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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen
von metallischen oder nichtmetallischen Oberflächen unter
Einsatz von Druckluft, einem kalten Strahlmittel, in Kombination mit
einem festen Strahlmittel und/oder einem Strahlmittelgemisch vorzugsweise
zur rückstandsarmen bis hin zur rückstandslosen
Entfernung von unerwünschten Ablagerungen in Anlagen beispielsweise der
Energieerzeugung (Dampfturbinen) und/oder in Anlagen der chemischen
Industrie, wobei bei letzteren auch explosionsgefährdete
Bereiche berücksichtigt sind.
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Es
sind verschiedene Verfahren zum Reinigen von Oberflächen
bekannt. Als Strahlmittel finden dabei, neben Hochdruckwasser, auch
Sande, Glasperlen, Schlacke oder Salze in einem Strahlmedium wie
Wasser oder Druckluft Verwendung.
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Nachteilig
bei diesen ist, dass sich Rückstände in der Anlage
und der Umgebung ablagern und die Bauteile ausgebaut werden müssen.
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Bekannt
ist auch die Reinigung mit CO2-Pellets,
CO2-Partikeln oder CO2-Schnee
mit Druckluft.
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Vorteilhaft
bei diesem Verfahren ist es, dass keine Abrasion an den zu reinigenden
Flächen auftritt. Nachteilig ist jedoch, dass nur Verunreinigungen, die
unter Einwirkung von Kälte verspröden, entfernt werden.
Für den effektiven Einsatz der CO2-Strahltechnik
ist jedoch eine Temperaturdifferenz notwenig. Bei beheizten Formen
stellt dies kein Problem dar. Turbinen- und Lüfterschaufeln
oder einzelne Anlagenelemente, die im Prinzip nicht beheizt sind,
besitzen eine relativ geringe Wärmekapazität,
die beim Beaufschlagen mit CO2-Pellets oder
CO2-Schnee schnell verringert wird. Infolge
der Verringerung der Wärmekapazität nimmt die
Reinigungsleistung ab und es kommt zu Bildung von Kondensat aus
der Umgebungsluft auf der Oberfläche. Da die CO2-Pellets nur eine geringe Härte
besitzen wird keine 100%tig saubere Oberfläche erreicht.
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WO 98/36230 beschreibt
ein Verfahren bei dem CO
2-Pellets und CO
2-Schnee mit Druckluft zur Reinigung verwendet
werden.
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Vorteilhaft
bei diesem Verfahren ist, dass keine Abrasion an den zu reinigenden
Flächen auftritt. Nachteilig ist jedoch, dass nur Verunreinigungen,
die unter Einwirkung von Kälte verspröden, entfernt
werden können.
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Für
den effektiven Einsatz von CO2-Strahltechnik
ist eine Temperaturdifferenz zwischen der zu entfernenden Verunreinigung
und dem Bauteil notwendig. Die Verunreinigung wird durch CO2-Pellets oder CO2-Schnee
gekühlt und es entsteht die erforderlichen Temperaturdifferenz
bzw. die Thermospannung. Bei beheizten Formen stellt dies kein Problem dar.
Die Wärmekapazität bleibt annährend konstant. Dünnwandige
Bauteile, beispielsweise die Bleche in Plattenwärmetauschern
oder die Schaufeln in Turbinen oder Lüftern, die nicht
beheizt sind, besitzen eine relativ geringe Wärmekapazität,
die beim Beaufschlagen mit CO2-Pellets oder
CO2-Schnee schnell verringert wird. Infolge
der Verringerung der Wärmekapazität nimmt die
Reinigungsleistung ab und es kommt zu Bildung von Kondensat aus
der Umgebungsluft auf der Oberfläche. Da die CO2-Pellets nur eine geringe Härte
besitzen, wird bei hartnäckigen Verunreinigungen keine
100%tig saubere Oberfläche erreicht. Es sind Verfahren
bekannt, bei denen dem CO2-Luftgemisch weitere
Strahlmittel zur Erhöhung der Abrasivität beigemischt
werden.
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In
DE 34 29 700 A1 wird
ein Verfahren beschrieben, bei dem das CO
2-Luftgemisch
mit Wassereis angereichert wird um einen Wassernebel zu erhalten.
Nachteilig ist hierbei, dass durch den Wassernebel die gesamte Umgebung
angefeuchtet wird.
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In
DE 34 34 163 A1 wird
dem, beim Entspannen von flüssigen CO
2 entstehendem
CO
2-Schnee, Wasser zugegeben, so dass zusätzlich
Wasserschnee entsteht. Dieses Gemisch wird pelletiert und mit einem
Wasserstrahl auf die zu reinigende Fläche geblasen. Als
Nachteil hat sich der Rückstand von Wasser und die schnelle
Bildung von Flugrost erwiesen.
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In
DE 100 36 557 A1 wird
eine Vorrichtung zur Beimischung von festem Strahlmittel in das CO
2-Luftgemisch beschrieben. Nachteilig ist
die Konstanz des Mengenverhältnisses zwischen CO
2-Pellets und Zusatzstrahlmittel und der
hohe Verschleiß in der Dosiereinheit.
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In
DE 35 05 675 A1 wird
Wassereis mit einem Wasser- oder Druckluftstrahl auf die zu reinigende
Fläche geblasen. Auch in
DE 43 20 410 A1 wird ein Verfahren beschrieben,
bei dem einem Wasserstrahl ein Kältemittel zur Bildung
von Wassereis beigegeben wird.
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Die
Schrift
DE 10
2006 002 653 A1 beschreibt ein Verfahren bei dem einem
CO
2-Druckluftstrahl in der Strahlpistole
Wasser zugemischt wird.
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DE 199 57 526 A1 beschreibt
ein Verfahren mit Vorrichtung bei dem Wassereis direkt in der Strahlvorrichtung
erzeugt und anschließend mit Wasser auf die zu reinigende
Fläche geblasen wird.
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Neben
der für die Reinigung mit CO2-Partikel notwendigen
Temperaturdifferenz zwischen dem zu reinigenden Bauteil und der
Verunreinigung, kommt es auch in der Strahlanlage zu erheblichen
Temperaturunterschieden. Bei Betriebsbeginn besitzt die Strahlanlage
Raumtemperatur. Bei längerem Betrieb liegt die Temperatur
bei der Dosiereinheit bei ca. –30°C. Dieser Temperaturunterschied
muss bei der Fertigung durch Tolerierung berücksichtigt
werden. Für die Erzeugung einer sauberen Oberfläche
kann zwar die Abrasivität erhöht werden, aber
die Oberfläche darf dabei nicht beschädigt werden.
Wird Strahlmittel mit einer groben Körnung verwendet, wird
die Oberfläche zerkratzt, was als Fehler gewertet werden
kann. Eventuelle Risse, beispielsweise bei Reinigung von Turbinenschaufeln
könnten nicht erkannt und „zugehämmert” werden.
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In
WO 03/047814 A1 wird
dies zum Glätten der Oberfläche einer Turbinenschaufel
beschrieben. Wird ein Strahlmittel mit geringer Körnung
eingesetzt, kommt es infolge der Tolerierung, die durch den Temperaturunterschied
notwendig ist, zu einem Festfahren der Dosiereinheit. Ein weiterer
großer Nachteil der CO
2-Strahltechnik
ist die statische Aufladung und der damit verbundene Abreißfunke.
Die auftretende Spannung kann 60.000 V und mehr betragen. Auch bei
guter Erdung kann die statische Aufladung nicht sicher verhindert
werden. Diese Aufladung steht einem Einsatz in brand- und explosionsgefährdeten Bereichen
entgegen.
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Der
dargelegte Stand der Technik zeigt, dass es weiterer Überlegungen
bedarf, insbesondere metallische Oberflächen in sensiblen
Bereichen beispielsweise von Energieerzeugungsanlagen bzw. in Anlagen
der chemischen Industrie rückstandslos von Verunreinigungen
zu säubern, so dass keine mechanischen Beschädigungen
eintreten.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen,
in dem handelsübliche CO2-Pellets
in Kombination mit, die mechanische Abrasivität erhöhende
mineralische, feinkörnige Partikel, sowie auch durch Wassereispartikel
und Wassereis, wobei letztere die CO2-Pellets umhüllen
kann, ersetzbar sind, durch Druckluft, die in mehreren Stufen einer
thermischen Behandlung unterzogen wird, auf feste Oberflächen,
die vorzugsweise metallsicher Natur sind, gestrahlt werden.
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Die
Aufgabe wird wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der erfinderischen
Gedanken grundsätzlich auf die Patentansprüche
1 und 10 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung
ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 9 und 11 bis
15.
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Zur
Darlegung der Erfindung sind weitere Hinweise erforderlich.
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Den
genannten CO2-Pellets wird verfahrensgemäß ein
feinkörniges Strahlmittel der Korngröße < 0,16 mm durch getrennt
voneinander arbeitende Dosiereinheiten zugegeben, wobei es von einem
in mehreren Stufen thermisch behandeltem Druckluftstrom übernommen
wird. Die überkritisch getrocknete und erwärmte
Druckluft verringert den Temperaturunterschied zwischen Start- und
Betriebsphase der Dosiereinheiten und führt damit zu einer
Verringerung der Toleranzen und ermöglicht damit den Einsatz
eines feinkörnigen Strahlmittels. Weiterhin wird durch
die erwärmte Druckluft die Reduzierung der Temperaturdifferenz
zwischen Verunreinigung und zu reinigendem Bauteil verhindert. Die überkritisch getrocknete
Druckluft wirkt einer Kondensatbildung aus der Umgebungsluft auf
der Oberfläche des zu reinigenden Bauteils entgegen.
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Die
vom Kompressor abgegebene Druckluft hat bei 12 bar das ca. 12-fache
an Feuchtigkeit als die Umgebungsluft und besitzt eine Temperatur
von ca. 55°C. Die verdichtete Luft wird auf Raumtemperatur
abgekühlt. Dabei wird ein Teil der Feuchtigkeit abgegeben.
In einem Adsorptionstrockner wird die Luft auf eine Temperatur von –50°C
bis –60°C getrocknet. Die Vortrocknung hat sich
als notwendig ergeben, da dadurch der Wirkungsgrad des Adsorptionstrockners
verbessert wird. Die getrocknete Luft wird anschließend
in mehreren Stufen auf 80°C erwärmt. Die Erwärmung
erfolgt in einem geschlossenen Leitungssystem. Der Wassergehalt
bleibt annährend bei 2% konstant. Diesem trockenen und
heißen Druckluftstrom werden die CO2-Pellets
und das Zusatzstrahlmittel zugegeben. Die CO2-Pellets
werden durch den heißen Druckluftstrom nicht geschädigt, da
sie bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit und der geringen
Entfernung von der CO2-Strahlanlage zum
Reinigungsort nur sehr kurze Zeit dieser Temperatur ausgesetzt sind
und sich aufgrund des Leydenfrostschen Phänomens eine isolierende
Gashülle um die CO2-Pellts bildet.
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Der
heiße und trockene Druckluftstrom verhindert das Abkühlen
der CO2-Strahlanlage und wirkt einer Kondensatbildung
entgegen.
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Beim
Strahlen wird ein Ausgangsluftstrom von ca. 8 m3/min
mit 12 bar in die Aufbereitungsanlage geschickt. Werden die Verluste
mit 20% angesetzt, so wird eine Schaufeloberfläche mit
ca. 6,4 m3/min eines CO2-Luftgemisches
mit einer Temperatur von ca. 80°C, das mit einem Zusatzstrahlmittel
angereichert ist, beaufschlagt. Der heiße Druckluftstrom
heizt das zu reinigende Bauteil, zum Beispiel die Schaufel einer
Turbine, auf bzw. führt der Schaufel die durch die CO2-Partikel entzogene Wärme wieder
zu. Der extrem trockene Druckluftstrom nimmt nach dem Verlassen
der Strahldüse Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und verhindert
damit eine Kondensatbildung auf der Oberfläche der Schaufel,
im Bereich der punktuellen Unterkühlung, durch die CO2-Partikel.
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Im
Falle des Einsatzes von CO2-Pellets ohne Beimischung
eines feinkörnigen mineralischen Strahlmittels, jedoch
in Kombination mit reinem Wassereis und dem Wassereis von CO2-Pellets, wird dieses Gemisch der ebenfalls
in mehreren Stufen getrockneten Druckluft zugeführt, wobei
die CO2-Pellets und das Wassereis aus von
einander getrennten Vorratsbehältern über ein
nachgeschaltetes Mahlwerk dieser beigefügt werden. Die
CO2-Pellets und/oder das Wassereis werden
durch den heißen Druckluftstrom nicht geschädigt,
da sie bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit und der geringen
Entfernung von der CO2-Strahlanlage zum
Reinigungsort nur sehr kurze Zeit dieser Temperatur von 80°C
ausgesetzt sind und sich aufgrund des Leydenfrostschen Phänomens
eine isolierende Gashülle um die CO2-Pellets
und das Wassereis bildet.
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Der
heiße und trockene Druckluftstrom verhindert das Abkühlen
der CO2-Strahlanlage und wirkt einer Kondensatbildung
entgegen Die einzelnen Strahlmittelkomponenten und das Strahlmittelgemisch
haben bedingt durch die Vorfertigung, eine sehr niedrige Temperatur,
dadurch kommt es in Verbindung mit der Umgebungstemperatur zu einer
sofortigen Bildung von Kondensat. Dieses Kondensat kann zu einer
Eisbildung an den Behälterwänden oder in den Leitungen
führen. Zur Vermeidung dieser Kondensatbildung ist der
gesamte Bereich, vom Deckel der Vorratsbehälter bis zur
Einbringung des Strahlmittels in den Druckluft- oder Schutzgasstrom so
abgedichtet, dass nur beim Befüllen der Vorratsbehälter
ein Zutritt der Umgebungsluft möglich ist. Außerdem
wird dieser abgedichtete Bereich mit CO2-Gas
befüllt. Das CO2-Gas ist schwerer
als Luft und entweicht somit nicht beim Befüllen der Vorratsbehälter.
Beim Strahlen wird ein Ausgangsluftstrom von ca. 8 bis 10 m3/min mit 12 bar in die Aufbereitungsanlage
geschickt. Werden Verluste mit 20% angesetzt, so wird die Bauteiloberfläche
mit einer Druckluftmenge von ca. 6,4 bis 8 m3/min
mit einer Temperatur von ca. 80°C beaufschlagt. Diesem Druckluftstrahl
werden in der Strahlmaschine die normalen CO2-Pellets
und mit Wassereis gehärtete CO2-Pellets
zugegeben. Die gehärteten CO2-Pellets und
das Wassereis werden in der Strahlanlage auf die gewünschte
Größe gebracht. Dies kann mit Hilfe eines gemeinsamen
Mahlwerkes oder zweier getrennter Mahlwerke, die mit gleichen oder
unterschiedlichen Drehzahlen arbeiten, und somit das Verhältnis
von gehärteten CO2-Pellets zu Wassereis beeinflussen,
erfolgen. Der heiße Druckluftstrom heizt die zu reinigenden
Bauteile auf bzw. führt den Bauteilen die durch die CO2-Partikel entzogene Wärme wieder
zu. Der extrem trockene Druckluftstrom nimmt nach dem Verlassen
der Strahldüse die Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und
verhindert damit eine Kondensatbildung auf der Oberfläche
des zu reinigenden Bauteils, im Bereich der punktuellen Unterkühlung
durch die CO2-Partikel.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung
eines festen Strahlmittels kann wie folgt beschrieben werden.
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Sie
besteht aus einem Halte- und Führungsteil für
die, der geometrischen Form von Turbinen- und Lüfterschaufeln
angepassten, räumlich ausgebildeten Strahldüse
und der Strahldüse selbst. Bedingt durch die geringen Abstände
zwischen den Schaufelringen einerseits und den Schaufeln andererseits, müssen
die Strahldüsen eine relativ starke Krümmung besitzen.
Bei Schaufeln mit einem umlaufenden Haltering beträgt die
Krümmung annähernd 180°, um den Bereich
hinter dem Haltering reinigen zu können. Infolge der Krümmung
kommt es auf dem äußeren Radius der Krümmung
zu einer Häufung von CO2-Partikel
und festem Strahlmittel. Dieser Erscheinung wird insofern Rechnung
getragen, als der Querschnitt von beispielsweise 10 × 10
mm zu Beginn der Krümmung auf 50 mm (in der Senkrechten) × 2
mm verändert wird. Durch die Krümmung werden an
der Strahldüse Rückstellkräfte wirksam,
die schwer zu beherrschen sind. Diese Rückstellkräfte sollen
durch das Halte- und Führungsteil abgefangen werden.
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An
den Schaufeln mit einem Haltering, wird das Halte- und Führungsteil
so am Haltering befestigt, dass es beim Übergang von Schaufel
zu Schaufel durch das Lösen einer Andruckrolle auf dem
Haltering verschoben werden kann. Bei Schaufeln ohne Haltering wird
das Halte- und Führungsteil direkt an der Schaufel befestigt.
Die Strahldüse, die in ihrem Abmessungen den geometrischen
Bedingungen der zu reinigenden Turbinen- oder Lüfterschaufel
angepasst werden muss, das Grundprinzip wird jedoch beibehalten,
wird durch das Halte- und Führungsteil so geführt,
dass sie in drei Ebenen beweglich ist, in Achsrichtung der Düse,
um die Achse und um die Senkrechte zur Achsrichtung.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung
von CO2-Pelltes, gehärteten CO2-Pellets und Wassereis besteht aus einem Vorratsbehälter
für die gehärteten CO2-Pellets
oder aus zwei Vorratsbehältern für normale CO2-Pellets und Wassereis. Jeder Vorratsbehälter
hat ein Mahlwerk, das einen eigenen Antrieb besitzt. Dadurch kann
die Durchsatzmenge geregelt werden bzw. bei Einsatz eines Strahlmittelgemisches,
das Verhältnis der einzelnen Komponenten zueinander geregelt werden.
Unter den Mahlwerken befindet sich ein Sammel- oder Mischbehälter,
der auch als Puffer dient, wenn die Abnahme durch die Dosiereinheit
geringer wird. An dem Sammel- oder Mischbehälter ist die
scheibenförmige Dosiereinheit, die aus drei einzelnen Scheiben
zusammengesetzt ist, montiert. Die mittlere der drei Scheiben ist
die eigentliche Dosierscheibe und wird durch einen regelbaren Motor
angetrieben. Die Dosierscheibe besitzt, sich überschneidende
Langlöcher, die das Strahlmittel oder das Strahlmittelgemisch,
aus dem leicht vibrierenden Sammel- oder Mischbehälter,
aufnehmen und durch die Drehbewegung in den Druckluft- oder Schutzgasstrom
einbringen.
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In
einer letzten Variante kann das Reinigungsverfahren in Zusammenhang
mit der Verwendung handelsüblicher CO2-Pellets
weiter verbessert werden. Dazu ist auszuführen:
Die
CO2-Pellets werden aus einem Vorratsbehälter direkt
durch einen Schlitz geführt und durch ein Mahlwerk zerkleinert,
in einen Gefrierbehälter geleitet. Durch den Schlitz wird
die Menge begrenzt und durch das Mahlwerk kann die Menge geregelt
werden. Die linienförmige Anordnung des Schlitzes und des
Mahlwerkes bewirkt, dass die CO2-Pellets
oder die CO2-Partikel in einer Ebene in
den zwangsgekühlten, geschlossenen Gefrierbehälter
fallen. Im rechten Winkel zu dieser Fallebene sind paarweise Zerstäubungsdüsen,
auf einer gemeinsamen Achse, im gleichen Abstand von der CO2-Ebene, angeordnet. Die von den paarweise
angeordneten Zerstäubungsdüsen verdösten
Wasserstrahlen, mit einer Tröpfchengröße
von 10–30 μm treffen sich in der CO2-Ebene und
treffen damit gleichzeitig auf die CO2-Partikel. Durch
die Kälte in dem Gefrierbehälter und durch die geringe
Wärmekapazität der Wassertröpfchen gefrieren
die kleinsten Tröpfchen schon auf dem Weg zur CO2-Ebenee. Damit die Zerstäubung
des Wassers effektiv ist, wird das Wasser erwärmt und mit
warmer Luft verdöst (Nutzung des Memory-Effektes).
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Die
CO2-Partikel fallen in der CO2-Ebene nicht
als geschlossener glatter Vorhang vom Vorratsbehälter zur
Dosiereinheit, sondern wie ein Netz mit unterschiedlicher Maschenweite.
Damit kommt es in der CO2-Ebene zum Zusammentreffen
und zur Bildung unterschiedlicher Korn- und Tröpfchengrößen.
- – ein kleines, schon gefrorenes Wassertröpfchen trifft
ein CO2-Partikel – beide Teile
bleiben unverändert
- – ein kleines, schon gefrorenes Wassertröpfchen trifft
ein großes, noch nicht gefrorenes Wassertröpfchen – es
entsteht ein neuer, größerer Eistropfen
- – ein kleines, schon gefrorenes Wassertröpfchen trifft
ein anderes kleines, schon gefrorenes Wassertröpfchen – beide
Teile bleiben unverändert
- – ein noch nicht gefrorenes Wassertröpfchen
trifft ein CO2-Partikel – das Wassertröpfchen
verbindet sich einseitig mit dem CO2-Partikel
- – ein CO2-Partikel wird von
beiden Seiten von einem kleinen, noch nicht gefrorenen Wassertröpfchen
getroffen – der CO2-Partikel wird
von einem Wassereismantel umgeben
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Diese
Treffervarianten können, da sich die CO2-Ebene
durch einen, sich ebenfalls bewegenden Wasserzylinder bewegt, noch
lange fortgesetzt werden. Es soll damit zum Ausdruck gebracht werden, dass
in der Gefriereinheit die Bildung eines Gemisches von
Wassereispartikeln
mit unterschiedlichen Größen,
handelsüblichen
CO2-Pellets,
handelsüblichen
CO2-Pellets mit einseitigem Wassereis,
handelsüblichen
CO2-Pellets mit geschlossenem Wassereismantel,
zerkleinerten CO2-Partikeln,
CO2-Partikel mit einseitigem Wassereis,
CO2-Partikel mit geschlossenem Wassereismantel
erfolgt.
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Dieses
Gemisch bleibt konstant, solange die Parameter
Temperatur in
der Gefriereinheit,
Wasser- und Luftdruck an den Sprühdüsen,
Wasser-
und Lufttemperatur an den Sprühdüsen,
Menge
der eingebrachten Medien
eingehalten werden.
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Das
entstandene Strahlmittelgemisch wird nicht zwischengelagert, sondern
direkt über die Dosiereinheit in den Druckluftstrom eingebracht.
Der Druckluftstrom wird speziell aufbereitet. Die vom Kompressor
kommende Druckluft wird in einem Nachkühler gekühlt.
Anschließend wird die gekühlte Druckluft in einem
Adsorptionstrockner auf einen Taupunkt von –70°C
getrocknet. Diese trockene Luft wird in einer Sonderheizung auf
ca. 80°C erwärmt. Dieser erwärmten und
trockenen Druckluft wird das Strahlmitteigemisch zugegeben.
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Trotz
der hohen Temperaturdifferenz zwischen Strahlmittelgemisch und Druckluft
kommt es zu keiner Schädigung des Strahlmittelgemisches. Verantwortlich
dafür ist das Leydenfrostsche Phänomen, sowie
die hohe Geschwindigkeit in der Druckleitung von der Strahlanlage
zur Strahlpistole und die geringe Entfernung zwischen der Strahlanlage
und der Strahlpistole.
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Mit
dem Einsatz der extrem trockenen und warmen Druckluft wird ein Unterkühlen,
des zu reinigenden Bauteils und damit die Bildung von Kondensat,
verhindert. Weiterhin ist die trockene und warme Druckluft bestrebt,
die für diese Temperatur mögliche relative Feuchtigkeit
zu erreichen und nimmt damit die sich durch die Wassereispartikel
bildende Feuchtigkeit auf.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im
Wesentlichen aus:
- – dem Vorratsbehälter
mit dem Eintragsbereich (Schlitz und Mahlwerk)
- – der Gefriereinheit mit Kältemittelpumpe
für den Kühlmittelkreislauf
- – der Sprüheinheit mit Wassertank und Regeleinrichtung
- – der Dosiereinheit mit regelbarem Antrieb
- – dem Strahlschlauch mit Strahlpistole und Strahldüsen
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1:
Schema des Verfahrens für den Zusatz mit festem Strahlmittel
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1a:
Seitenansicht der Vorrichtung
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1b:
Draufsicht der Vorrichtung
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2:
Schema des Verfahrens für den Einsatz von gehärteten
CO2-Pellets
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3:
Schema des Verfahrens bei Einsatz von Schutzgas
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4:
Prinzipieller Aufbau einer Strahlanlage für den Einsatz
von gehärteten CO2-Pellets
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5:
Prinzipieller Aufbau einer Strahlanlage für den Einsatz
von CO2-Pellets und Wassereis
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6:
Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasser-CO2-Strahlmittelgemisches – Vorderansicht
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7:
wie 6 -Draufsicht
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Beispiel 1
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Beschrieben
wird der gerätetechnische Aufbau des Verfahrens für
den Zusatz eines festen Strahlmittels gemäß 1,
welches z. B. Glasmehl sein kann. Die im Kompressor 1 verdichtete
Luft wird über eine Druckleitung 2 zum Kühler 3 geleitet
und dort auf Umgebungstemperatur gekühlt. Das anfallende
Wasser wird über einen Kondensatsammler 4 abgeschieden.
Nach dem Kühler 3 gelangt die Druckluft über
die Leitung 5 zum Adsorptionstrockner 6 und wird
dort auf einen Taupunkt von –60°C getrocknet. Anschließend
wird die extrem trockene Druckluft in den Heizern 7, 8 und 9,
in drei Stufen, auf 80°C erwärmt. Nachdem die
Druckluft erwärmt wurde, wird der Volumenstrom in einem
Verteiler 10, bei gleichbleibendem Druck, geteilt. Ein
Teil, ca. 2/3 des Volumenstromes geht zur Dosiereinheit 11 und
nimmt das feste Strahlmittel 12 aus dem Vorratsbehälter 13 auf. Das
feste Strahlmittel 12 wird in seiner Menge von der regelbaren
Dosierscheibe 14 bestimmt. Das restliche Drittel des Volumenstromes
geht zur CO2-Strahlanlage 15 und
nimmt hier die CO2-Pellets 16 auf.
Das feste Strahlmittel 12 wird mit 2/3 des Volumenstromes über
den Druckschlauch 17 und die CO2-Pellets 16 mit
1/3 des Volumenstromes über den CO2-Schlauch 18 zur
Strahlpistole 19 gefördert. In der Strahlpistole 19 werden
beide Volumenströme zusammengeführt und durch
die Strahldüse 20 auf die zu reinigenden Bauteile
geblasen.
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Beispiel 2 – Hierzu wird Bezug
auf die Fig. 1a und Fig. 1b genommen –
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Zur
Reinigung der Schaufel 21 und der durch den Haltering 22 entstandenen
Hinterschnitte 23 wird die Vorrichtung mit der, am Halteteil 24 befestigten, festen
Rolle 25 auf den Haltering 22 gesetzt und durch
Aufdrücken der losen Rolle 26 durch das Handrad 27 und
die Spindel 28 fixiert. Die Strahldüse 20 wird
mit Hilfe einer geteilten, durch Schrauben 29 zusammengehaltene,
Führungsbuchse 30 im Halteteil 24 geführt.
Zwei Gewindestifte 31 die sich im Halteteil 24 befinden,
greifen in entsprechende Bohrungen in der Führungsbuchse 30 ein.
Damit wird die Drehbarkeit um die Achse 32, die senkrecht
auf der Düsenachse 33 steht, ermöglicht.
Ein Führungsbeispiel zwischen dem Düsenohr 34 und
der Führungsbuchse 30 ermöglichen das
Drehen der Düse um die Düsenachse 33 und
das Verschieben in Richtung der Düsenachse 33.
Je nach Lage der zu reinigenden Fläche zum Halteteil 24,
ist die Strahldüse 20 entsprechend ausgebildet.
Im Beispiel sollen die Hinterschnitte 23 gereinigt werden.
Die Strahldüse 20 besitzt hierbei eine Krümmung 35 von 170°.
Der innere Ausgangsquerschnitt des Düsenrohres 34 beträgt
10 × 10 mm = 100 mm2. Bedingt durch
die Fliehkräfte liegt das feste Strahlmittel 12 und
die CO2-Pellets 16 an der Außenwand
der Krümmung an. Der innere Querschnitt des Düsenrohres 34 wird
gleichmäßig auf H × B = 50 × 1,6
= 80 mm2 verändert und anschließend
wieder auf einen Querschnitt von H × B = 50 × 2
= 100 mm2 erweitert.
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Zur
Reinigung der Hinterschnitte 23 werden, nachdem die entsprechende
Strahldüse 20 in die Führungsbuchse 30 eingesetzt
wurde und die Druckluft die vorgegebene Temperatur und Volumenstrom besitzt,
der Vorratsbehälter 13 mit festem Strahlmittel 12 und
der Vorratsbehälter 36 für die CO2-Pellets 16 gefüllt und
die vorgegebenen Strahlparameter eingestellt. Mit Bestätigung
des Starttasters beginnt die Reinigung.
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Beispiel 3
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Es
wird der gerätetechnische Aufbau des Verfahrens für
den Einsatz von gehärteten CO2-Pellets
gemäß 2 beschrieben.
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Die
im Kompressor 1 verdichtete Luft wird über eine
Druckleitung 2 zum Kühler 3 geleitet
und dort auf Umgebungstemperatur gekühlt. Das anfallende
Wasser wird über einen Kondensatsammler 4 abgeschieden.
Nach dem Kühler 3 gelangt die Druckluft über
die Leitung 5 zum Adsorptionstrockner 6 und wird
dort auf einen Taupunkt von –60°C getrocknet. Anschließend
wird die extrem trockene Druckluft in den Heizern 7, 8 und 9 in
drei Stufen auf 80°C erwärmt. Die erwärmte
Luft wird über die Leitung 37 der Strahlanlage 38 zugeführt.
Aus dem Vorratsbehälter 39 werden die gehärteten
CO2-Pellets 40 dem Druckluftstrom
zugegeben und anschließend durch den Strahlschlauch 41 zur
Strahlpistole 42 gebracht.
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Beispiel 4
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Beschrieben
wird der gerätetechnische Aufbau des Verfahrens bei Einsatz
von Schutzgas entsprechend 3.
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Aus
einem Tank 43 wird CO2 als Gas
entnommen und mit der Regeleinheit 44 auf den für
die Reinigung erforderlichen Druck reduziert. In Abhängigkeit
von der Reinigungsaufgabe und den eingesetzten CO2-Pellets 16 wird
der reduzierte CO2-Gasstrom durch das Ventil 45 zur
Heizeinheit 46 oder über die Druckleitung 47 direkt
zur Strahlanlage 48 geleitet. In der Strahlanlage 48 wird
der CO2-Gasstrom mit normalen CO2-Pellets 16 oder gehärteten CO2-Pellets 40 beladen. Vor der Dosierung
der CO2-Pellets 16 in den CO2-Gasstrom werden die CO2-Pellets 16 mit
Hilfe des Mahlwerkes 49 auf die gewünschte Größe
gebracht. Die Strahlanlage 48 ist vollständig
abgedichtet und wird durch die Gasdosierung 50 mit CO2-Gas, mit geringem Überdruck, beschickt,
damit alle Schaltvorgänge unter Schutzgas ablaufen. Der
CO2-Gasstrom mit den CO2-Pellets 16 wird über
den, mit einem Metallgewebe versehenen, Strahlschlauch 51 zur
Strahlpistole 52 geführt.
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Beispiel 5
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Im
Beispiel 5 wird der prinzipielle Aufbau einer Strahlanlage für
den Einsatz von gehärteten CO2-Pellets
gemäß 4 beschrieben.
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Die
gehärteten CO2-Pellets 40 werden
in speziellen Transportbehältern angeliefert und manuell
in den trichterförmigen Vorratsbehälter 53 der Strahlanlage 54 gefüllt.
Unter dem trichterförmigen Vorratsbehälter 53 befindet
sich ein Mahlwerk 55, das die gehärteten CO2-Pellets 40 auf die, für
die anstehende Reinigungsaufgabe günstige Größe
bringt. Unter dem Mahlwerk 55 befindet sich der Sammelraum 57,
der als Puffer für die zerkleinerten CO2-Pellets 58,
zwischen Mahlwerk 55 und der scheibenförmigen
Dosiereinheit dient. Die scheibenförmige Dosiereinheit
besteht aus drei einzelnen Scheiben. Die obere Scheibe 59 ist
fest mit dem Sammelraum 57 verbunden und besitzt einen
Durchbruch 60 unterhalb des Sammelraumes 57. Eine
weitere Bohrung 56 befindet sich 180° versetzt
auf der oberen Scheibe 59. Diese Bohrung 56 dient
zur Aufnahme des Luft- oder Schutzgasanschlusses 61. Die
untere Scheibe 62 ist durch Gewindebolzen 63 fest
mit der oberen Schreibe 59 verbunden. In gleicher Lage
zur Bohrung 56 der oberen Scheibe 59 befindet
sich die Ausgangsbohrung 64 in der unteren Scheibe 62.
Zwischen der oberen Scheibe 59 und der unteren Scheibe 62 befindet
sich die drehbare Dosierscheibe 65. Diese Dosierscheibe 65 besitzt
Transportbohrungen 66. Diese Transportbohrungen 66 werden
durch den Durchbruch 60 mit den zerkleinerten CO2-Pellets 58 aus dem Sammelraum 57 befüllt
und transportieren diese in Position zwischen die Bohrungen 56 und 64. In
dieser Position werden die zerkleinerten CO2-Pellets 58 dem
Druckluft- oder Schutzgasstrom zugemischt. Der Bereich zwischen
dem Deckel 67 des Vorratsbehälters 53 und
der Dosierscheibe 65 ist, zur Verhinderung des Kontaktes
der gehärteten CO2-Pellets 40 und
der zerkleinerten CO2-Pellets 58 mit
der Feuchtigkeit der Umgebungsluft, mit CO2-Gas
befüllt. Um ungewollte Druckverluste innerhalb des Druckluft-
oder Schutzgasstromes zu vermeiden, wird die untere Scheibe 62 über
die Federn 68 und Muttern 69, gemeinsam mit der
Dosiereinheit 65 gegen die obere Scheibe 59 gedrückt.
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Beispiel 6
-
Im
Beispiel 6 wird der prinzipielle Aufbau einer Strahlanlage für
den Einsatz von CO2-Pellets und Wassereis
gemäß 5 beschrieben.
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Die
CO2-Pellets 16 werden in einer
Transportbox angeliefert und von dort manuell in den Vorratsbehälter 70 der
Strahlanlage 71 gegeben. Die Wassereis-Partikel 72 werden
in einer nicht dargestellten Anlage hergestellt und in einem speziellen Transportbehälter
angeliefert. Die Wassereis-Partikel 72 werden ebenfalls
manuell in den Vorratsbehälter 73 gefüllt.
Unter dem Vorratsbehälter 70 befindet sich das
Mahlwerk 74 für die CO2-Pellets
und unter dem Vorratsbehälter 73 befindet sich
das Mahlwerk 75 für die Wassereis-Partikel 72.
Beide Mahlwerke werden getrennt angetrieben, damit ist das Herstellen
eines Strahlmittelgemisches 76 mit unterschiedlichen Anteilen
an CO2-Pellets 16 und Wassereis-Partikeln 72 möglich.
Die gemahlenen Anteile der Wassereis-Partikel 72 und der
CO2-Pellets 16 werden in dem trichterförmigen
Sammelbehälter 77 gepuffert. Die scheibenförmige
Dosiereinheit besteht aus drei Scheiben. Die obere Scheibe 59 ist
fest mit dem Sammelbehälter 77 verbunden und besitzt
einen Durchbruch 60 unterhalb des Sammelbehälters 77.
Eine weitere Bohrung 78 befindet sich 180° versetzt
auf der oberen Scheibe 59. Diese Bohrung 78 dient
zur Aufnahme des Luft- oder Schutzgasanschlusses 61. Die
untere Scheibe 62 ist durch Gewindebolzen 63 fest
mit der oberen Schreibe 59 verbunden. In gleicher Lage zur
Bohrung 78 der oberen Scheibe 59 befindet sich die
Ausgangsbohrung 64 in der unteren Scheibe 62. Zwischen
der oberen Scheibe 59 und der unteren Scheibe 62 befindet
sich die drehbare Dosierscheibe 65. Diese Dosierscheibe 65 besitzt
Transportbohrungen 66. Diese Transportbohrungen 66 werden
durch den Durchbruch 60 mit dem Strahlmittelgemisch 76 aus
dem Sammelraum 77 befüllt und transportieren diese
in Position zwischen Bohrungen 78 und 64. In dieser
Position wird das Strahlmittelgemisch 76 dem Druckluft-
oder Schutzgasstrom zugemischt. Der Bereich zwischen dem Deckel 79 des
Vorratsbehälters 70 und dem Deckel 80 des
Vorratsbehälters 73 einerseits und der Dosierscheibe 65 andererseits,
ist zur Verhinderung des Kontaktes der gehärteten einzelnen
Strahlmittel 16 und 72, sowie des Strahlmittelgemischs 76 mit
der Feuchtigkeit der Umgebungsluft, mit CO2-Gas
befüllt.
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Um
ungewollte Druckverluste innerhalb des Druckluft- oder Schutzgasstromes
zu vermeiden, wird die untere Scheibe 62 über
die Federn 68 und Muttern 69, gemeinsam mit der
Dosiereinheit 65 gegen die obere Scheibe 59 gedrückt.
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Beispiel 7
-
Hier
wird das Verfahren gemäß der 6 und 7 weiter
ausgeführt. Die handelsüblichen CO2-Pellets 16 werden
aus der Transportbox in den Einfüllbehälter 81 gegeben.
Zum Füllen wird der Deckel 82 kurzzeitig geöffnet.
Die Einfüllöffnung 83 ist mit einer schwenkbaren
Klappe 84, die aus mehreren Einzelsegmenten 85 besteht,
versehen. Diese Klappe 84 regelt die Zufuhr der CO2-Pellets 16 in den Gefrierbehälter 86.
Ist die Klappe 84 nach links geschwenkt, gelangen die handelsüblichen
CO2-Pellets 16 durch den Schlitz 87 in
den Gefrierbehälter 86. Der Gefrierbehälter 86 besteht
aus dem inneren Behälter 88 und dem äußeren
Behälter 89. Zwischen den beiden Behältern 88 und 89 fließt
das Kühlmittel 90, das durch die Pumpe 91 vom
Kälteteil 92 durch die Leitungen 93 zum
Gefrierbehälter 84 gefördert wird. Wird
die Klappe 84 nach rechts geschwenkt, wird der Schlitz 87 abgedeckt
und die CO2-Pellets 16 gelangen über
das Mahlwerk 94, das durch den regelbaren Motor 95 angetrieben
wird, in den Gefrierbehälter 86. Wird ein Teil
der Einzelsegmente 85 nach links und die anderen Einzelsegmente 85 nach rechts
geschwenkt, gelangt ein Teil handelsüblicher CO2-Pellets 16 direkt in den Gefrierbehälter 86 und ein
anderer Teil wird im Mahlwerk 94 zerkleinert und gelangt
dann in den Gefrierbehälter 86. Senkrecht zu der
CO2-Ebene 96 sind Wasserdüsen 97 paarweise angeordnet.
Mit der Leitung 98 wird das Wasser und mit der Leitung 99 die
Druckluft zur Wasserdüse 97 geführt.
Das entstehende Wasser-CO2-Strahlmittelgemisch 100 wird
in dem trichterförmigen Bereich 101 des Gefrierbehälters 86 gesammelt
und durch die Bohrung 102 in der oberen Scheibe 59 in
die Aussparungen der Dosierscheibe 65 gelenkt. Die durch den
Motor 103 angetriebene Dosierscheibe 65 transportiert
das Wasser-CO2-Strahlmittelgemisch 100 von
der Bohrung 102 zum Bereich des Anschlussstutzens 104 in
der oberen Scheibe 59. Durch den Anschlussstutzen 104 gelangt
die durch den Druckschlauch 105 (nicht näher dargestellt)
zugeführte warme und trockene Druckluft zur Dosierscheibe 65 und
nimmt das Wasser-CO2 Strahlmittelgemisch 100 auf
und führt es durch den Ausgangsstutzen 106 an der
unteren Scheibe 62 in den Strahlschlauch 107. Die
untere Scheibe 62 und der Distanzring 108 sind durch
die Bolzen 109 mit der oberen Schreibe 59 fest verbunden.
-
Der
Vorteil der Erfindung besteht einerseits darin, dass durch die Kombination
der CO2-Strahlmitteltechnik mit einem feinkörnigen
festen Strahlmittel der Einsatzbereich der Kaltstrahltechnik erweitert werden
kann. Durch die CO2-Partikel erfolgt das punktuelle
Abkühlen und Verspröden der Verunreinigungen,
während das feste Strahlmittel die Oberfläche
der Verunreinigung zerstört und damit das Eindringen des
sich beim Auftreffen der CO2-Partikel bildenden
feinen CO2-Grieses in die Risse verbessert. Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Dosierung des Zusatzstrahlmittels
unabhängig von der Art und Menge der CO2-Partikel
erfolgen kann. Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch den heißen
Druckluftstrom eine Kondensatbildung beim Zugeben der CO2-Partikel, die eine Kühlung des
Druckluftstromes bewirken, verhindert wird. Als weiterer Vorteil
hat sich, infolge des heißen Druckluftstromes, die geringe
Temperaturdifferenz zwischen Betriebsbeginn und Betriebsverlauf
bei Strahlanlage und Dosiereinheit erwiesen. Die geringere Temperaturdifferenz
ermöglicht feinere Toleranzen und ermöglicht dadurch den
Einsatz eines feinkörnigen Zusatzstrahlmittels.
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Bedingt
durch den heißen Druckluftstrom, mit einem sehr geringen
Feuchtigkeitsgehalt, ist dieser Luftstrom nach dem Austreten aus
der Strahldüse bestrebt, Feuchtigkeit aufzunehmen. Diese
Feuchtigkeit wird der unmittelbaren Umgebungsluft entzogen. Damit
wird eine Bildung von Kondensat auf der Oberfläche der
Schaufel verhindert.
-
Der
Vorteil der Erfindung andererseits besteht darin, dass durch die
Kombination der CO2-Strahltechnik mit einem
feinkörnigen festen Strahlmittel des Wassereis der Einsatzbereich
der Kaltstrahltechnik erweitert werden kann. Durch die CO2-Partikel erfolgt das punktuelle Abkühlen
und Verspröden der Verunreinigungen, während das
fester Strahlmittel die Oberfläche der Verunreinigungen zerstört
und damit das Eindringen des sich beim Auftreten der CO2-Partikel
bildenden feinen CO2-Grieses in die Risse
verbessert. Durch den Einsatz von gehärteten CO2-Pellets mit und ohne Wassereis wird die
Agressivität des Reinigungsstrahles erhöht. Mit einem
Mahlwerk in der Strahlanlage kann das Wassereis und die gehärteten
CO2-Pellets auf die für das Bauteil
und die Verunreinigung günstigste Größe
gebracht werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass
mit Einsatz von den gehärteten CO2-Pellets die
Abrasivität erhöht wird, aber trotzdem keine Rückstände
in der Anlage bzw. im Bereich der Bauteile verbleiben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kompressor
- 2
- Druckleitung
- 3
- Kühler
- 4
- Kondensatsammler
- 5
- Leitung
- 6
- Adsorptionstrockner
- 7
- Heizer
1
- 8
- Heizer
2
- 9
- Heizer
3
- 10
- Verteiler
- 11
- Dosiereinheit
- 12
- festes
Strahlmittel
- 13
- Vorratsbehälter
- 14
- Dosierscheibe
- 15
- CO2-Strahlanlage
- 16
- CO2-Pellets
- 17
- Druckschlauch
- 18
- CO2-Schlauch
- 19
- Strahlpistole
- 20
- Strahldüse
- 21
- Schaufel
- 22
- Haltering
- 23
- Hinterschnitt
- 24
- Halteteil
- 25
- feste
Rolle
- 26
- lose
Rolle
- 27
- Handrad
- 28
- Spindel
- 29
- Schraube
- 30
- Führungsbuchse
- 31
- Gewindestift
- 32
- Achse
- 33
- Düsenachse
- 34
- Düsenrohr
- 35
- Krümmung
- 36
- Düsenkopf
- 37
- Leitung
- 38
- Strahlanlage
- 39
- Vorratsbehälter
- 40
- CO2-Pellets, gehärtet
- 41
- Strahlschlauch
- 42
- Strahlpistole
- 43
- Tank
- 44
- Regeleinheit
- 45
- Ventil
- 46
- Heizeinheit
- 47
- Druckleitung
- 48
- Strahlanlage
- 49
- Mahlwerk
- 50
- Gasdosierung
- 51
- Strahlschlauch
- 52
- Strahlpistole
- 53
- Vorratsbehälter
- 54
- Strahlanlage
- 55
- Mahlwerk
- 56
- Bohrung
- 57
- Sammelraum
- 58
- CO2-Pellets, zerkleinert
- 59
- obere
Scheibe
- 60
- Durchbruch
- 61
- Luft-
oder Schutzgasanschluss
- 62
- untere
Scheibe
- 63
- Gewindebolzen
- 64
- Ausgangsbohrung
- 65
- drehbare
Dosierscheibe
- 66
- Transportbohrung
- 67
- Deckel
- 68
- Feder
- 69
- Mutter
- 70
- Vorratsbehälter
- 71
- Strahlanlage
- 72
- Wassereis-Partikel
- 73
- Vorratsbehälter
- 74
- Mahlwerk
- 75
- Mahlwerk
- 76
- Strahlmittelgemisch
- 77
- Sammelbehälter,
trichterförmig
- 78
- Bohrung
- 79
- Deckel
- 80
- Deckel
- 81
- Einfüllbehälter
- 82
- Deckel
- 83
- Einfüllöffnung
- 84
- Klappe,
schwenkbar
- 85
- Einzelsegmente
- 86
- Gefrierbehälter
- 87
- Schlitz
- 88
- innerer
Behälter
- 89
- äußerer
Behälter
- 90
- Kühlmittel
- 91
- Pumpe
- 92
- Kälteteil
- 93
- Leitung
- 94
- Mahlwerk
- 95
- Motor,
regelbar
- 96
- CO2-Ebene
- 97
- Wasserdüsen
- 98
- Leitung
- 99
- Leitung
- 100
- Wasser-CO2-Strahlmittelgemisch
- 101
- trichterfömiger
Bereich
- 102
- Bohrung
- 103
- Motor
- 104
- Anschlussstutzen
- 105
- Druckschlauch
- 106
- Ausgangsstutzen
- 107
- Strahlschlauch
- 108
- Distanzring
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 98/36230 [0006]
- - DE 3429700 A1 [0009]
- - DE 3434163 A1 [0010]
- - DE 10036557 A1 [0011]
- - DE 3505675 A1 [0012]
- - DE 4320410 A1 [0012]
- - DE 102006002653 A1 [0013]
- - DE 19957526 A1 [0014]
- - WO 03/047814 A1 [0016]
