DE102004023246B3

DE102004023246B3 - Strahlverfahren

Info

Publication number: DE102004023246B3
Application number: DE200410023246
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Kipp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-05-08

Abstract

Strahlverfahren zum Abstrahlen von Oberflächen mit einem wasserlöslichen Strahlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Strahlmittel mit einem Trägergas einer Strahldüse (14) zugeführt wird, die einen zu einer Engstelle (18) konvergierenden Abschnitt (16) und einen sich darin anschließenden divergierenden Abschnitt (20) aufweist, und daß im Abstand vor der Engstelle (18) Wasser in das Trägergas eindosiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlverfahren zum Abstrahlen von Oberflächen mit einem wasserlöslichen Strahlmittel.
Zum Abstrahlen von empfindlichen Bauteilen wie beispielsweise Motorblöcken sind herkömmliche Strahlmittel wie Sand oder Granulat nicht geeignet, da die Gefahr besteht, daß Reste des Strahlmittels in dem gereinigten Bauteil verbleiben und dann während des Betriebs des Bauteils zu Schädigungen führen. Aus diesem Grund werden für die Reinigung solcher Werkstücke wasserlösliche Strahlmittel, beispielsweise verschiedene Salze eingesetzt, die sich anschließend durch Auslaugen mit Wasser vollständig und zuverlässig entfernen lassen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß diese Strahlmittel nur eine geringe Abrasiv-Wirkung haben.

Die Verwendung eines wasserlöslichen Strahlmittels, beispielsweise von Zucker, wird auch in DE 298 13 172 U1 beschrieben.

Aus US 4 817 342 ist ein Strahlverfahren bekannt, bei dem ein konventionelles Strahlmittel mit Druckluft zu einer Strahldüse zugeführt wird, die als Konvergent/Divergent-Düse ausgebildet ist und es gestattet, das Strahlmedium auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. In Abstand vor der Engstelle der Strahldüse wird über einen koaxial zur Strahldüse angeordneten Injektor Wasser unter hohem Druck in die Düse injiziert. Der Wasserstrahl dient dazu, die Partikel des Strahlmittels zu befeuchten, damit die Entfernung von Oxiden von korrodierten Oberflächen unterstützt wird. Zugleich hat der Wasserstrahl aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit den Effekt, die Partikel des Strahlmittels zu beschleunigen.

WO 03/022525 A2 erwähnt die Verwendung von Wasser als Strahlmittel oder Zusatzstrahlmittel bei einem Verfahren, bei dem besonders hohe Strahlleistungen und/oder weit aufgefächerte Strahlen dadurch erreicht werden sollen, daß zwei Trägergas-Ströme aus verschiedenen Druckquellen einer gemeinsamen Laval-Düse zugeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Effizienz eines Strahlverfahrens der eingangs genannten Art zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das wasserlösliche Strahlmittel mit einem Trägergas einer Strahldüse zugeführt wird, die einen zu einer Engstelle konvergierenden Abschnitt und einen sich darin anschließenden divergierenden Abschnitt aufweist, und das Wasser in die Trägergasströmung eindosiert wird.

Überraschend hat sich gezeigt, daß bereits die Zugabe einer geringen Wassermenge zu einer erheblichen Steigerung der Reinigungswirkung führt. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß das Wasser zu sehr feinen Tröpfchen versprüht wird, die in der Konvergent/Divergent-Düse zusammen mit dem Strahlmittel auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden und dann ihrerseits als Strahlmittel wirken, so daß die abrasive Wirkung letztlich durch eine Kombination von festen Partikeln und flüssigen Wassertröpfchen erreicht wird. Zugleich hat dieses Verfahren den Vorteil, daß das wasserlösliche Strahlmittel durch das in den Strahl eindosierte Wasser unmittelbar wieder von den bestrahlten Oberflächen abgewaschen wird. Es können daher auch wasserlösliche Strahlmittel eingesetzt werden, die dazu neigen, insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit oder bei nicht vollständig trockenen Werkstücken, sich an Oberflächenunebenheiten oder in Innenecken des Werkstücks festzusetzen und eine schützende Kruste zu bilden, die bei längerer Bestrahlungszeit den Reinigungseffekt beeinträchtigen oder völlig vereiteln würde. Da sich das gebrauchte Strahlmittel in dem gleichzeitig zugeführten Wasser auflöst und mit dem Wasser abfließt, wird zugleich ein einfacher und effizienter Abtransport des gebrauchten Stahlmittels gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Strahldüse ist vorzugsweise als Laval-Düse ausgebildet, mit der sich nahezu Schallgeschwindigkeit oder sogar Überschallgeschwindigkeit erreichen läßt. Bei derart hohen Geschwindigkeiten entfalten insbesondere die Wassertröpfen eine sehr hohe Reinigungswirkung.

Das Wasser kann vor, in oder hinter der Engstelle eindosiert werden. Da vor der Engstelle die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases noch relativ gering ist, werden etwaige Einbauten, die zum Eindosieren des Wassers in den Strömungsweg des Trägergases ragen, durch das im Trägergas mitgeführte Strahlmittel nur wenig angegriffen, wenn das Wasser hier zugeführt wird. Wenn andererseits das Wasser in oder hinter der Engstelle zugeführt wird, etwa über eine seitlich eintretende Kapillare, ist der Strahl aus fein zerstäubtem Wasser stärker gebündelt.

Das Eindosieren des Wassers bietet zugleich eine sehr einfache und zweckmäßige Möglichkeit, die Strahlintensität zu regulieren. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Strahlgeschwindigkeit drastisch abnimmt, wenn die Menge des zugeführten Wassers im Verhältnis zum Volumendurchsatz des Trägergases einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch Regulierung der Wasserzufuhr läßt sich somit die Strahlgeschwindigkeit und damit die Strahlintensität sehr schnell und wirksam einstellen, ohne daß zusätzliche Drosseleinrichtungen für das Trägergas erforderlich sind, die durch das wasserlösliche Strahlmittel geschädigt oder verstopft werden könnten.

Besonders geeignet ist das Verfahren zum Abstrahlen von Werkstücken aus Leichtmetall, beispielsweise einer Al-Mg-Legierung, und insbesondere für Werkstücke mit einem ausgeprägten Relief wie etwa Motorblöcke.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze mit einem Schnitt durch eine Strahlpistole zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen Schnitt durch eine Strahlpistole gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel; und
3 einen Schnitt durch eine Strahlpistole gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Strahlpistole 10 mit einem geraden Strahlrohr 12, an das am stromabwärtigen Ende eine Strahldüse 14 angekuppelt ist. Die Strahldüse 14 ist als Laval-Düse ausgebildet und weist einen stromaufwärtigen Ab schnitt 16, der zu einer Engstelle 18 konvergiert. An die Engstelle 18 schließt sich stromabwärts ein divergenter Abschnitt 20 an.
Das Strahlrohr 12 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende an eine Druckquelle 22 angeschlossen, über die ein als Stahlmedium dienendes Trägergas, beispielsweise Druckluft zugeführt wird, das Partikel eines wasserlöslichen Strahlmittels mitführt. Bei dem Stahlmittel kann es sich beispielsweise um verschiedene Salze oder auch um Zucker oder ein Gemisch solcher Substanzen handeln. Das Strahlmittel wird in bekannter Weise in die Druckluftströmung eingebracht.
Das Stahlrohr 12 weist einen Abzweig 24 auf, der von einer Seite her unter einem Winkel von beispielsweise 45° in Strömungsrichtung in das Strahlrohr 12 eintritt. Über diesen Abzweig 24 wird über eine Leitung 26 und eine Druckpumpe 28 Wasser in flüssigem Zustand unter Druck in die Trägergasströmung im Strahlrohr eindosiert. Das Wasser wird bei Eintritt in den Abzweig 24 und in das Strahlrohr 12 fein zerstäubt und durch die Trägergasströmung zur Strahldüse 14 mitgerissen. Die Längen der Abschnitte 14, 20 der Strahldüse und deren Konvergenz- und Divergenzwinkel sind so auf dem Trägergas-Durchsatz abgestimmt, daß das Gemisch aus Trägergas, wasserlöslichem Strahlmittel und fein zerstäubtem Wasser in der Strahldüse nach dem Laval-Prinzip auf zumindest annähernd Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Der von der Stahldüse 14 abgegeben Strahl wird auf die Oberfläche eines zu reinigenden Werkstücks 30 gerichtet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Werkstück 30 um einen Motorblock eines gebrauchten Motors, dessen Oberfläche festsitzende und zum Teil eingebrannte Verunreinigungen aufweist, die durch die mit Überschallgeschwindigkeit auftreffenden Partikel des Strahlmitttels und die Wassertröpfchen abgelöst und entfernt werden. Die Partikel des Strahlmittels werden beim Aufprall auf die Oberfläche des Werkstücks 30 zu einem feinen Staub zerschlagen, der zumindest zum Teil in dem gleichzeitig im Strahl mitgeführten Wasser in Lösung geht. So wird ein Anhaften des Stahlmittels an der Oberfläche des Werkstücks verhindert, und das Strahlmittel sowie die abgelösten Verunreinigungen werden mit dem Wasser fortgespült. Insbesondere läßt sich so auch verhindern, daß sich das Strahl mittel in Innenecken 32 des Werkstücks festsetzt und dort eine schützende Kruste bildet.
Im gezeigten Beispiel weist das Werkstück 30 eine Dichtungsfläche 34 auf, die eine schonendere Behandlung erfordert, damit sie nicht durch das Stahlmittel aufgerauht wird. Deshalb ist es erforderlich, die Intensität und insbesondere die Geschwindigkeit des von der Strahldüse 14 abgegebenen Strahls zu variieren. Zu diesem Zweck ist in der Leitung 26 ein Ventil 36 angeordnet, mit dem sich die zugeführte Wassermenge regulieren läßt. Bei einer Erhöhung der Wassermenge ändert sich die effektive Dichte des durch das Strahlrohr 12 und die Strahldüse 14 strömenden Mediums, so daß sich der Arbeitspunkt der Laval-Düse verschiebt. Außerdem üben die Wassertröpfchen, die durch das Trägergas beschleunigt werden müssen, eine bremsende Wirkung auf das Trägergas aus, so daß das Trägergas in der Strahldüse weniger stark beschleunigt wird. Auf diese Weise läßt sich mit Hilfe des Ventils 36 die Strahlintensität dem jeweiligen Bedarf anpassen.
In einem praktischen Beispiel beträgt der Durchsatz des Trägergases zwischen 0,5 und 9 m³/min, und die Wassermenge sollte kleiner als etwa 1 Liter pro Kubikmeter Luft, vorzugsweise kleiner als 0,6 l/m³, besonders bevorzugt kleiner als 0,4 l/m³ sein, um eine optimale Reinigungswirkung zu erreichen. Der Druck, mit dem das Wasser von der Druckpumpe 28 zugeführt wird, sollte mehr als 40%, vorzugsweise mehr als 60% des Druckes betragen, mit dem das Trägergas von der Druckquelle 22 abgegeben wird. Dieser Druck beträgt beispielsweise zwischen 0,3 und 1,6 MPa.
2 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Strahldüse 10, bei der die zur Zufuhr des Wassers dienende Leitung 26 in den Abzweig 24 und das Strahlrohr 12 hinein verlängert ist und in geringem Abstand vor der Strahldüse 14 eine koaxial im Strahlrohr 12 angeordnete Düse 38 bildet, durch die das Wasser symmetrisch in die Trägergasströmung abgeben wird. Da das Strahlmittel im Strahlrohr 12 noch eine relativ geringe Geschwindigkeit hat, unterliegt das in das Strahlrohr ragende Ende der Leitung 26 nur einen geringen Verschleiß.
3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Leitung 26 als Kapillare ausgebildet ist, die seitlich in die Engstelle 18 der Strahldüse eintritt. Wahlweise kann die Kapillare auch in den Abschnitt 16 oder 20 eintreten.

Claims

Strahlverfahren zum Abstrahlen von Oberflächen mit einem wasserlöslichen Strahlmittel, bei dem das wasserlösliche Strahlmittel mit einem Trägergas einer Strahldüse (14) zugeführt wird, die einen zu einer Engstelle (18) konvergierenden Abschnitt (16) und einen sich daran anschließenden divergierenden Abschnitt (20) aufweist, und das Wasser in die Trägergasströmung eindosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einem Druck zugeführt wird, der mindestens 40% des Druckes des Trägergases beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Wassermenge kleiner ist als 1 liter pro m³ Trägergas.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Trägergas, Strahlmitttel und Wasser in der Strahldüse (14) zumindest auf annähernd Schallgeschwindigkeit, vorzugsweise auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlintensität variiert wird, indem der Wasserdurchsatz reguliert wird.