WO2010018007A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines gepulsten strahls eines flüssigen fluids - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines gepulsten strahls eines flüssigen fluids Download PDF

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WO2010018007A1
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pulses
bypass
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Egon KÄSKE
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Dürr Ecoclean GmbH
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    • Y10T137/8593—Systems

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for generating a pulsed jet of liquid fluid comprising a fluid inlet, a fluid outlet, and a barrier member disposed between the fluid inlet and the fluid outlet that cyclically closes and releases a fluid passageway between the fluid inlet and the fluid outlet.
  • Such a device is known for example from WO 03/036144 Al.
  • the present invention has for its object to provide an apparatus for generating a pulsed jet of liquid fluid, which allows an improved mechanical action on an impinged with the pulsed beam object.
  • the device comprises at least one bypass, through which a fluid fluid can be supplied to the fluid outlet during a closing phase of the blocking element.
  • the device comprises an adjusting device for adjusting a volume flow of a bypass fluid flow flowing through the bypass. It is advantageous if the device comprises a control device for controlling the volume flow of the bypass fluid flow flowing through the bypass.
  • the device comprises a regulating device for regulating the volume flow of the bypass fluid flow flowing through the bypass.
  • the device comprises an adjusting device, a control device and / or a regulating device for setting, controlling or regulating a pressure of the bypass fluid flow flowing through the bypass.
  • the device comprises an adjustment device for adjusting a volume flow of a pulse fluid flow flowing through the fluid passage.
  • the device comprises a control device for controlling the volume flow of the fluid flow passing through the fluid passage.
  • the device comprises a regulating device for regulating the volume flow of the pulse fluid flow flowing through the fluid passage.
  • a closing time, an open time and / or an opening frequency of the blocking element can be adjusted, controlled and / or regulated.
  • an opening frequency in this specification and in the appended claims means the number of open phases of the blocking element per unit of time.
  • the device comprises an adjusting device, a control device and / or a regulating device for setting, controlling or regulating a pressure of the pulse fluid flow flowing through the fluid passage.
  • a total fluid flow flowing through the device can be divided into a pulse fluid flow flowing through the fluid passage and a bypass fluid flow flowing through the bypass such that a volume flow of the bypass gas flowing through the bypass Fluid flow is at most about 10% of a volume flow of the total fluid flow.
  • the blocking element is designed such that it can be operated with an opening frequency of at least approximately 2 Hz.
  • the blocking element is designed to be rotatable.
  • the opening frequency is then twice as large as the rotational frequency of the blocking element.
  • the device comprises a rotary drive for the blocking element, in particular with adjustable, controllable and / or controllable speed.
  • such a rotary drive is designed as a pneumatic, hydraulic or electrical rotary drive.
  • the blocking element is designed such that it can be operated with an opening frequency of at most approximately 200 Hz.
  • the device comprises a pump for driving a flow of a fluid through the device. It is particularly favorable if the fluid flowing through the device can be acted on by means of the pump with a predetermined pressure.
  • the fluid flowing through the device can be acted upon by a pressure of at least approximately 3 bar.
  • the fluid flowing through the device can be acted upon by a pressure of at most approximately 300 bar.
  • a fluid connection between the fluid inlet and the fluid outlet is formed by means of the bypass.
  • the device comprises a damping element for reducing pressure peaks occurring in the closing phase of the blocking element in the device for generating a pulsed jet of liquid fluid.
  • the damping element is arranged downstream of a pump in a flow direction in which the fluid flows through the device. In this way, pressure peaks generated by the pump can be easily damped.
  • the damping element is at least partially filled with a compressible fluid in an operating state of the device. This can be done in the device occurring pressure peaks are particularly easily reduced by means of the damping element.
  • the damping element is at least partially filled with a gaseous fluid in an operating state of the device.
  • the gas pressure and the amount of gas then the damping of the damping element can be adjusted specifically.
  • the damping element is at least partially formed of an elastic material.
  • damping of the damping element essentially takes place by the compression of gas contained therein and that at a pressure above the limit pressure, for example to avoid possible damage to the device, a deformation of an elastic region of the damping element he follows.
  • the device comprises at least two fluid outlets and at least two blocking elements, wherein a first blocking element cyclically closes and releases a first fluid passage during operation of the device, so that at a first fluid outlet a first pulsed jet of a liquid fluid can be generated, and wherein during operation of the device, a second blocking element cyclically closes and releases a second fluid passage, so that at a second fluid outlet, a second pulsed jet of a liquid fluid can be generated.
  • a first blocking element cyclically closes and releases a first fluid passage during operation of the device, so that at a first fluid outlet a first pulsed jet of a liquid fluid can be generated
  • a second blocking element cyclically closes and releases a second fluid passage, so that at a second fluid outlet, a second pulsed jet of a liquid fluid can be generated.
  • a simple construction of the device is ensured, in particular, if liquid of the same type is used for all the jets. Alternatively, however, it can also be provided that liquid fluids of different types are used for different jets. It is favorable if the device is operable such that the closing and open phases of the first blocking element are offset in time from the closing and open phases of the second blocking element.
  • the device is operable so that the closing phases of the first locking element coincide in time substantially with the open phases of the second locking element and the open phases of the first locking element substantially coincide with the closing phases of the second locking element.
  • the device is operable so that there is no temporal overlap between the open phases of the first blocking element and the open phases of the second blocking element.
  • a time offset of the closing and open phases of the first locking element against the closing and open phases of the second locking element is particularly easy to implement, when the at least two locking elements are coupled together.
  • the device comprises a common drive for driving at least two blocking elements or at least two drives synchronized with one another for driving at least two blocking elements.
  • the at least two blocking elements are preferably coupled to the common drive, that during operation of the device, the closing and open phases of the first blocking element against the closing and open phases of the second locking element are offset.
  • the device at least two drives for the at least two blocking elements, in particular for each blocking element a separate Drive, comprises, the at least two drives are preferably synchronized with each other so that during operation of the device, the closing and open phases of the first locking element are offset in time against the closing and open phases of the second locking element.
  • the device comprises at least two bypasses, wherein a liquid fluid can be supplied to the first fluid outlet by a first bypass during a closing phase of the first blocking element and wherein a liquid fluid can be supplied to the second fluid outlet by a second bypass during a closing phase of the second blocking element.
  • a further object of the present invention is to provide a method for producing a pulsed jet of a liquid fluid, which enables an improved mechanical action on an object impinged by the pulsed beam, in particular on a workpiece.
  • the method of exposing a workpiece to a pulsed jet of liquid fluid has the features and advantages described above in connection with the inventive device.
  • the pulses of a first pulsed beam are offset in time with respect to the pulses of a second pulsed beam.
  • the time of the exit of the pulses of a first pulsed jet at the first fluid outlet is offset in time with respect to the time of the exit of the pulses of a second pulsed jet at a second fluid outlet.
  • the workpiece is applied alternately with pulses of a first pulsed beam and with pulses of a second pulsed beam.
  • a pulse frequency of the first pulsed beam corresponds at least approximately to a pulse frequency of the second pulsed beam.
  • the workpiece is acted upon by a first pulsed beam from a first direction and a second pulsed beam from a different direction from the first direction, the second direction with liquid fluid.
  • the outlet direction of the first pulsed jet from the first fluid outlet is at least approximately opposite to the outlet direction of the second pulsed jet from the second fluid outlet.
  • a cavity of the workpiece is applied alternately to the pulses of a first pulsed jet of liquid fluid flowing through a first access opening of the cavity and to the pulses of a second pulsed jet of liquid fluid flowing through a second access opening of the cavity becomes.
  • the first pulsed beam is directed onto the first access opening and the second pulsed beam is directed onto the second access opening.
  • a particularly secure loading of the cavity of the workpiece with fluid is ensured in particular when the first fluid outlet is introduced through the first access opening and the second fluid outlet through the second access opening into the cavity.
  • a region of a cavity of the workpiece is acted upon by the pulses of a first pulsed jet of a liquid fluid and with the pulses of a second pulsed jet of a liquid fluid such that the fluid from the first pulsed jet and the Fluid from the second pulsed beam to flow through the region of the cavity of the workpiece in different directions.
  • the fluid from the first pulsed beam and the fluid from the second pulsed beam flow through the region of the cavity of the workpiece in opposite directions.
  • a particularly advantageous loading of the region of the cavity of the workpiece with fluid is ensured, in particular, when the region of the cavity of the workpiece is alternately acted upon by pulses of the first pulsed jet of a liquid fluid and with pulses of the second pulsed jet of a liquid fluid.
  • the device according to the invention is particularly suitable for cleaning a workpiece, the method according to the invention preferably being carried out.
  • the fluid flowing through the device preferably comprises a cleaning fluid.
  • the device according to the invention for cleaning cavities of workpieces, such as cylinder heads and crankcases, since the workpieces are acted upon during closing phases of the blocking element with fluid and no cleaning effect of the pulsed jet diminishing air can get into the workpiece.
  • the workpiece can basically be surrounded by a gas or gas mixture or by a liquid, for example a cleaning liquid.
  • provision may be made for the workpiece to be cleaned in a low-pressure atmosphere (below the atmospheric pressure).
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of an apparatus for generating a pulsed jet of liquid fluid
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a pulse valve of the device for producing a pulsed jet of a fluid fluid from FIG. 1, in a closed position of the pulse valve;
  • Fig. 3 is a vertical to the section of FIG. 2 schematic
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section corresponding to FIG. 2 through the pulse valve from FIG. 2, in an open position of the pulse valve;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a second embodiment of a pulsed jet liquid fluid pulsing device having a damping element filled with a compressible fluid to reduce pressure spikes;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a third embodiment of an apparatus for generating a pulsed jet of a liquid fluid, which has an elastically deformable damping element for reducing pressure peaks, in an open position of the pulse valve;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of the device for generating a pulsed jet of a liquid fluid from FIG. 6 in a closed position of the pulse valve
  • FIG. FIG. 8 is a schematic representation, corresponding to FIG. 1, of a fourth embodiment of a device for producing a pulsed jet of a liquid fluid, in which a further pulsed jet can be generated
  • FIG. 9 shows a schematic representation corresponding to FIG. 1 of a fifth embodiment of a device for producing a pulsed jet of a liquid fluid, in which two pulsed jets of a liquid fluid can be generated by means of a common drive.
  • a device shown schematically as 100 in FIG. 1 for generating a pulsed jet of liquid fluid (hereinafter referred to as "jet generating device") is formed as a cleaning device 102 for cleaning a workpiece 104.
  • the cleaning device 102 comprises a fluid container 106, a pump 108, a pulse valve 110, a bypass 112 and a nozzle 114.
  • the fluid container 106 is filled, for example, with a liquid cleaning fluid and serves as a reservoir for flowing through the cleaning device 102 fluid.
  • the fluid container 106 is in fluid communication with the pump 108 via a suction line 107.
  • a fluid inlet opening 109 of the suction line 107 forms a fluid inlet 116 of the cleaning device 102.
  • the pump 108 By means of the pump 108, a flow of the fluid through the cleaning device 102 driven and the fluid can be pressurized.
  • the pump 108 is further in fluid communication with a branch 120 located downstream of the pump 108 via a supply line 121.
  • the total fluid flow flowing through the cleaning device 102 can be divided into a first partial fluid flow and a second partial fluid flow.
  • the first partial fluid flow of the total fluid flow flowing through the cleaning device 102 can be supplied to a fluid passage 122, which forms a first fluid connection between the fluid inlet 116 and a fluid outlet 124 arranged on the nozzle 114.
  • the first partial fluid flow flowing through the fluid passage 122 is referred to below as the pulse fluid flow.
  • the second partial fluid flow of the total fluid flow flowing through the cleaning device 102 can be supplied to the bypass 112, which forms a second fluid connection between the fluid inlet 116 and the fluid outlet 124.
  • bypass fluid flow The second partial fluid flow flowing through the bypass 112 is referred to below as the bypass fluid flow.
  • the bypass fluid stream flowing through the bypass 112 is connected to the fluid flow passing through the fluid passage 122 through a junction 126 located downstream of the fluid passage 122 merge into a total fluid flow.
  • the total fluid flow can be fed to the fluid outlet 124 arranged on the nozzle 114.
  • the cleaning device 102 comprises a nozzle supply line 125, which forms a fluid connection between the junction 126 and the fluid outlet 124.
  • the cleaning device 102 comprises an adjustment device 128 of the bypass 112, which is arranged, for example, on the bypass 112.
  • the adjusting device 128 of the bypass 112 is designed, for example, as an adjusting screw in order to be able to easily set a passage cross section of the bypass 112 and thus the volume flow of the bypass fluid flow.
  • the cleaning device 102 comprises an adjustment device 130 of the fluid passage 122, which is arranged, for example, downstream of the branch 120 and upstream of the pulse valve 110.
  • the adjusting device 130 of the fluid passage 122 is designed, for example, as an adjusting screw in order to be able to easily set a passage cross-section of the fluid passage 122 and thus the volume flow of the pulse fluid flow.
  • FIGS. 2 and 3 show schematic sectional drawings of the pulse valve 110 during a closing phase, in which the pulse fluid flow flowing through the fluid passage 122 is interrupted.
  • the basic structure of such a pulse valve 110 is known, for example, from WO 03/036144 A1, to which reference is made in this respect and whose content is made part of this description.
  • the pulse valve 110 comprises a housing 132, a blocking element 134 which is rotatably mounted in the housing 132 and a rotary drive 136, for example designed as an electric motor, for driving a rotational movement of the blocking element 134 (see FIG. 3).
  • the blocking element 134 is designed as a substantially cylindrical shaft 138 and, for example, by means of at least one plain bearing bush 140 rotatably mounted about an axis of rotation 142 in the housing 132 of the pulse valve 110.
  • the blocking element 134 has a cylindrical lateral surface 144 coaxial with the axis of rotation 142.
  • two diametrically opposite recesses 146 are formed, each of which is delimited by a cylinder shell portion-shaped boundary surface 148, the cylinder axis 150 perpendicular to the axis of rotation 142, perpendicular to the radial direction of the locking element 134 and tangential to the lateral surface 144 of the locking element 134th runs, and which along an edge 152 on the lateral surface 144 of the locking element 134 open (see in particular Fig. 3).
  • the recesses 146 are formed in the blocking element 134 in that from the initially fully cylindrical blocking element 134 two cylindrical section-shaped segments are milled out with the mutually parallel cylinder axes 150, the cylinder radius being smaller than the radius of the blocking element 134, so that between the depressions 146 a land area 154 stops (see in particular Fig. 3).
  • the pulse valve 110 has a pulse valve inlet 156 and a pulse valve outlet 158. Pulse valve inlet 156 and pulse valve outlet 158 are connected by a fluid passage 160.
  • the blocking element 134 is arranged in the fluid passage 160 such that the fluid connection between the pulse valve inlet 156 and the Pulsventilauslass 158 by rotation of the locking member 134 is cyclically produced and separable.
  • the web region 154 of the blocking element 134 extending parallel to the cylinder axes 150 is oriented substantially perpendicular to the flow direction 118.
  • the web region 154 of the blocking element 134 is aligned substantially parallel to the flow direction 118.
  • the above-described cleaning device 102 functions as follows:
  • the pressure is at least approximately 3 bar.
  • the pressure should not be higher than about 300 bar.
  • the total fluid flow flowing through the cleaning device 102 passes through the supply line 121 to the branch 120.
  • the branch 120 a division of the total fluid flow to the pulse fluid flow, which flows through the fluid passage 122, and the bypass fluid flow, which flows through the bypass 112 takes place.
  • the volume flow of the pulse fluid flow flowing through the fluid passage 122 is set.
  • the adjusting device 128 of the bypass 112 By means of the adjusting device 128 of the bypass 112, the volume flow of the flowing through the bypass 112 bypass fluid flow is adjusted.
  • the volume flow of the bypass fluid flow flowing through the bypass 112 is substantially constant over time.
  • the pulse fluid flow flowing through the fluid passage 122 is cyclically interrupted by means of the pulse valve 110.
  • An open time, a closing time and / or an opening frequency of the blocking element 134 of the pulse valve 110 is set, for example, on the rotary drive 136.
  • an opening frequency of about 2 Hz to about 200 Hz is set, wherein a rotational speed of the blocking element 134 is preferably constant over time.
  • the temporally substantially constant bypass fluid flow and the pulsating pulse fluid flow are combined to form the total fluid flow.
  • the total fluid flow reaches the nozzle 114 and exits the nozzle 114 through the fluid outlet 124.
  • the workpiece 104 to be cleaned by means of the cleaning device 102 is arranged downstream of the nozzle 114 and spaced therefrom.
  • the workpiece 104 includes, for example, a cavity 162 to be cleaned, which is supplied with the fluid from the fluid outlet 124.
  • the cavity 162 of the workpiece 104 is always at least applied to the bypass fluid flow flowing through the bypass 112, the cavity 162 of the workpiece 104 is always filled with liquid fluid.
  • the cleaning of the cavity 162 of the workpiece 104 from impurities, for example metal shavings, by means of the cleaning device 102 is thereby improved.
  • a second embodiment of a beam-generating device 100 shown in FIG. 5 differs from the first embodiment illustrated in FIGS. 1 to 4 in that the beam-generating device 100 comprises a damping element 164.
  • damping element 164 By means of the damping element 164, pressure peaks which arise during closing phases of the blocking element 134 can be damped.
  • the damping element 164 comprises a, for example substantially tubular, container 166, which is at least partially filled with a gas, for example nitrogen, in an operating state of the jet-generating device 100.
  • a gas for example nitrogen
  • the reservoir 166 is located downstream of the pump 108 and upstream of the manifold 120 and is in fluid communication with the supply line 121 of the jet generating device 100.
  • the above-described second embodiment of the jet generating apparatus 100 with the damping member 164 functions as follows.
  • the second embodiment of the jet generating apparatus 100 shown in FIG. 5 is the same in structure and function as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, to the extent of which the above description is made.
  • a third embodiment of a jet generating device 100 shown in FIGS. 6 and 7 differs from the second embodiment shown in FIG. 5 in that the container 166 of the damping element 164 is formed of an elastic material.
  • the pressure in the jet generating device 100 decreases, so that the fluid arranged in the container 166 of the damping element 164 flows back into the supply line 121 of the jet generating device 100 and the container 166 of the damping element 164 returns to a relaxation state.
  • FIG. 6 shows a jet generating device 100 during an open phase of the blocking element 134 of the pulse valve 110 and in FIG Closing phase of the blocking element 134 of the pulse valve 110 shown.
  • the third embodiment of the jet generating apparatus 100 illustrated in FIGS. 6 and 7 is the same in structure and function as the second embodiment shown in FIG. 5, the above description of which is incorporated herein by reference.
  • a fourth embodiment of a beam generating device 100 shown in FIG. 8 differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 in that, in addition to the already described pulsed beam (hereinafter referred to as "first pulsed beam"), at least one second pulsed beam a liquid fluid can be generated.
  • first pulsed beam the already described pulsed beam
  • second pulsed beam a liquid fluid
  • the jet-generating device 100 comprises a branch 168 which is arranged in the supply line 121 between the pump 108 and the branch 120 and the fluid flow downstream of the pump 108 onto a first supply line 121a for the first pulsed jet of liquid fluid and to a second supply line 121b for the second pulsed jet of liquid fluid.
  • the jet generating device 100 downstream of the first supply line 121a and downstream of the second supply line 121b preferably includes those components which are arranged downstream of the supply line 121 in the first embodiment shown in Figs.
  • the jet generating device 100 thus comprises a second fluid passage 170 corresponding to the first fluid passage 122, which is interruptible, in particular cyclically, by means of a second pulse valve 172 corresponding to the first pulse valve 110, a second nozzle 174 corresponding to the first nozzle 114, at which a first fluid outlet 124 corresponding second fluid outlet 176 is arranged, and a first bypass 112 corresponding to the second bypass 178, by means of which the second fluid outlet 176, fluid can be supplied even during closing phases of the second pulse valve 172.
  • the jet generating device 100 comprises an adjustment device 180 of the second bypass 178 corresponding to the setting device 128 of the first bypass 112, which is arranged on the second bypass 178.
  • the jet generating device 100 comprises a setting device 182 of the second fluid passage 170 corresponding to the setting device 130 of the first fluid passage 122, which is arranged on the second fluid passage 170.
  • the components arranged downstream of the first supply line 121a and the components of the jet generating device 100 arranged downstream of the second supply line 121b are identical in construction and function to the components shown in FIG. 1 downstream of the supply line 121 and explained above with reference to FIGS. 2 to 4 the first embodiment of the beam generating device 100, to the above description of which reference is made.
  • a particularly preferred use of the fourth embodiment of the jet-generating device 100 results from the possibility of applying the second pulsed jet emerging from the second fluid outlet 176 to the workpiece 104 in addition to the first pulsed jet emerging at the first fluid outlet 124.
  • this allows the workpiece 104, for example from different directions, to be acted upon alternately with pulses of the first pulsed beam and with pulses of the second pulsed beam.
  • a cavity 162 of the workpiece 104 which is accessible through at least two access openings, can be acted upon with liquid fluid.
  • the first nozzle 114 is preferably positioned relative to the workpiece 104 so that the fluid of the first pulsed jet flowing out of the first fluid outlet 124 flows through a first access opening 184 of the cavity 162 of the workpiece 104 into the cavity 162 of the workpiece 104 (see FIG . 8th).
  • the second nozzle 174 is preferably positioned relative to the workpiece 104 so that the fluid of the second pulsed jet flowing out of the second fluid outlet 176 flows through a second access opening 186 of the cavity 162 of the workpiece 104 into the cavity 162 of the workpiece 104 (see FIG . 8th).
  • the fluid of the pulses of the first pulsed jet of liquid fluid and the fluid of the pulses of the second pulsed jet of liquid fluid flow alternately and inwardly approximately equidistant from both access ports 184, 186 of cavity 162 different directions.
  • impurities for example, in the processing of the workpiece 104 resulting chips can be loosened and easily removed from the cavity 162 of the workpiece 104, in particular washed out, can be.
  • the pulse frequency and the flow speed of the first pulsed jet and a time offset between the exit times of the pulses of the first pulsed jet at the first fluid outlet 124 and the exit times of the pulses of the second pulsed jet at the second fluid outlet 176 are desirably chosen such that the pressure maxima of the pulses of the first pulsed beam reach one end of the cavity 162 of the workpiece 104, in particular the second access opening 186 of the cavity 162 of the workpiece 104, before the pressure maxima of the pulses of the second pulsed beam through the second access opening 186 of the cavity 162 of the workpiece 104 into the cavity 162 of the workpiece 104 pass.
  • the time offset between the exit times of the pulses of the first pulsed jet at the first fluid outlet 124 and the exit times of the pulses of the second pulsed jet at the second fluid outlet 176 is preferably the time lag between the exit times of the pulses of the second pulsed jet at the second fluid outlet 176 and the exit times If the pulses of the first pulsed beam at the first fluid outlet 124 correspond, in such a case, the pressure maxima of the pulses of the second pulsed beam will conveniently reach one end of the cavity 162 of the workpiece 104, in particular the first access opening 184 of the cavity 162 of the workpiece 104, before the Pressure maxima of the pulses of the first pulsed beam through the first access opening 184 of the cavity 162 of the workpiece 104 in the cavity 162 of the workpiece 104 pass.
  • the pulse frequency is always chosen so that the duration of the pressure maxima of the pulses through the cavity 162 of the workpiece 104 is small compared to the period of the pulse sequence (reciprocal of the pulse frequency).
  • the pulses of the first pulsed beam and the pulses of the second pulsed beam are prevented from hindering each other, thus making it difficult for the impurities to escape from the cavity 162 of the workpiece 104.
  • a pulse frequency of, for example, about 70 Hz, a flow of, for example, 5 l / s and nozzles with a diameter of, for example, 6 mm can be selected.
  • Reliable compliance with a desired time offset between the exit times of the pulses of the first pulsed jet at the first fluid outlet 124 and the exit times of the pulses of the second pulsed jet at the second fluid outlet 176 is ensured in particular when the rotary drive 136 of the first blocking element 134 of the first pulse valve 110 is synchronized with a (not shown) rotary drive of the second locking element 192 of the second pulse valve 172.
  • one or more of the damping elements 164 shown in FIGS. 5 to 7 may be provided.
  • the fourth embodiment of the jet generating apparatus 100 is identical in construction and function to the first embodiment shown in Figs. 1 to 4, so that reference is made to the above description thereof.
  • a fifth embodiment of the jet generating device 100 shown in FIG. 9 differs from the fourth embodiment shown in FIG. 8 in that the first pulse valve 110 and the second pulse valve 172 have a common rotary drive 190.
  • the first blocking element 134 of the first pulse valve 110 and a second blocking element 192 of the second pulse valve 172 are mechanically coupled to each other, so that no separate control for timing the pulses of the first pulsed beam to the pulses of the second pulsed beam is necessary ,
  • the mechanical coupling can take place, for example, by means of a drive belt 196, which is in operative connection with the common rotary drive 190, the first blocking element 134 and the second blocking element 192, so that a rotational movement from the common rotary drive 190 to the first blocking element 134 and the second blocking element 192 is transferable.
  • first pulse valve 110 and the second pulse valve 172 differ from the pulse valve 110 of the first embodiment of the jet generating device 100 shown in FIG. 3 in that the first blocking element 134 and the second blocking element 192 each have a separate rotary drive 136 (not shown). Have extension on which the drive belt 196 engages.
  • a particular time offset between the pulses of the first pulsed beam and the pulses of the second pulsed beam may be fixed by adjusting a rotational orientation of the first stop 134 and, independently thereof, a rotational orientation of the second stop 192 , Due to the mechanical coupling by means of the drive belt 196, the rotational orientations of the first locking element 134 and of the second locking element 192 are fixed relative to one another.
  • the first locking member 134 and the second locking member 192 rotate with same frequency while maintaining the previously set Drehauscardi relative to each other.
  • an offset between the exit times of the pulses of the first pulsed jet at the first fluid outlet 124 and the exit times of the pulses of the second pulsed jet at the second fluid outlet 176 can be freely selected.
  • this offset is freely selectable between about zero and, for example approximately the period of the pulse train (corresponding to half of the reciprocal of the rotational frequency of the blocking elements 134, 192).
  • a separate rotary drive for the second blocking element 192 of the second pulse valve 172 is dispensable by the common rotary drive 190.
  • alternately emitting pulses of the first pulsed beam and pulses of the second pulsed beam is possible, in particular, when the first blocking element 134 and the second blocking element 192 are coupled to the common rotary drive 190 such that the first land region 154 of the first locking element 134 is then aligned substantially parallel to the flow direction 118, when a second web portion 194 of the second locking member 192 is aligned substantially perpendicular to the flow direction 118 (see Fig. 9).
  • the angular difference between the Drehauscardi the first locking element 134 and the Drehauscardi of the second locking element 192 is then 90 °.
  • the fifth embodiment of the jet generating apparatus 100 shown in FIG. 9 is identical in structure and function to the fourth embodiment shown in FIG. 8, the above description of which is so far referred to.
  • the beam generating device 100 comprises one or more of the damping elements 164 illustrated in FIGS. 5 to 7.

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Abstract

Um eine Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, umfassend einen Fluideinlass, einen Fluidauslass und ein zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angeordnetes Sperrelement, welches einen Fluiddurchgang zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass zyklisch schließt und freigibt, zu schaffen, welche eine verbesserte mechanische Wirkung an einem mit dem gepulsten Strahl beaufschlagten Objekt ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung mindestens einen Bypass umfasst, durch den auch während einer Schließphase des Sperrelements dem Fluidauslass ein flüssiges Fluid zuführbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, umfassend einen Fluideinlass, einen Fluidauslass und ein zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass angeordnetes Sperrelement, welches einen Fluiddurchgang zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass zyklisch schließt und freigibt.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 03/036144 Al bekannt.
Bei der bekannten Vorrichtung wird ein aus dem Fluidauslass strömender Strahl zyklisch vollständig unterbrochen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids zu schaffen, welche eine verbesserte mechanische Wirkung an einem mit dem gepulsten Strahl beaufschlagten Objekt ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens einen Bypass umfasst, durch den auch während einer Schließphase des Sperrelements dem Fluidauslass ein flüssiges Fluid zuführbar ist.
Dadurch, dass auch während einer Schließphase des Sperrelements dem Fluidauslass und damit dem zu bestrahlenden Objekt ein flüssiges Fluid zuführbar ist, wird die mechanische Wirkung des gepulsten Strahls verbessert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Volumenstroms eines durch den Bypass strömenden Bypass-Fluidstroms umfasst. Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung eine Steuervorrichtung zum Steuern des Volumenstroms des durch den Bypass strömenden Bypass-Fluidstroms umfasst.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung eine Regelvorrichtung zum Regeln des Volumenstroms des durch den Bypass strömenden Bypass-Fluidstroms umfasst.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Einstellvorrichtung, eine Steuervorrichtung und/oder eine Regelvorrichtung zum Einstellen, Steuern bzw. Regeln eines Druckes des durch den Bypass strömenden Bypass-Fluidstroms umfasst.
Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Volumenstroms eines durch den Fluiddurchgang strömenden Puls-Fluid- stroms umfasst.
Besonders günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine Steuervorrichtung zum Steuern des Volumenstroms des durch den Fluiddurchgang strömenden PuIs- Fluidstroms umfasst.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung eine Regelvorrichtung zum Regeln des Volumenstroms des durch den Fluiddurchgang strömenden Puls-Fluidstroms umfasst.
Um den durch den Fluiddurchgang strömenden Puls-Fluidstrom einfach einstellen, steuern und/oder regeln zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Schließzeit, eine Offenzeit und/oder eine Öffnungsfrequenz des Sperrelements einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ist.
Unter einer Öffnungsfrequenz ist in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen die Anzahl von Offenphasen des Sperrelements pro Zeiteinheit zu verstehen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Einstellvorrichtung, eine Steuervorrichtung und/oder eine Regelvorrichtung zum Einstellen, Steuern bzw. Regeln eines Drucks des durch den Fluiddurchgang strömenden Puls-Fluidstroms umfasst.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein durch die Vorrichtung strömender Gesamt-Fluidstrom so auf einen durch den Fluiddurchgang strömenden Puls-Fluidstrom und einen durch den Bypass strömenden Bypass-Fluidstrom aufteilbar ist, dass ein Volumenstrom des durch den Bypass strömenden Bypass-Fluidstroms höchstens ungefähr 10 % eines Volumenstroms des Gesamt-Fluidstroms beträgt.
Vorteilhaft ist es, wenn das Sperrelement so ausgebildet ist, dass es mit einer Öffnungsfrequenz von mindestens ungefähr 2 Hz betreibbar ist.
Günstig ist es, wenn das Sperrelement drehbar ausgebildet ist. Die Öffnungsfrequenz ist dann doppelt so groß wie die Drehfrequenz des Sperrelements.
Um einen gepulsten Strahl zu erzeugen, welcher mit einer möglichst konstanten Frequenz pulsiert, ist es günstig, wenn die Vorrichtung einen Drehantrieb für das Sperrelement, insbesondere mit einstellbarer, steuerbarer und/oder regelbarer Drehzahl, umfasst.
Vorzugsweise ist ein solcher Drehantrieb als pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Drehantrieb ausgebildet.
In der Praxis hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Sperrelement so ausgebildet ist, dass es mit einer Öffnungsfrequenz von höchstens ungefähr 200 Hz betreibbar ist.
Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine Pumpe zum Antreiben einer Strömung eines Fluids durch die Vorrichtung umfasst. Besonders günstig ist es, wenn das die Vorrichtung durchströmende Fluid mittels der Pumpe mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das die Vorrichtung durchströmende Fluid mit einem Druck von mindestens ungefähr 3 bar beaufschlagbar ist.
Ferner ist es günstig, wenn das die Vorrichtung durchströmende Fluid mit einem Druck von höchstens ungefähr 300 bar beaufschlagbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels des By- passes eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass gebildet ist. Dadurch ist auch während der Schließphasen des Sperrelements dem Fluidauslass besonders einfach Fluid zuführbar.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein Dämpfungselement zur Verringerung von in der Schließphase des Sperrelements in der Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids auftretenden Druckspitzen.
Günstig ist es, wenn das Dämpfungselement in einer Strömungsrichtung, in welcher das Fluid die Vorrichtung durchströmt, stromabwärts einer Pumpe angeordnet ist. Auf diese Weise können mittels der Pumpe erzeugte Druckspitzen einfach gedämpft werden.
Besonders günstig ist es, wenn das Dämpfungselement in der Strömungsrichtung stromaufwärts des Sperrelements angeordnet ist. Dadurch können an dem Sperrelement entstehende Druckspitzen einfach gedämpft werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dämpfungselement in einem Betriebszustand der Vorrichtung zumindest teilweise mit einem komprimierbaren Fluid gefüllt ist. Dadurch können in der Vorrichtung auftretende Druckspitzen mittels des Dämpfungselements besonders einfach verringert werden.
Besonders günstig ist es, wenn das Dämpfungselement in einem Betriebszustand der Vorrichtung zumindest teilweise mit einem gasförmigen Fluid gefüllt ist. Insbesondere durch die Wahl des Gasdrucks und der Gasmenge kann dann die Dämpfung des Dämpfungselements gezielt eingestellt werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material gebildet ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bis zu einem vorgegebenen Grenzdruck eine Dämpfung des Dämpfungselements im Wesentlichen durch die Kompression von darin enthaltenem Gas erfolgt und dass bei einem Druck oberhalb des Grenzdrucks, beispielsweise zur Vermeidung von möglichen Beschädigungen der Vorrichtung, eine Verformung eines elastischen Bereichs des Dämpfungselements erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens zwei Fluidauslässe und mindestens zwei Sperrelemente umfasst, wobei im Betrieb der Vorrichtung ein erstes Sperrelement einen ersten Fluiddurchgang zyklisch schließt und freigibt, so dass an einem ersten Fluidauslass ein erster gepulster Strahl eines flüssigen Fluids erzeugbar ist, und wobei im Betrieb der Vorrichtung ein zweites Sperrelement einen zweiten Fluiddurchgang zyklisch schließt und freigibt, so dass an einem zweiten Fluidauslass ein zweiter gepulster Strahl eines flüssigen Fluids erzeugbar ist. Dadurch ist beispielsweise ein zu reinigendes Werkstück mit zwei gepulsten Strahlen eines flüssigen Fluids beaufschlagbar.
Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung ist insbesondere dann gewährleistet, wenn für alle Strahlen flüssiges Fluid derselben Art verwendet wird. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass für verschiedene Strahlen flüssige Fluide unterschiedlicher Art verwendet werden. Günstig ist es, wenn die Vorrichtung so betreibbar ist, dass die Schließ- und Offenphasen des ersten Sperrelements zeitlich gegen die Schließ- und Offenphasen des zweiten Sperrelements versetzt sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung so betreibbar ist, dass die Schließphasen des ersten Sperrelements zeitlich im Wesentlichen mit den Offenphasen des zweiten Sperrelements und die Offenphasen des ersten Sperrelements zeitlich im Wesentlichen mit den Schließphasen des zweiten Sperrelements zusammenfallen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so betreibbar, dass zwischen den Offenphasen des ersten Sperrelements und den Offenphasen des zweiten Sperrelements keine zeitliche Überlappung besteht.
Ein zeitlicher Versatz der Schließ- und Offenphasen des ersten Sperrelements gegen die Schließ- und Offenphasen des zweiten Sperrelements ist insbesondere dann einfach realisierbar, wenn die mindestens zwei Sperrelemente miteinander gekoppelt sind.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen gemeinsamen Antrieb zum Antreiben von mindestens zwei Sperrelementen oder mindestens zwei miteinander synchronisierte Antriebe zum Antreiben von mindestens zwei Sperrelementen umfasst.
Für den Fall, dass die Vorrichtung einen gemeinsamen Antrieb für die mindestens zwei Sperrelemente umfasst, sind die mindestens zwei Sperrelemente vorzugsweise so an den gemeinsamen Antrieb gekoppelt, dass im Betrieb der Vorrichtung die Schließ- und Offenphasen des ersten Sperrelements zeitlich gegen die Schließ- und Offenphasen des zweiten Sperrelements versetzt sind.
Für den Fall, dass die Vorrichtung mindestens zwei Antriebe für die mindestens zwei Sperrelemente, insbesondere für jedes Sperrelement einen separaten Antrieb, umfasst, sind die mindestens zwei Antriebe vorzugsweise so miteinander synchronisiert, dass im Betrieb der Vorrichtung die Schließ- und Offenphasen des ersten Sperrelements zeitlich gegen die Schließ- und Offenphasen des zweiten Sperrelements versetzt sind.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mindestens zwei Bypässe, wobei durch einen ersten Bypass auch während einer Schließphase des ersten Sperrelements dem ersten Fluidauslass ein flüssiges Fluid zuführbar ist und wobei durch einen zweiten Bypass auch während einer Schließphase des zweiten Sperrelements dem zweiten Fluidauslass ein flüssiges Fluid zuführbar ist.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids bereitzustellen, welches eine verbesserte mechanische Wirkung an einem mit dem gepulsten Strahl beaufschlagten Objekt, insbesondere an einem Werkstück, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Beaufschlagen eines Werkstücks mit einem gepulsten Strahl eines flüssigen Fluids gelöst, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
Erzeugen von Pulsen des gepulsten Strahls durch zyklisches Unterbrechen eines Fluidstroms durch einen Fluiddurchgang;
Beaufschlagen des Werkstücks mit den Pulsen des gepulsten Strahls;
Beaufschlagen des Werkstücks auch während der zyklischen Unterbrechungen des Fluidstroms durch den Fluiddurchgang mit einem Bypass-Fluidstrom des Fluids.
Vorzugsweise weist das Verfahren zum Beaufschlagen eines Werkstücks mit einem gepulsten Strahl eines flüssigen Fluids die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile auf. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass während der zyklischen Unterbrechungen des Fluidstroms durch den Fluiddurchgang entstehende Druckspitzen mittels eines Dämpfungselements verringert werden.
Günstig ist es, wenn das Werkstück mit mindestens einem weiteren gepulsten Strahl eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird.
Besonders günstig ist es, wenn die Pulse eines ersten gepulsten Strahls zeitlich gegenüber den Pulsen eines zweiten gepulsten Strahls versetzt sind.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt des Austritts der Pulse eines ersten gepulsten Strahls am ersten Fluidauslass zeitlich gegenüber dem Zeitpunkt des Austritts der Pulse eines zweiten gepulsten Strahls an einem zweiten Fluidauslass versetzt ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Werkstück alternierend mit Pulsen eines ersten gepulsten Strahls und mit Pulsen eines zweiten gepulsten Strahls beaufschlagt wird.
Günstig ist es, wenn eine Pulsfrequenz des ersten gepulsten Strahls zumindest näherungsweise einer Pulsfrequenz des zweiten gepulsten Strahls entspricht.
Es kann vorgesehen sein, dass das Werkstück mit einem ersten gepulsten Strahl aus einer ersten Richtung und mit einem zweiten gepulsten Strahl aus einer von der ersten Richtung verschiedenen, zweiten Richtung mit flüssigem Fluid beaufschlagt wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Austrittsrichtung des ersten gepulsten Strahls aus dem ersten Fluidauslass der Austrittsrichtung des zweiten gepulsten Strahls aus dem zweiten Fluidauslass zumindest näherungsweise entgegengesetzt ist. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Hohlraum des Werkstücks alternierend mit den Pulsen eines durch eine erste Zugangsöffnung des Hohlraums strömenden ersten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids und mit den Pulsen eines durch eine zweite Zugangsöffnung des Hohlraums strömenden zweiten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird.
Auf diese Weise können in dem Hohlraum des Werkstücks festsitzende Verunreinigungen, beispielsweise bei der Bearbeitung des Werkstücks anfallende Späne, insbesondere Späne in engen Räumen von beispielsweise Zylinderköpfen, besonders einfach gelockert und aus dem Hohlraum des Werkstücks entfernt werden.
Beispielsweise kann hierbei vorgesehen sein, dass der erste gepulste Strahl auf die erste Zugangsöffnung und der zweite gepulste Strahl auf die zweite Zugangsöffnung gerichtet werden.
Eine besonders sichere Beaufschlagung des Hohlraums des Werkstücks mit Fluid ist insbesondere dann gewährleistet, wenn der erste Fluidauslass durch die erste Zugangsöffnung und der zweite Fluidauslass durch die zweite Zugangsöffnung in den Hohlraum eingeführt werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Bereich eines Hohlraums des Werkstücks so mit den Pulsen eines ersten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids und mit den Pulsen eines zweiten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird, dass das Fluid aus dem ersten gepulsten Strahl und das Fluid aus dem zweiten gepulsten Strahl den Bereich des Hohlraums des Werkstücks in verschiedenen Richtungen durchströmen.
Vorzugsweise durchströmen das Fluid aus dem ersten gepulsten Strahl und das Fluid aus dem zweiten gepulsten Strahl den Bereich des Hohlraums des Werkstücks in einander entgegengesetzten Richtungen. Eine besonders vorteilhafte Beaufschlagung des Bereichs des Hohlraums des Werkstücks mit Fluid ist insbesondere dann gewährleistet, wenn der Bereich des Hohlraums des Werkstücks alternierend mit Pulsen des ersten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids und mit Pulsen des zweiten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Reinigung eines Werkstücks, wobei vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Das die Vorrichtung durchströmende Fluid umfasst vorzugsweise eine Reinigungsflüssigkeit.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reinigung von Hohlräumen von Werkstücken, beispielsweise von Zylinderköpfen und Kurbelgehäusen, da die Werkstücke auch während Schließphasen des Sperrelements mit Fluid beaufschlagt werden und keine die Reinigungswirkung des gepulsten Strahls vermindernde Luft in das Werkstück gelangen kann.
Das Werkstück kann während eines Reinigungsvorganges grundsätzlich von einem Gas oder Gasgemisch oder von einer Flüssigkeit, beispielsweise einer Reinigungsflüssigkeit, umgeben sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Reinigung des Werkstücks in einer Niederdruckatmosphäre (unterhalb des Atmosphärendrucks) erfolgt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Pulsventil der Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids aus Fig. 1, in einer Schließstellung des Pulsventils;
Fig. 3 einen zu dem Schnitt aus Fig. 2 senkrechten schematischen
Längsschnitt durch das Pulsventil aus Fig. 2, längs der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden schematischen Längsschnitt durch das Pulsventil aus Fig. 2, in einer Offenstellung des Pulsventils;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, welche ein mit einem komprimierbaren Fluid befülltes Dämpfungselement zur Verringerung von Druckspitzen aufweist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, welche ein elastisch verformbares Dämpfungselement zur Verringerung von Druckspitzen aufweist, in einer Offenstellung des Pulsventils;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids aus Fig. 6, in einer Schließstellung des Pulsventils; Fig. 8 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, bei der ein weiterer gepulster Strahl erzeugbar ist; und
Fig. 9 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, bei der zwei gepulste Strahlen eines flüssigen Fluids mittels eines gemeinsamen Antriebs erzeugbar sind.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids (im Folgenden als "Strahlerzeugungsvorrichtung" bezeichnet) ist als Reinigungsvorrichtung 102 zur Reinigung eines Werkstücks 104 ausgebildet.
Die Reinigungsvorrichtung 102 umfasst einen Fluidbehälter 106, eine Pumpe 108, ein Pulsventil 110, einen Bypass 112 und eine Düse 114.
Der Fluidbehälter 106 ist beispielsweise mit einem flüssigen Reinigungsfluid gefüllt und dient als Vorratsbehälter für durch die Reinigungsvorrichtung 102 strömendes Fluid.
Der Fluidbehälter 106 steht mit der Pumpe 108 über eine Saugleitung 107 in Fluidverbindung.
Eine Fluideintrittsöffnung 109 der Saugleitung 107 bildet einen Fluideinlass 116 der Reinigungsvorrichtung 102. Mittels der Pumpe 108 kann eine Strömung des Fluids durch die Reinigungsvorrichtung 102 angetrieben und das Fluid mit einem Druck beaufschlagt werden.
Dabei wird ein die Reinigungsvorrichtung 102 in einer Strömungsrichtung 118 durchströmender Gesamt-Fluidstrom erzeugt.
Die Pumpe 108 steht ferner mit einer stromabwärts der Pumpe 108 angeordneten Verzweigung 120 über eine Zuführleitung 121 in Fluidverbindung.
Mittels der Verzweigung 120 ist der die Reinigungsvorrichtung 102 durchströmende Gesamt-Fluidstrom in einen ersten Teil-Fluidstrom und einen zweiten Teil-Fluidstrom aufteilbar.
Der erste Teil-Fluidstrom des die Reinigungsvorrichtung 102 durchströmenden Gesamt-Fluidstroms ist einem Fluiddurchgang 122 zuführbar, welcher eine erste Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass 116 und einem an der Düse 114 angeordneten Fluidauslass 124 bildet.
Der durch den Fluiddurchgang 122 strömende erste Teil-Fluidstrom wird im Folgenden als Puls-Fluidstrom bezeichnet.
Der zweite Teil-Fluidstrom des die Reinigungsvorrichtung 102 durchströmenden Gesamt-Fluidstroms ist dem Bypass 112 zuführbar, welcher eine zweite Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass 116 und dem Fluidauslass 124 bildet.
Der durch den Bypass 112 strömende zweite Teil-Fluidstrom wird im Folgenden als Bypass-Fluidstrom bezeichnet.
Der durch den Bypass 112 strömende Bypass-Fluidstrom ist mittels einer Zusammenführung 126, welche stromabwärts des Fluiddurchgangs 122 angeordnet ist, mit dem durch den Fluiddurchgang 122 strömenden Puls-Fluidstrom zu einem Gesamt-Fluidstrom zusammenführbar. Der Gesamt-Fluidstrom ist dem an der Düse 114 angeordneten Fluidauslass 124 zuführbar.
Hierzu umfasst die Reinigungsvorrichtung 102 eine Düsenzuführleitung 125, welche eine Fluidverbindung zwischen der Zusammenführung 126 und dem Fluidauslass 124 bildet.
Um den durch den Bypass 112 strömenden Bypass-Fluidstrom beispielsweise hinsichtlich seines Volumenstroms einstellen zu können, umfasst die Reinigungsvorrichtung 102 eine Einstellvorrichtung 128 des Bypasses 112, welche beispielsweise an dem Bypass 112 angeordnet ist.
Die Einstellvorrichtung 128 des Bypasses 112 ist beispielsweise als Stellschraube ausgebildet, um einen Durchlassquerschnitt des Bypasses 112 und somit den Volumenstrom des Bypass-Fluidstroms einfach einstellen zu können.
Um den Volumenstrom des durch den Fluiddurchgang 122 strömenden PuIs- Fluidstroms einstellen zu können, umfasst die Reinigungsvorrichtung 102 eine Einstellvorrichtung 130 des Fluiddurchgangs 122, welche beispielsweise stromabwärts der Verzweigung 120 und stromaufwärts des Pulsventils 110 angeordnet ist.
Die Einstellvorrichtung 130 des Fluiddurchgangs 122 ist beispielsweise als Stellschraube ausgebildet, um einen Durchlassquerschnitt des Fluiddurchgangs 122 und somit den Volumenstrom des Puls-Fluidstroms einfach einstellen zu können.
In den Fig. 2 und 3 sind schematische Schnittzeichnungen des Pulsventils 110 während einer Schließphase dargestellt, in welcher der durch den Fluiddurchgang 122 strömende Puls-Fluidstrom unterbrochen ist. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Pulsventils 110 ist beispielsweise aus der WO 03/036144 Al bekannt, auf welche insoweit Bezug genommen wird und deren Inhalt zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht wird.
Das Pulsventil 110 umfasst ein Gehäuse 132, ein in dem Gehäuse 132 drehbar gelagertes Sperrelement 134 und einen beispielsweise als Elektromotor ausgebildeten Drehantrieb 136 zum Antreiben einer Drehbewegung des Sperrelements 134 (siehe Fig. 3).
Das Sperrelement 134 ist als im Wesentlichen zylinderförmige Welle 138 ausgebildet und beispielsweise mittels mindestens einer Gleitlagerbuchse 140 um eine Drehachse 142 drehbar in dem Gehäuse 132 des Pulsventils 110 gelagert.
Das Sperrelement 134 weist eine zylindrische, zu der Drehachse 142 koaxiale Mantelfläche 144 auf.
In der Mantelfläche 144 des Sperrelements 134 sind zwei einander diametral gegenüberliegende Vertiefungen 146 ausgebildet, welche jeweils von einer zylindermantelabschnittsförmigen Begrenzungsfläche 148 begrenzt werden, deren Zylinderachse 150 senkrecht zur Drehachse 142, senkrecht zur radialen Richtung des Sperrelements 134 und tangential zu der Mantelfläche 144 des Sperrelements 134 verläuft, und welche längs eines Randes 152 auf der Mantelfläche 144 des Sperrelements 134 münden (siehe insbesondere Fig. 3).
Die Vertiefungen 146 werden in dem Sperrelement 134 dadurch gebildet, dass aus dem zunächst vollzylindrischen Sperrelement 134 zwei zylinderab- schnittsförmige Segmente mit den zueinander parallelen Zylinderachsen 150 ausgefräst werden, wobei der Zylinderradius kleiner ist als der Radius des Sperrelements 134, so dass zwischen den Vertiefungen 146 ein Stegbereich 154 stehen bleibt (siehe insbesondere Fig. 3).
Ferner weist das Pulsventil 110 einen Pulsventileinlass 156 und einen Pulsven- tilauslass 158 auf. Der Pulsventileinlass 156 und der Pulsventilauslass 158 sind durch eine Fluid- durchführung 160 verbunden.
Das Sperrelement 134 ist so in der Fluiddurchführung 160 angeordnet, dass die Fluidverbindung zwischen dem Pulsventileinlass 156 und dem Pulsventilauslass 158 durch eine Drehung des Sperrelements 134 zyklisch herstellbar und trennbar ist.
In der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schließstellung des Pulsventils 110 ist der parallel zu den Zylinderachsen 150 verlaufende Stegbereich 154 des Sperrelements 134 im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 118 ausgerichtet.
In der in Fig. 4 dargestellten Offenstellung des Pulsventils 110 ist der Stegbereich 154 des Sperrelements 134 im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 118 ausgerichtet.
Die vorstehend beschriebene Reinigungsvorrichtung 102 funktioniert wie folgt:
Mittels der Pumpe 108 wird über die Saugleitung 107 Fluid aus dem Fluidbe- hälter 106 angesaugt und mit Druck beaufschlagt.
Einerseits ist es günstig, wenn der Druck mindestens ungefähr 3 bar beträgt.
Andererseits sollte der Druck nicht höher als ungefähr 300 bar gewählt werden.
Stromabwärts der Pumpe 108 gelangt der die Reinigungsvorrichtung 102 durchströmende Gesamt-Fluidstrom durch die Zuführleitung 121 zu der Verzweigung 120. Mittels der Verzweigung 120 erfolgt eine Aufteilung des Gesamt-Fluidstroms auf den Puls-Fluidstrom, welcher durch den Fluiddurchgang 122 strömt, und den Bypass-Fluidstrom, welcher durch den Bypass 112 strömt.
Mittels der Einstellvorrichtung 130 des Fluiddurchgangs 122 wird der Volumenstrom des durch den Fluiddurchgang 122 strömenden Puls-Fluidstroms eingestellt.
Mittels der Einstellvorrichtung 128 des Bypasses 112 wird der Volumenstrom des durch den Bypass 112 strömenden Bypass-Fluidstroms eingestellt.
Der Volumenstrom des durch den Bypass 112 strömenden Bypass-Fluidstroms ist zeitlich im Wesentlichen konstant.
Der durch den Fluiddurchgang 122 strömende Puls-Fluidstrom wird mittels des Pulsventils 110 zyklisch unterbrochen.
Eine Offenzeit, eine Schließzeit und/oder eine Öffnungsfrequenz des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 wird beispielsweise an dem Drehantrieb 136 eingestellt.
Bevorzugt wird eine Öffnungsfrequenz von ungefähr 2 Hz bis ungefähr 200 Hz eingestellt, wobei eine Drehgeschwindigkeit des Sperrelements 134 vorzugsweise zeitlich konstant ist.
Mittels der Zusammenführung 126 werden der zeitlich im Wesentlichen konstante Bypass-Fluidstrom und der pulsierende Puls-Fluidstrom zu dem Gesamt-Fluidstrom zusammengeführt.
Stromabwärts gelangt der Gesamt-Fluidstrom zu der Düse 114 und verlässt die Düse 114 durch den Fluidauslass 124. Beispielsweise stromabwärts der Düse 114 und beabstandet von derselben ist das mittels der Reinigungsvorrichtung 102 zu reinigende Werkstück 104 angeordnet.
Das Werkstück 104 umfasst beispielsweise einen zu reinigenden Hohlraum 162, welcher mit dem Fluid aus dem Fluidauslass 124 beaufschlagt wird.
Dadurch, dass der Hohlraum 162 des Werkstücks 104 stets zumindest mit dem durch den Bypass 112 strömenden Bypass-Fluidstrom beaufschlagt wird, ist der Hohlraum 162 des Werkstücks 104 stets mit flüssigem Fluid gefüllt.
Bei einer Reinigung des Werkstücks 104 in einer Luftatmosphäre kann daher während der Schließphasen des Pulsventils 110, in welchen der durch den Fluiddurchgang 122 strömende Puls-Fluidstrom unterbrochen ist, keine Luft in den Hohlraum 162 des Werkstücks 104 eindringen.
Die Abreinigung des Hohlraums 162 des Werkstücks 104 von Verunreinigungen, beispielsweise von Metallspänen, mittels der Reinigungsvorrichtung 102 wird dadurch verbessert.
Eine in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Strahlerzeugungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 ein Dämpfungselement 164 umfasst.
Mittels des Dämpfungselements 164 können Druckspitzen, welche während Schließphasen des Sperrelements 134 entstehen, gedämpft werden.
Das Dämpfungselement 164 umfasst einen, beispielsweise im Wesentlichen rohrförmigen, Behälter 166, welcher in einem Betriebszustand der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 zumindest teilweise mit einem Gas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt ist. Durch die Wahl der Menge und des Drucks des Gases ist die Dämpfung des Dämpfungselements 164 einstellbar.
Der Behälter 166 ist stromabwärts der Pumpe 108 und stromaufwärts der Verzweigung 120 angeordnet und steht mit der Zuführleitung 121 der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 in Fluidverbindung.
Die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 mit dem Dämpfungselement 164 funktioniert wie folgt:
Durch das zyklische Öffnen und Schließen des Fluiddurchgangs 122 mittels des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 wird in der Strahlerzeugungsvorrichtung 100, insbesondere stromaufwärts des Pulsventils 110, eine starke Druckschwankung erzeugt.
Mittels des Dämpfungselements 164 kann diese Druckschwankung reduziert werden.
Dies geschieht dadurch, dass in dem Behälter 166 des Dämpfungselements 164 befindliches Gas bei einer Erhöhung des Druckes in der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 während der Schließphasen des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 komprimiert wird und der Behälter 166 des Dämpfungselements 164 flüssiges Fluid aus der Zuführleitung 121 der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 aufnehmen kann.
Dadurch reduziert sich der mittels der Pumpe 108 erzeugte Druck in der Strahlerzeugungsvorrichtung 100.
Während der Offenphasen des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 nimmt der Druck in der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 ab, so dass das Fluid aus dem Behälter 166 des Dämpfungselements 164 zurück in die Zuführleitung 121 der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 fließt und sich das in dem Behälter 166 des Dämpfungselements 164 angeordnete Gas entspannt. Im Übrigen stimmt die in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den Fig. 6 und 7 dargestellte dritte Ausführungsform einer Strahlerzeugungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass der Behälter 166 des Dämpfungselements 164 aus einem elastischen Material gebildet ist.
In dem Behälter 166 ist vorzugsweise kein komprimierbares Gas vorhanden.
Vielmehr ergibt sich eine dämpfende Wirkung des Dämpfungselements 164 im Betrieb der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 dadurch, dass eine Druckerhöhung während der Schließphasen des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 zu einer Ausdehnung des elastisch ausgebildeten Behälters 166 des Dämpfungselements 164, dadurch zur Aufnahme von Fluid in dem Behälter 166 des Dämpfungselements 164 und schließlich zur Druckabsenkung in der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 führt.
Während der Offenphasen des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 nimmt der Druck in der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 ab, sodass das in dem Behälter 166 des Dämpfungselements 164 angeordnete Fluid zurück in die Zuführleitung 121 der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 fließt und der Behälter 166 des Dämpfungselements 164 in einen Entspannungszustand zurückkehrt.
Zum Vergleich der Ausdehnung des Behälters 166 des Dämpfungselements 164 während der Offen- und der Schließphasen des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 ist in Fig. 6 eine Strahlerzeugungsvorrichtung 100 während einer Offenphase des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 und in Fig. 7 eine Strahlerzeugungsvorrichtung 100 während einer Schließphase des Sperrelements 134 des Pulsventils 110 dargestellt. Im Übrigen stimmt die in den Fig. 6 und 7 dargestellte dritte Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 8 dargestellte vierte Ausführungsform einer Strahlerzeugungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass zusätzlich zu dem bereits beschriebenen gepulsten Strahl (nachfolgend als "erster gepulster Strahl" bezeichnet) mindestens ein zweiter gepulster Strahl eines flüssigen Fluids erzeugbar ist.
Hierzu umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 eine Abzweigung 168, welche in der Zuführleitung 121 zwischen der Pumpe 108 und der Verzweigung 120 angeordnet ist und den Fluidstrom stromabwärts der Pumpe 108 auf eine erste Zuführleitung 121a für den ersten gepulsten Strahl des flüssigen Fluids und auf eine zweite Zuführleitung 121b für den zweiten gepulsten Strahl des flüssigen Fluids aufteilt.
Zur Erzeugung der beiden gepulsten Strahlen des flüssigen Fluids umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 stromabwärts der ersten Zuführleitung 121a und stromabwärts der zweiten Zuführleitung 121b vorzugsweise jeweils diejenigen Komponenten, die bei der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform stromabwärts der Zuführleitung 121 angeordnet sind.
Insbesondere umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 somit einen dem ersten Fluiddurchgang 122 entsprechenden zweiten Fluiddurchgang 170, welcher mittels eines dem ersten Pulsventil 110 entsprechenden zweiten Pulsventils 172, insbesondere zyklisch, unterbrechbar ist, eine der ersten Düse 114 entsprechende zweite Düse 174, an welcher ein dem ersten Fluidauslass 124 entsprechender zweiter Fluidauslass 176 angeordnet ist, und einen dem ersten Bypass 112 entsprechenden zweiten Bypass 178, mittels welchem dem zweiten Fluidauslass 176 auch während Schließphasen des zweiten Pulsventils 172 Fluid zuführbar ist.
Um den durch den zweiten Bypass 178 strömenden Fluidstrom beispielsweise hinsichtlich seines Volumenstroms einstellen zu können, umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 eine der Einstellvorrichtung 128 des ersten Bypasses 112 entsprechende Einstellvorrichtung 180 des zweiten Bypasses 178, welche an dem zweiten Bypass 178 angeordnet ist.
Um den durch den zweiten Fluiddurchgang 170 strömenden Fluidstrom beispielsweise hinsichtlich seines Volumenstroms einstellen zu können, umfasst die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 eine der Einstellvorrichtung 130 des ersten Fluiddurchgangs 122 entsprechende Einstellvorrichtung 182 des zweiten Fluiddurchgangs 170, welche an dem zweiten Fluiddurchgang 170 angeordnet ist.
Die stromabwärts der ersten Zuführleitung 121a angeordneten Komponenten und die stromabwärts der zweiten Zuführleitung 121b angeordneten Komponenten der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 stimmen hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den in Fig. 1 stromabwärts der Zuführleitung 121 dargestellten und vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 näher erläuterten Komponenten der ersten Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine besonders bevorzugte Verwendung der vierten Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 ergibt sich durch die Möglichkeit, das Werkstück 104 zusätzlich zu dem an dem ersten Fluidauslass 124 austretenden, ersten gepulsten Strahl mit dem an dem zweiten Fluidauslass 176 austretenden, zweiten gepulsten Strahl zu beaufschlagen.
Insbesondere kann dadurch das Werkstück 104, beispielsweise aus verschiedenen Richtungen, alternierend mit Pulsen des ersten gepulsten Strahls und mit Pulsen des zweiten gepulsten Strahls beaufschlagt werden. Mittels der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 ist insbesondere ein Hohlraum 162 des Werkstücks 104, welcher durch mindestens zwei Zugangsöffnungen zugänglich ist, mit flüssigem Fluid beaufschlagbar.
Hierzu wird die erste Düse 114 relativ zu dem Werkstück 104 vorzugsweise so angeordnet, dass das aus dem ersten Fluidauslass 124 strömende Fluid des ersten gepulsten Strahls durch eine erste Zugangsöffnung 184 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104 in den Hohlraum 162 des Werkstücks 104 strömt (siehe Fig. 8).
Ferner wird die zweite Düse 174 relativ zu dem Werkstück 104 vorzugsweise so angeordnet, dass das aus dem zweiten Fluidauslass 176 strömende Fluid des zweiten gepulsten Strahls durch eine zweite Zugangsöffnung 186 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104 in den Hohlraum 162 des Werkstücks 104 strömt (siehe Fig. 8).
Einen ungefähr gleich weit von beiden Zugangsöffnungen 184, 186 des Hohlraums 162 entfernten Bereich 188 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104 durchströmen das Fluid der Pulse des ersten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids und das Fluid der Pulse des zweiten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids vorzugsweise abwechselnd und in unterschiedlichen Richtungen. Auf diese Weise wird bewirkt, dass in dem Hohlraum 162 des Werkstücks 104 angeordnete Verunreinigungen, beispielsweise bei der Bearbeitung des Werkstücks 104 anfallende Späne, gelockert werden und einfach aus dem Hohlraum 162 des Werkstücks 104 entfernt, insbesondere herausgeschwemmt, werden können.
Dabei werden die Pulsfrequenz und die Strömungsgeschwindigkeit des ersten gepulsten Strahls sowie ein zeitlicher Versatz zwischen den Austrittszeitpunkten der Pulse des ersten gepulsten Strahls am ersten Fluidauslass 124 und den Austrittszeitpunkten der Pulse des zweiten gepulsten Strahls am zweiten Fluidauslass 176 günstigerweise so gewählt, dass die Druckmaxima der Pulse des ersten gepulsten Strahls ein Ende des Hohlraums 162 des Werkstücks 104, insbesondere die zweite Zugangsöffnung 186 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104, erreichen, bevor die Druckmaxima der Pulse des zweiten gepulsten Strahls durch die zweite Zugangsöffnung 186 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104 in den Hohlraum 162 des Werkstücks 104 gelangen.
Da der zeitliche Versatz zwischen den Austrittszeitpunkten der Pulse des ersten gepulsten Strahls am ersten Fluidauslass 124 und den Austrittszeitpunkten der Pulse des zweiten gepulsten Strahls am zweiten Fluidauslass 176 vorzugsweise dem zeitlichen Versatz zwischen den Austrittszeitpunkten der Pulse des zweiten gepulsten Strahls am zweiten Fluidauslass 176 und den Austrittszeitpunkten der Pulse des ersten gepulsten Strahls am ersten Fluidauslass 124 entspricht, erreichen in einem solchen Fall günstigerweise auch die Druckmaxima der Pulse des zweiten gepulsten Strahls ein Ende des Hohlraums 162 des Werkstücks 104, insbesondere die erste Zugangsöffnung 184 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104, bevor die Druckmaxima der Pulse des ersten gepulsten Strahls durch die erste Zugangsöffnung 184 des Hohlraums 162 des Werkstücks 104 in den Hohlraum 162 des Werkstücks 104 gelangen.
Vorzugsweise wird hierzu die Pulsfrequenz stets so gewählt, dass die Laufzeit der Druckmaxima der Pulse durch den Hohlraum 162 des Werkstücks 104 klein ist gegenüber der Periodendauer der Pulsfolge (Kehrwert der Pulsfrequenz). Auf diese Weise wird verhindert, dass die Pulse des ersten gepulsten Strahls und die Pulse des zweiten gepulsten Strahls sich gegenseitig behindern und so ein Herausschwemmen der Verunreinigungen aus dem Hohlraum 162 des Werkstücks 104 erschweren.
So können beispielsweise eine Pulsfrequenz von beispielsweise ungefähr 70 Hz, ein Fluss von beispielsweise 5 l/s und Düsen mit einem Durchmesser von beispielsweise 6 mm gewählt werden. Ein zuverlässiges Einhalten eines gewünschten zeitlichen Versatzes zwischen den Austrittszeitpunkten der Pulse des ersten gepulsten Strahls am ersten Fluidauslass 124 und den Austrittszeitpunkten der Pulse des zweiten gepulsten Strahls am zweiten Fluidauslass 176 ist dabei insbesondere dann gewährleistet, wenn der Drehantrieb 136 des ersten Sperrelements 134 des ersten Pulsventils 110 mit einem (nicht dargestellten) Drehantrieb des zweiten Sperrelements 192 des zweiten Pulsventils 172 synchronisiert wird.
Zur Dämpfung von Druckspitzen innerhalb der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 kann bei der vierten Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 eines oder mehrere der in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Dämpfungselemente 164 vorgesehen sein.
Im Übrigen stimmt die vierte Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 9 dargestellte fünfte Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsform dadurch, dass das erste Pulsventil 110 und das zweite Pulsventil 172 einen gemeinsamen Drehantrieb 190 aufweisen.
Mittels des gemeinsamen Drehantriebs 190 sind das erste Sperrelement 134 des ersten Pulsventils 110 und ein zweites Sperrelement 192 des zweiten Pulsventils 172 mechanisch miteinander gekoppelt, so dass keine separate Steuerung zur zeitlichen Abstimmung der Pulse des ersten gepulsten Strahls auf die Pulse des zweiten gepulsten Strahls notwendig ist.
Die mechanische Kopplung kann beispielsweise mittels eines Antriebsriemens 196 erfolgen, welcher mit dem gemeinsamen Drehantrieb 190, dem ersten Sperrelement 134 und dem zweiten Sperrelement 192 in Wirkverbindung steht, so dass eine Drehbewegung von dem gemeinsamen Drehantrieb 190 auf das erste Sperrelement 134 und auf das zweite Sperrelement 192 übertragbar ist.
Das erste Pulsventil 110 und das zweite Pulsventil 172 unterscheiden sich hierzu von dem in Fig. 3 dargestellten Pulsventil 110 der ersten Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 dadurch, dass das erste Sperrelement 134 und das zweite Sperrelement 192 anstelle eines eigenen Drehantriebs 136 jeweils einen (nicht dargestellten) Fortsatz aufweisen, an welchem der Antriebsriemen 196 angreift.
Ein bestimmter zeitlicher Versatz zwischen den Pulsen des ersten gepulsten Strahls und den Pulsen des zweiten gepulsten Strahls kann dadurch fest eingestellt werden, dass vor einer Inbetriebnahme der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 eine Drehausrichtung des ersten Sperrelements 134 und, hiervon unabhängig, eine Drehausrichtung des zweiten Sperrelements 192 eingestellt werden. Durch die mechanische Kopplung mittels des Antriebsriemens 196 werden die Drehausrichtungen des ersten Sperrelements 134 und des zweiten Sperrelements 192 relativ zueinander fixiert.
Unter der Voraussetzung, dass zwischen einer Drehbewegung des gemeinsamen Drehantriebs 190 und der Drehbewegung des ersten Sperrelements 134 sowie zwischen der Drehbewegung des gemeinsamen Drehantriebs 190 und der Drehbewegung des zweiten Sperrelements 192 dieselbe Übersetzung erfolgt, drehen sich das erste Sperrelement 134 und das zweite Sperrelement 192 mit derselben Frequenz und behalten dabei die zuvor eingestellte Drehausrichtung relativ zueinander bei.
Aufgrund der frei wählbaren Drehausrichtung der Sperrelemente 134, 192 ist ein Versatz zwischen den Austrittszeitpunkten der Pulse des ersten gepulsten Strahls am ersten Fluidauslass 124 und den Austrittszeitpunkten der Pulse des zweiten gepulsten Strahls am zweiten Fluidauslass 176 frei wählbar. Insbesondere ist dieser Versatz frei wählbar zwischen ungefähr null und beispielsweise ungefähr der Periodendauer der Pulsfolge (entsprechend der Hälfte des Kehrwerts der Rotationsfrequenz der Sperrelemente 134, 192).
Ferner ist durch den gemeinsamen Drehantrieb 190 ein separater Drehantrieb für das zweite Sperrelement 192 des zweiten Pulsventils 172 entbehrlich.
Bei der fünften Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 ist eine alternierende Abgabe von Pulsen des ersten gepulsten Strahls und Pulsen des zweiten gepulsten Strahls insbesondere dann möglich, wenn das erste Sperrelement 134 und das zweite Sperrelement 192 so an den gemeinsamen Drehantrieb 190 gekoppelt sind, dass der erste Stegbereich 154 des ersten Sperrelements 134 stets dann im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 118 ausgerichtet ist, wenn ein zweiter Stegbereich 194 des zweiten Sperrelements 192 im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 118 ausgerichtet ist (siehe Fig. 9). Die Winkeldifferenz zwischen der Drehausrichtung des ersten Sperrelements 134 und der Drehausrichtung des zweiten Sperrelements 192 beträgt dann 90°.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 9 dargestellte fünfte Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 8 dargestellten vierten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Insbesondere kann somit auch bei der in Fig. 9 dargestellten fünften Ausführungsform der Strahlerzeugungsvorrichtung 100 vorgesehen sein, dass die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 eines oder mehrere der in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Dämpfungselemente 164 umfasst.
Dadurch, dass bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dem Werkstück 104 stets zumindest ein Teil des die Strahlerzeugungsvorrichtung 100 durchströmenden Fluidstroms zuführbar ist, ist eine verbesserte mechanische Wirkung an einem mit dem gepulsten Strahl beaufschlagten Objekt möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids, umfassend einen Fluideinlass (116), einen Fluidauslass (124, 176) und ein zwischen dem Fluideinlass (116) und dem Fluidauslass (124, 176) angeordnetes Sperrelement (134, 192), welches einen Fluiddurchgang (122, 170) zwischen dem Fluideinlass (116) und dem Fluidauslass (124, 176) zyklisch schließt und freigibt,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung (100) mindestens einen Bypass (112, 178) umfasst, durch den auch während einer Schließphase des Sperrelements (134, 192) dem Fluidauslass (124, 176) ein flüssiges Fluid zuführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Einstellvorrichtung (128, 180) zum Einstellen eines Volumenstroms eines durch den Bypass (112, 178) strömenden Bypass- Fluidstroms umfasst.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Einstellvorrichtung (130, 182) zum Einstellen eines Volumenstroms eines durch den Fluiddurchgang (122, 170) strömenden Puls-Fluidstroms umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Vorrichtung (100) strömender Gesamt-Fluidstrom so auf einen durch den Fluiddurchgang (122, 170) strömenden Puls-Fluid- strom und einen durch den Bypass (112, 178) strömenden Bypass-Fluid- strom aufteilbar ist, dass ein Volumenstrom des Bypass-Fluidstroms höchstens ungefähr 10% eines Volumenstroms des Gesamt-Fluidstroms beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Bypasses (112, 178) eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass (116) und dem Fluidauslass (124, 176) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) ein Dämpfungselement (164) zur Verringerung von in der Schließphase des Sperrelements (134, 192) in der Vorrichtung (100) auftretenden Druckspitzen umfasst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (164) in einem Betriebszustand der Vorrichtung (100) zumindest teilweise mit einem komprimierbaren Fluid gefüllt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (100) zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens zwei Fluidauslässe (124, 176) und mindestens zwei Sperrelemente (134, 192) umfasst, wobei ein erstes Sperrelement (134) einen ersten Fluiddurchgang (122) zyklisch schließt und freigibt, so dass an einem ersten Fluidauslass (124) ein erster gepulster Strahl eines flüssigen Fluids erzeugbar ist, und wobei ein zweites Sperrelement (192) einen zweiten Fluiddurchgang (170) zyklisch schließt und freigibt, so dass an einem zweiten Fluidauslass (176) ein zweiter gepulster Strahl eines flüssigen Fluids erzeugbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) so betreibbar ist, dass die Schließ- und Offenphasen des ersten Sperrelements (134) zeitlich gegen die Schließ- und Offenphasen des zweiten Sperrelements (192) versetzt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen gemeinsamen Antrieb (190) zum Antreiben von mindestens zwei Sperrelementen (134, 192) oder mindestens zwei miteinander synchronisierte Antriebe zum Antreiben von mindestens zwei Sperrelementen (134, 192) umfasst.
12. Verfahren zum Beaufschlagen eines Werkstücks (104) mit einem gepulsten Strahl eines flüssigen Fluids, umfassend folgende Verfahrensschritte:
Erzeugen von Pulsen des gepulsten Strahls durch zyklisches Unterbrechen eines Fluidstroms durch einen Fluiddurchgang (122, 170);
Beaufschlagen des Werkstücks (104) mit den Pulsen des gepulsten Strahls;
Beaufschlagen des Werkstücks (104) auch während der zyklischen Unterbrechungen des Fluidstroms durch den Fluiddurchgang (122, 170) mit einem Bypass-Fluidstrom des Fluids.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der zyklischen Unterbrechungen des Fluidstroms durch den Fluiddurchgang (122, 170) entstehende Druckspitzen mittels eines Dämpfungselements (164) verringert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (104) mit mindestens einem weiteren gepulsten Strahl eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulse eines ersten gepulsten Strahls zeitlich gegenüber den Pulsen eines zweiten gepulsten Strahls versetzt sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (104) alternierend mit Pulsen eines ersten gepulsten Strahls und mit Pulsen eines zweiten gepulsten Strahls beaufschlagt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlraum (162) des Werkstücks (104) alternierend mit Pulsen eines durch eine erste Zugangsöffnung (184) des Hohlraums (162) strömenden ersten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids und mit Pulsen eines durch eine zweite Zugangsöffnung (186) des Hohlraums (162) strömenden zweiten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (188) eines Hohlraums (162) des Werkstücks (104) so mit den Pulsen eines ersten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids und mit den Pulsen eines zweiten gepulsten Strahls eines flüssigen Fluids beaufschlagt wird, dass das Fluid aus dem ersten gepulsten Strahl und das Fluid aus dem zweiten gepulsten Strahl den Bereich (188) des Hohlraums (162) des Werkstücks (104) in verschiedenen Richtungen durchströmen.
19. Verwendung der Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Reinigung eines Werkstücks (104), insbesondere durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18.
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