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Die
Erfindung betrifft ein Hochdrucksystem zur Reinigung von Oberflächen mittels
eines Hochdruckflüssigkeitsstrahls
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Das
in Rede stehende Hochdrucksystem wird u.a. genutzt für die Reinigung
von Kernkästen, die
bei der Herstellung von Gußteilen
verwendet werden, bei der Reinigung von Schweißnähten, bei der Entfernung von
Lackschichten o. dgl.
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Das
bekannte Hochdrucksystem (
DE
103 33 224 B3 ), von dem die Erfindung ausgeht, ist mit
einer Hochdruckdüse
zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls
ausgestattet, die über
eine Druckleitung mit einer stationären Pumpe verbunden ist. Die Hochdruckdüse ist an
der Hand eines Knickarmroboters befestigt und kann dadurch während des
Betriebs relativ zu der jeweils zu reinigenden Oberfläche verstellt
werden. Bei solchen Hochdrucksystemen ist es meist so, daß die Druckleitung
zwischen der Hochdruckdüse
und der stationären
Pumpe eine flexible Schlauchleitung ist. Diese flexible Schlauchleitung
wird dem Roboter, insbesondere der Hochdruckdüse von oben hängend zugeführt. Bei
schnellen Roboterbewegungen führt
dies nicht selten zu extremen Beschleunigungen des Hochdruckschlauchs, was
dessen Standzeit erheblich reduziert.
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Hochdrucksysteme
sind grundsätzlich
auch aus einem ganz anderen Bereich, nämlich aus dem Bereich des Wasserstrahlschneidens,
bekannt. Auch hier finden Roboter Anwendung, an deren Hand eine Hochdruckdüse angeordnet
ist. Bei dieser Anwendung ist es bekannt, die Druckleitung als metallisches Druckrohr
auszugestalten, das abschnittsweise spiralförmig um den Unterarm des Roboters "gewickelt" ist. Diese spiralförmige Ausgestaltung
eines Abschnitts der Druckleitung führt zu einer beträchtlichen resultierenden
Nachgiebigkeit der Druckleitung insgesamt. Die resultierende Nachgiebigkeit
der Druckleitung insgesamt erlaubt es, daß die Druckleitung der Verstellung
der Hochdruckdüse
folgen kann. Bei solchen Systemen liegt der Volumenstrom der Flüssigkeit
im Bereich zwischen 2,5 l/min bis höchstens 4 l/min. Damit kann
der Durchmesser, insbesondere der Innendurchmesser der Druckleitung,
so klein gewählt
werden, daß das
axiale Widerstandsmoment des Druckrohrs vergleichsweise klein ist.
Dies be deutet, daß die
für die
Verstellung des Roboters erforderliche Nachgiebigkeit der Druckleitung
ohne weiteres realisierbar ist.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, das bekannte Hochdrucksystem
zur Reinigung von Oberflächen
so auszugestalten und weiterzubilden, daß die Standzeit der Druckleitung
gesteigert wird, ohne daß die
Reinigungsleistung sinkt.
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Das
obige Problem wird bei einem Hochdrucksystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1
durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich
ist zunächst,
daß die
Anordnung so getroffen, insbesondere die Pumpe so ausgelegt ist,
daß sich
während
des Betriebs ein Volumenstrom in der Druckleitung im Bereich zwischen
etwa 10 l/min und etwa 30 l/min, vorzugsweise von etwa 25 l/min,
einstellt. Dadurch läßt sich
bereits bei entsprechender Einstellung des Flüssigkeitsdruckes im Bereich
der Düse
eine vergleichsweise hohe Reinigungsleistung erzielen.
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Gleichzeitig
wird vorgeschlagen, daß die Druckleitung
als metallisches Druckrohr ausgestaltet ist und daß der Innendurchmesser
der Druckleitung im Bereich zwischen etwa 4,8 mm und etwa 8,0 mm, vorzugsweise
bei etwa 6,0 mm, liegt. Versuche haben gezeigt, daß dieser
Durchmesserbereich optimale Ergebnisse insbesondere im Hinblick
auf die stets vorhandenen Leitungsverluste bietet.
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Schließlich wird
vorgeschlagen, daß die Druckleitung
mindestens einen Spiralabschnitt aufweist, um die benötigte Nachgiebigkeit
des Druckrohrs zu gewährleisten.
Es hat sich ebenfalls in Versuchen gezeigt, daß trotz relativ großer Innendurchmesser
und entsprechend relativ hoher resultierender axialer Widerstandsmomente
durch eine entsprechende Auslegung der Spiralabschnitte der Druckleitung
eine hinreichende Nachgiebigkeit der Druckleitung insgesamt erzielbar
ist.
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Bei
der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 ist der Flüssigkeitsdruck
an der Hochdruckdüse
im Bereich zwischen 2500 bar und 6000 bar, vorzugswei se zwischen
2700 bar und 4000 bar, weiter vorzugsweise von etwa 3000 bar, vorgesehen. Dies
führt zu
einer ganz besonders hohen Reinigungsleistung.
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Bei
den bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 4 bis 8 werden verschiedene Ausgestaltungen
des mindestens einen Spiralabschnitts der Druckleitung vorgeschlagen.
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Besondere
Vorteile hinsichtlich der Wartbarkeit des Hochdrucksystems ist mit
der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 verbunden. Dies liegt
daran, daß ein
defekter Spiral-Unterabschnitt ohne weiteres ausgetauscht werden
kann, ohne daß der
gesamte Spiralabschnitt oder gar die gesamte Druckleitung ausgetauscht
werden muß.
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Bei
der weiter bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 8 ist es so, daß sich ein
spiralförmiger
Abschnitt von einer Stelle am Unterarm des Manipulators, der hier
als Roboter ausgestaltet ist, ausgehend über das Handgelenk und die
Roboterhand bis hin zu der Hochdruckdüse erstreckt. Dabei wird ausgenutzt,
daß ein
Spiralabschnitt Bewegungsfreiheitsgrade nicht nur im Hinblick auf
eine Drehung um die jeweilige Spiralachse, sondern auch hinsichtlich einer
Biegung um eine Biegeachse erlaubt, wobei die Biegeachse senkrecht
zu der Spiralachse ausgerichtet ist.
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Besonders
vorteilhaft ist auch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9. Durch die vorschlagsgemäßen Abstandhalter
läßt sich
die Standzeit der Druckleitung weiter erhöhen.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Hochdrucksystem
mit einem als Knickarmroboter ausgestalteten Manipulator in einer
Seitenansicht.
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Das
dargestellte Hochdrucksystem dient der Reinigung von Oberflächen mittels
eines Hochdruckflüssigkeitsstrahls.
Zur Erzeugung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls
ist eine Hochdruckdüse 1 vorgesehen,
wobei die Hochdruckdüse 1 über eine
Druckleitung 2 mit einer stationären Pumpe 3 verbunden
ist.
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Die
Hochdruckdüse 1 ist
an einem mehrachsigen Manipulator 4, hier an einem sechsachsigen Knickarmroboter
angeordnet, und läßt sich
dadurch mittels des Manipulators 4 während des Betriebs relativ
zu der jeweils zu reinigenden Oberfläche verstellen.
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Bei
der zu reinigenden Oberfläche
kann es sich um die Oberfläche
eines Kernkastens, der, wie oben angesprochen, bei der Gußfertigung
verwendet wird oder um die Oberfläche einer zu reinigenden Schweißnaht handeln.
Zahlreiche andere Anwendungsbeispiele sind denkbar.
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Wesentlich
ist nun, daß Anordnung
so getroffen, insbesondere die Pumpe 3 so ausgelegt ist,
daß sich
während
des Betriebs ein Volumenstrom in der Druckleitung 2 im Bereich zwischen
etwa 10 l/min und etwa 30 l/min, vorzugsweise von etwa 25 l/min, einstellt
und daß der
Innendurchmesser der Druckleitung 2 im Bereich zwischen etwa 4,8
mm und etwa 8,0 mm, vorzugsweise bei etwa 6,0 mm, liegt. Es wurde
weiter oben erläutert,
daß sich
in Versuchen die Vorteilhaftigkeit dieser Parameter herausgestellt hat.
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Wesentlich
ist weiter, daß die
Druckleitung 2 als metallisches Druckrohr ausgestaltet
ist und daß mindestens
ein Abschnitt 2a–2d des
Druckrohrs 2 derart spiralförmig gebogen ist, daß die Druckleitung 2 insgesamt
eine hinreichende Nachgiebigkeit aufweist, um der Verstellung der
Hochdruckdüse 1 folgen
zu können.
Im Detail wird dies weiter unten erläutert.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung liegt während des Betriebs der Flüssigkeitsdruck
an der Hochdruckdüse
1 im Bereich zwischen 2500 bar und 6000 bar, vorzugsweise zwischen
2700 bar und 4000 bar, weiter vorzugsweise bei etwa 3000 bar. Hiermit
läßt sich
eine hervorragende Reinigungsleistung erzielen.
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Der
Außendurchmesser
der Druckleitung 2 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen
9,0 mm und 14,0 mm, vorzugsweise bei 9,5 mm.
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Es
sind verschiedene Möglichkeiten
der Realisierung der Spiralabschnitte 2a–2d der
Druckleitung 2 denkbar. In bevorzugter Ausgestaltung ist
es vorgesehen, daß die
Spiralwindungen der Spiralabschnitte 2a–2d auf einer zylinderartigen
Hüll fläche liegen.
Dies läßt sich
besonders gut der Darstellung des Spiralabschnitts 2a entnehmen.
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Grundsätzlich ist
es aber auch denkbar, daß die
Spiralwindungen der Spiralabschnitte 2a–2d oder zumindest
eines der Spiralabschnitte 2a–2d im wesentlichen
in einer Ebene liegen.
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Es
darf darauf hingewiesen werden, daß bei bestimmten Anwendungsfällen auch
nur ein einziger Spiralabschnitt 2a–2d vorgesehen sein
kann. Hier und vorzugsweise sind aber insgesamt vier Spiralabschnitte 2a–2d realisiert.
Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel
setzt sich der Spiralabschnitt 2a aus mehreren Spiral-Unterabschnitten 2a', 2a'', 2a''', 2a'''' zusammen. Die
Spiral-Unterabschnitte 2a', 2a'', 2a''', 2a'''' sind jeweils über lösbare Verbindungselemente 5', 5'' und 5''' miteinander
verbunden. Es läßt sich
der Zeichnung entnehmen, daß ein
defekter Spiral-Unterabschnitt 2a', 2a'', 2a''', 2a'''' ohne weiteres
ausgetauscht werden kann, ohne daß der Spiralabschnitt 2a im übrigen erneuert
werden muß.
Ausfallzeiten lassen sich damit also erheblich reduzieren.
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Bei
dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es ferner
so, daß der Manipulator 4 wie
schon angedeutet nach Art eines Knickarmroboters mit Roboterarmen 4a, 4b und
Roboterachsen 4c–4h ausgestaltet
ist und daß die
Spiralachsen der Spiralabschnitte 2a–2d jeweils auf eine der
Manipulatorachsen 4c–4h ausgerichtet
sind. Grundsätzlich
kann es natürlich
vorgesehen sein, daß dies
nur für
einen der Spiralabschnitte 2a–2d oder einen Teil
der Spiralabschnitte 2a–2d gilt. Hier und
vorzugsweise sind aber die Spiralachsen aller Spiralabschnitte 2a–2d jeweils
auf eine Manipulatorachse 4c–4h ausgerichtet.
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Die
Spiralachsen des ersten Spiralabschnitts 2a und des vierten
Spiralabschnitts 2d entsprechen im wesentlichen der vierten
Achse 4f des Roboters 4 bzw. der ersten Achse 4c des
Roboters 4 und umschließen jeweils den Roboter 4.
Die Spiralachsen des zweiten Spiralabschnitts 2b und des
dritten Spiralabschnitts 2c sind auf die zweite Achse 4d und
die dritte Achse 4e des Roboters 4 ausgerichtet
und neben dem Roboter 4 angeordnet.
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Der
dem Unterarm 4a des Roboters 4 zugeordnete Spiralabschnitt 2a ist
also so ausgestaltet, daß der
Spiralabschnitt 2a den Roboterarm 4a umschließt und ent lang
des Roboterarms 4a verläuft.
An den Unterarm 4a des Roboters 4 schließt sich
eine die Hochdruckdüse 1 tragende
Roboterhand 4i an, wobei der Unterarm 4a und die
Roboterhand 4i über ein
Handgelenk 4g miteinander gekoppelt sind und wobei sich
der Spiralabschnitt 2a von einer Stelle am Unterarm 4a ausgehend über das
Handgelenk 4g und die Roboterhand 4i bis hin zu
der Hochdruckdüse 1 erstreckt.
Der hiermit verbundene Vorteil wird aus der Zeichnung klar. Der
Spiralabschnitt 2a ermöglicht
nämlich
nicht nur eine Verstellung der vierten Roboterachse Achse 4f,
also eine Verstellung um die Spiralachse, sondern auch eine Verstellung
des Handgelenks 4g in Richtung des in der Zeichnung rechts
vom Roboter 4 dargestellten Pfeils. Insgesamt ergibt sich
damit eine nahezu Beliebige Positionierung der Hochdruckdüse 1.
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Der
von dem Spiralabschnitt 2a umschlossene Roboterarm 4a ist
mit einem länglichen
Abstandhalter 6 ausgestattet. Der Abstandhalter 6 verläuft entlang
der Längserstreckung
des Spiralabschnitts 2a, hier von einer Stelle am Unterarm 4a ausgehend über das
Handgelenk 4g und die Roboterhand 4i bis hin zu
der Hochdruckdüse 1.
Der Abstandhalter 6 bewirkt im Ergebnis eine Zentrierung
der Spiralachse des Spiralabschnitts 2a im Hinblick auf
den Roboterarm 4a. Im einzelnen besteht der Abstandhalter 6 aus zwei
identischen Teilen 6a, 6b, die an gegenüberliegenden
Seiten des Roboterarms 4a festgelegt sind. Beide Teile 6a, 6b bestehen
jeweils aus zwei geraden Abschnitten, die im wesentlichen parallel
zueinander verlaufen, und einem gebogenen Verbindungsabschnitt,
der die beiden geraden Abschnitte miteinander verbindet. Die geraden
Abschnitte 6c, 6d verlaufen im wesentlichen entlang
der Längserstreckung des
Spiralabschnitts 2a, wobei der Verbindungsabschnitt der
Hochdruckdüse 1 zugewandt
ist. Der Abstandhalter 6 weist eine glatte Oberfläche, vorzugsweise
eine PTFE-Oberfläche
auf, so daß der
Spiralabschnitt 2a darauf gut gleiten kann und nicht in
Berührung
mit dem Roboterarm 4a kommt, was zu einem erhöhten Verschleiß aufgrund
von Reibung führen
würde.
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Es
darf noch darauf hingewiesen werden, daß es sich bei dem Material
der Druckleitung vorzugsweise um einen hochfesten, stickstofflegierten, austenitischen
Edelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit handelt (vorzugsweise:
Werkstoff 1.4565). Die Druckleitung 2 ist vorzugsweise
einer Autofrettage von etwa 12000 bar unterzogen.
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Das
Material der Druckleitung 2 weist weiter vorzugsweise eine
Zugfestigkeit Rm von mindestens 1200 MPa,
eine Dehngrenze Rp02 von mindestens 1100
MPa und eine Bruchdehnung A von etwa 12 % auf. Ferner ist vorzugsweise
eine Dichte von etwa 8 g/cm3, ein Elastizitätsmodul
von etwa 200000 MPa, eine spezifische Wärme von etwa 450 J/kg°C und eine
Wärmeleitfähigkeit
von etwa 15 W/m°C
vorgesehen. Der minimale Wickeldurchmesser der Spiralbindung der
Spiralabschnitte 2a–2d liegt
vorzugsweise bei etwa 150 mm.