利用过程流体处理工件的设备及方法与流程

本发明涉及一种利用过程流体处理工件的设备，所述设备具有用于接收工件的工件容置区域，并具有用于利用过程流体冲击工件容置区域中的工件的单元。

技术实现要素：

从例如ep2246129a2已知这种类型的设备。在工业制造过程中，利用液体介质冲击工件以便从成型件清除掉灰尘颗粒，或者以便利用化学物质处理所述工件的表面。灰尘颗粒和液体微滴会危害经工业制造的产品（诸如用于内燃发动机的喷射嘴）的功能。因此，在工业生产过程中，工件的清洁度极为重要。在工业制造中，采用清洁设备来清洁工件，在清洁设备中，能够利用液体介质来冲击工件，例如能够利用水，水优选地被提供有清洁添加剂，或者能够利用含有碳氢化合物的过程液体。

当工件在清洁之后被进一步处理、安装、或组装时，在许多情况下必须确保上述液体介质已从工件完全去除。为此，将工件干燥，其中，工件的干燥目前被理解为从工件去除工件上接收的或附着到工件的液体介质。

一方面，在工业制造中，使用干燥箱来干燥工件，在干燥箱中，利用热量冲击工件，以使得附着到工件的液体介质蒸发。在工件具有在液体池中兜接液体的部分的情况下，通常需要非常大量的能量和时间以便由该干燥方法来干燥工件。另一方面，在工业制造中，为了干燥，通过操作机器人使工件绕一个工件轴线或多个工件轴线移动，而同时利用吹气冲击工件的表面。

此外，对于干燥经清洁液体处理的工件，已知在能够以气密方式关闭的室中利用真空来冲击所述工件。在de4237335a1中描述了这样的用于干燥工件的设备。这里通过对室抽真空而使附着到工件的清洁流体残余物蒸发。特别地，为了去除清洁期间孔和盲孔中所接收的清洁流体，该设备包括鼓风喷嘴，经由该鼓风喷嘴来产生空气射流。通过这些空气射流向下吹刷工件。由此使工件的孔及盲孔中所接收的清洁流体雾化。

通常需要大量的能量以便产生热、提供真空以及产生吹送的空气。因此，在工业制造中，工件的干燥通常导致并非是无关紧要的成本。

发明内容

本发明的目标是提供利用过程流体无残留地处理工件的设备，以及详细说明利用过程流体处理工件的处理方法，在该方法中，工件上的过程流体残余物在处理之后被最大程度地去除。

该目标通过开头处提到的类型的设备来实现，所述设备包括能够至少利用部分真空来进行冲击的可关闭的操作室，并且所述设备具有壳体，所述壳体设置在操作室的内部空间中，所述壳体具有抽吸连接器，所述壳体用于包围接收在工件容置区域中的工件，其中，抽吸连接器由抽吸管线连接到抽吸装置。

从属权利要求中陈述了本发明的有利的实施例。

能够至少利用部分真空进行冲击的操作室在这里被理解为如下的室，在所述室中，相对于大气压力的真空比包围室的大气压力低至少250mbar，优选地低400mbar，特别优选地低500mbar，所述真空能够借助于抽吸产生。根据本发明的设备中的操作室可以特别地被设计成真空室，所述真空室能够以液密方式关闭，并且在所述真空室中可以形成适合于所谓的真空干燥的真空，也就是说，可以借助于抽吸在所述真空室中产生真空，所述真空尽可能地比所述室周围的大气压力低达750mbar，并且优选地低达1000mbar。

用于冲击工件的过程流体可以是液体或气体。原则上，过程流体可以是蒸气状的，并且由例如热的水蒸气构成。特别地，用于冲击工件的过程流体可以是清洁液体，例如，借助于其可以分解附着到工件的油或附着到工件的冷却润滑剂的清洁液体。要注意的是，设备中用于冲击工件的过程流体还可以特别地是冷却润滑剂或油。

本发明特别地基于如下的构思：经由射流清洁及随后的真空抽吸的组合来对工件进行清洁导致非常积极的清洁效果，以及特别是通过该方式可以特别容易地清洁工件中的孔和盲孔。

通过经由抽吸装置对抽吸管线进行抽吸，于是可以在壳体的抽吸连接器处产生真空。特别是可以通过该方式来实现：沉积在壳体中或工件上的液体介质可以从工件被快速蒸发并释放。在这里，设置在工件容置区域中和壳体内的工件优选地（通过移位效果）导致位于壳体中的流体体积的减小。

本发明的方面还在于：通过经由抽吸装置对抽吸管线进行抽吸，在壳体的抽吸连接器处形成真空，所述真空导致从壳体的内部进入到抽吸管线的流体流，所述流体流冲击设置在工件容置区域中的工件。在这里，本发明利用如下事实：在设置在壳体中的工件与壳体之间形成了采用流动导管形式的空间，所述空间具有与环境相比的减小的可用截面。在该情况下，壳体中的流体流在工件容置区域中被引导通过一个或多个收缩部，在所述收缩部，所述流体流在其进入到抽吸管线中的路径上被部分地加速和/或再次减速和/或还被转向。

本发明的方面还特别地在于：壳体具有壳体壁，壳体壁具有用于气态流体的至少一个通道开口，通过在抽吸连接器处形成真空，气态流体能够经由抽吸装置通过所述至少一个通道开口被抽吸到壳体中。当在壳体的抽吸连接器处产生真空时，则压力差被构造在至少一个通道开口与抽吸连接器之间，使得在该情况下形成了从通道开口通过壳体到抽吸连接器的流体流。

根据本发明，该流体流至少部分地沿着待干燥的工件流动。凭借取决于流体流的速度的动压力，待干燥工件的表面上的静压力在这里也发生变化并被至少部分地减小。本发明人意识到，在以这样的方式减小的静压力的情况下，可以凭借流体流的流动速度而以特别有效的方式去除沉积在工件的表面上的液滴。

收缩部优选被部分地形成在壳体与工件之间，流体流的流动速度在所述收缩部处达到相对最大，使得期望的干燥效果特别地集中在所述收缩部处。引导壳体中的流体流通过工件的腔也是本发明的方面，在所述腔中，流体流同样以局部化的方式被加速。有利的是，设备中的抽吸装置包括能够经由抽吸管线通气的真空容器和用于对真空容器进行抽真空的抽真空单元。以这样的方式可能的是，在短时间内从壳体抽吸非常大量的气体，使得在其内短暂地构造了强劲的流体流。为了以优选地突然的方式使抽吸管线释放和阻断，设备优选地具有构造成瓣阀的阀。

本发明的方面尤其在于，包围工件容置区域的壳体被设置在能够以液密方式关闭的操作室中。因而，所利用的是，在设备中，可以通过利用强劲的流体流冲击成型件而在壳体中预干燥工件，并且在预干燥之后可以通过对操作室抽真空使工件经受真空干燥。在通过将真空施加到壳体的抽吸连接器而在操作室中利用流体流冲击工件时，在这里可以利用的是可以在操作室中构造部分真空。于是，就能量和时间而言，以减少的工作来设置对于操作室中的真空干燥有利的较高的真空是可能的。

为了对操作室抽真空，抽真空单元可以包括抽吸泵，抽吸泵在抽吸侧上通过流体管线连接到操作室。有利的是，设备也具有用于对真空容器抽真空的管线，所述管线在抽吸侧上与具有流体管线的抽吸泵连通。通过这样的方式，抽真空单元可以被用于对真空容器抽真空以及对操作室抽真空两者。

设备优选包括用于使操作室通气的通气单元。该通气单元优选地包括阀，阀选择性地使通向操作室的内部中的流体的流动路径释放或阻断。

由于用于冲击工件的过程流体被喷洒或雾化到工件上，所以可以借助于过程流体中的合适的成分来促进污染物的初步释放。然后，从操作室以真空抽吸流排出这些污染物并且这些污染物被收集以用于在真空容器中进行处置。

借助于抽吸流在操作室中预干燥工件也是本发明的方面。根据本发明，操作室中的工件在这里还可以经受真空干燥，优选地在以抽吸流预干燥之后。

例如，操作室中的壳体可以以隧道的形状来设计。在这种情况下，用于工件通过壳体从操作室的第一可关闭开口线性移位到操作室的与第一开口相对的另外的开口的线性运动单元优选地设置在壳体中。通过这样的方式实现以短的循环时间对设备中的工件的干燥。

有利的是，设备包括壳体，壳体具有第一部分，第一部分能够相对于壳体的第二部分移位，以用于将工件设置在工件容置区域中。通过这样的方式可以简化将工件设置在设备的壳体中的过程。在这里，特别有利的是，操作室具有第一室部件和另外的室部件，第一室部件具有壳体的固定于其内的部分，另外的室部件能够相对于第一室部件在关闭位置与打开位置之间移位并具有壳体的固定于其内的另外的部分，以便在打开位置中释放工件容置区域以用于供给和排出工件，以及在关闭位置中将设置在工件容置区域中的工件锁定在壳体中。

本发明的构思在于，在没有定向射流清洁的情况下无法容易地清洁孔和螺纹盲孔。因此，用于利用过程流体冲击工件容置区域中的工件的单元优选地包括至少一个喷嘴，以用于经由设置在壳体中的至少一个喷嘴开口利用过程流体冲击工件。用于冲击工件的喷嘴特别地可以是喷雾嘴。用于利用过程流体冲击工件容置区域中的工件的单元还可以包括带至少一个喷嘴的至少一个喷嘴器具，所述喷嘴器具能够设置在工件的凹部和/或孔中。

本发明的方面特别地在于，用于利用过程流体冲击工件容置区域中的工件的单元包括用于将过程流体供给到至少一个喷嘴的流体管线。为了以操作压力pa冲击过程流体，压力发生器优选地设置在该流体管线中。特别优选地，流体管线中存在有切断阀。根据本发明的设备还可以包括另外的抽吸管线，抽吸管线与流体管线连通，以用于在切断阀的面向至少一个喷嘴的那侧抽吸流体管线。壳体适于工件的外轮廓也是本发明的方面。通过这样的方式，可以减少设备中为了设置操作室中的真空以及为了产生通过壳体的流体流而不得不输送的流体量。

本发明还涉及一种用于处理工件的方法，所述方法包括下列步骤：将工件设置在壳体中的工件容置区域中，所述壳体定位在操作室的内部空间中；在工件容置区域中利用过程流体冲击工件；以及，随后通过将真空施加到操作室来利用气态流体冲击工件。本发明还特别地涉及一种在工件容置区域中利用过程流体冲击工件所采用的方法，所述方法包括利用采用清洁液体形式的过程流体对工件的射流清洁，和/或随后在操作室中执行对工件的真空干燥。

附图说明

将借助于示例性实施例在下文中更加详细地说明本发明，所述示例性实施例被示意性地图示在附图中。

在附图中：

图1示出了处于第一操作状态中的利用过程流体处理工件的第一设备；

图2示出了处于与第一操作状态不同的第二操作状态中的设备；

图3示出了处于与第一和第二操作状态不同的第三操作状态中的设备；

图4示出了利用过程流体处理工件的第二设备；

图5示出了利用过程流体处理工件的第三设备；

图6示出了利用过程流体处理工件的第四设备；

图7示出了利用过程流体处理工件的第五设备；

图8示出了利用过程流体处理工件的第五设备中的喷嘴器具；

图9示出了利用过程流体处理工件的第六设备；

图10示出了利用过程流体处理工件的第七设备。

具体实施方式

图1中示出的用于处理工件12的设备10具有操作室14，操作室14具有可抽真空的内部空间16。操作室14是能够以液密方式关闭的真空室。设备10包括抽吸装置18，抽吸装置18具有可抽真空的真空容器20，真空容器20经由流体管线22连接到抽真空单元。抽真空单元24具有出口29。所述抽真空单元24包括抽吸泵26，并具有液体分离器28。经由设置在管线22中的切断阀30，可以选择性地使真空容器20与抽真空单元24之间的流体的流动路径释放和阻断。抽吸泵26用于在真空容器20中产生真空。这里，真空容器20中的真空的残余气体压力优选地在20mbar与100mbar之间。为了从设备10中的经由抽吸泵26输送的气态流体消除掉液体物质（诸如用于清洁工件12的清洁液体），则引导所述气态流体穿过液体分离器28，液体分离器28连接到抽吸泵26的压力连接器。真空容器20具有连接器32以用于经由流体管线34将积聚在真空容器20内的液体排出到接收容器36中，所述流体管线34能够经由切断阀38而选择性地释放或阻断。

设备10中存在有壳体40，设置在工件容置区域42中的工件12可以以轮廓贴合的方式包封在壳体40中。壳体40具有壳体壁，壳体壁具有用于气态流体的通道开口44。通道开口44是设置在操作室14中的通道，以用于气态流体从操作室14的可抽真空的内部空间16进入到壳体40的内部中。设备10包括单元46，单元46用于利用过程流体在壳体40中冲击设置在工件容置区域42中的工件12。单元46具有容器48，容器48具有过程流体49，所述容器48经由流体管线50连接到喷嘴52，喷嘴52具有喷嘴开口55，喷嘴开口55设置在壳体40的内部中。压力发生器54设置在流体管线50中。流体管线50可以经由切断阀56而选择性地释放和阻断。设置在操作室14中的壳体40具有抽吸连接器58，抽吸连接器58经由抽吸管线60连接到抽吸装置18的可抽真空的真空容器20。构造为瓣阀的阀62设置在抽吸管线60中，借助于阀62可以选择性地使流体通过抽吸管线60的流动路径释放和阻断。阀62被构想成用于实现短的切换时间，并因此可以突然地释放抽吸管线60的开口截面，也就是说在持续时间δt≤1s的瞬时时间间隔内，优选地在持续时间δt≤0.1s的瞬时时间间隔内。

设备10中的操作室14被具体实施成两个部件并具有罩帽形的室部件64，罩帽形的室部件64可以经由运动元件（未示出）相对于另外的室部件66沿双箭头65升起和下落。壳体40同样以多个部件的形式来设计。所述壳体40具有能够相对于部分70移位的部分68。在这里，壳体40的部分70被定位成使得相对于室部件66在位置上固定。相应地，壳体40的部分68被设置成使得相对于罩帽形的室部件64在位置上固定。

罩帽形的室部件64可以借助于运动元件在关闭位置与打开位置之间移动。在这里，在打开位置中，工件容置区域42被释放，以便供给和排出工件12。在关闭位置中，设置在工件容置区域42中的工件12被锁定在壳体40中。操作室14具有通气单元72，通气单元72具有新鲜空气导管74，新鲜空气导管74可以经由构造为瓣阀的阀76被选择性地阻断和释放。为了使得当使操作室通气时噪音产生最小化，将消音器78定位在阀76的背向操作室14的那侧上。为了防止当所述操作室正在通气时尘土和/或灰尘颗粒进入到操作室14中，替代消音器78或除了消音器78之外，空气过滤器也可以被设置在通气单元72中。

设备10被构想成用于采用相继操作模式初始清洁工件12，并且其后干燥工件12。对于清洁，利用来自容器48的过程流体冲击工件12，所述过程流体被引导穿过流体管线50和喷嘴52到达工件12。在这里，过程流体使工件12的表面湿润。所述过程流体优选地是能够使工件12的表面上的污染物化学分解的清洁液体。

图2示出了设备10中已利用过程流体49冲击之后的工件12。过程流体48这里积聚在阀62之前。现在，流体管线50中的切断阀56被关闭，并且在真空容器20被抽真空的情况下，管线中的阀62和通气单元72的阀76被打开。在这里，抽真空单元24与真空容器20切断。通过打开抽吸管线60中的阀62，相对于大气压力优选地为近似1bar的真空被突然地施加到抽吸连接器58。然后，已积聚在壳体40的部分70中的过程流体被抽吸到真空容器20中。

如图3中所示，此后在壳体40中构造流体流80，流体流80通过壳体壁中的开口44进入，并行进到抽吸连接器58，并且经由抽吸管线60被引导到真空容器20中。由于抽吸管线60的最小截面大于壳体壁中的开口44的通道面积总和，所以在操作室14的内部空间16中的压力pi与真空容器20中的压力pv之间的压力差δp=pi–pv足够大（例如δp≈pi≈0.5bar）的情况下，可以实现的是，流体流80的速度几乎为声速，气态流体以所述流体流80的速度从操作室14的内部空间16流动到其内设置有工件12的壳体40中。

例如，设置在操作室14的壳体40中的工件12可以是发动机缸体。在这种情况下，有利的是，真空容器20的体积为近似2m³。然而，原则上，当壳体40的尺寸适于对应的更小的工件12时，例如适于曲轴和凸轮轴时，真空容器20的体积也可以更小。

构造在壳体40的内部中的流体流80以与吹送空气类似的方式冲击设置在工件容置区域42中的工件12的表面。在这里，工件12的表面上以及工件的兜接部分中亦或其它内部空间中接收的清洁液体由流体流80拾取，并移动通过抽吸连接器58，经由抽吸管线60进入到真空容器20中。

通气单元72的打开的阀76确保：冲击工件容置区域42中的工件12的流体流80仅仅减小到真空容器20中真空在这里所降低的程度。具体地，周围空气可以经由通气单元72通过打开的阀76持续地流动到操作室14中。

当在将真空施加到抽吸连接器58时关闭通气单元72的阀76的时候，壳体40的内部中的流体流80仅存在于直到真空容器20与壳体40的内部之间已建立压力平衡。在这种情况下，流体流80仅因为操作室14经由阀76通过新鲜空气导管74通气而可以继续。

然而，使接收在工件容置区域42中的工件12经受真空干燥也是可能的，因为在通气单元72的阀76关闭并且流体管线的切断阀56关闭的情况下，真空容器20与抽真空单元24之间的切断阀30被打开，从而借助于抽真空单元24将操作室14抽真空至残余压力，残余压力尽可能地低于工件12上及工件12中接收的过程流体的汽化压力。

当操作室14的内部中的压力p降低成低于附着到设置在工件容置区域42中的工件12的清洁流体的汽化压力时，这具有如下结果：使相应的过程流体开始沸腾。然后，过程流体迅速蒸发，并经由抽真空单元24从操作室14的内部空间16被抽吸通过抽吸管线60，从而可选地积聚在所述抽真空单元24中的液体分离器28中。

图4示出了利用过程流体处理工件的第二设备110。就图4中所示的设备110的功能组群和元件对应于来自图1、图2和图3的功能组群和元件而言，所述功能组群和元件由相同的附图标记来标示。设备110具有用于液体51的容器48，液体51可以借助于加热单元53被加热，以用于产生蒸气状的过程流体49。

图5示出了利用过程流体处理工件的第三设备210。就图5中所示的设备210的功能组群和元件对应于来自图1、图2和图3的功能组群和元件而言，所述功能组群和元件由相同的附图标记来标示。设备210中存在有旁通管线61，旁通管线61具有切断阀63，即使在阀62关闭时，壳体40也可经由该旁通管线61连接到真空容器20。该措施允许从壳体40预抽吸过程液体。

图6示出了利用过程流体处理工件的第四设备310。就图6中所示的设备310的功能组群和元件对应于来自图1、图2和图3的对应的功能组群和元件而言，所述功能组群和元件由相同的附图标记来标示。设备310中存在有流体管线71，所述流体管线71将真空容器20连接到流体管线50，切断阀73处于所述流体管线71中。流体管线71使得即使在阀62被关闭时也能够对流体管线50抽真空。

图7示出了利用过程流体处理工件的第五设备410。就图7中所示的设备410的功能组群和元件对应于来自图1、图2和图3的功能组群和元件而言，所述功能组群和元件由相同的附图标记来标示。图8是设备410的部分viii的放大视图，具有用于利用过程流体49冲击工件12的单元46。这里，用于利用过程流体冲击工件12的单元46具有长矛状的喷嘴器具81，喷嘴器具81可以设置在工件12的凹部和/或孔83中，并且喷嘴器具81具有带喷嘴开口55的至少一个喷嘴52。这里，清洁流体可以经由单元46喷射到凹部和/或孔83中，以便因此冲洗掉位于凹部或孔的基部85上的加工残余物。

为了使流体管线50和具有喷嘴52的喷嘴器具81清空，流体管线50中的阀56被关闭，并且旁通管线61中的阀63被打开。因此可以实现的是，已沉积在孔83中和/或凹部中的过程流体49也经由流体管线50和具有喷嘴52的喷嘴器具81被抽吸并被引导到真空容器20中。该措施使得已经被从工件12去除的所述过程流体49能够不再必须在操作室14中的随后的对工件12的真空干燥中被蒸发。

图9示出了利用过程流体49处理工件12的第六设备510。就图9中所示的设备510的功能组群和元件对应于来自图1、图2和图3的对应的功能组群和元件而言，所述功能组群和元件由相同的附图标记来标示。这里，壳体40的壁相对于工件12不是以轮廓贴合的方式来布置，使得在壳体40中存在有更多的空间可用于利用过程流体49处理工件12。还要注意的是，原则上可以以非常有成本效益的方式来生产相对于工件12非轮廓贴合的此类构造模式。

图10示出了利用过程流体处理工件的第七设备610。就图10中所示的设备610的功能组群和元件对应于来自图1、图2和图3的对应的功能组群和元件而言，所述功能组群和元件由相同的附图标记来标示。

在设备610中，为了利用过程流体冲击工件12，采用清洁液体形式的过程流体49可以从容器48通过流体管线50经由单元46的喷嘴52被抽吸入。为此，工件12被设置在工件容置区域42中，并且罩帽形的室部件64被下降到室部件66上。这里，通气单元72中的阀76被关闭。抽吸装置18的真空容器20被抽真空到p≈-950mbar的真空。然后，构造为瓣阀的阀62被打开。由此，过程流体49借助于容器48中的流体贮器与操作室14的内部空间16之间的压力差被从容器48抽吸。从填充体积1开始，过程流体49然后流动通过流体管线50，直至达到填充体积2。从填充体积2继续，采用空气的形式的气态流体从容器48被抽吸到流体管线50中，所述气态流体从流体管线50并且从喷嘴52排出清洁液体。由于通气单元72中的阀76此后被突然地打开，所以在操作室14中在壳体40的壁与工件12的表面之间形成空气流，所述空气流沿着工件12以高速行进，并经由壳体40的抽吸连接器58、经由阀62并经由抽吸管线60将沉积在工件12上的清洁液体的残余物输送到抽吸单元18中的真空容器20。

也可以在移除工件12之前在设备610中执行真空干燥，这是由于通气单元72中的阀76被关闭并且流体管线50中的阀56被关闭，于是经由真空容器20以及抽吸管线60借助于抽真空单元24的抽吸泵26在操作室14的内部空间16中产生真空。

概括而言，特别将陈述本发明的以下优选特征：本发明涉及利用过程流体49处理工件12的设备10、110、210、310、410、510、610，所述设备具有用于接收工件12的工件容置区域42，并且具有用于利用过程流体49冲击工件容置区域42中的工件12的单元46。设备10、110、210、310、410、510、610包括：能够至少利用部分真空进行冲击的可关闭的操作室14；壳体40，其设置在操作室14中，具有抽吸连接器58，所述壳体用于包围接收在工件容置区域42中的工件12；以及抽吸装置18，其由抽吸管线60连接到抽吸连接器58。

附图标记列表：

10设备

12工件

14操作室

16内部空间

18抽吸装置

20真空容器

22流体管线

24抽真空单元

26抽吸泵

28液体分离器

29出口

30切断阀

32连接器

34流体管线

36容置容器

38切断阀

40壳体

42工件容置区域

44通道开口

46单元

48容器

49过程流体

50流体管线

51液体

52喷嘴

53加热单元

54压力发生器

55喷嘴开口

56切断阀

58抽吸连接器

60抽吸管线

61旁通管线

62阀

63切断阀

64室部件

65双箭头

66室部件

68、70部分

71流体管线

72通气单元

74新鲜空气导管

73切断阀

76阀

78消音器

80流体流

81喷嘴器具

83凹部或孔

85基部

110、210、310、410、510、610设备。