DE4237335A1 - Verfahren und Einrichtung zur Trocknung eines mit einer Reinigungsflüssigkeit behandelten Werkstücks - Google Patents

Description

Vor allem zerspanend bearbeitete Werkstücke bedürfen nach der Bearbeitung einer Reinigung, um Späne, aber auch an den Werk­ stücken haftende Bestandteile von Kühl- und Schneidflüssig­ keiten zu entfernen. Hierzu werden, falls es sich nicht um Einzelwerkstücke in Bearbeitungsstraßen z. B. der Automobil­ industrie handelt, die Werkstücke in einer Reinigungskammer mit einer Reinigungsflüssigkeit abgespritzt und/oder durch Tauchen in der Reinigungsflüssigkeit und Bewegen der Werk­ stücke gewaschen, worauf sie in der Reinigungskammer, einer dieser nachgeordneten Trocknungskammer oder einer anderen ge­ eigneten Station einer Gesamtanlage getrocknet werden. In der Vergangenheit erfolgte die Reinigung häufig mit organischen Lösungsmitteln, wie z. B. Perchloräthylen, aus Gründen des Umweltschutzes werden jedoch neuerdings überwiegend wäßrige, Tenside enthaltende Reinigungsflüssigkeiten eingesetzt. Wäh­ rend sich die organischen Lösungsmittel verhältnismäßig leicht entfernen ließen, indem man eine die Werkstücke auf­ nehmende Kammer evakuierte und so die Lösungsmittel verdampf­ te, ist die Trocknung der Werkstücke bei Verwendung wäßriger Reinigungsflüssigkeiten weitaus schwieriger, und zwar auch dann, wenn die Reinigung mit heißen Reinigungsflüssigkeiten mit einer Temperatur von z. B. 80 oder 90°C erfolgte und in­ folgedessen die Werkstücke im Verlauf der Reinigung erwärmt wurden: Viele Werkstücke besitzen Oberflächenbereiche mit einer die Reinigungsflüssigkeit zurückhaltenden Kontur, wie z. B. Sacklöcher (einseitig geschlossene Bohrungen), aber auch Gewindebohrungen, in deren Gewindegängen Reinigungsflüs­ sigkeit zurückbleibt. Besonders problematisch wird die Trock­ nung der Werkstücke in Produktionsanlagen mit kurzen Taktzei­ ten, wie sie z. B. für die Automobilindustrie typisch sind, da dann für die Trocknung nur kurze Zeitintervalle zur Ver­ fügung stehen.

Da vielfach und vor allem in der Automobilindustrie in einer Produktionsanlage stets identische Teile, wie Motorblöcke oder Zylinderköpfe, gereinigt und getrocknet werden müssen, wird derzeit ein gereinigtes und zu trocknendes Werkstück in eine Kammer oder eine andere geeignete Station eingebracht (bei der es sich z. B. um eine spezielle Trocknungskammer, aber auch um die Reinigungskammer handeln kann), welche mit Preßluft-gespeisten Blasdüsen versehen ist, deren jede auf einen solchen Oberflächenbereich mit einer die Reinigungs­ flüssigkeit zurückhaltenden Kontur gerichtet ist (was natür­ lich eine präzise Positionierung des Werkstücks in der Kammer voraussetzt). Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß selbst gut ausgerichtete Blasdüsen und ein hoher Preßluftdruck häufig nicht ausreichen, Bohrungen und dergleichen vollständig aus­ zutrocknen; dies liegt z. B. daran, daß die Preßluft die in einem Sackloch zurückgehaltene restliche Reinigungsflüs­ sigkeit nicht vollständig aus der einseitig geschlossenen Bohrung austreiben kann, vor allem dann, wenn es sich um eine Gewindebohrung handelt, bei der die Preßluft die restliche Reinigungsflüssigkeit in den Gewindegängen zusammenschiebt, die Gewindegänge jedoch verhindern, daß die restliche Reini­ gungsflüssigkeit durch die Preßluft aus der Bohrung ausge­ trieben werden kann. Nach dem Abschalten des Preßluftstrahls läuft dann die restliche Reinigungsflüssigkeit, vor allem in vertikal orientierten Bohrungen, im unteren Bohrungsbereich zusammen, so daß auch die vom Reinigungsvorgang stammende Eigenwärme des Werkstücks ein vollständiges Verdampfen der restlichen Reinigungsflüssigkeit nicht mehr bewirken kann.

Werkstücke mit Oberflächenbereichen, welche die Reinigungs­ flüssigkeit zurückhaltende Konturen aufweisen, lassen sich aber auch mit den bekannten Vakuum-Trocknungsverfahren nicht befriedigend trocknen, vor allem nicht in den nur kurzen, üblicherweise zur Verfügung stehenden Zeitintervallen: Bei einem Sackloch, d. h. einer einseitig geschlossenen Bohrung, welche während des Trocknungsvorgangs vertikal oder schräg nach oben orientiert ist, ist die Fläche des zu trocknenden Bereichs, an dem das Vakuum angreifen kann, im Verhältnis zum Volumen der zu verdunstenden restlichen Reinigungsflüssigkeit verhältnismäßig klein.

Repräsentativ für die bekannten Vakuum-Trocknungsverfahren sind z. B. die in der DE-PS 37 15 168 und der EP-0 476 235-A1 beschriebenen Verfahren. Bei dem Vakuum-Trocknungsverfahren nach der DE-PS 37 15 168 wird die Trocknungskammer laufend evakuiert, wobei während des Evakuierens gegebenenfalls Umge­ bungsluft über ein Ventil in die Trocknungskammer eingelassen wird, ohne dadurch jedoch den in der Trocknungskammer herr­ schenden Unterdruck zu stark abfallen zu lassen (siehe dies­ bezüglich EP-0 476 235-A1, Sp. 1, Zeilen 27-50, insbeson­ dere Zeilen 43-47). Bei dem Vakuum-Trocknungsverfahren nach der EP-0 476 235-A1 soll ein Werkstück durch einen "Vakuum­ schock" getrocknet werden, indem eine Verbindungsleitung zwischen einem als Vakuumspeicher dienenden Unterdruckbehäl­ ter und der Trocknungskammer schlagartig und vollständig ge­ öffnet wird; wenn sich aber z. B. am Boden eines senkrecht orientierten Sackloches Reinigungsflüssigkeit angesammelt hat, wird diese auch durch einen solchen "Vakuumschock" nicht vollständig ausgetrieben, weil die einen Dampfaustritt ermög­ lichende offene Oberfläche im Verhältnis zum Flüssigkeitsvo­ lumen zu gering ist, und entsprechendes gilt für Mulden, vor allem dann, wenn die Eigenwärme des zu trocknenden Werkstücks nicht hoch genug ist.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Trocknungs­ verfahren zu schaffen, mit dem sich Werkstücke auch nach einer Reinigung mit einer wäßrigen Reinigungsflüssigkeit innerhalb kürzerer Zeit vollständig trocknen lassen, als dies mit den bekannten Trocknungsverfahren möglich ist.

Ausgehend von einem Verfahren zur Trocknung eines mit einer Reinigungsflüssigkeit behandelten Werkstücks, welches Ober­ flächenbereiche mit Reinigungsflüssigkeit zurückhaltenden Konturen aufweist, wobei das Werkstück in einer luftdicht verschließbaren Kammer einem Unterdruck ausgesetzt wird, läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß die folgenden Verfahrensschritte in beliebiger Reihenfolge ange­ wandt werden:

• (a) Evakuieren der Kammer zum Verdampfen von Reinigungs­ flüssigkeit an der Werkstückoberfläche, und
• (b) Beaufschlagung besagter Oberflächenbereiche mit durch entsprechend ausgerichtete Blasdüsen erzeugten Luft­ strahlen zum Entfernen und Verteilen von zurückgehal­ tener Reinigungsflüssigkeit von bzw. auf diesen Ober­ flächenbereichen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich weit mehr er­ reichen als die Summe der Effekte des bekannten Vakuum-Trock­ nungsverfahrens und der bekannten Trocknung durch Ab- und Ausblasen mit gerichteten Preßluftdüsen, was im folgenden näher erläutert werden soll:

Evakuiert man vor dem Einsatz der Blasdüsen, so kann man sich eine Druckluftquelle, z. B. in Form eines Kompressors, spa­ ren, da es nach dem Evakuieren der Kammer nur erforderlich ist, die Blasdüsen mit der Umgebungsluft der Kammer zu ver­ binden; die Belüftung der Kammer über die Blasdüsen erfolgt dann ausschließlich durch Umgebungsluft, und die für die Er­ zeugung der Luftstrahlen erforderliche Energie wird von der Druckdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der evakuierten Kammer geliefert.

Evakuiert man die Kammer nach dem Einsatz der Blasdüsen, führt das Vakuum zu einer besonders effektiven Trocknung, da die in den erwähnten Bereichen zurückgehaltene Reinigungs­ flüssigkeit durch die Luftstrahlen auf diesen Oberflächenbe­ reichen verteilt wurde, so daß beim anschließenden Evakuieren der Kammer das Vakuum auf verhältnismäßig große, von der Rei­ nigungsflüssigkeit benetzte Oberflächen einwirken kann.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei bevorzugten Ausfüh­ rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Verfah­ rensschritt (b) der Verfahrensschritt (a) folgt, sei es, daß die Reihenfolge der Verfahrensschritte (b) und (a) oder (a), (b), (a) ist oder daß die Verfahrensschritte (a) und (b) in beliebiger Reihenfolge - (a)/(b) oder (b)/(a) - mehrfach wie­ derholt werden.

Statt alle oder einen Teil der Blasdüsen nur mit Hilfe der Druckdifferenz zwischen der evakuierten Kammer und der Umge­ bungsluft zu betreiben, können die Blasdüsen oder ein Teil der Blasdüsen auch mit Preßluft gespeist werden. Außerdem wird das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßigerweise so durchgeführt, daß die Verfahrensschritte unmittelbar aufein­ anderfolgen, was vor allem dann wichtig ist, wenn durch die Luftstrahlen die restliche Reinigungsflüssigkeit über die zu trocknenden Oberflächenbereiche verteilt wurde, da dann das Evakuieren erfolgen sollte, ehe die restliche Reinigungsflüs­ sigkeit wieder zusammenlaufen, also sich z. B. am Boden eines Sackloches sammeln kann.

Um dem Wunsch nach möglichst kurzen Trocknungszeiten entge­ genzukommen, sollte der für das Evakuieren der Kammer erfor­ derliche Zeitraum so kurz wie möglich gehalten werden (dies gilt aber auch im Hinblick darauf, daß ein Wieder-Zusammen­ laufen der verteilten Reinigungsflüssigkeitsreste vermieden werden sollte), weshalb empfohlen wird, zum Evakuieren der Kammer einen Vakuum-Vorratsbehälter zu verwenden, welcher über ein Ventil an die Kammer angeschlossen wird, denn dann kann man nicht nur mit einer Vakuumpumpe verhältnismäßig kleiner Leistung auskommen, mit der der Vakuum-Vorrats­ behälter evakuiert wird, sondern die mit dem Vakuum-Vorrats­ behälter verbundene Vakuumpumpe kann kontinuierlich betrieben werden, was im Hinblick auf ihre Lebensdauer von Vorteil ist.

Des weiteren kann es empfehlenswert sein, die über die Blas­ düsen in die Kammer eingeleitete Luft zuvor aufzuheizen, falls die vom Reinigungsvorgang herrührende Eigenwärme der Werkstücke nicht ausreicht, um Reinigungsflüssigkeitsreste durch das Evakuieren der Kammer vollständig zu verdunsten bzw. zu verdampfen.

Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, für die vorgeschlagen wird, den Innenraum der Kammer nur so groß zu gestalten, daß er zur Aufnahme des zu trocknenden Werkstücks gerade ausreicht, d. h. daß dieser Innenraum nur unwesentlich größer ist als das zu trocknende Werkstück; dann kann nämlich das Evakuieren der Kammer besonders rasch erfolgen, was im Hinblick auf die vorstehend geschilderten, bei der Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens eintretenden Effekte günstig ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Kammer natürlich so gestaltet werden kann, daß sich in ihr mehr als ein zu trocknendes Werkstück unterbringen läßt, im Hinblick auf den getakteten Arbeitsablauf der meisten Produktionsan­ lagen ist es jedoch vorteilhafter, wenn in der Kammer immer nur ein einziges Werkstück getrocknet wird.

Natürlich könnte die Kammer mit justierbaren Blasdüsen ausge­ rüstet werden; eingangs wurde jedoch bereits erwähnt, daß häufig ausschließlich identische Teile gereinigt und getrock­ net werden müssen, so daß die Gestaltung der Trocknungsein­ richtung an dieses spezielle Werkstück angepaßt werden kann und die Kammer mit festen Blasdüsen, z. B. aber auch mit festen Bohrungen in einer Düsenplatte, versehen werden kann, wobei jedem Oberflächenbereich des Werkstücks, der eine die Reinigungsflüssigkeit zurückhaltende Kontur aufweist, eine oder mehrere auf diesen Oberflächenbereich ausgerichtete Blasdüse gegenüberliegt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Trocknungs­ zeit auch bei komplizierten Teilen, wie Motorblöcken, auf größenordnungsmäßig 15 Sekunden reduzieren, so daß sich das erfindungsgemäße Verfahren für Produktionsanlagen mit kurzen Taktzeiten besonders eignet. Außerdem lassen sich ausreichen­ de Trocknungsergebnisse auch bei tieferen Werkstücktempe­ raturen erreichen, als dies bei den bekannten Trocknungsver­ fahren der Fall ist, z. B. bei Werkstücktemperaturen von 45-50°C (im Vergleich zu 60-80°C bei bekannten Trock­ nungsverfahren), so daß die Reinigung der Werkstücke auch mit weniger heißen Reinigungsflüssigkeiten erfolgen kann.

Im folgenden soll die in der beigefügten Zeichnung schema­ tisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung noch kurz erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt eine Kammer 10, bei der es sich im darge­ stellten Fall um eine reine Trocknungskammer handelt, obwohl grundsätzlich das erfindungsgemäße Verfahren auch in einer der Reinigung der Werkstücke dienenden Kammer durchgeführt werden könnte. Die gemäß der Zeichnung rechten und linken Seitenwände der Kammer können als öffnenbare Türen ausgebildet sein, um so ein gereinigtes und nun zu trocknendes Werk­ stück 12 in die Kammer einführen und nach der Trocknung die­ ser wieder entnehmen zu können. Bei der dargestellten Ausfüh­ rungsform wird das Werkstück 12 nach dem Einführen in die Kammer 10 auf Stützen 14 abgesetzt, damit sich die zu trock­ nende Oberfläche des Werkstücks möglichst vollständig dem Vakuum aussetzen läßt. Des weiteren ergibt sich aus der Zeichnung, daß die Kammer 10 nur unwesentlich größer ist als das zu trocknende Werkstück 12, worunter zu verstehen ist, daß der Inhalt der Kammer 10 insbesondere nur maximal das Doppelte des Volumens des Werkstücks 12 beträgt.

Die Decke 16 der Kammer 10 ist als Düsenplatte ausgebildet und weist Düsen 16a, 16b, 16c und 16d auf, welche besonders schwierig zu trocknenden Oberflächenbereichen 12a, 12b, 12c und 12d des Werkstücks 12 gegenüberliegen und auf diese aus­ gerichtet sind; bei den Oberflächenbereichen 12a, 12b und 12c handelt es sich bei dem dargestellten Beispiel um Sacklöcher, z. B. um einseitig geschlossene Gewindebohrungen, während der Oberflächenbereich 12d von einer Mulde gebildet wird. Die Düsen 16a-16d werden von einer Belüftungskammer 18 über­ fangen, in welche eine Luft-Zuführleitung 20 mündet. Diese kann einfach mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen oder an eine Druckluftquelle angeschlossen sein, und sie enthält ein Ventil 22 sowie eine Heizvorrichtung 24. Zum Evakuieren der Kammer 10 ist an diese eine mit einem Ventil 26 versehene Saugleitung 28 angeschlossen, wobei bei der dargestellten be­ vorzugten Ausführungsform die Stützen 14 auf einem Siebbo­ den 30 der Kammer 10 ruhen, unter dem sich ein Trichterbo­ den 32 befindet, an dessen tiefste Stelle die Saugleitung 28 angeschlossen ist. Letztere führt zu einer Vakuumpumpe 34, zwischen welcher und dem Ventil 26 ein Vakuumspeicher 36 über eine Abzweigleitung 38 an die Saugleitung 28 angeschlossen ist, so daß sich bei geschlossenem Ventil 26 der Vakuumspei­ cher 36 durch die ständig laufende Vakuumpumpe 34 evakuieren, d. h. "aufladen" läßt. Für den Fall, daß die Düsen 16a-16d mit Druckluft gespeist werden, ist die Kammer 10 mit einer Entlüftungsleitung 40 versehen, in der sich ein Ventil 42 befindet.

Nach dem Einbringen eines gereinigten und zu trocknenden Werkstücks 12 in die Kammer 10 und nachdem letztere luftdicht verschlossen wurde, wird die Kammer 10 bei geschlossenen Ven­ tilen 22 und 42 durch Öffnen des Ventils 26 evakuiert, wobei gleichzeitig vom Werkstück abgetropfte Reinigungsflüssigkeit über die Saugleitung 28 abgezogen wird. Nachdem der erwünsch­ te Unterdruck in der Kammer 10 erreicht (zweckmäßigerweise ca. 10 mbar) und für einen bestimmten kurzen Zeitraum auf­ rechterhalten wurde, um an unkritischen Oberflächenbereichen des Werkstücks 12 haftende Reinigungsflüssigkeit zu ver­ dampfen bzw. zu verdunsten, wird das Ventil 26 geschlossen und das Ventil 22 geöffnet; da die Kammer 10 dann ausschließ­ lich über die Düsen 16a-16d belüftet wird, erzeugen diese kräftige Luftstrahlen, welche in die kritischen Oberflächen­ bereiche 12a-12d des Werkstücks 12 gerichtet sind. Dadurch wird Reinigungsflüssigkeit, welche sich in diesen Oberflä­ chenbereichen angesammelt hat, großenteils aus diesen konka­ ven Oberflächenbereichen herausgeblasen und diejenigen Reini­ gungsflüssigkeitsreste, welche sich dabei nicht aus den kon­ kaven Oberflächenbereichen entfernen lassen, über die Ober­ flächen der Oberflächenbereiche 12a-12d verteilt. Vorteil­ haft ist es, wenn die an den Düsen wirkende Druckdifferenz (z. B. 1 bar) und die Düsengestaltung so gewählt werden, daß die Luftgeschwindigkeit der von den Düsen erzeugten Luft­ strahlen mindestens ca. 100 m/sec, besser 100 bis 150 m/sec beträgt.

Ehe nun diese Reinigungsflüssigkeitsreste wieder zusammenlau­ fen und sich am Boden des entsprechenden konkaven Oberflä­ chenbereichs 12a-12d sammeln können, wird das Ventil 22 geschlossen und das Ventil 26 geöffnet, so daß das hierdurch in der Kammer 10 erzeugte Vakuum an den zuvor erzeugten dün­ nen Reinigungsflüssigkeitsfilmen angreifen und diese ver­ dampfen kann.

Gegebenenfalls wird dann der Schritt des Belüftens der Kam­ mer 10 und erforderlichenfalls der Schritt des Evakuierens der Kammer wiederholt, bis auch die kritischen Oberflächenbe­ reiche des Werkstücks 12 getrocknet sind.

Werden die Düsen 16a-16d zum Belüften der Kammer 10 mit Druckluft gespeist, sollte während des Belüftens der Kam­ mer 10 das Ventil 42 offen sein.

Reicht die vom Reinigungsvorgang herrührende Eigenwärme des Werkstücks 12 (je nach Temperatur der Reinigungsflüssigkeit, insbesondere ca. 40°C bis ca. 60°C) nicht aus oder besitzt letzteres hinsichtlich seiner Trocknung besonders kritische Oberflächenbereiche, kann es sich empfehlen, die zum Belüften der Kammer 10 in diese eingeleitete Luft über die Heizvor­ richtung 24 zu erwärmen bzw. zu erhitzen. Vorteilhafterweise wird die Luft dann auf Temperaturen von ca. 80°C bis ca. 150°C erhitzt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Trocknung eines mit einer Reinigungsflüs­ sigkeit behandelten Werkstücks, welches Oberflächenbe­ reiche mit Reinigungsflüssigkeit zurückhaltenden Kontu­ ren aufweist, wobei das Werkstück in einer luftdicht verschließbaren Kammer einem Unterdruck ausgesetzt wird, gekennzeichnet durch die folgenden, in beliebiger Rei­ henfolge angewandten Verfahrensschritte

• (a) Evakuieren der Kammer zum Verdampfen von Reini­ gungsflüssigkeit an der Werkstückoberfläche;
• (b) Beaufschlagung besagter Oberflächenbereiche mit durch entsprechend ausgerichtete Blasdüsen er­ zeugten Luftstrahlen zum Entfernen und Verteilen von zurückgehaltener Reinigungsflüssigkeit von bzw. auf diesen Oberflächenbereichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Luftstrahlen die Blasdüsen mit der Atmosphäre verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Blasdüsen zugeführte Luft erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrens­ schritte (a) und (b) abwechselnd mehrfach durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Schritt (a) und dann der Schritt (b) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer nach dem Verfahrensschritt (a) ausschließlich über die Blasdüsen belüftet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kam­ mer, deren Innenraum nur so groß ist, daß er zur Aufnah­ me des Werkstücks ausreicht.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine druckdicht abschließbare Kammer (10) zur Auf­ nahme des Werkstücks (12), eine über ein Ventil (26) mit dem Kammerinnenraum verbindbare Unterdruckquelle (34, 36), sowie durch Blasdüsen (16a, 16b, 16c, 16d), welche auf die Werkstück-Oberflächenbereiche (12a, 12b, 12c, 12d) mit Reinigungsflüssigkeit zurückhaltenden Konturen gerichtet und über wenigstens ein Ventil (22) mit einem Luftspeicher verbindbar sind, dessen Luftdruck über dem­ jenigen der Unterdruckquelle (34, 36) liegt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspeicher eine Druckluftquelle und die Kam­ mer (10) mit einem Entlüftungsventil (42) versehen ist.