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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flüssigkeitsstrahl-Reinigen von
Werkstücken
mit einer Reinigungsflüssigkeit,
insbesondere von Motorkomponenten, umfassend einen Flüssigkeitsspeicher
für Reinigungsflüssigkeit,
einen Druckerzeuger zum Erzeugen von Druck in dem mit Reinigungsflüssigkeit
befüllten
Flüssigkeitsspeicher,
eine Düse
zum Versprühen
von Reinigungsflüssigkeit
aus dem Flüssigkeitsspeicher
auf das Werkstück,
eine Rohrleitung zum Verbinden des Flüssigkeitsspeichers mit der Düse und ein
erstes Ventil zum Steuern des Flüssigkeitsaustritts
aus dem Flüssigkeitsspeicher
in die Rohrleitung.
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Die
Anwendung von Hochdruck-Wasserstrahlen zum Reinigen oder auch zum
Schneiden ist im Stand der Technik bekannt. Diese bekannten Wasserstrahler
erzeugen einen Wasserstrahl, der mit hohem Druck und/oder hoher
Geschwindigkeit aus einer Düse
austritt und auf ein Werkstück
gerichtet wird.
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Eine
gattungsgemäße Vorrichtung
ist aus dem Dokument
EP
1 232 803 A2 bekannt. Dort wird die Reinigungsflüssigkeit
in einem Druckspeicher mit einem Druckgas unter Druck gesetzt und
beim Öffnen
eines Ventils durch ein Rohr zu einer Düse geleitet. Mit dem Rohr ist
ein Entlüftungskreislauf
verbunden, der Luft aus dem Rohr ableiten oder abpumpen kann.
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Nachteilig
bei den bekannten Flüssigkeitsstrahl-Reinigungsvorrichtungen
ist der Aufwand, der mit dem Trocknen des gereinigten Werkstücks nach dem
Reinigungsvorgang verbunden ist. Hierzu werden zusätzlich zu
der Reinigungsvorrichtung gesonderte Trocknungseinrichtungen vorgesehen,
die nach dem Reinigungsvorgang an das Werkstück positioniert werden müssen. Dabei
muss gleichzeitig dafür
Sorge getragen werden, dass aus der Reinigungsvorrichtung keine
weitere Reinigungsflüssigkeit
austritt. In Prozessanlagen, in denen nacheinander mehrere Werkstücke gereinigt
und getrocknet werden, ergibt sich damit ein relativ hoher Prozessaufwand
und eine unerwünschte
Verlängerung
der Prozessdauer.
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Ferner
ist bei den bekannten Flüssigkeitsstrahl-Reinigungsvorrichtungen
ein hoher apparativer Aufwand zum Einstellen eines definierten Reinigungsdrucks
der Reinigungsflüssigkeit
und/oder einer definierten Menge der zu versprühenden Reinigungsflüssigkeit
erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Flüssigkeitsstrahl-Reinigen
zu schaffen, mit der eine kurze, intensive und effektive Reinigung
mit hohem Druck und hoher Fließgeschwindigkeit
ermöglicht
wird.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Flüssigkeitsstrahl-Reinigen von Werkstücken mit
einer Reinigungsflüssigkeit,
insbesondere von Motorkomponenten, umfasst also einen Flüssigkeitsspeicher
für Reinigungsflüssigkeit,
einen Druckerzeuger zum Erzeugen von Druck in dem mit Reinigungsflüssigkeit
befüllten
Flüssigkeitsspeicher,
eine Düse
zum Versprühen
von Reinigungsflüssigkeit
aus dem Flüssigkeitsspeicher
auf das Werkstück,
eine Rohrleitung zum Verbinden des Flüssigkeitsspeichers mit der Düse (6)
und ein erstes Ventil zum Steuern des Flüssigkeitsaustritts aus dem
Flüssigkeitsspeicher
in die Rohrleitung, und weist die Besonderheit auf, dass der Flüssigkeitsspeicher
derart ausgebildet ist, dass sich sein Volumen beim Befüllen mit
Reinigungsflüssigkeit
gegen eine Rückstellkraft
vergrößert und
sich sein Volumen beim Versprühen
von Reinigungsflüssigkeit
bei geöffnetem
ersten Ventil auf das Werkstück
verringert, und die Vorrichtung eine Steuereinrichtung zum öffnen und
Schließen
des ersten Ventils umfasst.
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Mittels
der Erfindung können
Werkstücke
mit kurzen intensiven Flüssigkeitsmengen
gereinigt und ausgeblasen werden. Sie ermöglicht ein effektives und prozesssicheres
Reinigen, wobei der apparative Aufwand und die Prozessdauer verringert
wird, da sowohl das Reinigen als auch das Trocknen bzw. Ausblasen
mit nur einer Vorrichtung ohne Umrüstzeiten durchgeführt werden
kann. Zudem kann eine Einsparung an verbrauchter Reinigungsflüssigkeit
erzielt werden. Eine bevorzugte Anwendung befindet sich auf dem
Gebiet des impulsartigen Reinigens von Motorkomponenten. Gemeint
sind hier Komponenten und Bauteile von Verbrennungsmotoren, deren
teilweise komplexen Strukturen, z.B. der Wassermantel und die Ölkanäle von Zylinderköpfen, im
Fertigungsprozess von Verunreinigungen wie Sand und Spänen befreit
werden müssen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Die
darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination
miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung zu schaffen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
erste erfindungsgemäße Vorrichtung
beim Druckaufbau in einem als elastischer Schlauch ausgebildeten
Flüssigkeitsspeicher.
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2 die
Vorrichtung von 1 beim Reinigen eines Werkstücks mit
Reinigungsflüssigkeit.
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3 die
Vorrichtung von 1 beim Spülen eines Werkstücks mit
Spülgas.
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4 eine
zweite erfindungsgemäße Vorrichtung
beim Druckaufbau in einem als Druckkolben ausgebildeten Flüssigkeitsspeicher.
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5 die
Vorrichtung von 4 beim Reinigen eines Werkstücks mit
Reinigungsflüssigkeit.
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6 die
Vorrichtung von 4 beim Spülen eines Werkstücks mit
Spülgas.
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Die 1 zeigt
eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Flüssigkeits-Reinigen
eines Werkstücks 1,
beispielsweise einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Die
Vorrichtung umfasst einen Flüssigkeits-Druckspeicher 2,
der ganz oder teilweise mit Reinigungsflüssigkeit 3 befüllt ist.
Ferner ist ein Druckerzeuger 4 zum Erzeugen von Druck in
dem mit Reinigungsflüssigkeit 3 befüllten Flüssigkeits-Druckspeicher 2 vorgesehen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Druckerzeuger 4 eine Flüssigkeitspumpe zum Pumpen von
Reinigungsflüssigkeit 3.
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Der
Auslass des Flüssigkeits-Druckspeichers 2 ist über ein
drittes Ventil 16 mit einem Flüssigkeitsspeicher 14 verbunden,
der derart ausgebildet ist, dass sich sein Volumen beim Befüllen mit
Reinigungsflüssigkeit 3 gegen
eine Rückstellkraft
vergrößert und
sich sein Volumen beim Versprühen
von Reinigungsflüssigkeit 3 bei
geöffnetem
erstem Ventil 7 auf das Werkstück 1 verringert. Die
Rückstellkraft des
Flüssigkeitsspeichers 14 ist
vorteilhafterweise eine elastische oder im Wesentlichen elastische Rückstellkraft.
In 1 ist der Flüssigkeitsspeicher 14 als
elastisch dehnbarer Schlauch 15 ausgebildet. Der elastische
Schlauch 15 ist über
das Ventil 7 und eine Rohrleitung 5 mit einer
Düse 6 verbunden,
aus der beim Öffnen
des ersten Ventils 7 Flüssigkeit
mit hohem Druck und/oder hoher Geschwindigkeit zum Reinigen auf
das Werkstück 1 austritt.
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Ferner
ist ein Druckgasspeicher 8 mit Spülgas 13 vorgesehen,
der über
ein zweites Ventil 9 ebenfalls mit der Rohrleitung 5 verbunden
ist. Die Ventile 7 und 9 können mittels einer nicht dargestellten
Steuereinrichtung, die auch das dritte Ventil 16 steuert,
alternierend geöffnet
und geschlossen werden, so dass abwechselnd Reinigungsflüssigkeit 3 aus
dem Flüssigkeitsspeicher 14 und
Spülgas 13 aus dem
Druckgasspeicher 8 durch die Rohrleitung 5 transportiert
wird und aus der Düse 6 auf
das Werkstück 1 austritt.
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Vorteilhafterweise
sind das erste Ventil 7 und das zweite Ventil 9 zum
intervallartigen alternierenden öffnen
und Schließen
für intervallartiges
alternierendes Flüssigkeits-Reinigen des Werkstücks 1 mit Reinigungsflüssigkeit 3 und
Ausblasen mit Spülgas 13 ausgebildet
und die Steuereinrichtung ist zum entsprechenden Ansteuern der zwei
Ventile 7, 9 ausgebildet, wobei bevorzugt die
Steuereinrichtung selbsttätig,
d.h. automatisch und ohne manuellen Eingriff, die zwei Ventile 7, 8 öffnet und
schließt.
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In 1 ist
die Vorrichtung beim Druckaufbau von Reinigungsflüssigkeit 3 in
dem Schlauch 15 dargestellt. Dabei ist das erste Ventil 7 geschlossen und
der Druckerzeuger 4 fördert
Reinigungsflüssigkeit 3 in
den Flüssigkeits-Druckspeicher 2 und
durch das Ventil 16 in den Schlauch 15. Durch
das Befüllen des
Schlauchs 15 mit Reinigungsflüssigkeit 3 dehnt sich
dieser aus und der Druck in dem Schlauch 15 erhöht sich,
bis das dritte Ventil 16 geschlossen wird. Der Zeitpunkt,
zu dem das dritte Ventil 16 geschlossen wird, kann auf
verschiedene Weise festgelegt werden, beispielsweise durch einen
Drucksensor, der beispielsweise in dem Flüssigkeits-Druckspeicher 2,
dem Flüssigkeitsspeicher 14 oder
an der Außenwand
des Schlauchs 15 angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Ausdehnung des Schlauchs 15 durch
einen Sensor erfasst wird und beim Erreichen eines bestimmten Ausdehnungsgrades
das dritte Ventil 16 schließt.
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In 2 ist
die Vorrichtung von 1 beim Reinigen des Werkstücks 1 dargestellt.
Dabei ist das erste Ventil 7 geöffnet und das zweite Ventil 9 und dritte
Ventil 16 sind geschlossen. Der durch das Befüllen mit
Reinigungsflüssigkeit 3 ausgedehnte Schlauch 15 kontrahiert
sich und die Reinigungsflüssigkeit 3 wird
durch die Rohrleitung 5 und die Düse 6 auf das Werkstück 1 gesprüht. Dabei
durchströmt
die Reinigungsflüssigkeit 3 die
Düse 6 und
trifft mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück 1 auf, das von der
Reinigungsflüssigkeit 3 durchströmt wird,
wobei Verschmutzungen und Verunreinigungen ausgespült werden.
Nach dem Ausstoß der
Reinigungsflüssigkeit
aus dem Flüssigkeitsspeicher 14 schließt das erste
Ventil 7.
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In 3 ist
die Vorrichtung von 1 beim Ausblasen des Werkstücks 1 mit
Spülgas 13 dargestellt.
Dabei ist das erste Ventil 7 geschlossen und das zweite
Ventil 9 geöffnet,
so dass das Spülgas 13 die
restliche Flüssigkeitsmenge
aus der Rohrleitung 5 herausdrückt und anschließend das
Werkstück 1 mittels
des Spülgases 13 ausgeblasen
und somit getrocknet wird. Im Anschluss an das in 3 dargestellte
Ausblasen oder auch bereits während
des in 3 dargestellten Ausblasens kann der Flüssigkeitsspeicher 14 wieder
gemäß 1 mit
Reinigungsflüssigkeit 3 befüllt werden.
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Die
Reinigungsflüssigkeit 3 kann
eine in dem jeweiligen Prozess verwendbare Reinigungsflüssigkeit
sein, beispielsweise ein bestimmtes Lösungsmittel oder Wasser mit
oder ohne einem Reinigungszusatz. Das Spülgas 13 kann ebenfalls
ein in dem jeweiligen Reinigungsprozess vorteilhaft verwendbares
Gas sein, beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder vorzugsweise
Luft.
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Bei
der in den 1 bis 3 dargestellten Reinigungsvorrichtung
ist das Werkstück 1 in
einer Bearbeitungskammer 10 angeordnet, in der der Reinigungs-
und Spülvorgang
durchgeführt
werden. Dementsprechend ist auch die Düse 6 in der Bearbeitungskammer 10 angeordnet.
Zum Rückgewinnen der
auf das Werkstück 1 aufgesprühten Reinigungsflüssigkeit 3 ist
ferner eine Rückführleitung 11 zum Zurückführen von
auf das Werkstück 1 gesprühter Reinigungsflüssigkeit 3 aus
der Bearbeitungskammer 10 zum dem Flüssigkeitsspeicher 14 vorgesehen.
Dabei kann in vorteilhafter Ausgestaltung in der Rückführleitung 11 ein
Vorratsbehälter 12 für rückzuführende Reinigungsflüssigkeit 3 angeordnet
sein.
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Beim
Füllen
des Flüssigkeitsspeichers 14 gemäß 1 fördert der
Druckerzeuger 4 bzw. die Flüssigkeitspumpe zunächst bei
geschlossenem ersten Ventil 7 Reinigungsflüssigkeit 3 aus
dem Vorratsbehälter 12 in
den Flüssigkeits-Druckspeicher 2 und den
Flüssigkeitsspeicher 14 um
darin Druck aufzubauen. Beim Reinigen gemäß 2 öffnet das
erste Ventil 7 und die Reinigungsflüssigkeit 3 wird durch die
Rohrleitung 5 in Richtung zu der Düse 6 beschleunigt.
Die Flüssigkeitspumpe
fördert
dabei weitere Reinigungsflüssigkeit 3 in
den Flüssigkeits-Druckspeicher 2 nach,
wobei das dritte Ventil 16 geschlossen ist. Die Reinigungsflüssigkeit 3 durchströmt die Düse 6 und
trifft mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück 1, durchströmt das Werkstück 1 und
spült Verunreinigungen
aus. Danach schließt das
Ventil 7. Beim Ausblasen des Werkstücks 1 gemäß 3 öffnet das
zweite Ventil 9 und die Flüssigkeit in der Rohrleitung 5 wird
durch das Spülgas 13, beispielsweise
Druckluft, ausgeblasen. Dabei läuft die
Reinigungsflüssigkeit
aus dem Werkstück 1 aus, wird
in der Bearbeitungskammer 10 aufgefangen und über die
Rückführleitung 11 in
den Vorratsbehälter 12 zurückgeführt. Nach
dem Ausblasen schließt
das zweite Ventil 9 wieder und der Befüllvorgang gemäß 1 bzw.
der Reinigungsvorgang gemäß 2 kann
von neuem beginnen.
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Der
Aufbau und die Funktionsweise der in den 4 bis 6 dargestellten
zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung
entspricht weitgehend derjenigen der in den 1 bis 3 dargestellten ersten
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
mit dem Unterschied, dass der Flüssigkeitsspeicher 14 als
Zylinder 17 mit einem darin beweglichen Kolben 18 ausgebildet
ist, wobei auf den Kolben 18 die Rückstellkraft ausgeübt wird,
beispielsweise von einer Feder 19, die in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Druckfeder ausgebildet ist. Der Zylinder 17 ist mit
der Rohrleitung 5 verbunden und kann mit Reinigungsflüssigkeit 3 befüllt werden.
Mittels des Pumpenventils 20 kann der mit Reinigungsflüssigkeit 3 befüllte Raum
des Zylinders 17 und die Rohrleitung 5 gegenüber dem
Druckerzeuger 4 geschlossen werden, wodurch sowohl das
weitere Befüllen
der Rohrleitung 5 mit Reinigungsflüssigkeit 3 als auch
der Rückfluss von
Reinigungsflüssigkeit 3 aus
der Rohrleitung 5 in den Druckerzeuger 4 verhindert
wird.
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Der
Flüssigkeitsspeicher 14 gemäß 4 umfasst
ein hydraulisches System zum Steuern der Hubbewegung des Kolbens 18.
Diese hydraulische System umfasst Leitungen, mit denen ein Hydraulikfluid,
das gasförmig
oder flüssig
sein kann, in die Kammer 21 geleitet oder aus dieser abgelassen
werden kann. In dem Zulauf der Kammer 21 befindet sich ein
Einlassventil 22 und in dem Auslauf ein Auslassventil 23.
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Wenn
das Einlassventil 22 geöffnet
und das Auslassventil 23 geschlossen ist wird die Kammer 21 gefüllt und
der Kolben 18 gegen die Rückstellkraft der Feder 19 vorgespannt.
Wenn das Einlassventil 22 geschlossen und das Auslassventil 23 geöffnet ist wird
der Kolben 18 durch die Rückstellkraft der Feder 19 entspannt.
Wenn sowohl das Einlassventil 22 als auch das Auslassventil 23 geschlossen
sind ist die Position des Kolbens 18 fixiert.
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In 4 werden
mittels des Druckerzeugers 4 der Flüssigkeitsspeicher 14 und
die Rohrleitung 5 mit Reinigungsflüssigkeit 3 befüllt. Dabei
sind das Pumpenventil 20 und das Einlassventil 22 geöffnet und
das erste Ventil 7 und das Auslassventil 23 geschlossen.
Der Kolben 18 wird gegen die Feder 19 vorgespannt.
Wenn der Flüssigkeitsspeicher 14 und die
Rohrleitung 5 befüllt
sind schließen
das Pumpenventil 20 und das Einlassventil 22.
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Anschließend wird
gemäß 5 zum
Reinigen das erste Ventil 7 geöffnet, wobei das zweite Ventil 9 und
das Pumpenventil 20 geschlossen sind. Durch die Rückstellkraft
der Feder 19 wird der Kolben 18 entspannt und
die Reinigungsflüssigkeit 3 wird aus
dem Flüssigkeitsspeicher 14 durch
die Rohrleitung 5 und die Düse 6 auf das Werkstück 1 gesprüht.
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Zum
Ausblasen des Werkstück 1 wird
gemäß 6 das
erste Ventil 7 geschlossen und das zweite Ventil 9 geöffnet, wobei
entsprechend zu 3 das Spülgas 13 die restliche
Flüssigkeitsmenge
aus der Rohrleitung 5 herausdrückt und anschließend das
Werkstück 1 mittels
des Spülgases 13 ausgeblasen
und somit getrocknet wird. Im Anschluss hieran oder gleichzeitig
kann das Vorspannen des Kolbens 18 gemäß 4 erfolgen.
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Die
weitere Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels
gemäß den 4 bis 6,
beispielsweise in Bezug auf die Bearbeitungskammer 10,
die Rückführleitung 11 und
den Vorratsbehälter 12,
entspricht derjenigen des in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Mit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es möglich,
ein effizientes intervallartiges Flüssigkeitsreinigen von Werkstücken 1 durchzuführen, optional
mit einer zusätzlich
vorgesehenen Vorrichtung zum Ausblasen des Werkstücks 1.
Dabei ist es möglich,
die Reinigungsflüssigkeit 3 mit
einem durch die Auslegung der Komponenten vorgebbaren definierten
Volumen und/oder definierten Druck auf das Werkstück 1 zu
sprühen.
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- 1
- Werkstück
- 2
- Flüssigkeits-Druckspeicher
- 3
- Reinigungsflüssigkeit
- 4
- Druckerzeuger
- 5
- Rohrleitung
- 6
- Düse
- 7
- Erstes
Ventil
- 8
- Druckgasspeicher
- 9
- Zweites
Ventil
- 10
- Bearbeitungskammer
- 11
- Rückführleitung
- 12
- Vorratsbehälter
- 13
- Spülgas
- 14
- Flüssigkeitsspeicher
- 15
- Schlauch
- 16
- Drittes
Ventil
- 17
- Zylinder
- 18
- Kolben
- 19
- Feder
- 20
- Pumpenventil
- 21
- Kammer
- 22
- Einlassventil
- 23
- Auslassventil