DE102018004810A1

DE102018004810A1 - Vorrichtung und Verfahren zum flächigen Abtrag mittels Partikeln und deren Absaugung

Info

Publication number: DE102018004810A1
Application number: DE102018004810.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Schmid; Joachim Ferdyn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Die Erfindung nutzt das Prinzip des Vakuum-Saugstrahlens und besteht in einer strömungsgünstigen Ausgestaltung der Arbeitskammer (7), die aus einem unten geöffneten Saugkopf und der Werkstückoberfläche besteht, in der sowohl Partikelzuführung (1, 8) als auch die Absaugung (2, 9) unter einem konstanten Winkel zur Oberfläche stehen. Zwischen dem als Rechteck oder rund ausgeführten Zuführelement (8) und dem ebenfalls als Rechteck oder Kreis ausgeführten Abführelement (9) befindet sich eine senkrecht zur Oberfläche verstellbare Trennwand, die es erlaubt, den Spalt zwischen Zufuhr (1) und Absaugung (2) zu verstellen. Hierdurch können die erzielbaren Geschwindigkeiten der Partikel (3) in Abhängigkeit der Spalthöhe und somit der wirksamen Durchströmungsfläche variiert werden, ohne das andere Parameter ebenfalls verändert werden.

Description

Das Saugstrahlen ist ein Verfahren, bei dem mittels eines Unterdrucks, der in einer die zu bearbeitende Oberfläche abdeckenden Arbeitskammer Partikel mitgerissen und beschleunigt werden, um mittels eines Schlauches und einer Düse auf ein zu bearbeitendes Werkstück gelenkt zu werden.
Durch die hohe Geschwindigkeit erlangt das Partikel eine hohe kinetische Energie, die bei einem Auftreffen des Partikels auf die Werkstückoberfläche in eine partielle Desintegration der Oberfläche unter hohem Geschwindigkeitsverlust umgewandelt wird. Die nun stark verlangsamten Partikel sowie das abgetragene Material werden nun von dem Unterdruck in einen Absaugschlauch gesogen und anschließend nach einer Filterung dem Prozess wieder zugeführt.
Hierdurch lässt sich der Verbrauch an Partikeln, dem Strahlgut, stark senken. Ein zweiter Effekt ist die gleichzeitige Absaugung der Stäube der desintegrierten Oberfläche.
Vakuum-Saugstrahlen
Das Druckluftstrahlen von Bauteilen zur Oberflächen-Reinigung oder zum Abtrag von Beschichtungen macht den Einsatz von Strahlkabinen oder Einhausungen notwendig, da die zum Strahlen des Bauteils notwendigen Partikel sich frei im Raum bewegen.. Beim Vakuum-Saugstrahlen hingegen bildet der Strahlkopf zusammen mit dem Bauteil, auf dem er aufliegt einen geschlossenen Arbeitsraum, in dem die beschleunigten Partikel auf der Oberfläche mit ihrer kinetischen Energie Material aus der Oberfläche herauslösen und gleichzeitig aufgefangen und abgesaugt werden. Dabei wird durch einen starke Absaugvorrichtung zwischen einem auf dem Bauteil aufsitzenden Strahlkopf ein Unterdruck erzeugt, durch den das Strahlmittel auf die Oberfläche beschleunigt und sofort nach dem Strahlprozess wieder abgesaugt wird. Mit dieser Lösung lassen sich Strahlprozesse emissionsfrei darstellen.
Die Einsatzbereiche sind dabei vielfältig und sind Branchen übergreifend.
Anwendungsbeispiele

• Lokales Reinigen und Entschichten von faserverstärkten Kunststoffen (FVK; z. B. CKF, GFK) für Reparaturanwendungen
• Reinigung und Aktivierung von Verbindungselementen (z. B. im Flugzeugbau, bei der Flugzeugreparatur)
• Berührungsloses Strahlen von Flachmaterialien (z. B. Solarzellen, Plattenmaterialien)
• Dekontamination von metallischen und mineralischen Oberflächen

Vorteile

• Mobiles Verfahren
• Schneller und kostengünstiger Prozess
• Keine Staub-Emission
• Manuell sowie mechanisiert einsetzbar
• Entfall von Strahlkabinen und Einhausungen
• Einsetzbar auf unterschiedlichsten Materialien und Materialverbunden (Polymer, Metall, Beton)

Insbesondere im Bereich der Dekontaminaton von Oberflächen durch Abtrag ist dieses Verfahren vorteilhaft.
Bei den aus dem Stand der Technik entnehmbaren Aufbauten erfolgt die Absaugung in einem gegenüber der Oberfläche durch Bürsten oder mit anderem elastischen Material abgedichteten Arbeitsraum. Die Zuführdüse des Strahlgutes ist dabei in seiner Strahlrichtung beweglich ausgebildet. Dabei sind Strahlrichtungen senkrecht als auch stark geneigt zur Oberfläche möglich. Hierdurch treten unterschiedliche Geschwindigkeiten der Partikel zur Oberfläche und damit unterschiedliche Strahlergebnisse in Abhängigkeit des Strahlwinkels auf. Die angewendeten Düsen sind als Rohr ausgebildet und weisen eine kreisrunde Wirkfläche des Strahles auf ( DE10257241 B4 2006).
Erfindung:
Die Erfindung nutzt das Prinzip des Vakuum-Saugstrahlens und besteht in einer strömungsgünstigen Ausgestaltung der Arbeitskammer (7), die aus einem unten geöffneten Saugkopf und der Werkstückoberfläche besteht, in der sowohl Partikelzuführung (1, 8) als auch die Absaugung (2, 9) unter einem konstanten Winkel zur Oberfläche stehen. Zwischen dem als Rechteck oder rund ausgeführten Zuführelement (8) und dem ebenfalls als Rechteck oder Kreis ausgeführten Abführelement (9) befindet sich eine senkrecht zur Oberfläche verstellbare Trennwand, die es erlaubt, den Spalt zwischen Zufuhr (1) und Absaugung (2) zu verstellen. Hierdurch können die erzielbaren Geschwindigkeiten der Partikel (3) in Abhängigkeit der Spalthöhe und somit der wirksamen Durchströmungsfläche variiert werden, ohne das andere Parameter ebenfalls verändert werden. Die auf die Partikel wirkenden Kräfte und damit die kinetische Energie der Partikel kann somit in Abhängigkeit der Oberflächenbeschaffenheit als auch der Partikeleigenschaften angepasst werden. Durch einen Unterdruck auf der Abführungsseite werden sowohl die als Strahlmittel verwendeten Partikel (6) als auch die abgetragenen Partikel aus der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche abgeführt.
Im Vergleich zur konventionellen Ausführung ist der Ort der maximalen Geschwindigkeit des Partikels nicht oberhalb der Oberfläche des Werkstücks (4) sondern direkt auf dieser, da der Spalt durch die Trennwand (5) eine Engstelle darstellt, in der nach Bernoulli bei einem konstanten Volumenstrom die Geschwindigkeit höher als in Bereichen größeren Querschnitts sein muss. Somit ist hier die kinetische Energie und damit auch der Abtrageffekt größer als bei der Ausführung mit Düse oberhalb der Oberfläche. Durch die fest eingestellten Winkel ist das Strahlergebnis immer gleich.
Zur Bearbeitung einer Fläche muss der Bearbeitungskopf insgesamt über die zu bearbeitende Fläche geführt werden, wobei durch die breite Ausgestaltung der Düse auch eine breite Linie überstrichen werden kann, die bei einer Längsbewegung zu einer flächigen Bearbeitung wird.
Vorteile dieser Ausführung liegen in der höheren erzielbaren kinetischen Energie der Partikel sowie der Anpassbarkeit des Prozessspaltes durch die Verstellung der Trennwand. Zur Vermeidung großen Verschleißes wird die Trennwand mit einem Elastomer oder einem Polymer beschichtet, der einer abrasiven Abnutzung einen stärkeren Widerstand entgegensetzt als eine metallische Oberfläche.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren im Bereich der Dekontamination von verunreinigten Oberflächen anzuwenden.
Die Konstruktion des Saugstrahlkopfes bildet mit der Oberfläche des Bauteils einen Arbeitsraum, der permanent abgesaugt wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass keine Partikel aus dem Arbeitsraum entweichen können. Insbesondere die Anwendungen für die folgenden Bereiche sind besonders vorteilhaft:
Das Entfernen von

- Lacken und Anstrichen
- Oxidationsprodukten
- Sedimenten
- Asbest
- anhaftende Schadstoff-Partikel, wie z.B. radioaktive Nuklide
- ....

Bezugszeichenliste

1: Luft- und Partikelzufuhr
2: Absaugung
3: Beschleunigte Partikel
4: Bauteil
5: Verstellbare Platte
6: Abgetragenes Oberflächenpartikel
7: Arbeitskammer
8: Zuführelement
9: Absaugelement
10: Dichtungselement
11: Saugstrahlkopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10257241 B4 [0007]

Claims

Eine Vorrichtung genannt Saugstrahlkopf(11) bestehend aus einem zum Bauteil offenen Arbeitskopf, der im aufgesetzten Zustand zusammen mit der Bauteiloberfläche eine geschlossenen Arbeitskammer (7) bildet, in dem mittels eines Unterdruckes auf einer Seite Partikel, Gase oder Flüssigkeiten durch ein Zuführelement (8) in die Arbeitskammer beschleunigt werden und unter einem festen Winkel kleiner 90 Grad auf die Oberfläche treffen um dort eine, durch die kinetische Energie bedingte, Wirkung auf das Material des Werkstückes auszuüben und durch ein Abführelement (9) abgeführt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Arbeitskammer zwischen Zuführung der Partikel, Gas oder Flüssigkeiten ein trennendes Element (5) befindet, das einen definierten Spalt zwischen sich und der Werkstückoberfläche zulässt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass das Trennelement in seinem Abstand zu Oberfläche des Werkstückes verstellbar angeordnet ist.
Eine Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche 1 gekennzeichnet dadurch, dass das Trennelement aus Elastomer oder Polymer oder mit Elastomer oder Polymer beschichtet ist.
Eine Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche 1 gekennzeichnet dadurch, dass das in Strömungsrichtung betrachtete Querschnittsverhältnis von Breite zu Höhe der wirksamen Durchströmungsfläche größer 1 ist.
Eine Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Arbeitskammer mittels eines Dichtungselementes (10), dass sich auf der Werkstückoberfläche befindet, abgedichtet ist und sich mit der Werkstückoberfläche ein geschlossener Raum bildet.
Verfahren unter Anwendung der in zumindest einem der vorigen Ansprüchen dargestellten Vorrichtung.