EP4647184A1

EP4647184A1 - System und verfahren zum qualitätssicheren reinigen von werkstücken und/oder werkzeugen

Info

Publication number: EP4647184A1
Application number: EP25000043.7A
Authority: EP
Inventors: Adler Björn
Original assignee: Imm Cleaning Solutions GmbH
Current assignee: Imm Cleaning Solutions GmbH
Priority date: 2024-05-08
Filing date: 2025-04-23
Publication date: 2025-11-12
Also published as: DE102024001496A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum qualitätssicheren Reinigen von Werkstücken und/oder Werkzeugen
- mit einem Einlaufmodul (2),
- einem Reinigungsmodul (3) mit mehreren luftbetriebenen, fliehkraftgeregelten Rotationsdüsen (16),
- einem Auslaufmodul (4) und
- einer übergeordneten Steuereinheit (8),

wobei eine Fördereinrichtung (5) vorgesehen ist, auf der die Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) sukzessive durch die Module (2, 3, 4) des modular aufgebauten Systems (1) bewegt werden,
wobei die übergeordnete Steuereinheit (8) die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (5) derart steuert, dass die Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) während des Durchlaufs durch das Reinigungsmodul (3) von verunreinigenden Partikeln, die sich auf der Oberfläche des Werkstücks (6) oder Werkzeugs (6) befinden, gereinigt werden,
wobei dem Reinigungsmodul (3) eine Absaugvorrichtung (9) zugeordnet ist, und wobei die übergeordnete Steuereinheit (8) die Absaugvorrichtung (9) derart steuert, dass die von der Oberfläche der Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) entfernten Partikel mit dem abgesaugten Luftstrom aus dem Reinigungsmodul (3) entfernt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum qualitätssicheren Reinigen und/oder Trocknen von Werkstücken und/oder Werkzeugen.
Aus der DE 10 2021 004 998 B1 ist ein System zum Reinigen und/oder Trocknen von zumindest einem Werkstück und/oder einem Werkzeug mittels eines fluiden Mediums bekannt geworden. Vorgesehen sind hier mehrere in Reihe angeordnete Rotationsdüsen, die das Medium (Druckluft, Reinigungsflüssigkeit) gezielt auf die Werkstücke bzw. Werkzeuge leiten, um diese von anhaftenden Verschmutzungen zu reinigen. Die Rotationsdüsen sind so ausgestaltet, dass sie über das Medium in Rotation versetzt werden. Jede dieser der Rotationsdüsen wird stetig bezüglich einer vorgegebenen Drehzahl überwacht, so dass nicht nur ein Ausfall, sondern auch eine schleichende Änderung der Drehzahl einer Rotationsdüse erkannt wird. Hierdurch ist es möglich, frühzeitig geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen, bevor die betroffene Rotationsdüse ihre Funktion nicht mehr korrekt erfüllt oder ganz ausfällt.
Jede Rotationsdüse weist eine Anschlusskomponente zum Anschließen an eine das fluide Medium führende Leitung und eine an der Anschlusskomponente relativ zur Längsachse der Rotationsdüse drehbar gelagerte Rotationskomponente auf. Rotationsdüsen, die in dem Reinigungssystem zum Einsatz kommen können, sind beispielsweise aus der DE 100 49 633 C2 und der DE 10 2017 009 773 A1 bekannt geworden.
In vielen Fällen werden Werkstücke oder Werkzeuge maschinell über spanabhebende Verfahren gefertigt. Um die Werkstücke oder Werkzeuge von losen Spänen oder Partikeln zu reinigen, ist das zuvor beschriebene System bestens geeignet. Es gibt jedoch auch kritische Anwendungen, bei denen sichergestellt sein muss, dass nach dem Reinigungsprozess alle Partikel und Verunreinigungen vollständig von der Oberfläche der Werkstücke entfernt sind, da ansonsten die Funktionsfähigkeit dieser Werkstücke nicht gewährleistet ist. Beispielhaft sei an dieser Stelle die Reinigung von Batteriemodulen genannt. Batteriemodule werden im Laserschweißverfahren zusammengefügt. Beim Laserschweißen bilden sich elektrisch leitfähige Schmauchpartikel, die sich an der Oberfläche der Batteriemodule absetzen. Diese müssen vollständig entfernt werden, da sonst die Gefahr besteht, dass es beim elektrischen Anschließen eines Batteriemoduls zu einem Kurzschluss und zur Beschädigung oder Zerstörung des ungenügend gereinigten Batteriemoduls kommt.
Bei dem Reinigungen mittels Rotationsdüsen tritt generell noch ein weiteres Problem auf: Die von der Oberfläche der Werkstücke/Werkzeuge abgelösten Partikel (welcher Art auch immer sie sind) sammeln sich in dem Filter des Abluftsystems, was mit zunehmendem Partikeleintrag zwangsläufig dazu führt, dass sich die Absauggeschwindigkeit und die Volumenmenge der abgesaugten Luft bei unveränderter Absaugung verringert. Dies wirkt sich zwangsläufig wiederum negativ auf die Güte des Reinigungsprozesses aus, da die Partikel nicht mehr vollständig aus dem Umfeld der Werkstücke/Werkzeuge entfernt werden. Insbesondere bei Reinigungsprozessen, bei denen die Reinigung für die Funktionsfähigkeit der Werkstücke ausschlaggebend ist, genügt es nicht, lediglich die korrekte Funktion der Rotationsdüsen des Reinigungssystems zu überwachen. Vielmehr ist zusätzlich eine Überwachung des gesamten Systems erforderlich, in dem der Reinigungsprozess stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Reinigung von Werkstücken/Werkzeugen anzugeben, das sicherstellt, dass die Werkstücke/Werkzeuge gleichbleibend einen geforderten Reinigungsgrad aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zum qualitätssicheren Reinigen von Werkstücken und/oder Werkzeugen, wobei das System die folgenden Komponenten aufweist: ein Einlaufmodul, ein Auslaufmodul und ein zwischen dem Einlaufmodul und Auslaufmodul angeordnetes Reinigungsmodul mit mehreren Reinigungsdüsen. Bei den Reinigungsdüsen handelt es sich insbesondere um steuerbare, fluidbetriebene Reinigungsdüsen. Weiterhin ist dem Reinigungsmodul eine Vorrichtung für die Luftzufuhr und eine Absaugvorrichtung zur Absaugung der mit verunreinigenden Partikeln beladenen Abluft aus dem Reinigungsmodul zugeordnet. Eine Fördereinrichtung bewegt die Werkstücke oder Werkzeuge sukzessive durch die Module. Eine übergeordneten Steuer-/Auswerteeinheit regelt verschiedene Parameter des Systems auf Sollgrößen, die in einer vorausgehenden Testphase ermittelt wurden und die sicherstellen, dass die Werkstücke oder Werkzeuge nach einem Durchlauf durch das Reinigungsmodul einen geforderten Reinigungsgrad aufweisen. Bei den Parametern handelt es sich beispielsweise um die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung, den Volumenstrom der Luftzufuhr zu dem Reinigungsmodul und den Volumenstrom der Absaugung der Abluft aus dem Reinigungsmodul.
Hierbei beachtet die Steuereinheit auch Informationen, die von anderweitigen Sensoren geliefert werden, die in dem System unterschiedliche Prozessgrößen messen oder überwachen. Insbesondere ist dem Reinigungsmodul im Auslassmodul eine Absaugvorrichtung zugeordnet. Die übergeordnete Steuereinheit steuert den Luftstrom der Absaugvorrichtung derart, dass die von der Oberfläche der Werkstücke oder Werkzeuge entfernten Partikel mit dem abgesaugten Luftstrom aus dem Reinigungsmodul entfernt werden. Insbesondere wird sichergestellt, dass die mit Partikeln verunreinigte Luft vollständig aus dem Reinigungsmodul entfernt wird.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die dem Auslaufmodul zugeordnete Absaugvorrichtung über zumindest eine Rohrverbindung mit dem Reinigungsmodul in Verbindung steht. Der Rohrverbindung von Reinigungsmodul und Absaugvorrichtung ist eine Sensorik zugeordnet, über die die Geschwindigkeit, der Druck und/oder der Volumenstrom der aus dem Reinigungsmodul abgesaugten Luft, in welchem die von den Werkstücken oder Werkzeugen abgelösten Partikel enthalten sind, gemessen wird. Die von der Sensorik bestimmten Messdaten werden über ein Bussystem an die übergeordnete Steuereinheit weitergeleitet. So erkennt die Steuereinheit beispielsweise anhand einer Verringerung der Absauggeschwindigkeit und des Volumendurchsatzes, ob ein Austausch des Filters/Filtersystems erforderlich ist. Gegebenenfalls generiert sie eine entsprechende Meldung an das Bedienpersonal.
Darüber hinaus wird in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System vorgeschlagen, dass dem Einlaufmodul ein Sensor zugeordnet ist, der so angeordnet ist, dass er die statische Aufladung von jedem der durchlaufenden Werkstücke oder Werkzeuge erfasst. Zudem ist in Laufrichtung der Fördereinrichtung hinter dem Sensor, der die statische elektrische Aufladung erfasst, eine Ionisationselektrode / eine Ableitelektrode angeordnet. Eine Überwachung der elektrischen Parameter der Elektrode lässt Rückschlüsse auf deren Verschmutzungsgrad und Effektivität zu. Diese ist so positioniert, dass sie elektrische Aufladungen der Werkstücke oder Werkzeuge neutralisiert. Bevorzugt ist auch eine weitere Ionisationselektrode dem Auslaufmodul zugeordnet. Diese zweite Ionisationselektrode neutralisiert elektrische Aufladungen der Werkstücke oder Werkzeuge, die während des Reinigungsprozesses aufgetreten sind. Zu erwähnen bleibt, dass es auch Rotationsdüsen mit integrierter Ableitelektrode für elektrische Aufladungen gibt. Auch die Parameter der der dem Auslaufmodul zugeordneten Elektrode werden überwacht. Es wird sichergestellt, dass vorgegebene Sollwerte innerhalb der Toleranzgrenzen eingehalten werden.
Die zuvor genannte Ausgestaltung ist von großer Wichtigkeit, wenn sichergestellt sein muss, dass die zu reinigenden oder gereinigten Werkstücke oder Werkzeuge, z.B. Batteriemodule, aus den bereits zuvor genannten Gründen nicht statisch aufgeladen sein dürfen. Wiederum werden auch hier alle vom Sensor gelieferten Daten der übergeordneten Steuereinheit übermittelt und in einem Speichermedium aufgezeichnet, so dass sie jederzeit als Prozessdokumentation zur Verfügung stehen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass dem Einlaufmodul eine Sensorik, insbesondere zur Druck- und Volumenmessung, zugeordnet ist. Anhand der Messdaten stellt die übergeordnete Steuereinheit den Druck und das Luftvolumen der Druckluft, die dem Reinigungsmodul zur Verfügung gestellt wird, so ein, dass die Werkstücke oder Werkzeuge nach dem Durchlauf durch das Reinigungsmodul den erforderlichen Reinigungsgrad aufweisen. Auch hier werden alle ermittelten oder eingestellten Daten aufgezeichnet. Somit ist es zu einem späteren Zeitpunkt möglich, den Nachweis zu führen, dass von dem Reinigungsmodul alle vorgegebenen Sollgrößen während eines Reinigungsprozesses eingehalten wurden. Die gereinigten Werkstücke / Werkzeuge weisen daher einen dokumentarisch belastbaren Reinigungsgrad auf.
Als besonders vorteilhaft wird die folgende Ausgestaltung des Reinigungsmoduls erachtet: Das Reinigungsmodul hat mehrere fliehkraftgeregelte Rotationsdüsen, die so angeordnet sind, dass der von ihnen zur Verfügung gestellte Luftstrom die komplette Oberfläche der zu reinigenden Werkstücke oder Werkzeuge abdeckt. Handelt es sich beispielsweise um Batteriemodule, so sind mehrere Rotationsdüsen über eine vorgegebene Fläche verteilt angeordnet. Fliehkraftgeregelte Rotationsdüsen werden von der Anmelderin in unterschiedlichen Ausgestaltungen angeboten und vertrieben.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Reinigungsmodul um ein drehzahlüberwachtes, autarkes System, wobei die korrekte Funktion der einzelnen Rotationsdüsen über eine separate zugeordnete Steuer-/Auswerteeinheit überwacht wird. Jeder Rotationsdüse ist ein Drehzahlsensor zugeordnet, der kontinuierlich Messdaten über die Drehzahl der Rotationsdüse erfasst und der Steuer-/Auswerteeinheit zur Verfügung stellt. Diese leitet die Daten an die übergeordnete Steuerung weiter. Die Steuer-/Auswerteeinheit generiert weiterhin eine Meldung an die übergeordnete Steuerung, wenn die von einem der Drehzahlsensoren übermittelte Drehzahl einer der Rotationsdüsen von einer vorgegebenen Drehzahl der Rotationsdüse abweicht. Eine genauere Beschreibung einer Ausgestaltung des autarken Reinigungsmoduls, das bei dem erfindungsgemäßen System zum Einsatz kommt, findet sich in der Figurenbeschreibung zu Fig. 3. Eine Ausgestaltung eines entsprechenden Reinigungsmoduls wurde auch bereits kürzlich in einem Patent der Anmelderin detailliert beschrieben.
Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung von Sollgrößen für die unterschiedlichen Stellgrößen/Parameter des erfindungsgemäßen Systems. Die entsprechenden Sollgrößen werden von der übergeordneten Steuereinheit zur Steuerung der einzelnen Parameter von Einlauf- und Auslaufmodul genutzt. Die Sollgrößen sind hierbei so bemessen, dass bei einem Durchlauf von Werkstücken oder Werkzeugen durch das modular aufgebaute System eine qualitätssichere Reinigung der Werkstücke oder Werkzeuge gewährleistet ist. In einem ersten Schritt werden in einer Testphase die Sollwerte für die Transportgeschwindigkeit der Fördereinrichtung und die Sollwerte für die Sensoren der einzelnen Module ermittelt. In einem zweiten Schritt steuert die übergeordnete Steuerung das System im regulären Reinigungsbetrieb anhand der in der Testphase ermittelten Sollgrößen. Hierbei werden die Sollgrößen in der Testphase experimentell oder über ein digitales Simulationsverfahren mittels eines CAD-Systems ermittelt.
Weiterhin ist in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass in der Testphase die optimale Drehzahl für jede der Rotationsdüsen ermittelt wird, und dass die dem Reinigungsmodul zugeordnete Regel-/Auswerteeinheit im regulären Betrieb die Drehgeschwindigkeit der einzelnen Rotationsdüsen auf die in der Testphase ermittelte Drehzahl überwacht.
Um zu jedem Zeitpunkt des Reinigungsprozesses Information über die Arbeitsweise der einzelnen Komponenten und Module des erfindungsgemäßen Systems zur Verfügung zu haben, ist vorgesehen, dass die übergeordnete Steuereinheit alle eingestellten oder ermittelten Daten und ggf. Fehlermeldungen aufzeichnet und dokumentiert.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems und
Fig. 2: eine skizzierte Darstellung der Komponenten des Reinigungsmoduls.
Fig. 3: eine bekannte Rotationsdüse 1 mit zwei kollinear angeordneten Armen und
Fig. 4: eine zur Fig. 1 analoge Darstellung des erfindungsgemäßen Systems.

Fig. 1 und Fig. 4 zeigen eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zum Reinigen von Werkstücken 6 oder Werkzeugen 6. Beide Figuren unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch das Design.
Das erfindungsgemäße System 1 weist drei Hauptmodule auf: ein Einlaufmodul 2, ein Reinigungsmodul 3 und ein Auslaufmodul 4. Bei dem Reinigungsmodul 3 handelt es sich um ein autarkes System von drehzahlüberwachten Rotationsdüsen 16, das in den Figuren Fig. 2 und Fig. 3 näher beschrieben wird. Der Transport der Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 durch das erfindungsgemäße System 1 erfolgt über eine Fördereinrichtung 5 - üblicherweise ein Förderband - die/das die Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 über den Einlauf 2, durch das Reinigungsmodul 3 zum Auslauf 4 bewegt.
Dem Einlaufmodul 2 ist eine Sensorik 13, insbesondere zur Druck- und Volumenmessung, zugeordnet. Die Sensorik 13 stellt der übergeordneten Steuereinheit 8 insbesondere Information über den Druck und das Luftvolumen der Druckluft zur Verfügung, die den Rotationsdüsen 16 des Reinigungsmoduls 3 zugeführt wird. Diese Druckluft ist so bemessen, dass die Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 nach dem Durchlauf durch das Reinigungsmodul 3 den erforderlichen Reinigungsgrad aufweisen. Auch hier werden alle ermittelten Daten - Soll- und Istwerte - kontinuierlich aufgezeichnet.
Weiterhin ist im Bereich des Einlaufmoduls 2 ein Sensor 10 vorgesehen, der eine statische elektrische Aufladung der durchlaufenden Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 erfasst. In Laufrichtung der Fördereinrichtung 5 hinter dem Sensor 11 zur Messung der statischen elektrischen Aufladung ist eine Ionisationselektrode / Ableitelektrode 10 angeordnet ist. Diese ist so positioniert, dass sie etwaige elektrische Aufladungen der Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 ableitet und die Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 neutralisiert.
Das Reinigungsmodul 3 ist zu einem großen Teil bereits aus dem in der Einleitung genannten Stand der Technik bekannt. In den Figuren Fig. 2 und Fig. 3 werden die wesentlichen Komponenten noch einmal beschrieben.
Dem Auslaufmodul 4 ist eine Absaugvorrichtung 9 zugeordnet. Die Absaugvorrichtung 9 ist über eine Rohrverbindung 7 mit dem Reinigungsmodul 2 verbunden. In der Rohrverbindung 7 von Reinigungsmodul 3 und Absaugvorrichtung 9 ist eine Sensorik 12 angeordnet, über die die Geschwindigkeit und/oder der Volumenstrom der aus dem Reinigungsmodul 3 abgesaugten Luft, in welchem die von den Werkstücken 6 oder Werkzeugen 6 abgelösten Partikel enthalten sind, gemessen wird. Ein Druckabfall und/oder eine Verringerung des Volumenstroms der abgesaugten Luft - was auf ein Zusetzen des Filtersystems hinweisen kann - lässt sich über die gemessenen Parameter frühzeitig erkennen. Dem Auslaufmodul 4 ist gleichfalls eine Ionisationselektrode 10 zugeordnet ist, die Aufladungen der Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6, die während des Reinigungsprozesses aufgetreten sind, ableitet.
Damit der Reinigungsprozess qualitätssichere Ergebnisse liefert, müssen die Sollgrößen bekannt sein, auf die die übergeordnete Steuerung 8 die Fördereinrichtung 5, die Luftzufuhr zu den Rotationsdüsen 16, das Absaugen der mit Partikeln verunreinigten Abluft, usw. steuert. Ermittelt werden alle benötigten Sollwerte für die Sensoren und Stelleinrichtungen während einer Testphase. In der regulären Reinigungsphase steuert die übergeordnete Steuerung 8 die Komponenten des erfindungsgemäßen Systems 1 entsprechend den in der Testphase ermittelten Sollgrößen. Die Sollgrößen werden in der Testphase entweder experimentell oder über ein digitales Simulationsverfahren, CAD-Verfahren, ermittelt.
In der Testphase wird auch die optimale Drehzahl für jede der Rotationsdüsen 16 des Reinigungsmoduls 3 ermittelt. Die Überwachung der Drehzahl jeder einzelnen im Reinigungsmodul 3 eingesetzten Rotationsdüse erfolgt über Steuer-/Auswerteinheit 27.
Um über den Ablauf des Reinigungsprozesses einen lückenlosen Nachweis führen zu können, werden Soll- und Ist-Daten der einzelnen Komponenten und Sensoren aufgezeichnet und dokumentiert. Dem Bedienpersonal der Anlage sind die Daten jederzeit über ein entsprechenden Bedien- /Anzeigemodul zugänglich (nicht dargestellt).
Fig. 2 zeigt eine skizzierte Darstellung der Komponenten des Reinigungsmoduls zum Reinigen und/oder Trocknen von zumindest einem Werkstück und/oder einem Werkzeug mittels eines fluiden Mediums. Bei dem fluiden Medium handelt es sich im gezeigten Fall um Druckluft. Die Druckluft befindet sich in einem geeignet ausgestalteten Behälter 15, der dem Einlauf 2 zugeordnet ist. Es versteht sich von selbst, dass als fluides Medium - je nach Anwendungsfall - auch eine Flüssigkeit, z.B. eine Reinigungsflüssigkeit, eingesetzt werden kann. Die Werkstücke oder Werkzeuge sind in Fig. 2 nicht gesondert dargestellt.
Das System besteht aus mehreren ggf. unterschiedlich ausgestalteten Rotationsdüsen 16, die jeweils über eine Adaptereinheit 17 an einer Montageeinheit 18 angebracht sind. Im gezeigten Fall ist die Montageeinheit 18 eine lineare Schiene und die Rotationsdüsen 16 sind in Reihe auf der Montageeinheit 18 angeordnet. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung ist die Anordnung der Rotationsdüsen 16 an die jeweilige Form der zu reinigenden Werkstücke 6 oder Werkzeuge 6 angepasst. Handelt es sich bei den Werkstücken 6 z.B. um flächige Batteriemodule, so sind die Rotationsdüsen 16 in einer flächigen Anordnung - mehrere Reihen von Rotationsdüsen sind parallel zueinander angeordnet - positioniert. Wesentliche Bestandteile jeder Rotationsdüse 16 sind ein feststehender Grundköper 19 mit einem Anschluss zum Anschließen der Leitung 20 und einer Rotationskomponente 21, die drehbar um die Längsachse der Rotationsdüse 16 an dem Grundkörper 19 gelagert ist. Die Lagerung erfolgt üblicherweise über Kugellager, z.B. über zwei Miniatur-Spindellager.
Die Druckluft strömt durch eine in der Rotationsdüse 16 verlaufende Durchführung (nicht dargestellt) zu zumindest einer Antriebsdüse 22 und zu zumindest einer Arbeitsdüse 23, die beide der Rotationskomponente 21 zugeordnet sind. Jede Arbeitsdüse 23 ist so ausgestaltet und angeordnet, dass das fluide Medium auf die Werkstücke oder Werkzeuge gerichtet ausströmt. Jeder Antriebsdüse 22 ist eine Fliehkraftregeleinheit (nicht gesondert dargestellt) zugeordnet. Diese stellt sicher, dass die Rotation der Rotationskomponente 21 der Rotationsdüse 16 mit einer vorgegebenen Drehzahl erfolgt. Die Fliehkraftregeleinheit ist bevorzugt so ausgestaltet, dass sie - je nach aktueller Drehzahl der Rotationskomponente 21 - die Austrittsöffnung der Antriebsdüse 22 für die Druckluft durch ein federnd gelagertes Gewicht selbsttätig vergrößert oder verkleinert, wodurch die Rotationskomponente 21 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl rotiert. Bevorzugt zeigen die Rotationsdüsen 16 einen im Wesentlichen symmetrischen Aufbau, wodurch das Auftreten von Unwuchten effektiv vermieden wird.
Fig. 3 zeigt eine Rotationsdüse 1 mit zwei kollinear angeordneten Armen, an denen die die Arbeitsdüsen 23 und Antriebsdüsen 22 angeordnet sind. Ausführliche Information zu diesem Typ von Rotationsdüse 1 ist der DE 100 49 633 C2 zu entnehmen. Ein weitere geeignete Rotationsdüse ist in der DE 10 2017 009 773 A1 ausführlich beschrieben.
Jede Rotationsdüse 16 ist über eine Adaptereinheit 17 mit der Montageeinheit 18 mechanisch verbunden. Die Adaptereinheit 17 ist darüber hinaus mit einer Leiterkarte 24 mit elektrischen Steckerelementen 25 ausgestattet. Über die Leiterkarte 24 erfolgt die Anbindung an das Bussystem 26. Über das Bussystem 26 kommunizieren die Rotationsdüsen 16 untereinander, insbesondere aber mit der Steuer-/Auswerteeinheit 27; auch erfolgt die Energieversorgung der Komponenten 16 über das Bussystem 26.
Jede Adaptereinheit 17 ist mit einem Drehzahlsensor 28 zur Ermittlung der Drehzahl der zugeordneten Rotationsdüse 16 versehen. Bei den Drehzahlsensoren 28 handelt es sich bevorzugt um Sensoren, die auf dem induktiven Prinzip arbeiten. Hierbei ist in der Adaptereinheit 17 eine induktive Komponente 29 vorgesehen, die mit zumindest einem elektrisch leitenden Markierungselement 30, das fest mit der Rotationskomponente 21 verbunden ist, wechselwirkt. Das Markierungselement 30 kann beispielsweise so wie in der DE 10 2021 004 998 A1 beschrieben, ausgestaltet sein.
Die Steuer-/Auswerteeinheit 27 generiert eine Meldung, sobald die von einem der "intelligenten" Drehzahlsensoren 28 übermittelte Drehzahl von der vorgegebenen Drehzahl der entsprechenden Rotationsdüse 16 abweicht. Auch ist es möglich, die von den Drehzahlsensoren 28 gelieferten Daten über ein Netzwerk an eine entfernte Anzeigeeinheit via HTML Protokoll weiterzuleiten. Die Anzeigeeinheit kann selbstverständlich auch einem Business Service Portal, einem PC oder einem Handy zugeordnet sein. Auf der Anzeigeeinheit lassen sich die von den Rotationsdüsen 16 bzw. den Drehzahlsensoren 28 gelieferten Daten grafisch darstellen. Bevorzugt hat der Nutzer mit einem Blick auf das Display alle relevanten Informationen verfügbar.
Die Kommunikation auf dem Bussystem 16 erfolgt über eines der in der Automatisierungstechnik gebräuchlichen Busprotokolle, beispielsweise wird das CAN Busprotokoll eingesetzt. Über das Bussystem 16 - das Busprotokoll läuft auf einer verdrillten Zweidrahtleitung - tauschen die Drehzahlsensoren 28 der Rotationsdüsen 16 und die Steuer-Auswerteeinheit 27 gegenseitig Information aus. Da beim CAN-Bus (Controlled Area Network) sämtliche Daten über lediglich zwei Leitungen übertragen werden, lässt sich der Verkabelungsaufwand erheblich reduzieren, was Kosten verringert. Ein großer Vorteil der Nutzung eines Bussystems 26 ist weiterhin darin zu sehen, dass weitere Busteilnehmer bzw. Rotationsdüsen 16 nachträglich eingefügt oder auch entfernt werden können: Es muss lediglich die Verbindung zur Busleitung hergestellt bzw. getrennt werden. Dieser Aspekt spielt besonders bei der Fehlersuche und Reparatur ein bedeutende Rolle. Fällt einer der Busteilnehmer aus irgendwelchen Gründen aus, so hat dies keine unmittelbaren Auswirkungen auf die Funktion des Systems. Alle funktionierenden Busteilnehmer können weiterhin uneingeschränkt kommunizieren.

Bezugszeichenliste

1: erfindungsgemäßes System
2: Einlaufmodul
3: Reinigungsmodul
4: Auslaufmodul
5: Fließband / Fördereinrichtung
6: Werkstück / Werkzeug
7: Absaugstutzen
8: übergeordnete Steuereinheit / SPS
9: Absaugmodul
10: Ionisierungsvorrichtung / Ableitelektrode
11: Sensor zur Messung einer statischen Aufladung
12: Sensorik für die Überwachung des abgesaugten Luftstroms
13: Sensorik für Überwachung Einlaufmoduls
14: Zuführstutzen
15: Behälter
16: Rotationsdüse
17: Adaptereinheit
18: Montageeinheit
19: Grundkörper
20: Leitung
21: Rotationskomponente
22: Antriebsdüse
23: Arbeitsdüse
24 25: Steckerelement
26: Bussystem
27: Steuer-/Auswerteeinheit
28: Drehzahlsensor
29 30: Elektrisch leitfähiges Markierungselement
31: Display / Anzeigeeinheit
32: Eingabeeinheit
33: Gehäuse

Claims

Modular aufgebautes System zum qualitätssicheren Reinigen von Werkstücken (6) und/oder Werkzeugen (6) mit
einem Einlaufmodul (2),

einem Auslaufmodul (4),

einem zwischen Einlaufmodul (2) und Auslaufmodul (4) angeordneten Reinigungsmodul (3) mit mehreren steuerbaren, fluidbetriebenen Reinigungsdüsen,

einer dem Reinigungsmodul (3) zugeordneten Vorrichtung für die Luftzufuhr (14) und einer Absaugvorrichtung (9) zur Absaugung der mit verunreinigenden Partikeln beladenen Abluft aus dem Reinigungsmodul (3),

einer Fördereinrichtung (5), auf der die Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) sukzessive durch die Module (2, 3, 4) bewegt werden, und

einer übergeordneten Steuer-/Auswerteeinheit (8), die die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (5) und Parameter, die die Luftzufuhr zu dem Reinigungsmodul (3) und die Absaugung der Abluft aus dem Reinigungsmodul (3) bestimmen, auf Sollgrößen regelt, die in einer Testphase ermittelt wurden, so dass die Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) nach Durchlauf durch das Reinigungsmodul (3) einen geforderten Reinigungsgrad aufweisen.
System nach Anspruch 1,
wobei die Absaugvorrichtung (9) über zumindest eine Rohrverbindung (7) mit dem Reinigungsmodul (3) in Verbindung steht, und

wobei in der Rohrverbindung (7) von Reinigungsmodul (3) und Absaugvorrichtung (9) eine Sensorik (12) angeordnet ist, über die die Geschwindigkeit und/oder der Druck und/oder der Volumenstrom der aus dem Reinigungsmodul (3) abgesaugten Luft, in welchem die von den Werkstücken (6) oder Werkzeugen (6) abgelösten Partikel enthalten sind, misst.
System nach Anspruch 1 oder 2,
wobei dem Einlaufmodul (2) ein Sensor (10) zugeordnet ist, der so angeordnet ist, dass er die statische Aufladung von jedem der durchlaufenden Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) erfasst.
System nach Anspruch 3,
wobei in Laufrichtung der Fördereinrichtung (5) hinter dem Sensor (10) zur Messung der statischen Aufladung eine Ionisationselektrode (11) angeordnet ist, die so positioniert ist, dass sie elektrische Aufladungen der Werkstücke (3) oder Werkzeuge (3) neutralisiert.
System nach Anspruch 3 oder 4,
wobei dem Auslaufmodul eine Ionisationselektrode zugeordnet ist, die Aufladungen der Werkstücke oder Werkzeuge neutralisiert.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei dem Einlaufmodul (2) eine Sensorik (13), insbesondere zur Druck- und Volumenmessung, zugeordnet ist, und

wobei die übergeordnete Steuereinheit den Druck und das Luftvolumen der Druckluft, die dem Reinigungsmodul (3) zur Verfügung gestellt wird, so einstellt, dass die Werkstücke (6) oder Werkzeuge (6) nach dem Durchlauf durch das Reinigungsmodul (3) den erforderlichen qualitativ hohen Reinigungsgrad aufweisen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Reinigungsmodul (3) ein drehzahlüberwachtes, autarkes System mit mehreren fliehkraftgeregelte Rotationsdüsen (16) und mit einer Steuer-/Auswerteeinheit zugeordnet ist,
wobei mittels eines zugehörigen Drehzahlsensors kontinuierlich die Drehzahl von jeder der Rotationsdüsen ermittelt wird, und

wobei die Steuer-/Auswerteeinheit eine Meldung generiert, wenn die von einem der Drehzahlsensoren übermittelte Drehzahl einer der Rotationsdüsen von einer vorgegebenen Drehzahl der Rotationsdüse abweicht.
Verfahren zur Ermittlung von Sollgrößen für die Parameter des in den Ansprüchen 1-7 beschriebenen Systems, wobei die korrekt eingestellte Sollgrößen eine qualitätssichere Reinigung der Werkstücke oder Werkzeuge gewährleisten,
wobei in einer Testphase die Sollwerte für die Transportgeschwindigkeit der Fördereinrichtung und die Sollwerte für die Sensoren der einzelnen Module ermittelt werden, und

wobei die übergeordnete Steuerung das System im regulären Reinigungsbetrieb anhand der in der Testphase ermittelten Sollgrößen steuert.
Verfahren nach Anspruch 8,
wobei die Sollgrößen in der Testphase experimentell oder über ein digitales Simulationsverfahren ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8,
wobei in der Testphase die optimale Drehzahl für jede der Rotationsdüsen ermittelt wird, und wobei

die Regel-/Auswerteeinheit im regulären Betrieb die Drehgeschwindigkeit der einzelnen Rotationsdüsen auf die in der Testphase ermittelte Drehzahl überwacht.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1-10,
wobei alle eingestellten oder ermittelten Daten von der übergeordneten Steuereinheit aufgezeichnet und dokumentiert werden.