, from where the steam via a valve to one or more steam nozzles ( FIG. 3 ) is passed into a cleaning chamber. If energy is supplied to the heating device 10, then the saturated steam 13 is heated further in the sense of reheating and leaves the steam outlet 9 as dry steam 14.
  • the heating cartridges 10B of the heating device 10 can optionally be individually controlled in order to be able to set the steam parameters precisely.
  • the heating cartridges 10B can e.g. are each provided in a corresponding axial bore open to the front side 4 distributed around the bore 11 in the body 10A and are thermally connected to the body 10A, e.g. by the heating cartridges 10B being non-positively attached in the body 10A.
  • FIG.1B illustrates the preferred compact, axially nested design of the steam generator 1 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 shaped piece made of stainless steel with a cylindrical inner surface ( FIG.1A ) and end flanges for the pressure-tight connection with flange elements of the end faces 3, 4. On the outside spirally encircling grooves for eg ribbon-like heating conductor 8 are introduced.
  • the core 2 is about how FIG.1A-1B show similar to a hollow cylinder with a cylindrical inner surface 2A and should have the lowest possible mass.
  • the end faces 3, 4 have a flange-like structure made of individual parts which seal on the end flanges of the core 2, thermally insulate them and at the same time connect the inner jacket 16 and the outer jacket 18 coaxially and firmly to the core 2.
  • the additional heating device 10 is accommodated coaxially in the interior of the core 2 ( FIG.1A ) and leaves a cylindrical, circumferential space for this in order to obtain a maximum evaporation surface 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. In the FIG.1A-1B
  • the illustrated cartridge-like design simplifies maintenance, such as the replacement of the injector 6.
  • the mirror coating on the inner jacket 16 reduces losses due to heat radiation.
  • a jacket-shaped circumferential air gap 17 is provided as additional insulation.
  • a vacuum or negative pressure according to the principle of the Dewar flask can be provided here with corresponding additional expenditure, but this complicates construction and maintenance.
  • FIG.1C A preferred development of a steam generator 1 'based on the principle FIG.1A-1B is in FIG.1C shown in cross section.
  • the steam generator 1 ′ differs primarily 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 , for example a hole in the body 10A.
  • This passage opening 12 also causes a pressure difference, with a 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, e.g. approx. 4 bar.
  • the narrowing of the cross section of the passage opening 12 avoids an outflow of non-evaporated water mist.
  • dry steam 14 can also be provided with a lower energy input.
  • a nozzle 12A or another component such as a throttle, orifice or the like can be provided on or as the axial passage opening 12 to generate a predetermined pressure reduction, for example in an axial threaded bore on the end face of the body 10A.
  • FIG.1C one of two retaining rings 16A made of little heat-conducting material, with which the mirror-coated inner jacket 16 is held at the end face in point contact at a distance from the inner surface 2A of the core 2.
  • Each retaining ring can, for example, be screwed onto the end of the core 2.
  • an external insulation 15A is provided for thermal insulation, with which the outer jacket 18 is surrounded.
  • FIG.1C agree with FIG.1A-1B agree, for example the hollow cylindrical inner surface 2A of the core 2 and the circular cylindrical shape of the inner shell 16 and outer shell 18.
  • FIG.1C also the extensive, symmetrical distribution of the heating cartridges 10B, here for example six pieces, in the body 10A and the design of the body 10A as a rotating body in cross section, with outer recesses for increasing the heat transfer effective to the outside to the primary cavity 2B and reducing the mass of the body 10A .
  • the outside of the body 10A can taper towards the nozzle 6 and is in any case at a distance from the inner surface 2A of the core 2.
  • the complete, here coaxial, reception of the reheater 10 in the inner cavity 2B of the core 2 further reduces the energy requirement.
  • the primary cavity 2B can form a certain steam buffer, so that dry steam 14 is generated if necessary when there is a decrease at the steam outlet 9.
  • the replaceable heating cartridges 10B can be inserted or pressed in as an "opening" heating elements with a C-shaped cross section in the axial bore from the end face 4 in order to lie firmly and flat on the body 10A, as in FIG.1C indicated schematically.
  • FIG. 2 shows a steam generator battery 20, with two or four steam cartridges or steam generators 1, for example, each with approx. 4-6kW heating power, in the construction FIG.1A-1B .
  • the modular steam generator battery 20 after FIG. 2 can generate approx. 18-20 kg / h wet steam at a nominal operating pressure of approx. 2-4bar and, if necessary, be provided several times in parallel will. In pulse mode, steam can be emitted at a maximum pressure of> 10 bar.
  • the water inflows of the steam generator units 1 are connected via a common feed water distributor 22 to a pneumatically / electrically controllable metering / shut-off valve 23 for the metered supply of feed water.
  • the feed water distributor 22 ensures a uniform feed pressure at the spray nozzles 6 ( FIG. 1 ) of the two steam generators 1.
  • a vent 24 on the feed water distributor 22 prevents air from entering the spray nozzles 6 ( FIG. 1 ).
  • 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 the controlled steam delivery to steam nozzles of a cleaning chamber of the cleaning device or system (cf. FIG. 3 ).
  • a pressure limiting or safety valve 27 on the steam distributor 25 protects the steam cartridges 1 against excess pressure.
  • the steam distributor 25 is connected to a valve 28 for the quick steam release (pressure release), for example for a controlled emergency shutdown (emergency stop).
  • FIG. 3 shows an overview diagram of the cleaning system 30 with at least one, preferably 2 to 4, steam generator batteries 20 in the construction according to FIG FIG. 2 .
  • a plurality of steam nozzles 32 are provided in the cleaning and / or treatment chamber 31, here, for example, on two opposite rotor-like support arms, which perform a rotary movement during the steam cleaning for the surface cleaning of the workpiece 49.
  • the steam nozzles 32 can be of a type known per se and are supplied by a steam feed line 33, which at the outlet of the steam generator battery (s) 20, more precisely at the steam distributor 25 ( FIG. 2 ) connected.
  • FIG. 3 also shows a feedback circuit of the cleaning system 30, with which cleaning liquid is recovered from the treatment chamber 31.
  • the steam vapors produced by vacuum are sucked out of 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, which has 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 into the oil separator 43.
  • the steam generator battery 20 with the individual steam generators 1 via the feed water distributor (s) 22 via a water pump 36 in a feed line 37.
  • the water pump 36 generates the desired feed water pressure for the individual steam generators 1, for example approx. 8 bar (atm).
  • the steam generators 1 deliver a desired steam pressure to the steam nozzles 32, for example in the range from 2 to 6 bar (atm).
  • Operation of the cleaning chamber 31 at negative pressure is purely optional.
  • the condensed wastewater possibly with steam plumes
  • Residual heat of the recovered cleaning liquid can also be used for additional energy savings.
  • Fresh water is only supplied as needed due to the losses, inter alia in the second filter and separator stage 42.
  • the recovery is particularly advantageous if distilled or demineralized water is used to generate steam in order to ensure a long operating period of the steam generator 1, in particular the hollow cone spray nozzles 6.
  • FIG. 3 illustrates purely by way of example and schematically an automatic handling device 48 for the workpiece 49 that can be moved automatically into and out of the treatment chamber 31 on two axes H, V.
  • the handling device 48 moves the workpiece 49 relative to the steam nozzles 32 in the treatment chamber 31.
  • the handling device 48 also has a pressure-tight closure which closes the opening of the treatment chamber 31 in the working position in a pressure-tight manner.
  • one or more steam nozzles 32 can be arranged in the treatment chamber 31 on an automatic handling device and can be optionally positioned and / or moved relative to the workpiece.
  • an automatic handling device can be optionally positioned and / or moved relative to the workpiece.
  • a 6-axis industrial articulated arm robot can be used for this (cf. FIG. 1 in WO 2011/124 868 A1 ).
  • FIG. 3rd illustrates a fully automatic system controller 50, which controls the operation of the steam generator battery (s) 20 to match the operation of the cleaning chamber 31, for example, cycle operation of the automatic handling device 48.
  • the system controller 50 can also control the feed water pump 36 and / or regulate it in an energy-optimized manner, for example through speed control.
  • the control and measurement lines of the system controller 50 are implemented using technology known per se and are indicated here schematically by dashed lines.
  • the system controller 50 can advantageously also adjust actuators and sensors of the feedback circuit, 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 and / or, if necessary, control them in order to realize further energy savings.
  • Each steam generator battery 20 can, if necessary, be controlled individually by the system controller 50 in accordance with the cyclical operation of the working chamber 31 and / or the requirements of the cleaning process of the steam nozzles 32. It may be possible to individually control each steam generator 1 in a steam generator battery 20 by means of separate metering valves (not shown) in order to be able to adjust the steam output even more precisely.
  • a particularly simple solution for the clocked delivery of steam, in particular dry steam 14, from the steam generator batteries 20 can be provided by a suitable control valve (not shown) in the steam feed 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.
  • the system controller 50 controls the water supply via the feed valve 23 and also the heating power of each steam generator 1 via the primary and secondary heating devices 8, 10A, if necessary, in accordance with the automated cleaning.
  • FIG. 4th shows a steam generator battery 20 with measuring and control elements preferably provided therein for process control or regulation by the system control 50 and, for example, four identical steam generators 1A, 1B, 1C, 1D according to FIG FIG.1A-B respectively.
  • FIG.1C Functionally identical parts FIG. 1-3 have in FIG. 4 same reference numerals.
  • a primary temperature sensor 61 (not in FIG.1A-1C ) provided to control or regulate the output of the primary heating device 8 as an actuator, for example to a target temperature up to 600 ° C.
  • a secondary temperature sensor 62 (not shown in FIG FIG.1A-1C ) provided on the body 10A.
  • the temperature sensors 61, 62 are connected to the system controller 50 as measuring elements.
  • the system controller 50 is also equipped with a pressure sensor 63 connected to the feed water distributor 22.
  • suitable actuators e.g. the control of the feed pump (cf. FIG.
  • the feed pressure can be set or regulated, either by the system control or, if appropriate, as a fixed default, to a feed pressure, for example up to 8 bar. If steam is not required, the system controller 50 switches off the water supply via the controllable feed valve 23.
  • Another pressure sensor 65 is provided as a measuring element on the steam distributor 25 and measures the steam pressure emitted at the steam outlet 9, inter alia for controlled relief into the cleaning chamber via the safety valve 28 which can be controlled by the system controller 50 (output "RZ1-2").
  • the system controller also controls the controllable discharge valve 26 in the steam feed line to the steam nozzle (s), which preferably serves as a pure shut-off valve.
  • a temperature sensor 66 is provided on the steam distributor 25 or the steam feed line 33 and is connected to the system controller 50.
  • the measurement at the pressure sensor 65 and at the temperature sensor 66 can be included, for example, in the control or regulation of the reheating and / or the controlled steam delivery via a control valve (not shown) near the steam nozzles or the delivery valve 26.
  • a pressure regulating valve can be provided in the steam feed line 33 (between the outlet “RZ1” and the cleaning chamber), which is preset to a desired target steam pressure or is actively set by the system controller 50 as required or the steam pressure required for steam cleaning

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Description

    TECHNISCHES ANWENDUNGSGEBIET
  • Die Erfindung betrifft allgemein das industrielle Reinigen von Werkstücken 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, Getrieben, 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 (Restschmutz, 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 A1 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 A1 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 B1 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 A1 beschreibt einen Schnelldampferzeuger für diverse Haushaltsanwendungen, dieser ist jedoch nicht für industrielle Zecke ausgelegt.
  • Typischere Schnelldampferzeuger sind Zwangsdurchlaufkessel bzw. Durchlauf-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 A1 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 Reinigungsbehälter 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 Trockendampf 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 Industriezwecke meist nicht erforderlich und energetisch wenig sinnvoll.
  • Ein energieeffizienter und kompakt bauender Dampferzeuger für allgemeine Industrieanwendungen wurde bereits in EP 1 380 795 A1 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 10bar 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 Reinigungsaufgabe 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 löst ein Dampferzeuger nach dem Hauptanspruch 1. 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 Dampferzeuger, 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 Beheizen 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 Dampfreinigungsprozess benötigt wird - ohne die Qualität der Reinigung zu beeinträchtigen. Dies erlaubt beträchtliche Energie- und auch Wassereinsparungen, 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, hochflexible 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 im Inneren des Dampferzeugerbehälters und zumindest teilweise im Inneren des Kerns 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 im Behälter, und mindestens teilweise 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 weist einen beheizbaren Körper mit einem sekundären Hohlraum auf, 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 zudem, 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 Sattdampfals 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 Dampferzeugungs-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 Dampferzeugerbehälters eine Wärmeisolierung vorgesehen. Vorteilhaft sind Wasserzufluss 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 angeordnete 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 modifizieren, 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 abgegebene 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 Sekunden. Auch diese Funktionen können von der Steuereinheit in Abstimmung mit den anderen Fertigungsschritten gesteuert werden.
  • Bevorzugt ist zur impulsartigen bzw. getakteten Dampfabgabe 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 l/min, vorzugsweise <0,15 l/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 Vorrichtung 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 oder pneumatisch steuerbares Auslass-Sperrventil stromabwärts vom Dampfauslass vorgesehen sein. Es können aber auch zusätzlich oder alternativ für jeden Dampferzeuger einzeln steuerbare (Dosier-)Ventile, insbesondere 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 universell 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 Ausführungsform einen von außen beheizbaren Kern, z.B. einen Hohlzylinder, welcher druckdicht verschlossen oder in einem druckdichten Dampferzeugerbehälter 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 Reinigungsprozess.
  • 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 Wasserzufluss 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 umfasst 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, beispielsweise 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 thermisch 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 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 Relativbewegung zu der/den Dampfdüsen vorzugsweise aufeinander abgestimmt gesteuert. Vorteilhaft kann dabei der Dampfstrahl impulsartig nur während der Zeitdauer des Reinigungsvorgangs erzeugt und während der Förderung 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 Dampfstrom geschaltet. Hierdurch erreicht man neben der offensichtlichen 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.1C : eine weitere erfindungsgemäße Dampferzeuger-Einheit im Querschnitt;
    • FIG.2 : eine Dampferzeuger-Batterie in Perspektivansicht mit zwei Einheiten nach FIG.1 und zugehöriger Leitungs- und Ventiltechnik;
    • FIG.3 : ein vereinfachtes Fließbild einer industriellen Reinigungsanlage mit einer Dampferzeuger-Batterie nach FIG.2; und
    • FIG.4: 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 dargestellt, 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 Wasserzufluss 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 l/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 angeordnet, 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 Anschlüsse 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 Dampfauslass 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 einer 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 verschachtelte 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 umlaufende 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 Abstandhalter 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 Einspritzdüse 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' nach dem Prinzip aus FIG.1A-1B ist in FIG.1C im Querschnitt dargestellt. Der Dampferzeuger 1' 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 bereitgestellt 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.1C einen von zwei Halteringen 16A aus wenig wärmeleitendem 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.1C zur Wärmedämmung eine äußere Isolierung 15A vorgesehen, mit welcher der Außenmantel 18 umgeben ist.
  • Sonstige Einzelheiten aus FIG.1C 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.1C 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 jedenfalls 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.1C 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 vorgesehen 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.1) der beiden Dampferzeuger 1. Eine Entlüftung 24 am Speisewasser-Verteiler 22 vermeidet Lufteintritt in die Sprühdüsen 6 (FIG.1). 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. Andererseits 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 Dampfzuleitung 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 Speisewasserdruck 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 Handhabungsvorrichtung 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 automatischen 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.1 in WO 2011/124 868 A1 ).
  • FIG. 3 veranschaulicht eine vollautomatische Anlagensteuerung 50, welche 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 Stellventile, 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 Anforderungen 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 Restleitung 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, 1C, 1D gemäß FIG.1A-B bzw. FIG.1C. 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 Nacherhitzers 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 feste 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 Dampfabgabe 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
      Trockendampf
      15
      Isoliermaterial
      16
      verspiegelter Innenmantel
      17
      Luftspalt
      18
      Außenmantel
      19
      Abstandhalter
    • FIG.1C
      1'
      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
    • FIG.2
      1
      Dampferzeuger
      20
      Dampferzeuger-Batterie
      22
      Speisewasser-Verteiler
      23
      steuerbares Speiseventil
      24
      Entlüftung
      25
      Dampf-Verteiler
      26
      steuerbares Abgabeventil
      27, 28
      Sicherheitsventile
    • FIG.3
      20
      Dampferzeuger-Batterie
      30
      Dampfreinigungsanlage
      31
      Reinigungskammer
      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, 1C, 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 (Dampfabgabe)
      66
      Temperatursensor (Dampfabgabe)

Claims (16)

  1. 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.
  2. 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).
  3. 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 l/min, vorzugsweise <0,15 l/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 Dampferzeugerbehälter 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 Dampferzeugerbehälter 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 (1) 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 Dampfabgabe 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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