DE102012224196A1

DE102012224196A1 - Ultraschallvorrichtung und Haltegerät zum Reinigen von Bauteiloberflächen

Info

Publication number: DE102012224196A1
Application number: DE102012224196.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Clossen-von Lanken Schulz; Matthias Dierks; Sebastian Jakielski; Stefan Obermayr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26
Also published as: DE112013006108A5; US9643222B2; WO2014095340A1; US20150298177A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallvorrichtung zum Reinigen von Bauteiloberflächen (40) durch eine Transportflüssigkeit, in welcher Ultraschallwellen transportierbar sind, wobei zumindest: – ein an einem Körper angebrachter Einlass (6) vorgesehen ist, zum Einfüllen der Transportflüssigkeit in den Körper, – in dem Körper ein Ultraschallschwinger (3) vorgesehen ist, zur Erzeugung von Ultraschallwellen, – im Körper eine Zuführung zum Führen der Transportflüssigkeit vom Einlass (6) unmittelbar zu dem Ultraschallschwinger (3) vorgesehen ist, so dass die Ultraschallwellen in die Transportflüssigkeit einbringbar und transportierbar sind, – ein an die Zuführung anschließender Auslass (7) vorgesehen ist, zum Austreten der die Ultraschallwellen transportierenden Transportflüssigkeit aus dem Körper, so dass ein gerichteter Reinigungsstrahl erzeugt wird. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Haltegerät für eine solche Ultraschallvorrichtung.

Description

In Abhängigkeit von der konkreten Betriebssituation und der Zusammensetzung der zum Antrieb der Verbrennungsmaschine verwendeten Brennstoffe, kommt es beispielsweise in der Turbine früher oder später zu einer Verschmutzung der Turbinenwelle und der verschiedenen Turbinengehäuseteile oder zu Ablagerungen. Ablagerungen können beispielsweise durch die chemische Reaktion von Schwefelverbindungen im Brennstoff mit dem Grundwerkstoff der Brennerbauteile hervorgerufen werden. Dadurch bilden sich Eisensulfidbeläge im Inneren des Brenners. Es treten aber auch andere Verunreinigungen bzw. Ablagerungen durch die Verbrennung auf. Solche Verunreinigungen bzw. Ablagerungen führen zu einem schlechteren Turbinenwirkungsgrad und demzufolge zur Verringerung der Leistung. Als Folge dessen kommt es zu einer Erhöhung der Abgastemperaturen im Brennraum, wodurch sowohl die Verbrennungsmaschine als auch der Turbolader thermisch überbeansprucht werden können. Bei der Verbrennungsmaschine kann insbesondere eine Beschädigung oder gar Zerstörung der einzelnen Bauteile auftreten. Daher ist eine Reinigung der Bauteiloberflächen notwendig. Zur Reinigung der Bauteiloberflächen können Lösungsmittel oder andere Waschsubstanzen wie Tenside benutzt werden, was jedoch bei hartnäckigen Verschmutzungen und Ablagerungen an großen Bauteiloberflächen einen zu großen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Bauteiloberflächen von großen Bauteilen, wie beispielsweise Turbinenbauteile müssen bislang durch abrasive Verfahren, wie z.B. Sandstrahlen oder Schleifen gereinigt werden, was bei empfindlichen Bauteiloberflächen eine Beeinträchtigung nach sich ziehen kann, da diese immer mit einem Materialabtrag, abhängig vom Strahlmedium, verbunden sind. Beim Sandstrahlen müssen zudem beispielsweise vorhandene Spalten zuvor abgeklebt werden, da hier ein Eindringen von Sandpartikeln in den Spalt möglich ist. Diese Klebestellen müssen nachträglich unter erheblichem Zeitaufwand mit Lösemitteln wieder entfernt werden. Bei kleineren Gegenständen kann man eine Ultraschallreinigung nutzen, welche die Bauteiloberflächen nicht schädigt. Die Ultraschallreinigung hat allerdings den Nachteil Standortgebunden zu sein und je nach Bauteilgröße enorme Volumina besitzen zu müssen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin eine verbesserte Vorrichtung zum Reinigen anzugeben, die die zuvor beschriebenen Nachteile überwindet. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe eines Haltegeräts für eine solche Vorrichtung.
Erfindungsgemäß wird die auf die verbesserte Vorrichtung bezogene Aufgabe mit einer Ultraschallvorrichtung gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die folgenden Merkmale gelöst, wobei zumindest

– ein an einem Körper angebrachter Einlass vorgesehen ist, zum Führen der Transportflüssigkeit in den Körper,
– in dem Körper ein Ultraschallschwinger vorgesehen ist, zur Erzeugung von Ultraschallwellen,
– im Körper eine Zuführung zum Führen der Transportflüssigkeit vom Einlass unmittelbar zu dem Ultraschallschwinger vorgesehen ist, so dass die Ultraschallwellen in die Transportflüssigkeit einbringbar und transportierbar sind,
– ein an die Zuführung anschließender Auslass vorgesehen ist, zum Austreten der die Ultraschallwellen transportierenden Transportflüssigkeit aus dem Körper, so dass ein gerichteter Reinigungsstrahl erzeugt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 1–8 beschrieben.
Durch die erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung wird ein gerichteter, definierter Reinigungsstrahl erzeugt, welcher Ultraschallwellen transportieren kann. Dieser Reinigungsstrahl wird nun auf die zu reinigende Bauteiloberfläche gerichtet. Der Ultraschallschwinger erzeugt nun Ultraschallwellen, die sich durch den gerichteten Transportflüssigkeitsstrahl bis zu der reinigenden Oberfläche ausbreiten und dort beim Auftreffen durch Kavitation die Verschmutzungen lösen. Durch die Ultraschallvorrichtung wird eine sogenannte sanfte Oberflächenreinigung mittels Ultraschallwellen mobil einsetzbar. Somit kann auf große Ultraschallbecken verzichtet werden. Auf das aggressive Medium beim Sandstrahlen kann verzichtet werden. Bauteiloberflächen erfahren somit keinen ungewünschten Materialabtrag mehr. Durch die erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung können Bauteiloberflächen von großen Bauteilen an Ort und Stelle gereinigt werden. Die Verschmutzungen an den Bauteiloberflächen, können mobil mittels Ultraschallwellen, die durch einen hinreichend großen Transportflüssigkeitsstrahl geleitet werden, gelöst werden.
Bevorzugt umfasst der Auslass zumindest einen länglichen Abschnitt. Dadurch kann der Reinigungsstrahl definierter auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet werden.
Bevorzugt ist der Körper aus einer ersten Platte und einer darauf befestigten zweiten Platte gebildet, wobei die erste Platte und die darauf befestigte zweite Platte zusammen zumindest einen ersten Hohlraum ausbilden, in welchem der Ultraschallschwinger angeordnet ist. Auch sind natürlich mehrere Hohlräume mit Ultraschallschwingern möglich. Diese können aber auch in dem einen Hohlraum angebracht sein.
Zumindest die erste Platte umfasst als zumindest eine Zuführung zumindest eine Rille, zur Führung der durch den Einlass strömenden Transportflüssigkeit unmittelbar zu dem zumindest einen Ultraschallschwinger. Dadurch können die Ultraschallwellen in die Transportflüssigkeit eingebracht und transportiert werden.
Auch die zweite Platte weist eine zur ersten Platte korrespondierende Rille auf. Bevorzugt ist als Zuführung eine Rillenanordnung vorgesehen, wobei die Rillenanordnung aus mehreren in der ersten Platte angeordneten parallelen Rillen als auch aus mehreren in der zweiten Platte angeordneten, parallelen Rillen besteht, welche zu der ersten Platte korrespondieren. Durch die gleichmäßige parallele Rillenanordnung strömt die Transportflüssigkeit ohne Turbulenzen direkt vor den Ultraschallschwinger zur Aufnahme der Ultraschallwellen. Hierzu weist die Rillenanordnung eine Sammelstelle ohne Rillen auf, wobei die Sammelstelle direkt am Ultraschallschwinger angrenzt. Durch die Rillenanordnung treten auch am Auslass keinerlei Turbulenzen des austretenden Transportflüssigkeitsstrahls, welcher die Ultraschallwellen transportiert, auf. Der Strahl kann daher definiert auf die Bauteiloberfläche gerichtet werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist als Transportflüssigkeit Wasser vorgesehen. Dadurch fällt, im Gegensatz zur Reinigung mit Waschmitteln oder anderen Waschsubstanzen, nur normales Wasser mit den Schmutzpartikeln als Abfall an.
Die auf das Haltegerät bezogene Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Haltegeräts für eine Ultraschallvorrichtung gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 10–11 beschrieben.
Durch den zumindest einen Greifarm kann die Ultraschallvorrichtung vereinfacht ohne separates manuelles Festhalten betrieben werden. Es vereinfacht daher die Handhabung wesentlich. Durch die zusätzliche Verbindung zwischen dem zumindest einen Greifarm und einem Behälter kann die Ultraschallvorrichtung auch bei einer Transportflüssigkeit, die zuvor mit hohem Strömungsdruck beaufschlagt wurde, betrieben werden.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1–3. Darin zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung,
2: der Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung mit einem erfindungemäßen Haltegerät,
3: eine erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung mit einem erfindungemäßen Haltegerät im Betrieb.
Die erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung umfasst dabei einen Körper, der durch eine erste Platte 1 und eine zweite Platte 2 gebildet wird, welche durch beispielsweise Schrauben miteinander verbunden werden. Selbstverständlich sind auch andere Verbindungen möglich. Der Körper hat einen ersten Hohlraum 4, in dem ein Ultraschallschwinger 3 angeordnet ist. Zudem umfasst der Körper einen angebrachten Einlass 6 für die Transportflüssigkeit, zum Einfüllen der Transportflüssigkeit in den Körper hinein. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn die Transportflüssigkeit zuvor mit hohem Druck beaufschlagt wurde. Weiterhin umfassen die erste Platte 1 und die zweite Platte 2 eine Rillenanordnung 5, welche aus mehreren, zueinander korrespondierenden parallelen Rillen besteht, zum Führen der Transportflüssigkeit. Die Rillen sind dabei rechts und links des Ultraschallschwingers 3 angeordnet. Die Rillen führen in eine Sammelstelle 9, die beispielsweise ohne Rillen ist und die direkt an dem Ultraschallschwinger 3 angrenzt. Die Transportflüssigkeit strömt vom Einlass 6 durch die Rillenanordnung direkt in die Sammelstelle 9 vor den Ultraschallschwinger 3, der die Ultraschallwellen erzeugt. Somit kann die Transportflüssigkeit die Ultraschallwellen quasi aufnehmen und transportieren. Von dort strömt die Transportflüssigkeit, welche die Ultraschallwellen transportiert, direkt durch einen am Körper angebrachten Auslass 7. Dabei umfasst der Auslass einen längeren Abschnitt. Damit kann der austretende Reinigungsstrahl definierter auf eine Bauteiloberfläche gerichtet werden. Durch die gleichmäßige, parallele Rillenanordnung 5 strömt die Transportflüssigkeit ohne Turbulenzen direkt vor den Ultraschallschwinger 3. Dadurch treten auch am Auslass 7 keinerlei Turbulenzen im austretenden Transportflüssigkeitsstrahl, welcher die Ultraschallwellen transportiert, auf. Die Transportflüssigkeit wird dabei mit genügend Druck in den Körper eingeströmt, so dass am Auslass 7 ein definierter, gerichteter, die Ultraschallwellen transportierender Transportflüssigkeitsstrahl austritt. Selbstverständlich kann der Druck auch nach der Aufnahme der Ultraschallwellen von der Transportflüssigkeit in einem weiteren Hohlraum (nicht gezeigt) durch einen ebenfalls nicht gezeigten Druckerzeuger in dem Körper hervorgerufen werden. Auch kann selbstverständlich die Transportflüssigkeit über den Ultraschallschwinger 3 strömen. Der Ultraschallschwinger 3 weist somit eine aktive Fläche auf, welche vom ausströmenden Wasser umgeben ist. Der Körper weist weiterhin einen Kanal 8 auf, in dem eine Leitung angebracht ist, die den Ultraschallschwinger 3 mit Energie versorgt.
2 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung mit einem erfindungemäßen Haltegerät. Das Haltegerät weist zwei Greifarme 10 auf, welche am Einlass 6 oder/und am Körper der Ultraschallvorrichtung vorgesehen sind. Die Greifarme 10 weisen an ihrem vom Körper abgewandten Ende 14 jeweils eine Nut 11 auf. Diese Nuten 11 dienen zum Aufstecken der Greifarme 10 auf einen Behälter 13 (3). Die Greifarme 10 weisen in den Nuten 11 für eine Verbindung, insbesondere Steckverbindung oder eine Schraubverbindung, mit dem Behälter 13 (3) noch eine Bohrung 12 auf. Selbstverständlich muss auch am Behälter 13 (3) eine entsprechende Bohrung 12 vorgesehen sein. Somit weist die Ultraschallvorrichtung auch im Betrieb mit dem Behälter 13 (3) eine feste Verbindung auf.
3 zeigt die Ultraschallvorrichtung mit dem Haltegerät im Betrieb. Dabei besteht das Haltegerät aus drei Greifarmen 10 mit einer Nut 11. Diese drei Greifarme 10, sind mit der jeweiligen Nut 11 auf den Behälter 13 aufgesteckt. Für eine feste Verbindung zwischen Haltegerät und Behälter 13 sorgt eine an der jeweiligen Nut 11 angebrachte Bohrung 12, in der eine Schraubverbindung oder Steckverbindung angebracht ist. Als Transportflüssigkeit wird hier Wasser verwendet. Das Wasser strömt durch eine Leitung (nicht gezeigt) zu dem Einlass 6 und durch den Körper, wo die Ultraschallwellen zum weiteren Transport eingebracht werden. Das Ultraschallwellen transportierende Wasser tritt durch einen Auslass 7 als ein gerichteter Wasserstrahl 15 wieder aus. Der Wasserstrahl trifft anschließend auf eine zu reinigende Bauteiloberfläche 40. Im Ultraschallschwinger 3 (1) werden Ultraschallwellen erzeugt, die sich durch den Wasserstrahl bis zur reinigenden Oberfläche 40 ausbreiten und dort beim Auftreffen durch Kavitation die Verschmutzung lösen.
Mit der erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung und dem erfindungsgemäßen Haltegerät kann eine sanfte Oberflächenreinigung mittels Ultraschallwellen mobil eingesetzt werden. Somit kann auf große Ultraschallbecken verzichten werden. Außerdem fällt, im Gegensatz zur Reinigung mit Waschmitteln oder anderen Waschsubstanzen, nur normales Wasser mit den Schmutzpartikeln als Abfall an. Auf das aggressive Medium beim Sandstrahlen kann verzichtet werden. Dadurch erfahren die Bauteiloberflächen 40 keinen ungewünschten Materialabtrag mehr. Die erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung kann orts- und größenunabhängig genutzt werden. Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemäße Ultraschallvorrichtung auch für den Einsatz von kleineren Bauteiloberflächen.

Claims

Ultraschallvorrichtung zum Reinigen von Bauteiloberflächen (40) durch eine Transportflüssigkeit, in welcher Ultraschallwellen transportierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest – ein an einem Körper angebrachter Einlass (6) vorgesehen ist, zum Einfüllen der Transportflüssigkeit in den Körper, – in dem Körper ein Ultraschallschwinger (3) vorgesehen ist, zur Erzeugung von Ultraschallwellen, – im Körper eine Zuführung zum Führen der Transportflüssigkeit vom Einlass (6) unmittelbar zu dem Ultraschallschwinger (3) vorgesehen ist, so dass die Ultraschallwellen in die Transportflüssigkeit einbringbar und transportierbar sind, – ein an die Zuführung anschließender Auslass (7) vorgesehen ist, zum Austreten der die Ultraschallwellen transportierenden Transportflüssigkeit aus dem Körper, so dass ein gerichteter Reinigungsstrahl erzeugt wird.
Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (7) zumindest einen länglichen Abschnitt umfasst.
Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus einer ersten Platte (1) und einer darauf befestigten zweiten Platte (2) gebildet ist, wobei die erste Platte (1) und die darauf befestigte zweite Platte (2) zusammen zumindest einen ersten Hohlraum (4) ausbilden, in welchem der Ultraschallschwinger (3) angeordnet ist.
Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Platte (1) als zumindest eine Zuführung zumindest eine Rille umfasst, zur Führung der durch den Einlass (6) strömenden Transportflüssigkeit unmittelbar zu dem zumindest einen Ultraschallschwinger (3).
Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch die zweite Platte (2) eine zur ersten Platte (1) korrespondierende Rille aufweist.
Ultraschallvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest eine Zuführung eine Rillenanordnung (5) vorgesehen ist, wobei die Rillenanordnung (5) aus mehreren in der ersten Platte (1) angeordneten parallelen Rillen als auch aus mehreren in der zweiten Platte (2) angeordneten, parallelen Rillen besteht, welche zu der ersten Platte (1) korrespondieren.
Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenanordnung (5) eine Sammelstelle (9) ohne Rillen aufweist, wobei die Sammelstelle (9) direkt am Ultraschallschwinger (3) angrenzt.
Ultraschallvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Transportflüssigkeit Wasser vorgesehen ist.
Haltegerät für eine Ultraschallvorrichtung mit einem Körper und einem Einlass (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Greifarm (10) vorgesehen ist, welcher am Einlass (6) oder/und am Körper vorgesehen ist.
Haltegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Greifarm (10) an seinem vom Körper abgewandten Ende jeweils eine Nut (11) aufweist zum Aufstecken der Greifarme auf einen Behälter (13).
Haltegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Nut (11) eine Verbindung vorgesehen ist, mit welcher der zumindest eine Greifarm (10) an dem Behälter (13) fixierbar ist.