WO2006113960A2 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen delamination von lackschichten mittels induktiver energie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur thermischen delamination von lackschichten mittels induktiver energie Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B44D—PAINTING OR ARTISTIC DRAWING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PRESERVING PAINTINGS; SURFACE TREATMENT TO OBTAIN SPECIAL ARTISTIC SURFACE EFFECTS OR FINISHES
    • B44D3/00—Accessories or implements for use in connection with painting or artistic drawing, not otherwise provided for; Methods or devices for colour determination, selection, or synthesis, e.g. use of colour tables
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    • B44D3/166—Implements or apparatus for removing dry paint from surfaces, e.g. by scraping, by burning by heating, e.g. by burning
    • B44D3/168—Implements or apparatus for removing dry paint from surfaces, e.g. by scraping, by burning by heating, e.g. by burning by electrically heating

Definitions

  • the present invention relates to a method for thermal delamination of paint layers by means of inductive energy, in which an inductor is moved over the workpiece to be machined to heat this inductively, wherein the heating via the adjustment of the distance between inductor and workpiece and / or on the Feed rate of the inductor is regulated.
  • WO 01/32443 A proposes to move an inductor with a wheel over the surface to be treated, wherein the energy input is made dependent on the speed of the wheel. In this way, it is possible to make the energy that is expended per unit area largely independent of the feed rate of the inductor.
  • this solution is mechanically complex and error-prone. In particular, it is difficult to always reconcile the direction of movement with the current running direction of the wheel and at the same time have the possibility of avoiding any obstacles on the machined workpiece.
  • these objects are achieved in that the distance between the inductor and the workpiece via at least two mounted in the region of the inductor sensors is continuously detected without contact.
  • the solution according to the invention makes it possible to obtain all degrees of freedom in the movement of the inductor over the workpiece, for example by means of a crane. There is no consideration for mechanical spacers or the like.
  • the sensors lie laterally next to the inductor in the direction of movement. As such, it is possible to control the heat input via the movement speed of the inductor. However, problems can occur here if strong vibrations of the higher-order carrier system lead to multiple heating of a certain area. Therefore, it is particularly preferred if the heating of the workpiece is monitored in order to gain an additional controlled variable.
  • a temperature measurement is additionally carried out in the direction of movement in front of the inductor. The temperature measurement itself is preferably carried out by detecting resonance shifts in the resonant circuit of the inductor. It is also possible to carry out several measurements in several inductors connected in independent resonant circuits.
  • a particularly efficient removal of the lacquer layers can be achieved by treating the surface layers with high-pressure water jet immediately after induction heating.
  • the present invention relates to a device for the thermal delamination of paint layers by means of inductive energy, with an inductor, which is mounted on a movable support to heat the workpiece inductively.
  • This device is inventively characterized in that at least two sensors are provided in the region of the inductor, which are adapted to continuously detect the distance between the inductor and workpiece without contact.
  • FIG. Ia Ib and Ic schematically an inductor on different curved surfaces
  • Fig. 2 shows the structure of an inductor in section
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the invention in a side view
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention in a representation corresponding to FIG. 3;
  • FIG. 5a and 5b schematically the operation of the embodiment of Fig. 4;
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the invention
  • 7a, 7b and 7c show a coupled embodiment with a plurality of inductors in a side view, a view from the front, and a view from above, respectively;
  • Fig. Ia a situation of an inductor 1 is shown, which is moved over a workpiece 2 with a concave surface. It can be seen that the distance h between the inductor 1 and the workpiece 2 in the center of the inductor 1 is greater than at its edge.
  • FIG. 1 b shows an analogous representation with a planar workpiece 2 and FIG. 1 c shows the situation with a complete workpiece 2, in which the distance h in the center of the inductor 1 is smaller than at the edge.
  • an inductor 1 is shown in greater detail.
  • a vertically closed conductor loop 3 is protected by an insulation 4 and covered by a FeId- concentrator 5 on three sides.
  • the conductor In the region of the smallest distance between inductor 1 and workpiece 2, the conductor is referred to as active. The main part of the induction takes place in this area.
  • a heat pulse will be introduced into the workpiece during moving operation.
  • FIG. 3 shows a first embodiment variant of the articulation of an inductor 1 on a suspension schematically designated 9.
  • the inductor 1 is suspended via a first rotary joint 8 to a coaxial transformer 6 pivotally.
  • the coaxial transformer 6 is in turn connected via a telescopic joint 7 with the suspension 9. Due to the possibility of adjustment in the direction of the double arrow Ml in the telescopic joint 7 and the pivoting movement in the direction of the double arrow M2 in the joint 8 are sufficient degrees of freedom for optimal adjustment of the distance h available.
  • Ll and L2 sensors are referred to detect the distance of the inductor 1 from the workpiece 2, not shown here and which are arranged laterally next to the inductor 1.
  • Fig. 4 shows an inductor 1 of the two telescopic joints 7a, 7b, which are arranged laterally next to the coaxial transformer 6, suspended.
  • FIGS. 5a and 5b show how, by corresponding actuation of the telescopic joints 7a, 7b in the direction of the double arrows M1, M2, a pivoting movement with simultaneous adaptation of the mean height can be produced.
  • Denoted at 10 is a small angle about which one of the two suspensions pivots to meet the geometric constraints.
  • FIG. 6 is essentially a detail of the embodiment of FIG. 3.
  • FIG. 6 is essentially a detail of the embodiment of FIG. 3.
  • Figures 7a, 7b and 7c show a variant which is particularly suitable for workpieces with smaller radii of curvature. Such smaller radii of curvature of the surface of a substrate are problematic in principle.
  • a plurality of inductors 1 are selectively height-adjustable via spindle drives 11, so that an optimal adaptation to the workpiece geometry can be achieved.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which an additional separation of the inductively dissolved layers by high-pressure water takes place.
  • two nozzle bars 20, 21 are used, which are fed via water supply lines 21, 22, 23 and which are moved by a motor 24 in the direction of the double arrow 25 in opposite directions back and forth.
  • a motor 24 in the direction of the double arrow 25 in opposite directions back and forth.
  • the nozzles from which the high pressure water exits are indicated generally at 28.
  • the device of Fig. 8 is coupled directly to an inductor, not shown here.
  • FIG. 9 shows a block diagram of a measuring arrangement for detecting the temperature of the workpiece 2.
  • a measuring coil 30 is moved over the workpiece 2 and supplied by a measuring transmitter 31. Via a voltmeter 32 and a series resistor 33, a signal is detected, which is supplied to a microprocessor 33, which is connected via a frequency counter 34 and an analog-to-digital converter 35 to the measuring transmitter 31.
  • a microprocessor 33 which is connected via a frequency counter 34 and an analog-to-digital converter 35 to the measuring transmitter 31.
  • the equivalent circuit diagram shows the equivalent circuit diagram, with the constant coupling distance being that the inductance L2 and the resistance R2 are functions of the temperature of the workpiece which forms this inductance L2, or resistance R2.
  • the present invention makes it possible to provide a method and a device with which inductive delamination of workpieces with uneven surfaces can be carried out in a highly efficient manner.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie, bei dem ein Induktor (1) über das zu bearbeitende Werkstück (2) bewegt wird, um dieses induktiv zu erwärmen, wobei die Erwärmung über die Einstellung des Abstands zwischen Induktor (1) und Werkstück (2) und/oder über die Vorschubgeschwindigkeit des Induktors (1) geregelt wird. Eine effiziente Delamination kann dadurch erreicht werden, dass der Abstand (h) zwischen Induktor (1) und Werkstück (2) über mindestens zwei im Bereich des Induktors (1) angebrachte Sensoren (L1, L2) laufend berührungslos erfasst wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie, bei dem ein Induktor über das zu bearbeitende Werkstück bewegt wird, um dieses induktiv zu erwärmen, wobei die Erwärmung über die Einstellung des Abstands zwischen Induktor und Werkstück und/oder über die Vorschubgeschwindigkeit des Induktors geregelt wird.
Zur Sanierung, bzw. dem Abtrag von schweren Korrosionsschichten werden üblicherweise Sand- oder Hochdruckwasserstrahlwerkzeuge eingesetzt. Bei diesen Verfahren ist der Toleranzbereich des Abstandes vom Werkstück zur Düse ausreichend groß, so dass auch eine automatische Bearbeitung von unebenen Flächen weitestgehend unproblematisch ist. Eine Feinadjustierung der Werkzeugeinstellung ist dabei in der Regel nicht erforderlich.
Es ist weiters bekannt, Beschichtungen einer thermischen Delamination mittels induktiver Energie zu unterziehen. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der DE 38 38 214 A beschrieben. Dabei ist eine Induktionsschleife in einer Platte angeordnet, die an die zu delaminierende Fläche angelegt wird. Im Fall von gekrümmten Oberflächen führt ein solches Verfahren zu unbefriedigenden Ergebnissen.
Für eine optimale Delaminierung ist der Energieeintrag pro Flächeneinheit und bezogen auf die Einwirkungsdauer wesentlich und muss innerhalb relativ enger Grenzen geregelt werden. Zur Lösung dieses Problems schlägt die WO 01/32443 A vor, einen Induktor mit einem Rad über die zu behandelnde Oberfläche zu bewegen, wobei der Energieeintrag von der Drehzahl des Rades abhängig gemacht wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Energie, die pro Flächeneinheit aufgewendet wird, weitgehend unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit des Induktors zu machen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Lösung mechanisch aufwändig und fehleranfällig ist. Insbesondere ist es schwierig, die Bewegungsrichtung mit der aktuellen Laufrichtung des Rades stets in Einklang zu bringen und gleichzeitig die Möglichkeit zu haben, eventuelle Hindernisse an dem bearbeiteten Werkstück zu umgehen. Weitere bekannte Lösungen sind in der DE 39 27 432 A, der DE 27 52 401 A oder der US 5,660,753 A beschrieben. Keine der bekannten Lösungen ermöglicht es, auf einfache Weise einen konstanten Energieeintrag und damit eine reproduzierbare Erwärmung des Werkstückes zu gewährleisten. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine weitgehend automatisierte, bzw. automatisierbare Delamination zu erreichen, wobei der Abstand zwischen Werkstück und Induktor und damit auch der Wärmeeintrag fein regelbar ist und innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden kann. Dabei soll es möglich sein, auch gekrümmte Flächen, wie etwa Schiffsrümpfe, entsprechend zu bearbeiten.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass der Abstand zwischen Induktor und Werkstück über mindestens zwei im Bereich des Induktors angebrachte Sensoren laufend berührungslos erfasst wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, bei der Bewegung des Induktors über das Werkstück, beispielsweise mittels eines Krans, sämtliche Freiheitsgrade zu erhalten. Es muss keine Rücksicht auf mechanische Abstandhalter oder dergleichen genommen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoren in Bewegungsrichtung seitlich neben dem Induktor liegen. An sich ist es möglich, den Wärmeeintrag auch über die Bewegungsgeschwindigkeit des Induktors zu steuern. Hier kann es jedoch zu Problemen kommen, wenn starke Schwingungen des übergeordneten Trägersystems zu einer mehrfachen Erwärmung eines bestimmten Bereiches führen. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn die Erwärmung des Werkstückes überwacht wird, um eine zusätzliche Regelgröße zu gewinnen. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn zusätzlich in Bewegungsrichtung vor dem Induktor eine Temperaturmessung durchgeführt wird. Die Temperaturmessung selbst wird bevorzugter Weise durch Erfassung von Resonanzverschiebungen im Schwingkreis des Induktors durchgeführt. Es können auch mehrere Messungen in mehreren Induktoren, die in unabhängigen Schwingkreisen verbunden sind, durchgeführt werden.
Eine besonders effiziente Abtragung der Lackschichten ist dadurch erreichbar, dass unmittelbar nach der induktiven Erwärmung eine Behandlung der Oberflächenschichten mit Hochdruckwasserstrahl erfolgt.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie, mit einem Induktor, der auf einer beweglichen Halterung angebracht ist, um das Werkstück induktiv zu erwärmen. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei im Bereich des Induktors angebrachte Sensoren vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, den Abstand zwischen Induktor und Werkstück laufend berührungslos zu erfassen. In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. Ia Ib und Ic schematisch einen Induktor auf unterschiedlich gekrümmten Oberflächen;
Fig. 2 den Aufbau eines Induktors im Schnitt;
Fig. 3 eine erste Ausführungsvariante der Erfindung in einer seitlichen Darstellung;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung in einer Darstellung entsprechend Fig. 3;
Fig. 5a und 5b schematisch die Wirkungsweise der Ausführungsvariante von Fig. 4;
Fig. 6 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 7a, 7b und 7c eine gekoppelte Ausführungsvariante mit mehreren Induktoren in einer seitlichen Ansicht, einer Ansicht von vorne, bzw. einer Ansicht von oben;
Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung in einer schematischen Darstellung; und
Fig. 9 ein Blockschaltbild, das die Temperaturmessung erklärt.
In Fig. Ia ist eine Situation eines Induktors 1 dargestellt, der über ein Werkstück 2 mit einer konkaven Oberfläche bewegt wird. Es ist ersichtlich, dass der Abstand h zwischen dem Induktor 1 und dem Werkstück 2 in der Mitte des Induktors 1 größer ist als an seinem Rand.
Fig. Ib zeigt eine analoge Darstellung mit ebenem Werkstück 2 und Fig. Ic zeigt die Situation bei einem kovexen Werkstück 2, bei der der Abstand h in der Mitte des Induktors 1 kleiner ist als am Rand.
In Fig. 2 ist ein Induktor 1 im größeren Detail dargestellt. Eine vertikal geschlossene Leiterschleife 3 ist durch eine Isolierung 4 geschützt und durch einen FeId- konzentrator 5 dreiseitig abgedeckt. Im Bereich des geringsten Abstandes zwischen Induktor 1 und Werkstück 2 wir der Leiter als aktiv bezeichnet. Der wesentliche Anteil der Induktion erfolgt in diesem Bereich. Mittels dieses Induktors 1 wird im bewegten Betrieb ein Wärmepuls in das Werkstück eingebracht werden.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Anlenkung eines Induktors 1 an einer schematisch mit 9 bezeichneten Aufhängung. Der Induktor 1 ist über ein erste Drehgelenk 8 an einem Koaxial-Transformator 6 schwenkbar aufgehängt. Der Koaxial-Transformator 6 ist seinerseits über ein Teleskopgelenk 7 mit der Aufhängung 9 verbunden. Durch die Möglichkeit der Verstellung in Richtung des Doppelpfeils Ml im Teleskopgelenk 7 und der Schwenkbewegung in Richtung des Doppelpfeils M2 im Gelenk 8 stehen ausreichend Freiheitsgrade zur optimalen Anpassung des Abstandes h zur Verfügung. Mit Ll und L2 sind Sensoren bezeichnet, die den Abstand des Induktors 1 von hier nicht dargestellten Werkstück 2 erfassen und die seitlich neben dem Induktor 1 angeordnet sind.
Die Ausführungsvariante von Fig. 4 zeigt einen Induktor 1 der über zwei Teleskopgelenke 7a, 7b, die seitlich neben dem Koaxial-Transformator 6 angeordnet sind, aufgehängt ist.
In den Fig. 5a und Fig. 5b ist gezeigt, wie durch entsprechende Betätigung der Teleskopgelenke 7a, 7b in Richtung der Doppelpfeile Ml, M2 eine Schwenkbewegung mit gleichzeitiger Anpassung der mittleren Höhe hervorgerufen werden kann. Mit 10 ist ein kleiner Winkel bezeichnet, um den eine der beiden Aufhängungen verschwenkt, um die geometrischen Randbedingungen zu erfüllen.
Fig. 6 ist im Wesentlichen ein Detail der Ausführungsvariante von Fig. 3.
Fig. 7a, 7b und 7c zeigen eine Ausführungsvariante, die speziell für Werkstücke mit kleineren Krümmungsradien geeignet ist. Solche kleineren Krümmungsradien der Oberfläche eines Substrates sind prinzipiell problematisch. In den Fig. 7a, 7b und 7c sind mehrere Induktoren 1 über Spindelantriebe 11 selektiv höhenverstellbar, so dass eine optimale Anpassung an die Werkstückgeometrie erreicht werden kann.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine zusätzliche Abtrennung der induktiv gelösten Schichten durch Hochdruckwasser erfolgt. Dabei werden zwei Düsenbalken 20, 21 verwendet, die über Wasserzuführungen 21, 22, 23 angespeist werden und die über einen Motor 24 in Richtung des Doppelpfeils 25 gegensinnig hin und her bewegt werden. Auf diese Weise erfolgt eine gegenläufige etwa sinusförmige Beaufschlagung des Werkstückes mit Wasserstrahlen, die dies durch die Kurven 26, 27 angedeutet ist. Die Düsen aus denen das Hochdruckwasser austritt, sind allgemein mit 28 bezeichnet. Die Vorrichtung von Fig. 8 ist unmittelbar an einen hier nicht dargestellten Induktor angekoppelt.
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild einer Messanordnung zur Erfassung der Temperatur des Werkstückes 2. Eine Messspule 30 wird über das Werkstück 2 bewegt und von einem Messsender 31 versorgt. Über ein Voltmeter 32 und einen Vorschaltwiderstand 33 wird ein Signal erfasst, das einen Mikroprozessor 33 zugeführt wird, der über einen Frequenzzähler 34 und einen Analog-Digital-Wandler 35 mit dem Messsender 31 in Verbindung steht. Aus dem schematischen Schal- tungsdiagramm ist das Ersatzschaltbild ersichtlich, wobei bei konstantem Koppelabstand gilt, dass die Induktivität L2 und der Widerstand R2 Funktionen der Temperatur des Werkstückes sind, das diese Induktivität L2, bzw. Widerstand R2 ausbildet.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen auf hocheffiziente Weise eine induktive Delamination von Werkstücken mit unebenen Oberflächen durchgeführt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie, bei dem ein Induktor (1) über das zu bearbeitende Werkstück (2) bewegt wird, um dieses induktiv zu erwärmen, wobei die Erwärmung über die Einstellung des Abstands zwischen Induktor (1) und Werkstück (2) und/oder über die Vorschubgeschwindigkeit des Induktors (1) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h) zwischen Induktor (1) und Werkstück (2) über mindestens zwei im Bereich des Induktors (1) angebrachte Sensoren (Ll, L2) laufend berührungslos erfasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (Ll, L2) in Bewegungsrichtung seitlich neben dem Induktor (1) liegen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (Ll, L2) den Abstand (h) induktiv messen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in Bewegungsrichtung vor dem Induktor (1) eine Temperaturmessung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturmessung des Werkstücks (2) durch Erfassung von Resonanzverschiebungen im Schwingkreis des Induktors (1) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung durch mehrere Induktoren (1), die in unabhängigen Schwingkreisen verschaltet sind, durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der induktiven Erwärmung eine Behandlung der Oberflächenschichten mit Hochdruckwasserstrahlen erfolgt.
8. Vorrichtung zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie, mit einem Induktor (1), der auf einer beweglichen Halterung angebracht ist, um das Werkstück (2) induktiv zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei im Bereich des Induktors (1) angebrachte Sensoren (Ll, L2) vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, den Abstand (h) zwischen Induktor (1) und Werkstück (2) laufend berührungslos zu erfassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (Ll, L2) seitlich neben dem Induktor (1) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (Ll, L2) als induktive Sensoren ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung an einer Aufhängung (9) berührungslos über das Werkstück (2) geführt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung (9) mindestens ein Stellglied zur Einstellung des Abstands (h) zwischen Induktor (1) und Werkstück (2), sowie ein weiteres Stellglied zur Ver- schwenkung des Induktors (1) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied und das weitere Stellglied als Spindelantriebe ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Stellglied als Schwenkantrieb ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass weiters mindestens eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung als Messspule ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Induktoren (1), die in unabhängigen Schwingkreisen verschaltet sind, vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Induktors (1) eine Einrichtung zur Behandlung der Oberflächenschichten mit Hochdruckwasserstrahlen vorgesehen ist.
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