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Die Erfindung betrifft eine Eisstrahlvorrichtung zur Abreinigung von Oberflächen mit Trockeneispartikeln, wobei eine Zuführanordnung von Trockeneispartikeln, eine Mahlvorrichtung mit wenigstens einer Walze und ein Strahlsystem mit einem Medienstrom vorgesehen sind.
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Beim Trockeneisstrahlen werden –78°C kalte Trockeneispartikel (Kohlendioxid) mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche geschossen. Das Auftreffen der Partikel auf die Oberfläche kühlt diese sehr schnell und stark ab. Es kommt zu einer Versprödung der an der Oberfläche haftenden Schmutzpartikel. Da das Oberflächenmaterial und die abzulösenden Schmutzpartikel aus verschiedenem Material bestehen, haben beide einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, womit bei der starken Abkühlung mechanische Spannungen an der Grenzfläche entstehen. Diese Spannungen führen zum Lösen der Verunreinigung von der zu reinigenden Oberfläche. Dabei unterstützt die extreme Volumenzunahme der CO2-Partikel beim Aufprall auf die zu reinigende Oberfläche durch Phasenübergang von festzu gasförmig. Die CO2-Partikel sprengen quasi die Schmutzpartikel ab. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass die Strahlpartikel (CO2-Partikel) nach der Verdampfung flüchtig sind und somit vom Strahlmaterial nichts zu entsorgen ist.
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Aus der
DE 101 63 852 A1 ist eine Vorrichtung zum Eisstrahlen zur Reinigung von Bauteilen bekannt, bei der CO
2-Eispartikel aus einem Behälter über ein Strahlsystem auf eine Bearbeitungsfläche aufgebracht werden, wobei die Eispartikel über eine zwischengeschaltete Mahlvorrichtung in Form von Walzen auf eine Korngröße im Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 mm zerkleinert und über eine nachgeschaltete Förderschnecke einem Strahlsystem zugeführt werden. Die Walze weist dabei eine geraute (gerändelte) Oberfläche auf, womit sie die zugeführten Trockeneispellets in Trockeneisschnee zerkleinert. Bevorzugt werden zwei gegenläufig angetriebene Walzen zum Zermahlen der Eispartikel verwendet. Anschließend fällt das zermahlene Trockeneis in einen Schacht mit einer Förderschnecke, wobei die Förderschnecke den Trockeneisschnee dosiert an eine Saugleitung einer nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden Spritzvorrichtung weiterleitet.
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In weiterer Ausgestaltung zeigt die
DE 103 09 191 A1 als Zusatzpatentanmeldung zum vorgenannten Patent um eine umsteuerbare Klappe im Zuführbereich zur Mahlvorrichtung, wobei in einer Stellung der Klappe die Eispartikel der Mahlvorrichtung zugeführt werden und in der anderen Stellung der Klappe die Eispartikel über einen Durchtritt direkt der Förderwalze zugeführt werden. Bei dieser Vorrichtung kann somit sowohl feiner Eisschnee auf die zu reinigende Oberfläche gesprüht werden, wobei in der anderen Stellung der Klappe die bevorrateten Eispartikel über die Förderschnecke direkt der Strahlpistole zugeführt werden.
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Ferner ist aus der
DE 10 2004 045 770 B3 eine Trockeneisstrahlvorrichtung mit einem Vorratsbehälter für die Trockeneispartikel und einer drehbaren Dosierscheibe bekannt, bei dem ein Förderluftstrahl durch die Dosierscheibe, die darin aufgenommenen Eispartikel aufnehmend, in einem sog. Einschlauchsystem der Spritzpistole zugeführt wird.
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Ein ähnliches System ist aus der
DE 10 2006 000 510 B3 bekannt, bei dem jedoch im Bereich des Vorratsbehälters vor der Dosierscheibe eine Umschaltklappe vorgesehen ist, um wahlweise die Trockeneispartikel über eine Mahlwalze zur Zerkleinerung oder direkt ohne Zerkleinerung der Dosierscheibe zuführen zu können.
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Weiter ist aus der
US 6,174,225 B1 eine Trockeneisstrahlvorrichtung bekannt, die Trockeneispartikel von einem Vorratsbehälter über eine Förderstrecke dosiert einer Zerkleinerungsvorrichtung mit Schneidmessern zuführt, wobei die Zerkleinerungsvorrichtung nachgeschaltet die Trockeneispartikel auf eine Größe von 100 µm zerkleinert.
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In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass Trockeneisstrahlvorrichtungen mit einer Vielzahl von beweglichen Teilen und insbesondere von zueinander mit geringer Passung ausgebildeten, beweglichen Bauteilen aufgrund der erheblichen Temperaturschwankungen und damit thermischen Ausdehungen/Kontraktionen im rauen Alltagseinsatz immer wieder zu Blockierungen und Ausfällen neigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Trockeneisstrahlvorrichtung anzugeben, die möglichst mit wenig bewegten Bauteilen versehen und an diesen Bauteilen nur geringe Passgenauigkeiten erforderlich sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Die Trockeneisstrahlvorrichtung verzichtet somit vollständig auf eine gesonderte Dosiereinrichtung, wie sie im Stand der Technik entweder als um eine vertikale Achse rotierende Dosierscheibe oder als um eine im wesentlichen horizontal angeordnete Achse rotierende Förderschnecke ausgebildet ist. Damit werden die bei bekannten Trockeneisstrahlvorrichtungen entstehenden Probleme mit klemmenden Passungen an der Förderschnecke in ihrem Fördergehäuse bzw. der Dosierscheibe in dem entsprechenden Dosiergehäuse vollständig eliminiert, da allein die zum geringfügigen Zerkleinern ausgebildete erste Walze die Dosierung für die Strahlvorrichtung bewirkt. Der für die erste Walze erforderliche Arbeitsspalt ist dabei so groß, dass auch deutlich auftretende thermische Dehnungen/Schrumpfungen nicht zu einer merklichen Veränderung der Zufuhrmenge und insbesondere nicht zu einem Blockieren oder Verklemmen der Walze in dem Gehäuse führen kann. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass allein durch Rotieren der erste Walze mit ihren erfindungsgemäß dimensionierten Ausnehmungen eine geringfügige Zerkleinerung der zugeführten Trockeneispartikel und insbesondere eine Vergleichmäßigung der Partikelgröße bei gleichzeitig gleichmäßiger Dosierung bewirkt wird. Wenn dann unterhalb der ersten Walze die Saugleitung der Strahldüse angeschlossen wird, werden die von der ersten Walze ausgegebenen geringfügig zerkleinerten, in ihrer Größe vergleichmäßigten und dosiert ausgegebenen Eispartikel unmittelbar dem Strahlvorgang zugeführt.
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Wenn die Ausnehmungen eine längliche Ausdehnung in Walzenachsenrichtung aufweisen, werden in den länglichen Ausnehmungen die in der Zuführanordnung eingefüllten Trockeneispellets dosiert und beim Weiterdrehen der Walze zwischen Ausnehmung und dem Mahlgehäuse, das mit einem Spalt zur Walzenoberfläche angeordnet ist, zerkleinert. Dabei wird eine gleichmäßige Zerkleinerung der pelletförmigen Trockeneispartikel erreicht, da diese an der Längskante der länglichen Ausnehmung beim Vorbeibewegen am Gegenlager quasi geschnitten werden. Folglich wird neben der gewünschten gleichmäßigen Dosierung auch eine weitestgehend gleichmäßige grobe Zerkleinerung mit dieser ersten Walze erreicht. Bevorzugt hat die Ausnehmung eine Länge in Walzenachsenrichtung von 10 mm bis 100 mm und in Walzenumfangsrichtung von 3 mm bis 10 mm.
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Wenn die Ausnehmung sich verjüngend ausgebildet ist, wird ein Sichzusetzen der Ausnehmung durch darin verklebtes Trockeneis vermieden. Das in der Ausnehmung aufgenommene Trockeneis fällt nach Passieren des Gegenlagers schwerkraftbedingt und mittels Injektorwirkung aus der Ausnehmung und wird dann mit dem Medienstrom zum Strahlsystem gesogen und dort in der gewünschten Weise ausgegeben.
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Dadurch, dass die Walze 5 bis 50 Ausnehmungen, insbesondere 12 bis 27 Ausnehmungen gleichmäßig auf der zylindrischen Walzenoberfläche verteilt aufweist, kann eine gleichmäßige Dosierung über die erste Walze erreicht werden. Der Gesamtmassestrom, der mit der Eisstrahlvorrichtung auszugeben ist, wird dann durch Drehzahlregelung des Walzenantriebs gesteuert. Bei einer vorgegebenen Drehzahl ergibt sich eine sehr gleichmäßige Dosierung entsprechend der Summe der Volumen der in einem Zeitabschnitt umlaufenden Ausnehmungen.
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In weiterer Ausgestaltung ist eine zweite Walze parallel neben der ersten Walze angeordnet, wobei die zweite Walze eine gerändelte Oberfläche aufweist. Damit können mit einer Eisstrahlvorrichtung wahlweise gröbere Trockeneispartikel für harte Strahlarbeiten (hoher Verschmutzungsgrad bzw. unempfindliche Oberflächen) entsprechend der Ausbildung der ersten Walze mit den Ausnehmungen oder Trockeneisschnee durch Aufgabe der Trockeneispartikel auf die zweite mit Rändelung versehene Walze für leichte Strahlarbeiten (geringer Verschmutzungsgrad bzw. empfindliche Oberflächen) ausgegeben werden.
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Dadurch, dass die Zuführanordnung eine Klappe in Strömungsrichtung der Eispartikel vor den Walzen aufweist, wobei die Klappe in einer ersten Stellung die Trockeneispartikel nur der ersten Walze und in einer zweiten Stellung nur der zweiten Walze zuführt, kann die entsprechend vorbereitete Eisstrahlvorrichtung einerseits für das Ausbringen von gröberen Eispartikeln und nach Entleeren und Umschalten der Umschaltklappe zum Ausbringen von feingemahlenem Eisschnee verwendet werden. Dabei werden beide Walzen gegenläufig zueinander angetrieben. Entsprechend werden die in der Zuführanordnung aufgegebenen Trockeneispartikel wahlweise an die eine oder andere Seite des Mahlgehäuses transportiert und dort zwischen der jeweiligen Walze und dem Mahlgehäuse unter der gewünschten Mahlwirkung durchtransportiert.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Darin zeigt:
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1 im Querschnitt eine Trockeneisstrahlvorrichtung und
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2 eine räumliche Ansicht einer Mahlvorrichtung der in 1 dargestellten Trockeneisstrahlvorrichtung.
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In 1 ist im Querschnitt eine Trockeneisstrahlvorrichtung dargestellt, die eine Zuführanordnung 1 bestehend aus einem Vorratsbehälter 10 für Trockeneispellets, einer Mahlvorrichtung 2 zum Zerkleinern der Trockeneispellets sowie einem Strahlsystem 3 zum Ansaugen der aus den Trockeneispellets in der Mahlvorrichtung 2 erzeugten zerkleinerten Eispartikel 4 nach dem Venturi-Prinzip.
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Die Zuführanordnung 1 mit dem Vorratsbehälter 10 sitzt oberhalb der Mahlvorrichtung 2, so dass die darin aufgenommenen Trockeneispellets schwerkraftbedingt zur Mahlvorrichtung 2 rutschen. Innerhalb des Vorratsbehälters 10 ist eine Klappe 11 dargestellt, die um eine Schwenkachse von einer ersten Stellung 11 in durchgezogener Linie in eine zweite Stellung 12 (gestrichelt dargestellt) umstellbar ausgebildet ist.
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Die Mahlvorrichtung 2 besteht aus einem Gehäuse 20, in dem eine erste Walze 21 und eine zweite Walze 22 mit ihren Drehachsen parallel nebeneinander angeordnet sind. Zwischen dem Mahlgehäuse 20 und den beiden Walzen 21, 22 ist je ein Ausgabespalt 25 ausgebildet. Die erste Walze 21 weist Ausnehmungen 24 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel in länglicher Form, parallel zur Walzenachse in der Oberfläche der ersten Walze 21 ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 18 gleichmäßig verteilte Ausnehmungen 24, nämlich jeweils 3 Umfangsreihen zu je 6 Ausnehmungen entlang der Walzenbreite ausgebildet, um dorthin zugeführte Trockeneispellets aufzunehmen und dosiert durch den Ausgabespalt 25 zwischen Mahlgehäuse 20 und erster Walze 21 zu dosieren und grob zu zerkleinern.
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Die Ausnehmungen weisen einen Querschnitt auf, der sich zum Grund der Ausnehmung verjüngt. Dabei ist eine Breite der länglichen Ausnehmung 24 in Walzenumfangsrichtung von 3 mm bis 10 mm, insbesondere 5 bis 6 mm an seiner Walzenoberfläche und einer Länge in Walzenachsenrichtung von 10 mm bis 100 mm, insbesondere 20 mm bis 50 mm, besonders bevorzugt ca. 30 mm ausgebildet.
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Alternativ zur ersten Walze 21 ist parallel dazu die zweite Walze 22 angeordnet, die eine Rändelung 23 auf ihrer zylindrischen Walzenoberfläche aufweist. Beide Walzen 21, 22 sind über eine Antriebsanordnung 5 gegenläufig zueinander gemäß Drehrichtung C (siehe 1) angetrieben. Die Mahlvorrichtung mit den beiden Walzen 21, 22 und der Antriebsanordnung 5 ist in 2 in räumlicher Ansicht dargestellt. Ein erstes Zahnrad 51 dient als Antriebsrad, in das ein Elektromotor mit seinem Antriebsritzel eingreift (hier nicht zu sehen). Das Antriebsrad 51 treibt somit die Welle der ersten Walze 21 und damit das auf dieser Welle sitzende zweite Zahnrad 52 an, das mit einem dritten Zahnrad 53 kämmend ineinander greift, um die Welle der zweiten Walze 22 anzutreiben. Entsprechend werden die beiden Walzen 21, 22 gegenläufig angetrieben.
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Je nach Stellung der Klappe 11, 12 wird entweder die erste Walze 21, in der ersten Stellung 11 oder die zweite Walze 22 in der zweiten Stellung 12 der Klappe mit Trockeneispellets beaufschlagt. In der in 1 dargestellten ersten Stellung 11 liegen die Trockeneispartikel somit auf der oberen Seite der Walzenoberfläche der ersten Walze 21 auf und rutschen dort in die Ausnehmungen 24. Bei Antrieb der ersten Walze 21 in Drehrichtung C werden in den Ausnehmungen 24 aufgenommene Trockeneispellets mitbefördert und unter der internen Reibung der auflastenden weiteren Trockeneispellets bzw. im Zusammenspiel zwischen der ersten Walze 21 und dem Mahlgehäuse 20 ausbildenden Dosierspalt 25 dosiert weitertransportiert und grob zerkleinert.
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Auf der unteren Seite der ersten Walze 21 fallen grob zerkleinerte Eispartikel 4 schwerkraftbedingt aus den Ausnehmungen 24 heraus und geraten in den Ansaugbereich des Strahlsystems 3. Unter der Mahlvorrichtung 2 ist ein Auffanggehäuse 32 ausgebildet, das mittels einer Saugleitung 33 an einen Unterdruckraum einer Venturidüse 34 angeschlossen ist. An die Venturidüse 34 ist eine Druckluftzuleitung 31 angeschlossen, über die ein Transportmedium, insbesondere Druckluft, die mit Pfeil A gekennzeichnet ist, zugeführt wird. Im Unterdruckraum der Venturidüse 34 werden die über Saugleitung 33 angesogenen zerkleinerten Eispartikel 4 in den Druckluftmedienstrom aufgenommen und von ihm mitgerissen und über Strahlpistole 35 auf eine zu reinigende Oberfläche ausgegeben. B kennzeichnet dabei den Strahlstrom.
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Durch Regelung der Drehzahl der Walzen 21, 22 über eine Steuerung der Antriebsanordnung 5 wird der Durchsatz und damit die Dosierung des Trockeneises gesteuert. Ferner kann zur Wirkungseinstellung auch der aufzuwendende Druckluftstrom A durch Steuerung des anstehenden Luftdrucks variiert werden.
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Durch die sehr einfache Konstruktion der Trockeneisstrahlvorrichtung wird mit wenig beweglichen Teilen und unter Vermeidung von engen Maßtoleranzen eine gleichmäßige Dosierung und gleichzeitig eine bedarfsgerechte Zerkleinerung der Trockeneispellets erreicht. Die erfindungsgemäße Trockeneisstrahlvorrichtung zeichnet sich durch einen robusten Aufbau mit geringer Störanfälligkeit aus, da beim Betrieb auftretende Temperaturspannungen nicht zu Funktionsausfällen führen. Das mit der erfindungsgemäßen ersten Walze 21 mit Ausnehmung 24 dosiert ausgegebene und grob zerkleinerte Trockeneis (zerkleinerte Eispartikel 4) zeichnet sich durch eine hervorragende Reinigungswirkung bei sehr gleichmäßiger Zuführung zur Strahlpistole 35 und somit zu einer gleichmäßigen Austragung auf die zu reinigende Fläche aus. Überraschend wird dieses sehr gute Strahlergebnis mit einer Trockeneisstrahlvorrichtung erreicht, die zur Dosierung und Zerkleinerung allein eine Mahlvorrichtung mit einer Walze mit Ausnehmungen angepasster Größe aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuführanordnung
- 10
- Vorratsbehälter
- 11
- Klappe, erste Stellung
- 12
- Klappe, zweite Stellung
- 2
- Mahlvorrichtung
- 20
- (Mahl-)Gehäuse
- 21
- erste Walze
- 22
- zweite Walze
- 23
- Rändelung
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Ausgabespalt
- 3
- Strahlsystem
- 31
- Druckluftzuleitung
- 32
- Auffanggehäuse
- 33
- Saugleitung
- 34
- Venturidüse
- 35
- Strahlpistole
- 4
- zerkleinerte Eispartikel
- 5
- Antriebsanordnung
- 51
- erstes Zahnrad, Antriebsrad
- 52
- zweites Zahnrad
- 53
- drittes Zahnrad
- A
- Druckluft
- B
- Strahlstrom
- C
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10163852 A1 [0003]
- DE 10309191 A1 [0004]
- DE 102004045770 B3 [0005]
- DE 102006000510 B3 [0006]
- US 6174225 B1 [0007]
