DE102018004810A1 - Device and method for surface removal by means of particles and their suction - Google Patents

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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.The invention uses the principle of vacuum suction blasting and consists in a streamlined design of the working chamber (7), which consists of a suction head opened at the bottom and the workpiece surface, in which both particle feed (1, 8) and suction (2, 9) stand at a constant angle to the surface. Between the feed element (8), which is designed as a rectangle or round, and the discharge element (9), which is also designed as a rectangle or circle, there is a partition wall which can be adjusted perpendicularly to the surface and which allows the gap between the feed (1) and the suction (2) to be adjusted , As a result, the achievable speeds of the particles (3) can be varied as a function of the gap height and thus the effective flow area without the other parameters also being changed.

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.Suction blasting is a process in which particles are entrained and accelerated by means of a vacuum, the particles in a working chamber covering the surface to be machined, in order to be directed onto a workpiece to be machined by means of a hose and a nozzle.

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.The high speed gives the particle a high kinetic energy, which is converted into a partial disintegration of the surface with a high loss of speed when the particle hits the workpiece surface. The now very slowed down particles as well as the removed material are now sucked into a suction hose by the negative pressure and then returned to the process after filtering.

Hierdurch lässt sich der Verbrauch an Partikeln, dem Strahlgut, stark senken. Ein zweiter Effekt ist die gleichzeitige Absaugung der Stäube der desintegrierten Oberfläche.This can greatly reduce the consumption of particles, the blasting material. A second effect is the simultaneous suction of the dusts from the disintegrated surface.

Vakuum-SaugstrahlenVacuum 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.The compressed air blasting of components for surface cleaning or the removal of coatings makes the use of blasting cabins or housings necessary because the particles necessary for blasting the component move freely in the room. on which it rests a closed work space in which the accelerated particles on the surface use their kinetic energy to dissolve material from the surface and at the same time collect it and extract it. In this case, a strong suction device creates a negative pressure between a blasting head seated on the component, by means of which the blasting agent is accelerated to the surface and is sucked off again immediately after the blasting process. With this solution, blasting processes can be represented emission-free.

Die Einsatzbereiche sind dabei vielfältig und sind Branchen übergreifend.The areas of application are diverse and are cross-industry.

Anwendungsbeispieleapplications

  • • Lokales Reinigen und Entschichten von faserverstärkten Kunststoffen (FVK; z. B. CKF, GFK) für Reparaturanwendungen• Local cleaning and stripping of fiber-reinforced plastics (FRP; e.g. CKF, GFK) for repair applications
  • • Reinigung und Aktivierung von Verbindungselementen (z. B. im Flugzeugbau, bei der Flugzeugreparatur)• Cleaning and activation of connecting elements (e.g. in aircraft construction, aircraft repair)
  • • Berührungsloses Strahlen von Flachmaterialien (z. B. Solarzellen, Plattenmaterialien)• Non-contact blasting of flat materials (e.g. solar cells, plate materials)
  • • Dekontamination von metallischen und mineralischen Oberflächen• Decontamination of metallic and mineral surfaces

Vorteilebenefits

  • • Mobiles Verfahren• Mobile procedure
  • • Schneller und kostengünstiger Prozess• Fast and inexpensive process
  • • Keine Staub-Emission• No dust emission
  • • Manuell sowie mechanisiert einsetzbar• Can be used manually and mechanized
  • • Entfall von Strahlkabinen und Einhausungen• Eliminate blasting cabins and housings
  • • Einsetzbar auf unterschiedlichsten Materialien und Materialverbunden (Polymer, Metall, Beton)• Can be used on a wide variety of materials and composite materials (polymer, metal, concrete)

Insbesondere im Bereich der Dekontaminaton von Oberflächen durch Abtrag ist dieses Verfahren vorteilhaft.This method is particularly advantageous in the area of decontamination of surfaces by removal.

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).In the case of the structures which can be removed from the prior art, the suction is carried out in a working space which is sealed off from the surface by brushing or with other elastic material. The feed nozzle of the blasting material is designed to be movable in its jet direction. Beam directions perpendicular to the surface as well as strongly inclined are possible. As a result, different velocities of the particles to the surface and thus different jet results occur depending on the jet angle. The nozzles used are designed as a tube and have a circular effective area of the jet ( DE10257241 B4 2006).

Erfindung:Invention:

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.The invention uses the principle of vacuum suction blasting and consists of a streamlined design of the working chamber ( 7 ), which consists of a suction head open at the bottom and the workpiece surface, in which both particle feed ( 1 . 8th ) as well as the suction ( 2 . 9 ) are at a constant angle to the surface. Between the rectangular or round feed element ( 8th ) and the discharge element, which is also designed as a rectangle or circle ( 9 ) there is a partition that is adjustable perpendicular to the surface, which allows the gap between the feed ( 1 ) and suction ( 2 ) to adjust. This enables the achievable speeds of the particles ( 3 ) can be varied depending on the gap height and thus the effective flow area without the other parameters also being changed. The forces acting on the particles and thus the kinetic energy of the particles can thus be adjusted depending on the surface properties as well as the particle properties. Through a The particles used as blasting media ( 6 ) as well as the removed particles from the workpiece surface to be machined.

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.Compared to the conventional version, the location of the maximum speed of the particle is not above the surface of the workpiece ( 4 ) but directly on this, because the gap through the partition ( 5 ) represents a constriction in which, according to Bernoulli, the speed must be higher at a constant volume flow than in areas of larger cross-section. This means that the kinetic energy and thus the removal effect is greater than in the version with a nozzle above the surface. Due to the fixed angles, the blasting result is always the same.

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.To machine a surface, the processing head must be guided over the surface to be machined, whereby the wide configuration of the nozzle means that a wide line can also be swept over, which becomes a flat machining during a longitudinal movement.
The advantages of this design are the higher achievable kinetic energy of the particles and the adaptability of the process gap by adjusting the partition. To avoid major wear and tear, the partition is coated with an elastomer or a polymer that offers greater resistance to abrasive wear than a metallic surface.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren im Bereich der Dekontamination von verunreinigten Oberflächen anzuwenden.The method is particularly advantageous in the area of decontamination of contaminated surfaces.

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:The construction of the suction jet head forms a working area with the surface of the component, which is permanently extracted. This ensures that no particles can escape from the work area. Applications for the following areas are particularly advantageous:

Das Entfernen von

  • - Lacken und Anstrichen
  • - Oxidationsprodukten
  • - Sedimenten
  • - Asbest
  • - anhaftende Schadstoff-Partikel, wie z.B. radioaktive Nuklide
  • - ....
The removal of
  • - varnishes and paints
  • - oxidation products
  • - sediments
  • - asbestos
  • - Adhesive pollutant particles, such as radioactive nuclides
  • - ....

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Luft- und PartikelzufuhrAir and particle supply
22
Absaugungsuction
33
Beschleunigte PartikelAccelerated particles
44
Bauteilcomponent
55
Verstellbare PlatteAdjustable plate
66
Abgetragenes OberflächenpartikelRemoved surface particles
77
Arbeitskammerworking chamber
88th
Zuführelementfeeding
99
Absaugelementsuction
1010
Dichtungselementsealing element
1111
SaugstrahlkopfSaugstrahlkopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 10257241 B4 [0007]DE 10257241 B4 [0007]

Claims (6)

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.A device called a suction jet head (11) consisting of a working head which is open to the component and which, when put on, forms a closed working chamber (7) together with the component surface, in which particles, gases or liquids are drawn on one side by means of a negative pressure through a feed element (8) be accelerated into the working chamber and hit the surface at a fixed angle of less than 90 degrees in order to exert an effect on the material of the workpiece due to the kinetic energy and to be removed by a removal element (9), characterized in that there is a separating element (5) in the working chamber between the supply of the particles, gas or liquids, which allows a defined gap between itself and the workpiece surface. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass das Trennelement in seinem Abstand zu Oberfläche des Werkstückes verstellbar angeordnet ist.A device after Claim 1 characterized in that the separating element is arranged adjustable in its distance from the surface of the workpiece. 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.A device according to at least one of the previous Claims 1 characterized in that the separating element made of elastomer or polymer or coated with elastomer or polymer. 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.A device according to at least one of the previous Claims 1 characterized in that the cross-sectional ratio of width to height of the effective flow area viewed in the direction of flow is greater than 1. 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.A device according to at least one of the previous Claims 1 characterized in that the working chamber is sealed by means of a sealing element (10) that is located on the workpiece surface and that a closed space is formed with the workpiece surface. Verfahren unter Anwendung der in zumindest einem der vorigen Ansprüchen dargestellten Vorrichtung.Method using the device shown in at least one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10257241B4 (en) 2001-01-23 2006-08-17 Pieper Innovationsgesellschaft Mbh Device, in particular workshop and / or Hobbysystem for processing, in particular vacuum suction of surfaces

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10257241B4 (en) 2001-01-23 2006-08-17 Pieper Innovationsgesellschaft Mbh Device, in particular workshop and / or Hobbysystem for processing, in particular vacuum suction of surfaces

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