AT501821A1

AT501821A1 - Automatisches delaminationswerkzeug

Info

Publication number: AT501821A1
Application number: AT0069705A
Authority: AT
Original assignee: Htc Systems Gmbh & Co Kg
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-11-15
Also published as: WO2006113960A3; AT501821B1; WO2006113960A2

Description

·· ·· ·· · ·· ·· • ·· ·· · · · ······ · • · · · ···· · · • · · · · · · ·· ·· · ···· ··· 3 Beschreibungseinleitung: Für die Sanierung bzw. den Abtrag von schweren Korrosionsschichten werden konventionelle Sand- oder Hochdruckwasserstrahlwerkzeuge eingesetzt. Bei diesen Verfahren ist der Toleranzbereich des Abstands Werkstück - Düse ausreichend groß, so dass die automatische Bearbeitung von unebenen Flächen weitestgehend unproblematisch ist. Die Feinjustierung der Werkzeuganstellung ist nicht erforderlich.

Die ökologisch vorteilhafte thermische Delamination von Beschichtungen mittels induktiver Wärme ist prinzipiell bekannt (DE 38 38 214 (1990)), allerdings ist diese Verfahrenstechnik nicht gebräuchlich. Der automatisierte Einsatz der thermischen Delamination von Beschichtungen ist nicht ohne weiteres möglich. Für die induktive Erwärmung muss der Abstand Induktor - Werkstück ständig genau angepasst werden. Ein, in eine Kunstharzplatte (500 x 500 mm) eingelassener, Induktor kann nicht gleichmäßig an eine Oberfläche angepasst werden, (vgl. DE 38 38 214 (1990))

Die Automatisierung dieser Verfahrenstechnik erfordert die Regelung der Energieeinbringung bzw. die Temperaturmessung der Oberfläche des Substrats. Im Moment der induktiven Delamination ist das Werkstück durch die abgehobene Farbschicht abgedeckt. Daher versagen alle bekannten Messtechniken. 4 Stand der Technik;

Es ist bekannt, dass Beschichtungen mittels induktiver Wärme thermisch vom Substrat ablösbar sind. (vgl. DE 39 27 432 Al; DE 27 52 401) Die Patentschrift US 5,660,753 beschreibt eine Vorrichtung zum Entfernen von Eisbrecherbeschichtungen. Im Wesentlichen beschreibt diese Patentschrift eine manuell zu verwendende oder auch ferngesteuert zu betreibende Lafette, die einen rechteckig spiralförmigen Induktor trägt. 5 Aufgabe der Erfindung

Die automatisierte induktive Delamination einer allgemein gekrümmten Fläche erfordert die ständige automatische Anpassung des Koppelabstands und die Steuerung der Leistung zur Regelung der Prozesstemperatur.

Kleine Krümmifngsradien der Oberfläche des Substrats sind prinzipiell problematisch. Die Figur 1 zeigt die Anordnung mehrerer Induktoren bei unterschiedlich gekrümmten Oberflächen. Eine zufrieden stellende Anpassung der Koppeldistanz ist bei kleinen Krümmungsradien nicht möglich.

Bei größeren Krümmungsradien ist die Anpassung der Koppeldistanz technisch lösbar. Aufgabe der gegenständlichen Erfindung ist die technische Lösung der automatischen Anpassung des Abstands zwischen dem Induktor und dem Werkstück.

Diese automatische Justierung erfordert die Messung des Koppelabstands. Aufgrund der Verdeckung des Substrats durch die Beschichtung kann dieser Abstand weder optisch, berührend oder akustisch erfasst werden. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug so auszugestalten, dass die Messung der Koppeldistanz ermöglicht wird und die Anpassung dieser Distanz gleichmäßig entlang der Achse des Induktors erfolgen kann.

In der Regel erfolgt die Steuerung der Induktionsleistung über die Bahngeschwindigkeit. Bei der automatischen Anwendungen dieser Verfahrenstechnik kann das auch nachteilig sein; starke Schwingungen des übergeordneten Trägersystems können eine mehrfache Erwärmung eines Bereichs verursachen. Insofern ist die Prozessregelung anhand der 2

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Oberflächentemperatur des Substrats gefordert. Konventionelle Messprinzipien scheiden für die thermische Delamination aus.

Die Permeabilität und die Leitfähigkeit von Stahl sind Funktionen der Temperatur; diese Abhängigkeiten können für eine berührungslose Messung der Temperatur prinzipiell genützt werden. 6 Losung der gestellten Aufgabe;

Ein nicht näher beschriebener Mittelfrequenzgenerator (50 kW, 10 - 30 kHz) versorgt einen außen liegenden Schwingkreis, bestehend aus einer Kondensatorbank, einem Koaxialtransformator und einer 8 cm langen vertikal geschlossene Leiterschleife (1) mit Starkstrom. Die Kondensatorbank ist über eine flexible wassergekühlte Leitung mit der Baugruppe Induktor Werkstück verbunden.

Teil 1

Zur Justierung der Koppeldistanz muss die Baugruppe, bestehend aus dem Induktor (1) und einem starr verbundenen Transformator (2), relativ zum Werkstück bewegt werden. Für einen länglich, schmalen Induktor ist die Festlegung von zwei Freiheitsgraden ausreichend.

Dazu wird der Abstand von zwei Referenzpunkten dieser Baugruppe zum Werkstück automatisch minimiert. Die Aufgabe wird durch die Einstellung des Normalabstands von zwei Referenzpunkten des Werkzeugs zum Werkstück ermöglicht Diese Justierung kann mit zwei kinematischen Varianten gelöst werden, (vgl. Fig. 3 u. Fig. 4)

Im ersten Konzept ist die Baugruppe Induktor - Transformator, entlang einer Achse in Längsrichtung beweglich und zusätzlich um einen Drehpunkt, der auf der Achse dieser Baugruppe liegt, drehbar gelagert, (siehe Fig. 3)

Die zweite Variante sieht vor; dass zwei starr verbundene Drehpunkte (3) der Baugruppe Induktor - Werkstück entlang von zwei Achsen bewegt werden. Die Verbindungslinie der beiden Drehpunkte liegt dabei zu jedem Zeitpunkt parallel zu Oberfläche des Werkstücks, (siehe Fig. 4)

Die konstruktive Ausführung (siehe Fig. 5) sieht vor, dass der Koaxialtransformator (2), der mit dem Induktor (1) starr verbunden ist, von einer Schelle (3) getragen wird. Diese Schelle hat zwei Gelenke, deren Mittelpunkte zu jedem Zeitpunkt im selben Abstand zur Oberfläche geführt werden. Die gedachte Verbindung dieser Drehpunkte ist also immer parallel zur Oberfläche. Die Schelle (4) ist mit zwei Gelenken mit zwei Spindelantrieben (5) verbunden.

Teil 2

Die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität und der Leitfähigkeit soll über das induktive Messprinzip erfasst werden und für die Messung der Temperatur des Substrats genützt werden. Im Nahfeld eines induktiv erwärmten Werkstücks ist die Impedanz einer Spule eine Funktion der Werkstücktemperatur. Mit der Einbindung eines Solenoids in einen Schwingkreis kann die Erwärmung des Werkstücks durch die Änderung der Kennwerte des Schwingkreises beschrieben werden. Mit Änderungen der Temperatur sind

Resonanzverschiebungen des Schwingkreises verbunden.

Mit jeweils einer Messwicklung an den Kopfenden des Induktors (vgl. Fig. 6) kann aus dem Vergleich der Kenndaten der Schwingkreise (6) eine Messgröße für die Temperatur abgeleitet werden. 7 Effekte der Erfindung:

Derzeit erfolgt die Sanierung von schweren Korrosionsschutzschichten mit ökologisch problematischen Verfahren, z. B. Strahlen mit Feststoffen oder Wasser. Der 3 ·· ·· # ·· ·· ·· • ·· · · · · · · · ······ · · ··· • · · ♦ ···· · · · · ······ ··· ·· ·· · ·♦·· ···· ··

Wiederaufbereitungsbedarf für die Strahlmittel ist enorm; zusätzlich ist die Belastung durch Emissionen zu verzeichnen.

Mit der gegenständlichen Erfindung soll die thermische Delamination im manuellen und im automatisierten Betrieb industriell einsetzbar werden. Insbesondere wird die gezielte, automatische Bearbeitung von unebenen, gekrümmten Flächen mit induktiver Wärme möglich. 8 Aufzählung und Kurzbeschreibung der vohandenen Zeichnungsfiguren

Figur 1: Grundproblem: Positive u. negative Krümmung des Substrats Figur 2: Form des Induktors: Vertikal geschlossene Leiterschleife Figur 3: Prinzipskizze Anpassung der Koppeldistanz: Version 1 Figur 4: Prinzipskizze Anpassung der Koppeldistanz: Version 2 Figur 5: Anpassung der Koppeldistanz: Ausführungsbeispiel Version 2 Figur 6: Anordnung der Sensoren

Figur 7: Verkettete Anordnung der Anpassung der Koppeldistanz Figur 8: Ausführungsbeispiel Trennen mit Hochdruckwasser 9 Figurenbeschreibung

Figur 1: Grundproblem: Positive u. negative Krümmung des Substrats Die Figur 1 zeigt das Grundproblem der dynamischen induktiven Erwärmung einer unebenen Fläche. Entlang der Achse des aktiven Bereichs des Induktors, variiert der Normalabstand zum Werkstück.

Figur 2: Form des Induktors: Vertikal geschlossene Leiterschleife

Die Figur 1 zeigt einen Induktor, bestehend aus einer vertikal geschlossenen Leiterschleife, einer Isolierung zwischen den Leitern und einen Feldkonzentrator, der den aktiven Leiter dreiseitig abdeckt. Im Bereich des geringsten Abstands Induktor - Werkstück wird der Leiter als aktiv bezeichnet. Der wesentliche Anteil der Induktion erfolgt in diesem Bereich.

Mittels dieses Induktors kann im bewegten Betrieb ein Wärmpuls in das Werkstück eingebracht werden.

Figur 3: Prinzipskizze Anpassung der Koppeldistanz: Version 1

Diese Prinzipskizze zeigt eine Version der Abstandsanpassung. Die Baugruppe Koaxialtransformator - Induktor ist in einem axial verschiebbaren Drehgelenk gelagert. Im Bereich der Enden des aktiven Bereichs des Induktors sind Abstandssensoren angeordnet.

Figur 4: Prinzipskizze Anpassung der Koppeldistanz: Version 2

Diese Prinzipskizze zeigt die zweite Version der Abstandsanpassung. Die Baugruppe Koaxialtransformator - Induktor ist über zwei Drehgelenke gelagert, wobei die theoretische Verbindung der Drehmittelpunkte der Gelenke zu jederzeit parallel zur Oberfläche geführt werden soll. Die Drehgelenke sind wiederum axial verschiebbar gelagert.

Figur 5: Anpassung der Koppeldistanz: Ausführungsbeispiel Version 2

Die Figur Nr. 5 zeigt die konstruktive Ausführung der Abstandsanpassung nach der Version 2.

Figur 6: Anordnung der Sensoren

Die Figur Nr. 6 zeigt die Sensoren an den Kopfenden des aktiven Bereichs eines Induktors. 4 ·· ·· · ·· • · · · · · • · · · · ·

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Figur 7: Verkettete Anordnung der Anpassung der Koppeldistanz

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen Mechanismus zur Anpassung des Koppelabstands für mehrere baugleiche Einheiten Koaxialtransformator Induktor. Die Positionierung der Drehpunkte von zwei benachbarten Induktoren erfolgt teilweise mit nur einer Spindel.

Figur 8: Ausführungsbeispiel Trennen mit Hochdruckwasser

Die Figur 8 zeigt eine Ausführungsvariante der Hochdruckwassertrennvorrichtung. Der balkenförmige Düsenträger wird über einen Nockenantrieb von einem Motor bewegt. So kann mit jeder Schneiddüse durch die Vorschubbewegung eine sinusförmige Bahn bearbeitet werden. Die zweireihige Anordnung der Düsen ergibt periodisch sich kreuzende Trennlinien. 5

Claims

Μ ·· · ·· • · ♦ · · • · · · · · • · ♦ ♦ ♦··· • · ♦ · · ·· ·· · ···· ···· 10 (PatentiAnsprüche: 1. Werkzeug zur thermischen Delamination von Lackschichten mittels induktiver Energie und anschließender Zerkleinerung des plattenförmig abgetragenen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass dabei der Abstand Induktor - Werkstück berührungslos selbstständig an eine krumme Oberfläche angepasst wird und die Temperatur des Werkstücks gemessen und geregelt wird.
^ 2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Induktor nur ein Leiter. Wirbelströme im Werkstück gezielt induziert und so zur induktiven Außenfelderwärmung bzw. zur thermischen Delamination eingesetzt wird.
3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe von Induktoren, die in unabhängigen Schwingkreisen verschaltet sind, eingesetzt wird.
4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Oberflächentemperatur des Substrats bzw. der Prozesstemperatur indirekt über die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität bzw. die Leitfähigkeit des Substrats erfolgt, wobei die temperaturabhängige Änderung der Impedanz einer Mess-Spule als Verstimmung eines Messschwingkreises detektiert wird und so auf die Substrattemperatur geschlossen werden kann.
5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige abgehobene Beschichtung, mittels einer oder mehrerer Hochdruckwasserstrahlen zerkleinert wird.