Vorrichtung und Verfahren zum kälteunterstützten mechanischen Entfernen vonDevice and method for cold-assisted mechanical removal of
Oberflächenbeschichtungensurface coatings
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Entfernen einer Be- Schichtung von einem Substrat.The invention relates to a device and a method for removing a coating from a substrate.
Bekannt sind Oberflächenbearbeitungsverfahren wie Sandstrahlen, Kugelstrahlen, Vibrationsnadeln oder Trockeneisstrahlen, deren Zweckbestimmung darin liegt, eine Beschichtung von einem Substrat zu lösen. Zur Behandlung leicht ablösbarer Schichten wird heute in großem Umfange das Trockeneisstrahlverfahren eingesetzt, das seine beste Wirkung bei mittelharten und leicht versprödbaren Oberflächen erzielt, die auf einem relativ festen und harten Untergrund aufgetragen sind. Dieses Verfahren, das beispielsweise in dem Artikel von S. Donath und F. Lürken: „ColdJet- umweltfreundliches Reinigen mit Trockeneispellets" gas aktuell 41 , S.4 (1991) be- schrieben ist, findet beispielsweise Anwendung bei der Entrostung von Schiffskörpern. Hier kommt es nicht darauf an, metallisch blanke Oberflächen zu schaffen, sondern lediglich die schlecht haftenden Rostpartikel zu entfernen, da festhaftende, passivierte Bestandteile des Oxidbelages bereits einen gewissen Rostschutz für das darunterliegende Metall darstellen. Wegen der relativ geringen Härte der Trocken- eispartikel von 2 (Mohs) eignen sich Trockeneisstrahlverfahren auch zum Reinigen empfindlicher Oberflächen. Das Verfahren zeigt jedoch nur eine geringe Effektivität bei der Entfernung harter oder fest mit dem Substrat verbundener Beschichtungen. Durch eine spezielle Düsengeometrie, wie sie beispielsweise in der DE 198 07 917 A1 beschrieben ist, kann zwar die Strahlgeschwindigkeit und damit die Flächenleis- tung bezogen auf die jeweils eingesetzte Menge an Trockeneis und Druckgas maxi- miert werden, auf die Entfernbarkeit von harten oder fest mit dem Substrat verbundenen Schichten hat die Strahlgeschwindigkeit jedoch einen nur geringen Einfluss.Surface processing methods such as sandblasting, shot peening, vibrating needles or dry ice blasting are known, the purpose of which is to detach a coating from a substrate. For the treatment of easily removable layers, the dry ice blasting process is widely used today, which achieves its best effect on medium-hard and easily embrittled surfaces that are applied to a relatively firm and hard surface. This process, which is described, for example, in the article by S. Donath and F. Lürken: "ColdJet - environmentally friendly cleaning with dry ice pellets" gas aktuell 41, p.4 (1991), is used, for example, for the derusting of hulls. Here it is not important to create shiny metallic surfaces, but only to remove the poorly adhering rust particles, since firmly adhered, passivated components of the oxide layer already provide a certain rust protection for the underlying metal. Because of the relatively low hardness of the dry ice particles of 2 ( Mohs) dry ice blasting processes are also suitable for cleaning sensitive surfaces, but the process is only very ineffective in removing hard coatings or coatings that are firmly attached to the substrate, thanks to a special nozzle geometry, such as that described in DE 198 07 917 A1 indeed the jet speed and thus the areal power can be maximized based on the amount of dry ice and compressed gas used, but the jet speed has only a minor influence on the removability of hard layers or layers firmly attached to the substrate.
Zum Entfernen harter Oberflächenbeschichtungen kommen dagegen Geräte zum Einsatz, bei denen die zu entfernende Beschichtung, wie etwa bei dem in der DE 44 27 910 A1 beschriebenen Nadelhammerwerkzeug, durch eine mechanische Einwir-
kung beseitigt wird. Druckluftbetriebene Nadelwekzeuge sind mit harten Stahlnadeln ausgerüstet, die durch Zusammenwirken eines mit Druckluft angetriebenen fliegenden Kolbens und einer Rückhohlfeder periodisch gegen die zu reinigende Oberfläche geschlagen werden und auf diese Weise eine Beschichtung abrasiv entfernen.To remove hard surface coatings, on the other hand, devices are used in which the coating to be removed, such as in the needle hammer tool described in DE 44 27 910 A1, is operated mechanically. kung is eliminated. Air-operated needle tools are equipped with hard steel needles, which are periodically struck against the surface to be cleaned by the interaction of a flying piston driven by compressed air and a return spring, and in this way remove a coating abrasively.
Nachteilig bei diesen Vorrichtungen nach dem Stande der Technik ist jedoch, daß es beim Einsatz zu einer Erwärmung der behandelten Oberfläche kommt, was fallweise zur Folge haben kann, daß die Zähigkeit des zu entfernenden Oberflächenbelages zunimmt und somit der Abtragungsvorgang erschwert wird; des weiteren kann es zu Beschädigungen der Substratoberfläche kommen.A disadvantage of these devices according to the prior art, however, is that the treated surface heats up during use, which in some cases can result in the toughness of the surface covering to be removed increasing and thus the removal process being made more difficult; furthermore, the substrate surface may be damaged.
In dem Fachaufsatz von D. Rebhan: „Gummiformteile entgraten mit flüssigem Stickstoff als Mittel zum Unterkühlen," in: Maschinenmarkt Würzburg 91 , S. 1884 (1985) wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Gummiformteile vor dem Entgraten einer Kältebehandlung durch Zuführen von flüssigem Stickstoff unterzogen werden. Den Formteilen anhaftende Grate verspröden durch die Kältewirkung und lassen sich durch Strahlmitteleinsatz anschließend leichter ablösen. Zur Entfernung von festhaftenden Oberflächenbeschichtungen ist dieses Verfahren nicht geeignet.In the technical article by D. Rebhan: "Rubber molded parts deburred with liquid nitrogen as a means of supercooling," in: Maschinenmarkt Würzburg 91, p. 1884 (1985) describes a process in which rubber molded parts are subjected to cold treatment by deburring with liquid nitrogen before deburring Burrs adhering to the molded parts become brittle as a result of the cold effect and can then be removed more easily by using blasting media. This process is not suitable for removing firmly adhering surface coatings.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Möglichkeit zur Beseitigung von Oberflächenbeschichtungen zu schaffen, die materialschonend ist und zur Entfernung sowohl weicher als auch harter Beschichtungen geeignet ist.The object of the present invention is therefore to create a possibility for removing surface coatings which is gentle on the material and is suitable for removing both soft and hard coatings.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentan- spruchs l .This object is achieved by a device with the features of patent claim 1.
Beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Erfindung wird das Substrat somit während der mechanischen Bearbeitung oder zeitversetzt dazu einer Kältebehandlung durch Bestrahlung mit einem Kältemittel unterzogen. Die Kältebehandlung führt zu einer Versprödung der Beschichtung, die den abrasiven Reinigungseffekt des Bearbeitungswerkzeugs ergänzt und unterstützt.
Somit kann die mechanisch-abrasive Bearbeitung mit Werkzeugteilen von geringerer Härte ausgeführt werden als bei Bearbeitungswerkzeugen nach dem Stande der Technik. Als Kältemittel ist dabei jede Substanz vorstellbar, die zu einer nachhaltigen Versprödung der Beschichtung führt. Hierzu gehört etwa Kohlendioxid, das in Form von kaltem Gas oder Festkörperteilchen auf das Substrat aufgestrahlt werden kann. Auch der Einsatz von CO2- Pellets ist denkbar, deren geringe Härte eine besonders materialschonende Bearbeitung erlaubt.When the invention is used as intended, the substrate is thus subjected to a cold treatment by irradiation with a refrigerant during the mechanical processing or with a time delay. The cold treatment leads to embrittlement of the coating, which complements and supports the abrasive cleaning effect of the processing tool. The mechanical-abrasive machining can thus be carried out with tool parts of lower hardness than with machining tools according to the prior art. Any substance that can cause the coating to become brittle is conceivable as a refrigerant. This includes, for example, carbon dioxide, which can be irradiated onto the substrate in the form of cold gas or solid particles. It is also conceivable to use CO 2 pellets, the low hardness of which allows particularly gentle processing.
Als bevorzugtes Bearbeitungswerkzeug ist ein Nadelgerät einsetzbar. Bei einem solchen Gerät erfolgt die Bearbeitung mittels längsbeweglich im Nadelgerät aufgenommener Nadeln, die periodisch auf das Substrat einwirken und auf diese Weise eine abrasive Beseitigung eines auf dem Substrat aufliegenden Belages herbeiführen.A needle device can be used as the preferred processing tool. In such a device, processing is carried out by means of needles which can be moved longitudinally in the needle device and which periodically act on the substrate and in this way bring about an abrasive removal of a coating lying on the substrate.
Um die Bearbeitung besonders empfindlicher oder weicher Substrate zu ermöglichen, sind die Nadeln des Nadelgerätes nicht, wie bei handelsüblichen Nadelgeräten, aus Stahl, sondern aus Kunststoff gefertigt. Als bevorzugtes Material kommen dabei zähharte Kunststoffe in Betracht, etwa Polyamid, das mit Kevlarfasem oder mit Aluminiumpulver verstärkt ist; jedoch sind auch andere Materialien mit ähnlichen Ei- genschaften vorstellbar.In order to enable the processing of particularly sensitive or soft substrates, the needles of the needle device are not made of steel, as is the case with commercially available needle devices, but of plastic. Tough-hard plastics are considered as the preferred material, for example polyamide, which is reinforced with Kevlar fibers or with aluminum powder; however, other materials with similar properties are also conceivable.
Zur leichteren Wartung des Bearbeitungswerkzeugs sind die Nadeln an ihren der bestimmungsgemäßen Einsatzspitze entgegengesetzten Seite in Hülsen aus einem harten, beispielsweise metallischen Material aufgenommen und fest, jedoch ablösbar mit diesen verbunden. Ohne daß damit eine Beeinträchtigung ihrer Wirkungsweise verbunden wäre, können die Nadeln so leicht ausgetauscht werden, etwa bei Verschleiß der Nadeln oder wenn ein Ersetzen der Nadeln durch solche mit anderen Bearbeitungseigenschaften gewünscht wird.
Um eine hohe Effizienz bei der abrasiven Betätigung des Bearbeitungswerkzeugs zu gewährleisten, ist das Bearbeitungswerkzeug pneumatisch, etwa mit Druckluft, betreibbar.For easier maintenance of the processing tool, the needles are accommodated on their side opposite the intended use tip in sleeves made of a hard, for example metallic material, and are firmly but detachably connected to them. The needles can be easily replaced, for example if the needles wear out or if the needles are to be replaced by those with different processing properties, without impairing their mode of operation. In order to ensure high efficiency in the abrasive actuation of the machining tool, the machining tool can be operated pneumatically, for example with compressed air.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Kühleinrichtung pneumatisch mit der Druckluftversorgung des Bearbeitungswerkzeugs verbunden. Dabei sind pneumatische Einrichtungen vorgesehen, die bei Öffnen der Druckluftzufuhr in das Bearbeitungswerkzeug gleichzeitig oder zeitversetzt dazu die Kältemittelversorgung öffnen. Bei Bedarf lassen sich jedoch beide Druckluftzuführungen voneinander ab- koppeln, um etwa die Werkzeuge unabhängig voneinander einsetzen zu können.In a particularly advantageous development, the cooling device is pneumatically connected to the compressed air supply to the machining tool. Pneumatic devices are provided which, when the compressed air supply to the processing tool is opened, open the refrigerant supply simultaneously or with a time delay. If required, however, both compressed air supply lines can be disconnected from one another, for example, so that the tools can be used independently of one another.
Es empfiehlt sich, die Kältemittelzuführung im Innern einer Druckluftzuführung, vorzugsweise koaxial anzuordnen. Auf diese Weise wird die Kältemittelzuführung, als die etwa ein Zuleitungsschlauch für flüssiges CO2 vorgesehen ist, wirksam vor me- chanischer Beschädigung geschützt.It is advisable to arrange the refrigerant supply inside a compressed air supply, preferably coaxially. In this way, the refrigerant supply, such as a supply hose for liquid CO 2 , is effectively protected against mechanical damage.
Alternativ oder ergänzend zum pneumatischen Antrieb kann das Bearbeitungswerkzeug auch elektrisch und/oder hydraulisch betrieben werden.As an alternative or in addition to the pneumatic drive, the machining tool can also be operated electrically and / or hydraulically.
Eine mit geringem Aufwand verbundene Kältemittelversorgung, die insbesondere für Klein- und Kleinstanwendungen von Vorteil ist, besteht in einer mit flüssigem Kohlendioxid gefüllte Steigrohrflasche, in der Kohlendioxid unter Druck bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegt. Infolge des Druckabfalls beim Austritt aus der Kühleinrichtung entfaltet das Kohlendioxid eine erhebliche Kältewirkung.A low-cost refrigerant supply, which is particularly advantageous for small and very small applications, consists in a riser bottle filled with liquid carbon dioxide, in which carbon dioxide is in liquid form under pressure at room temperature. As a result of the pressure drop when exiting the cooling device, the carbon dioxide has a considerable cooling effect.
Bei größeren und/oder industriellen Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfiehlt sich eine Mitteldruck-Tankanlage zur Kälteversorgung, in der das Kohlendioxid in flüssiger Form vorliegt.
Ein mit dem Bearbeitungswerkzeug verbundener Strahltrichter, in den die Strahldüse der Kühleinrichtung einmündet, sorgt für eine weiter verbesserte Konzentration derFor larger and / or industrial applications of the device according to the invention, a medium-pressure tank system for cooling supply is recommended, in which the carbon dioxide is in liquid form. A jet funnel connected to the processing tool, into which the jet nozzle of the cooling device opens, ensures a further improved concentration of the
Kälteeinwirkung auf die Bearbeitungszone.Effect of cold on the processing zone.
Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gegeben: Dabei ist das Werkzeugteil bzw. sind die Werkzeugteile, die auf das Substrat einwirken, in einer Führungseinrichtung aufgenommen, in die gleichzeitig eine Strahldüse der Kühleinrichtung einmündet. Dadurch wird nicht nur die Bearbeitungszone, sondern auch das Werkzeugteil bzw. die Werkzeugteile während des Einsatzes wirkungsvoll gekühlt.A further expedient embodiment of the invention is provided by a device with the features of claim 12: The tool part or the tool parts which act on the substrate are received in a guide device into which a jet nozzle of the cooling device opens at the same time. This not only effectively cools the machining zone, but also the tool part or parts during use.
Vorteilhafterweise ist die Kühleinrichtung lösbar mit dem Bearbeitungswerkzeug verbunden. Diese Ausgestaltung erleichtert die Wartung der einzelnen Bestandteile und läßt zudem eine separate Verwendung des Bearbeitungswerkzeugs bzw. der Strahl- einrichtung zu.The cooling device is advantageously detachably connected to the machining tool. This configuration facilitates the maintenance of the individual components and also allows the processing tool or the blasting device to be used separately.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 14 gelöst. Die gleichzeitig oder zeitversetzt zur mechanischen Behandlung erfolgende Kältebehandlung führt zu einer Versprödung der Beschichtung und damit zu einer verbesserten Reinigungswirkung.The object of the invention is also achieved by a method having the features of claim 14. The cold treatment which takes place at the same time or with a delay in relation to the mechanical treatment leads to embrittlement of the coating and thus to an improved cleaning effect.
Zweckmäßigerweise erfolgt als Kältebehandlung eine Strahlbehandlung, bei der das Substrat mit gasförmigem und/oder festem Kohlendioxid bestrahlt wird. Hierzu wird das Kohlendioxid in flüssiger Form herangeführt und erst im unmittelbaren Umge- bungsbereich unter Bildung von gasförmigem CO2 entspannt. Auf diese Weise werden aufwendige Isolierungen der Kühlmittelzuführungen entbehrlich und Vereisungsprobleme treten im Bereich der Kühleinrichtung nicht oder nur in stark eingeschränktem Umfang auf.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, neben der Kältebehandlung des Substrats auch die impulsübertragenden Werkzeugteile mitThe cold treatment is expediently carried out by a radiation treatment in which the substrate is irradiated with gaseous and / or solid carbon dioxide. For this purpose, the carbon dioxide is introduced in liquid form and only expanded in the immediate vicinity with the formation of gaseous CO 2 . In this way, costly insulation of the coolant supply lines is unnecessary and icing problems do not occur in the area of the cooling device or only to a very limited extent. An advantageous development of the method according to the invention provides, in addition to the cold treatment of the substrate, also the pulse-transmitting tool parts
Kältemittel zu beaufschlagen.To apply refrigerant.
Anhand der Zeichnungen sollen nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:Exemplary embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Schematic views show:
Fig. 1 : Ein Nadelwerkzeug mit CO2 - Kühleinrichtung im Längsschnitt, Fig. 2: das Nadelwerkzeug aus Fig. 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A Fig. 3: verschiedene Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Nadelgeräts mit CO2-Kühieinrichtung, Fig. 4: verschiedene Ausgestaltungen einer Nadel für ein Nadelwerkzeug, Fig. 5: in einem Blockschaltbild eine Kältemittelzufuhr für ein Nadelwerkzeug mit CO2-Kühleinrichtung und Fig. 6: verschiedene Ausgestaltungen von Zuleitungen für Druckluft und Kältemittel im Querschnitt.Fig. 1: A needle tool with CO 2 cooling device in longitudinal section, Fig. 2: The needle tool from Fig. 1 in cross section along the section line AA Fig. 3: Various configurations of a needle device according to the invention with CO 2 cooling device, Fig. 4: Various Embodiments of a needle for a needle tool, FIG. 5: in a block diagram, a refrigerant supply for a needle tool with CO 2 cooling device and FIG. 6: different configurations of supply lines for compressed air and refrigerant in cross section.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 1 umfaßt ein druckluftbetriebenes Nadelwerkzeug 2 und eine Kühleinrichtung 3.The device 1 shown in FIGS. 1 and 2 comprises a compressed air-operated needle tool 2 and a cooling device 3.
Das als Handgerät ausgestaltete Nadelwerkzeug 2 weist eine Anzahl von in Längsrichtung beweglich aufgenommenen Nadeln 4 auf, die mit einem in einem Führungszylinder 6 aufgenommenen Kolben 7 in Wirkverbindung stehen. Der Kolben 7 kann mittels eines Antriebs 8 periodische Bewegungen parallel zur Längsachse des Füh- rungszylinders 6 ausführen und überträgt auf diese Weise einen mechanischen Impuls auf die Nadelköpfe 5, aufgrund dessen die Nadeln 4 durch eine Austrittsöffnung 11 des Führungszylinders 6 mit ihren Wirkspitzen 12 gegen ein Substrat 10 geschleudert werden und ihrerseits einen Impuls auf das Substrat 10 übertragen. Eine Lochplatte 9 verhindert dabei in Zusammenwirken mit den Nadelköpfen 5 ein Her- ausrutschen der Nadeln 4 aus dem Führungszylinder 6. Aufgrund der Rückstellwirkung von - in den Figuren nicht gezeigten - Federn werden die Nadeln 4 wieder in
ihre jeweiligen Ausgangspositionen zurückgezogen. Zur besseren Führung der Nadeln 4 verjüngt sich der Führungszylinder 6 an seinem vorderen Abschnitt in Richtung auf die Austrittsöffnung 11.The needle tool 2 designed as a hand-held device has a number of needles 4 which are movably received in the longitudinal direction and are operatively connected to a piston 7 received in a guide cylinder 6. The piston 7 can perform periodic movements parallel to the longitudinal axis of the guide cylinder 6 by means of a drive 8 and in this way transmits a mechanical impulse to the needle heads 5, due to which the needles 4 with their active tips 12 against through an outlet opening 11 of the guide cylinder 6 Substrate 10 are thrown and in turn transmit a pulse to the substrate 10. In cooperation with the needle heads 5, a perforated plate 9 prevents the needles 4 from slipping out of the guide cylinder 6. Due to the restoring effect of springs (not shown in the figures), the needles 4 become in again their respective starting positions withdrawn. For better guidance of the needles 4, the guide cylinder 6 tapers at its front section in the direction of the outlet opening 11.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt der Antrieb des Nadelwerkzeugs 2 mittels Druckluft, die über eine Zuleitung 14 aus einer - hier nicht gezeigten - Druckluftversorgung herangeführt wird. Ein Ventil 15, das mittels eines Steuerhebels 16 betätigbar ist, ermöglicht die Regelung der Druckluftzufuhr an den Antrieb 8. Zur leichteren Handhabung ist das Nadelwerkzeug 2 mit einem Griffstück 17 ausgestattet, in dem zugleich auch die Druckluftzuführung 14 sowie das Ventil 15 angeordnet ist.In the exemplary embodiment, the needle tool 2 is driven by means of compressed air, which is supplied via a feed line 14 from a compressed air supply (not shown here). A valve 15, which can be actuated by means of a control lever 16, enables the compressed air supply to the drive 8 to be regulated. For easier handling, the needle tool 2 is equipped with a handle 17, in which the compressed air supply 14 and the valve 15 are also arranged.
Bei der Kühieinrichtung 3, die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf dem Führungszylinder 6 des Nadelwerkzeugs 2 aufmontiert ist, handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der aus einer oder mehreren Strahldüsen 18 Kohlendioxid in Form von kaltem Gas oder Partikeln auf ein zu behandelndes Substrat 10 gestrahlt wird, wodurch die Oberfläche des Substrats 10 zumindest lokal stark abgekühlt wird. Wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats 10 und einer auf dessen Oberfläche aufliegenden Beschichtung 21 kommt es zu einer Versprödung der Beschichtung 21, die sich in der Folge leicht mit Hilfe des Nadelwerkzeugs 2 von der Substratoberfläche ablösen läßt.The cooling device 3, which in the exemplary embodiment according to FIG. 1 is mounted on the guide cylinder 6 of the needle tool 2, is a device in which carbon dioxide in the form of cold gas or particles is applied to a substrate to be treated from one or more jet nozzles 18 10 is blasted, whereby the surface of the substrate 10 is at least locally strongly cooled. Because of the different expansion coefficients of the substrate 10 and a coating 21 resting on its surface, the coating 21 becomes brittle, which can subsequently be easily removed from the substrate surface with the aid of the needle tool 2.
Das zur Bestrahlung eingesetzte Kohlendioxid wird bei der Kühleinrichtung 3 in flüssiger oder überkritischer Form durch eine CO2-Zuleitung 19 herangeführt und tritt an der Strahldüse 18 aus. Durch die schlagartige Entspannung an der Strahldüse 18 verdampft das flüssige oder überkritische Kohlendioxid und trifft in Form von kaltem Gas und/oder von Schnee auf die Oberfläche auf. Die Strahldüse 18 ist mit der Druckluftzuführung 14 über einen Strömungsteiler 20 sowie eine Druckluftleitung 22 in der Weise strömungsverbunden, daß bei am Ventil 15 geöffneter Druckluftzufuhr zugleich die Kühlmittelzufuhr in die Strahldüse 18 geöffnet wird. Die Kühlung des Substrats 10 erfolgt somit erst, wenn die mechanische Bearbeitung beginnt. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der der Betrieb des Nadel-
Werkzeugs von dem der Kühleinrichtung entkoppelbar ist, etwa mittels eines Zwei- Stufen-Schalters, der zunächst die Kältemittelzufuhr öffnet und erst nach einer vorbestimmbaren Zeitdauer die Zufuhr von Druckluft ermöglicht. Bei der letztgenannten Variante setzt also die Kühlung vor der mechanischen Bearbeitung ein, was insbe- sondere bei kurzzeitigen, punktuellen Bearbeitungen von Vorteil ist.The carbon dioxide used for the irradiation is introduced in the cooling device 3 in liquid or supercritical form through a CO 2 feed line 19 and exits at the jet nozzle 18. As a result of the sudden relaxation at the jet nozzle 18, the liquid or supercritical carbon dioxide evaporates and hits the surface in the form of cold gas and / or snow. The jet nozzle 18 is fluidly connected to the compressed air supply 14 via a flow divider 20 and a compressed air line 22 in such a way that when the compressed air supply is opened at the valve 15, the coolant supply into the jet nozzle 18 is opened at the same time. The cooling of the substrate 10 therefore takes place only when the mechanical processing begins. Of course, an embodiment is also conceivable in which the operation of the needle Tool from which the cooling device can be decoupled, for example by means of a two-stage switch, which first opens the refrigerant supply and only allows the supply of compressed air after a predeterminable period of time. In the latter variant, cooling starts before mechanical processing, which is particularly advantageous for short-term, selective processing.
Die Kühleinrichtung 3 ist in der Weise auf dem Führungszylinder 6 des Nadelwerkzeuges 2 aufmontiert, daß der aus der Stahldüse 18 austretende Kältemittelstrahl beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung 1 auf den Oberflächenbereich des Substrats 10 trifft, der auch von der Einwirkung der Nadeln 4 betroffen ist.The cooling device 3 is mounted on the guide cylinder 6 of the needle tool 2 in such a way that the refrigerant jet emerging from the steel nozzle 18 hits the surface area of the substrate 10 when the device 1 is used as intended, which is also affected by the action of the needles 4.
In Fig. 3 sind verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der jeweiligen Austrittsöffnung der Nadeln bzw. der Strahldüse gezeigt, die sich im wesentlichen durch die Position der Strahldüse 18, 18', 18" an der jeweili- gen Vorrichtung 1 ,1',1" voneinander unterscheiden. Im Übrigen entspricht jedoch der Aufbau der Vorrichtung 1', 1" dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau der Vorrichtung 1.3 shows various embodiments of the device according to the invention in the region of the respective outlet opening of the needles or the jet nozzle, which are essentially determined by the position of the jet nozzle 18, 18 ', 18 "on the respective device 1, 1', 1 "from each other. Otherwise, however, the structure of the device 1 ′, 1 ″ corresponds to the structure of the device 1 shown in FIG. 1.
Fig. 3a zeigt diein den Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung 1. Die Strahldüse 18 der Kühleinrichtung 3 ist auf dem Führungszylinder 6 des Nadelwerkzeugs 2 auf- montiert. Die Bestrahlung erfolgt unmittelbar auf die zu behandelnde Substratoberfläche. Diese Ausführungsform ist besonders wartungsfreundlich, da die Kühleinrichtung 3 ggf. in einfacher Weise von dem Führungszylinder 6 abmontiert bzw. auf diesen aufgesetzt werden kann. Nach Abnahme der Kühleinrichtung 3 ist das Nadelwerkzeug 2 separat einsetzbar.3a shows the device 1 described in FIGS. 1 and 2. The jet nozzle 18 of the cooling device 3 is mounted on the guide cylinder 6 of the needle tool 2. The irradiation takes place directly on the substrate surface to be treated. This embodiment is particularly easy to maintain, since the cooling device 3 can optionally be easily removed from or placed on the guide cylinder 6. After removal of the cooling device 3, the needle tool 2 can be used separately.
Die Vorrichtung 1' in Fig. 3b unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 aus Fig. 3a durch einen auf den Führungszylinder 6' aufgesetzten Strahltrichter 24. Durch eine Bohrung 26 im Strahltrichter 24 ist die Strahldüse 18' der Kühleinrichtung 3' mit einem vorderen Abschnitt hindurchgeführt. Durch den Strahltrichter 24 wird die Kälte- Wirkung des aus der Strahldüse 18' austretenden Kältemittels auf einen durch die
Fläche der Trichteröffnung 27 im wesentlichen begrenzten Bereich der Oberfläche eines zu behandelnden Substrats 10 konzentriert.The device 1 'in FIG. 3b differs from the device 1 from FIG. 3a in that a jet funnel 24 is placed on the guide cylinder 6'. The jet nozzle 18 'of the cooling device 3' is passed through a bore 26 in the jet funnel 24 with a front section , The cooling effect of the refrigerant emerging from the jet nozzle 18 'on the one through the Concentrated area of the funnel opening 27 substantially limited area of the surface of a substrate 10 to be treated.
Bei der Vorrichtung 1" in Fig. 3c wird nicht nur die Oberfläche eines zu behandeln- den Substrats 10 mit Kältemittel bestrahlt, sondern auch die Wirkspitzen 12" der Nadeln 4". Hierzu ist im Führungstrichter 6" eine Bohrung 29 vorgesehen, durch den die Strahldüse 18" mit einem vorderen Abschnitt hindurch geführt ist. Beim Betrieb der Vorrichtung 1" werden die Nadeln 4" laufend, insbesondere auch dann mit Kältemittel beaufschlagt, wenn sich die Nadeln 4" nicht in Kontakt mit einer Substratoberfläche befindet. Das aus der Strahldüse 18" austretende Kältemittel gelangt an den Nadeln 4" vorbei zur Austrittsöffnung 11" des Führungszylinders 6" und von dort bei bestimmungsgemäßem Betrieb auf die Oberfläche des Substrats 10.In the device 1 "in FIG. 3c, not only is the surface of a substrate 10 to be treated irradiated with refrigerant, but also the active tips 12" of the needles 4 ". For this purpose, a bore 29 is provided in the guide funnel 6" through which the Jet nozzle 18 "is passed through with a front section. During operation of the device 1", the needles 4 "are continuously, in particular also supplied with refrigerant when the needles 4" are not in contact with a substrate surface. The refrigerant emerging from the jet nozzle 18 ″ passes the needles 4 ″ to the outlet opening 11 ″ of the guide cylinder 6 ″ and from there to the surface of the substrate 10 during normal operation.
Fig. 4 zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen von Nadeln, die bei der Vorrich- tung 1 , 1',1" einsetzbar sind. Fig. 4a zeigt eine Nadel 30 in üblicher Form mit einem langgestreckten Nadelkörper 31 und einem wulstartigen Nadelkopf 32, der beim Einsatz des Nadelwerkzeugs in Zusammenwirken mit einer Lochplatte 9 ein Herausschleudern der Nadel aus dem Nadelwerkzeug verhindert. Bei marktüblichen Nadelgeräten besteht die Nadel 30 aus Stahl; um einen materialschonenden Einsatz zu ermöglichen, bestehen im vorliegenden Falle die Nadeln bevorzugterweise aus Kunststoff, etwa mit Kevlarfasem oder Aluminiumpulver verstärktes Polyamid. Die Härte derartiger Kunststoffnadeln 30 ist in etwa vergleichbar mit der von Trockeneispellets. Auf diese Weise lassen sich auch Oberflächen behandeln, bei denen der Einsatz von Trockeneispellets zu aufwendig oder zu umständlich wäre, wie etwa bei der Entrostung von Schiffskörpern.FIG. 4 shows two different embodiments of needles which can be used in the device 1, 1 ', 1 ". FIG. 4a shows a needle 30 in the usual form with an elongated needle body 31 and a bead-like needle head 32 which is used during use of the needle tool, in cooperation with a perforated plate 9, prevents the needle from being thrown out of the needle tool The hardness of such plastic needles 30 is roughly comparable to that of dry ice pellets, and it is also possible in this way to treat surfaces on which the use of dry ice pellets would be too complex or too cumbersome, such as for the derusting of hulls.
Bei der in Fig. 4b gezeigten Variante besteht die Nadel 34 aus einem Kunststoffstift 35, der mit einem hinteren Abschnitt in einer - vorzugsweise metallischen - Hülse 36 aufgenommen ist. Im bestimmungsgemäßen Einbauzustand ist die Hülse 36 dem Kolben 7 zugewandt. Diese Variante weist den besonderen Vorteil auf, daß die
Kunststoffstifte nach ihrem Verschleiß leicht aus der Hülse entfernt und durch neueIn the variant shown in Fig. 4b, the needle 34 consists of a plastic pin 35 which is received with a rear portion in a - preferably metallic - sleeve 36. In the intended installation state, the sleeve 36 faces the piston 7. This variant has the particular advantage that the Plastic pins easily removed from the sleeve after their wear and by new ones
Kunststoffstifte ersetzt werden können.Plastic pens can be replaced.
Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit für die Zuführung von Kältemittel in die Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 ist dabei über entsprechende Zuleitungen 39,40,41 sowohl mit einer Steigrohrflasche 43 als auch mit einer Mitteldruck -Tankanlage 44, die jeweils Kohlendioxid in flüssiger Form enthalten, verbunden. Über Ventile 45,46 ist die Vorrichtung 1 wahlweise mit einem der Kältemittelversorgungen 43,44 verbindbar. Bei Versorgung mit flüssigem Kohlendioxid aus der Steigrohrflasche 43 lassen sich im aus der Strahldüse 18, 18', 18" austretenden Kaltgasstrahl Temperaturen von ca. - 80°C bis - 95°C erreichen, wodurch bereits beachtlicher Versprödungseffekt erzielt werden kann.5 shows a possibility for the supply of refrigerant into the device 1. The device 1 is in this case via corresponding feed lines 39, 40, 41 both with a riser bottle 43 and with a medium-pressure tank system 44, each of which contains carbon dioxide in liquid form , connected. The device 1 can optionally be connected to one of the refrigerant supplies 43, 44 via valves 45, 46. When supplying liquid carbon dioxide from the ascending tube bottle 43, temperatures of approximately -80 ° C. to -95 ° C. can be reached in the cold gas jet emerging from the jet nozzle 18, 18 ', 18 ", whereby a considerable embrittlement effect can already be achieved.
In Fig. 6 sind kombinierte Zuleitungsschläuche 50,51 gezeigt, die einen gleichzeiti- gen Transport von Kältemittel und Druckluft ermöglichen. Der in Fig. 6a gezeigte Zuleitungsschlauch 50 ist für den Transport von flüssigem Kohlendioxid geeignet, das bei einer Temperatur von etwa 10°C bis 30°C vorliegt und beispielsweise aus einer Steigrohrflasche 43 entnommen wurde. Es gehört zu den Vorzügen von Kohlendioxid als Kühlmittel, daß derartige Transporttemperaturen möglich sind und sich somit eine aufwendige Isolierung der Kältemittelzuführung erübrigt. Der Zuleitungsschlauch 50 ist konzentrisch aufgebaut, wobei die zur Führung von Kältemittel, etwa flüssiges Kohlendioxid, bestimmte Kältemittelleitung 52 im Innern eines Druckluftschlauches 53 angeordnet ist.Combined supply hoses 50, 51 are shown in FIG. 6, which enable a simultaneous transport of refrigerant and compressed air. The supply hose 50 shown in FIG. 6 a is suitable for the transport of liquid carbon dioxide, which is present at a temperature of approximately 10 ° C. to 30 ° C. and was removed from a riser tube bottle 43, for example. It is one of the advantages of carbon dioxide as a coolant that such transport temperatures are possible and that there is no need for costly insulation of the refrigerant supply. The supply hose 50 is constructed concentrically, the coolant line 52 intended for guiding coolant, for example liquid carbon dioxide, being arranged inside a compressed air hose 53.
Demgegenüber zeigt Fig. 6b einen Zuleitungsschiauch 51 , der zum Transport von Kältemittel mit niedriger Temperatur, etwa kaltes flüssiges Kohlendioxid bestimmt ist. Hierbei ist die Kältemittelleitung 54 getrennt vom Druckluftschlauch 55 angeordnet, wobei die Kältemittelleitung 54 zusätzlich von einem Schutzschlauch 56 umgeben ist, uns zwischen der Außenumrandung der Kältemittelzuleitung und der Innenwandung des Schutzschlauches 56 ein Isolierspalt zur Wärmeisolierung vorliegt.
Die Zuleitungsschläuche 50, 51 sorgen für eine besonders handliche Bedienung derIn contrast, FIG. 6b shows a supply hose 51 which is intended for the transport of low-temperature refrigerants, such as cold liquid carbon dioxide. Here, the refrigerant line 54 is arranged separately from the compressed air hose 55, the refrigerant line 54 being additionally surrounded by a protective hose 56, and there is an insulating gap between the outer border of the refrigerant supply line and the inner wall of the protective hose 56 for thermal insulation. The supply hoses 50, 51 ensure that the
Vorrichtungen 1,1', 1". Bei Bedarf kann der Zuleitungsschlauch 50,51 von der Vorrichtung 1 ,1', 1" abgelöst und entsprechend ausgetauscht werden.Devices 1,1 ', 1 ". If necessary, the supply hose 50,51 can be detached from the device 1, 1', 1" and replaced accordingly.
Die Vorrichtungen 1,1',1" sorgen bei bestimmungsgemäßer Verwendung für eine materialschonende und effektive Beseitigung einer auf einem Substrat 10 aufliegenden Beschichtung 21. Sie arbeiten selbst bei hohen Nadelgeschwindigkeiten auf Substraten wie Stahlblech, Aluminiumformen oder Hartmetallwerkzeugen nahezu beschädigungsfrei. Anstelle des Nadelwerkzeugs 2 kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auch ein anderes Werkzeug zum Einsatz kommen, etwa ein Bohrwerkzeug oder ein Hammer, die, alternativ zum beschriebenen pneumatischen Antrieb, auch mit einem elektrischen oder hydraulischen Antrieb ausgestattet sein können.
When used as intended, the devices 1, 1 ', 1 "ensure that a coating 21 lying on a substrate 10 is removed gently and effectively. Even at high needle speeds, they work on substrates such as sheet steel, aluminum molds or hard metal tools with almost no damage. Instead of the needle tool 2, In the method according to the invention, another tool can also be used, for example a drilling tool or a hammer, which, as an alternative to the pneumatic drive described, can also be equipped with an electric or hydraulic drive.
ReferenzlisteReferences
1 ,1',1" Vorrichtung 29 Bohrung im Führungszylinder1, 1 ', 1 "device 29 hole in the guide cylinder
2 Nadelwerkzeug 30 Nadel2 needle tool 30 needle
3 Kühleinrichtung 31 Nadelkörper3 cooling device 31 needle body
4,4" Nadel 32 Nadel köpf4.4 "needle 32 needle head
5 Nadelkσpf 33 -5 needle heads 33 -
6,6',6" Führungszylinder 34 Nadel6.6 ', 6 "guide cylinder 34 needle
7 Kolben 35 Kunststoffstift7 pistons 35 plastic pin
8 Antrieb 36 Hülse8 drive 36 sleeve
9 Lochplatte 37 -9 perforated plate 37 -
10 Substrat 38 -10 substrate 38 -
11 , 11', 11" Austrittsöffnung 39 Zuleitung11, 11 ', 11 "outlet opening 39 supply line
12,12',12" Wirkspitzen 40 Zuleitung12, 12 ', 12 "active tips 40 feed line
13 - 41 Zuleitung13 - 41 supply line
14 Zuleitung für Druckluft 42 -14 Supply line for compressed air 42 -
15 Ventil 43 Steigrohrflasche15 valve 43 ascending tube bottle
16 Steuerhebel 44 Mitteldruck-Tankanlage16 control lever 44 medium pressure tank system
17 Griffstück 45 Ventil17 handle 45 valve
18, 18', 18" ' Strahldüse 46 Ventil18, 18 ', 18 "' jet nozzle 46 valve
19 CO2-Zuleitung 47 -19 CO 2 feed line 47 -
20 Strömungsteiler 48 -20 flow dividers 48 -
21 Beschichtung 49 -21 coating 49 -
22 Druckluftleitung 50 Zuleitungsschlauch22 Compressed air line 50 Supply hose
23 - 51 Zuleitungsschlauch23 - 51 Supply hose
24 - 52 Kältemittelleitung24 - 52 refrigerant line
25 Strahltrichter 53 Druckluftschlauch25 jet funnel 53 compressed air hose
26 Bohrung im Strahltrichter 54 Kältemittelleitung26 Hole in the jet funnel 54 Refrigerant line
27 Trichteröffnung 55 Druckluftschlauch27 Funnel opening 55 compressed air hose
28 _ 56 Schutzschlauch
28 _ 56 protective hose