DE102009038733B4

DE102009038733B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Fertigungsrückständen aus Durchgängen in Werkstücken

Info

Publication number: DE102009038733B4
Application number: DE102009038733.1A
Authority: DE
Inventors: Willi Kalk
Original assignee: Moers Textilmaschinen GmbH
Current assignee: Moers Textilmaschinen GmbH
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: EP2246128A3; DE102009038733A1; EP2246128A2; EP2246128B1

Abstract

Verfahren zum Entfernen von Fertigungsrückständen aus Durchgängen in Werkstücken mittels eines Fluids, wobei jeder Durchgang vollständig mit Fluid geflutet wird und ein auf das Fluid in dem Durchgang wirkender Druck eine Strömung des Fluids in dem Durchgang erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst jeder Durchgang geflutet und anschließend ein Unterdruck auf das Fluid zur Wirkung gebracht wird, wobei Wasser mit Umgebungstemperatur als Fluid eingesetzt wird, wobei auf das strömende Fluid ein pulsierender Unterdruck wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Fertigungsrückständen aus Durchgängen in Werkstücken mittels eines Fluids, wobei jeder Durchgang vollständig mit Fluid geflutet wird und ein auf das Fluid in dem Durchgang wirkender Druck eine Strömung des Fluids in dem Durchgang erzeugt.
Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken aus Metall wird überflüssiges Material in Form von Spänen abgetragen. Bei der Herstellung von Durchgängen in Werkstücken, beispielsweise mittels Bohren oder Fräsen, müssen die Späne zuverlässig aus den Durchgängen entfernt werden. Insbesondere bei Durchgängen, die Hinterschneidungen und/oder Verjüngungen aufweisen, ist die Entfernung des überflüssigen Materials problematisch, da sich dieses an den Engstellen bzw. an Ecken und Kanten von Hinterschneidungen festsetzen und den Durchgang verstopfen kann.
Zur Entfernung des überschüssigen Materials aus den Durchgängen sind verschiedene Verfahren bekannt geworden:

Von der Fa. DÜRR Aktiengesellschaft ist das so genannte Tauchfluten von Werkstücken zur Rückstandsentfernung in Durchgängen entwickelt worden, bei dem das Werkstück in eine Flutkammer gelegt wird, die mit etwa 300 Liter Waschflüssigkeit gefüllt wird.
Durch Beaufschlagen von in der Waschflüssigkeit angeordneten Düsen mit etwa 10 bar Flüssigkeitsdruck entstehen in der Flutkammer starke Turbulenzen, die das Reinigen der Werkstücke bewirken.

Bei dem so genannten Aqua Cannon Verfahren der Valiant Cleaning Technology GmbH werden Fluidstrahlen mit Hilfe eines Düsensystems impulsartig mit Strömungsgeschwindigkeiten von bis zu 45 m/s auf die Durchgänge des Werkstücks gerichtet, um die Rückstände aus den Durchgängen zu entfernen. Der Druckaufbau bewirkt eine Verformung und Ablösung von eingeklemmten Spänen. Die Entfernung der Rückstände ist jedoch vielfach nicht befriedigend, da der Düsenstrahl nur auf Teilflächen des Durchgangs auftrifft. Verdeckte, für den Düsenstrahl nicht unmittelbar zugängliche Flächen in den Durchgängen lassen sich nicht wirksam reinigen. Die Effizienz der Rückstandsentfernung wird weiter dadurch gemindert, dass der auftreffende Düsenstrahl, insbesondere bei unregelmäßig geformten Durchgängen, wie beispielsweise Überström- oder Kühlkanäle in Zylinderblöcken, mehrfach reflektiert wird.
Aus der DE 10 2005 019 285 B3 ist ein Reinigungsverfahren und eine Reinigungsanlage zur vollständigen Reinigung von Werkstückinnenräumen bzw. Kanälen insbesondere von Motorenteilen bekannt. Durch ein geregeltes Durchspülen des Innenraumes bzw. der Kanäle mit einem voll ausfüllenden Volumenstrom an Reinigungsflüssigkeit soll ein sicheres Freispülen und Abreinigen von Spänen sichergestellt werden. Um eingeklemmte Späne aus vorhandenen Innenkonturen des Werkstücks zu entfernen, ist der Volumenstrom an Reinigungsflüssigkeit mittels einer Ventilanordnung umkehrbar. Das Durchspülen der Hohlräume und/oder des Kanalsystems des Werkstücks erfolgt mit mindestens einem Ein- und mindestens einem Ausflussanschluss von Rohr- oder Schlauchleitungen für die Reinigungsflüssigkeit, die dabei gegenüber dem Werkstück dichtend anschließen. Die Reinigungsflüssigkeit steht unter einem Überdruck von bis zu 8 bar zur Verfügung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das eine verbesserte Entfernung von Fertigungsrückständen aus Durchgängen von Werkstücken, insbesondere auch bei Durchgängen mit Hinterschneidungen und/oder Engstellen bei geringerem Leistungsbedarf ermöglicht. Des Weiteren soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 gelöst.
Die weitere Verbesserung der Entfernung von Fertigungsrückständen wird dadurch erzielt, dass zunächst jeder Durchgang geflutet und anschließend der Unterdruck vorzugsweise schlagartig auf das Fluid zur Wirkung gebracht wird. Der dabei auftretende Unterdruckstoß mit einem Unterdruck von bis zu -0,7 bar, vorzugsweise -0,5 bar führt zu einer wirksamen Ablösung der Fertigungsrückstände und deren Abtransport aus dem Durchgang. Der Unterdruck wird beispielsweise dadurch schlagartig zur Wirkung gebracht, dass über mindestens ein Schaltorgan, insbesondere ein oder mehrere Ventile jeder geflutete Durchgang mit einer Unterdruckquelle, insbesondere einem Unterdruckbehälter in leitende Verbindung gebracht wird. In der Unterdruckquelle, insbesondere dem Unterdruckbehälter wirkt bereits der volle Unterdruck, der durch Öffnen jedes Schaltorgans in den gefluteten Durchgängen sofort voll wirksam wird. Die Verbindung zwischen den Durchgängen und der Unterdruckquelle erfolgt über Fluidleitungen und ggf. Adapter zum Anschluss der Rohrleitungen an die Durchgänge.
Insbesondere bei sich verengenden Durchgängen ist es vorteilhaft, dass auf das Fluid ein negativer Druck (Unterdruck) wirkt, der eine Strömung des Fluids in dem Durchgang von der Engstelle in Richtung der Erweiterung des Durchgangs erzeugt. Die Fertigungsrückstände werden dadurch wirksam von der Engstelle in Richtung der Erweiterung abtransportiert, so dass Verstopfungen vermieden werden. Des Weiteren ist der Leistungsbedarf zur Rückstandsentfernung bei Verwendung von Unterdruck geringer als bei Verwendung eines Überdrucks, der auf das in dem Durchgang befindliche Fluid wirkt.
Wie auch beim gattungsbildenden Stand der Technik wird jeder Durchgang vollständig mit Fluid geflutet und durch auf das Fluid in dem Durchgang wirkenden Druck eine Strömung des Fluids in jedem Durchgang erzeugt. Als Fluid eignet sich insbesondere Wasser. Eine Temperaturerhöhung des Wassers ist nicht erforderlich. Es kann mit Umgebungstemperatur von z.B. 22° C eingesetzt werden.
Die Rückstandsentfernung wird weiter dadurch verbessert, dass auf das strömende Fluid ein pulsierender Unterdruck wirkt. Das Pulsieren bewirkt, dass ein Festsetzen der von dem strömenden Fluid gelösten Fertigungsrückstände und damit eine Verstopfung des Durchgangs an Engstellen und/oder Hinterschneidungen verhindert wird.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Fluid-Behälter zur Aufnahme eines Werkstücks in dem Fluid aufweist, das Werkstück mindestens einen Durchgang mit zwei Austrittsöffnungen aufweist und an eine der Austrittsöffnungen jedes Durchgangs eine Fluid-Leitung angeschlossen ist, die mit Mitteln zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Fluid-Leitung verbunden sind.
Der Fluidbehälter ist so dimensioniert, dass das Werkstück vollständig von diesem aufgenommen und dessen Durchgänge vollständig mit Fluid geflutet sind. Die mit einem Unterdruckerzeuger verbundene Fluidleitung erzeugt die Strömung in dem vollständig gefluteten Durchgang. Insoweit vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zu dessen Durchführung die Nachteile, die mit dem Anprall eines Düsenstrahls lediglich an einer Teilfläche des Durchgangs verbunden sind.
Um die volle Leistung des Unterdruckerzeugers in den Durchgängen des Werkstücks zur Wirkung zu bringen, weist die Fluid-Leitung endseitig einen Adapter auf, dessen Rand die Austrittsöffnung umgibt und dichtend auf der Oberfläche des Werkstücks aufliegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die volle Saugleistung des Unterdruckerzeugers in das den Durchgang flutende Fluid eingekoppelt und dort in Strömungsenergie des Fluids umgesetzt wird.
Zur Entfernung von Fertigungsrückständen mittels negativem Druck (Unterdruck), umfassen die Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks vorzugsweise einen Unterdruckbehälter zur Aufnahme des Fluids, das von dem Fluid-Behälter durch die Durchgänge über die Fluidleitungen in den Unterdruckbehälter gelangt, wobei der Unterdruckbehälter oberhalb des maximalen Fluidspiegels mit einer Vakuumpumpe verbunden ist. Um den von einer Vakuumpumpe in dem Unterdruckbehälter aufgebauten Unterdruck schlagartig in den Fluidleitungen zur Wirkung zu bringen, ist in den Fluidleitungen zwischen dem Unterdruckbehälter sowie den Adaptern mindestens ein Schalt-Ventil angeordnet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der schematischen Darstellung in 1 näher erläutert.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Fluidbehälter (1) zur Aufnahme eines Werkstücks (2) in dem Fluid auf. Bei dem Werkstück (2) handelt es sich beispielsweise um einen Zylinderkopf eines vierzylindrigen Reihenmotors mit vier Zylinderbohrungen und diese umgebende, Hinterschneidungen aufweisende Kühlmittelkanäle. An einer der Austrittsöffnungen der vorgenannten Durchgänge in dem Zylinderkopf ist jeweils eine Fluidleitung (3) angeschlossen; die Fluidleitungen sind mit Mitteln zur Erzeugung eines Unterdrucks in den Fluidleitungen (3) verbunden. Endseitig weisen die Fluidleitungen (3) jeweils einen Adapter (4) auf, der an das Werkstück (2) angepasst ist. Hierzu umgibt der Rand des Adapters (4) die verschiedenen Austrittsöffnungen der Durchgänge und liegt dichtend auf der Oberfläche des Werkstücks (2) auf. Die Fluidleitungen (3) laufen in einer Sammelleitung (5) zusammen, die mit einem Unterdruckbehälter (6) zur Aufnahme des Fluids verbunden ist. Oberhalb des maximalen Fluidspiegels des Unterdruckbehälters (6) ist dieser mit einer insgesamt mit (7) bezeichneten Vakuumpumpe verbunden. In der Sammelleitung (5) befindet sich zwischen den Fluidleitungen (3) und dem Unterdruckbehälter (6) ein Umschaltventil (8a).
Ferner befindet sich in einer Rückführleitung (9) zwischen dem Unterdrückbehälter (6) und einem Vorlagebehälter (10) ein weiteres Umschaltventil (8b). In dem Vorlagebehälter (10) mündet die Rückführleitung (9) in einem Grobfilter (11). Das gereinigte Fluid gelangt aus dem Vorlagebehälter (10) über eine Versorgungspumpe (12), einen Feinfilter (13) über die Rückführleitung (14) zurück in den Fluidbehälter (1) zur Aufnahme des Werkstücks (2).
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Jeder Durchgang in dem Werkstück (2) wird beim Einlegen in das Fluid in dem Fluidbehälter (1) vollständig mit dem Fluid geflutet. In dem Unterdruckbehälter (6) wird mittels der Vakuumpumpe (7) ein Unterdruck aufgebaut. Durch Öffnen des Umschaltventils (8a) in der Sammelleitung (5) wird der in dem Unterdruckbehälter (6) herrschende Unterdruck in den Fluidleitungen (3) schlagartig wirksam. Hierdurch wird eine starke Strömung des Fluids in den Durchgängen des Werkstücks (2) erzeugt. Die dabei von der Strömung mitgerissenen Fertigungsrückstände gelangen über die Fluidleitung(en) (3) sowie die Sammelleitung (5) bei geöffnetem Umschaltventil (8a) und geschlossenem Umschaltventil (8b) in den Unterdruckbehälter (6).

Nach Beendigung der Rückstandsentfernung wird die Vakuumpumpe (7) deaktiviert, so dass über das geöffnete Umschaltventil (8b) das mit den Rückständen beladene Fluid aus dem Unterdruckbehälter (6) über die Rückführleitung (9) sowie den Grobfilter (11) in den Vorlagebehälter (10) gelangt. Von dort wird das Fluid mit Hilfe der Versorgungspumpe (12) über einen Feinfilter (13) sowie die Rückführleitung (14) nach Entfernung der Rückstände dem Fluidbehälter (1) erneut zugeführt.
Bezugszeichenliste

1: Fluidbehälter
2: Werkstück
3: Fluidleitung
4: Adapter
5: Sammelleitung
6: Unterdruckbehälter
7: Vakuumpumpe
8a: Umschaltventil
8b: Umschaltventil
9: Rückführleitung
10: Vorlagebehälter
11: Grobfilter
12: Versorgungspumpe
13: Feinfilter
14: Rückführleitung

Claims

Verfahren zum Entfernen von Fertigungsrückständen aus Durchgängen in Werkstücken mittels eines Fluids, wobei jeder Durchgang vollständig mit Fluid geflutet wird und ein auf das Fluid in dem Durchgang wirkender Druck eine Strömung des Fluids in dem Durchgang erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst jeder Durchgang geflutet und anschließend ein Unterdruck auf das Fluid zur Wirkung gebracht wird, wobei Wasser mit Umgebungstemperatur als Fluid eingesetzt wird, wobei auf das strömende Fluid ein pulsierender Unterdruck wirkt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Vorrichtung einen Fluidbehälter zur Aufnahme eines Werkstücks in dem Fluid aufweist, - das Werkstück mindestens einen Durchgang mit zwei Austrittsöffnungen aufweist, - an eine der Austrittsöffnungen jedes Durchgangs eine Fluidleitung angeschlossen ist, die mit Mitteln zur Erzeugung eines Drucks in der Fluidleitung verbunden sind und - die Mittel zur Erzeugung eines Drucks einen Unterdruck in jeder Fluidleitung erzeugen, wobei die Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks einen pulsierenden Unterdruck in jeder Fluidleitung erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung endseitig einen Adapter aufweist, dessen Rand die Austrittsöffnung umgibt und dichtend auf der Oberfläche des Werkstücks aufliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks einen Unterdruckbehälter zur Aufnahme des Fluids umfassen, der mit jeder Fluidleitung verbunden ist und der Unterdruckbehälter oberhalb des maximalen Fluidspiegels mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.