用于清洁由金属构成的工件的方法和装置与流程

本发明涉及用于借助由水蒸汽和/或热水构成的射束清洁由金属构成的工件的方法和装置。

背景技术：

由金属构成的工件通常以大规模制造的方式在自动生产线上加工和完成。特别在汽车工业中，这些方法起着重要作用。在此，通常使用切削加工方法，在所述切削加工方法中使用润滑剂以及产生切屑和毛刺。近来已经实施所谓的的最小量润滑，其中仅使用少量、例如小于100ml/h(少量冷却润滑，mmks)或甚至小于20ml/h(微量润滑，mms)的冷却润滑剂。这尤其具有以下优点：仅能够产生非常少量的液体废料并且产生的切屑不会受到污染并且能够容易地供给重复使用。在将这些工件进一步加工或装配到组件中之前必须(例如通过冷却润滑剂的残余)去除污染物。为此，已知大量使用水溶剂或非水溶剂的方法，其中，最近优选水溶剂，因为所述水溶剂引起少的成本和环境问题。

通常，将工件浸入溶剂中和/或以溶剂的射束处理进行处理。在此，不仅去除润滑剂残余和切屑，而且去除造成干扰的毛刺。

de4410550c1说明一种用于在压力密封的室内对已经经受清洁和冲洗过程的工件进行干燥的方法，其中，在所述室中的部件首先通过以过压引入的水蒸汽进行加热，其中，所述部件首先被形成的冷凝水冲洗。然后如果必要时压强降低到大气压以下，则在所述部件的表面上的冷凝水残余蒸发，所述部件然后能够从所述室干燥地取出。在此，所述部件经受强烈的温度波动，例如从超过100℃至接近0℃。

在工业的清洁过程中，已知在所谓的“真空干燥”的情况下应用低压，用于对经过清洁的工件进行干燥。在此，紧接着本来的清洁在分开的工作步骤中进行干燥。

de102007027944a1公开了用于在低于大气压的压强下在封闭的处理室内借助高压蒸汽射束清洁被含油或含油脂的加工残渣污染的物体的方法和装置，其中，将清洁剂或研磨剂引入高压蒸汽射束中。在这种方法中，工件也经受强烈的温度波动。

已经示出，如果部件在清洁及必要时干燥后具有与应进行的其他加工或装配的环境基本上不同的温度，则是不利的。例如，由铝(线性的热膨胀系数23*10^-6)构成的具有100mm的直径的工件在升温10k的情况下增大23μm。如果所述工件安装在相应大的管中，则配合特性由于温度补偿而被改变。另一方面，在进一步加工时存在去除过多材料的风险。因此，工件必须在装配前进行调温，这在较大的对象的情况下需要明显的时间花费。

技术实现要素：

本发明的任务是提供一种如下的方法：尤其在最小量润滑的情况下的切屑加工后，借助该方法能够清洁以及必要时干燥由金属构成的工件，其中，工件的温度保留在下述范围内：所述范围能够在没有事先调温的情况下实现进一步加工或装配。另一任务在于，提供一种能够实施所述方法的装置。

这些任务通过根据权利要求1的方法和根据权利要求16的装置实现。

已经令人惊讶地发现，在借助由蒸汽和/或热水、尤其水蒸汽构成的射束进行清洁的情况下，如果相对于工件的表面扫描式地引导这种射束并且同时设置相对于外部的大气压的低压，则可以从工件剥离(abstreifen)所存在的污染物。通过低压使在表面上残留的水蒸发，并且将通过蒸汽或热水供给的热量在此至少部分地又从加工位置取走，使得在热量能够在工件中传播前，这个位置再次具有加工前所占据的温度。在此，污染物随着可能冷凝的水不仅沿着扫描方向在表面上被输送并且能够在扫描轨迹的末端处滴落到积液中，而且通过喷射从表面去除。在冲击位置仅留下可能由蒸汽的冷凝成的纯水，所述纯水能够基于低压而无残留地蒸发。

在喷嘴经过前，热水优选地具有70至95℃的温度。如果使用蒸汽，则所述蒸汽在喷嘴经过前优选地具有0.2至1mpa、特别优选0.2至0.4mpa、尤其优选0.3mpa(绝对值)的压强和120至200℃之间的、特别优选135至160℃、尤其140℃的温度。

优选地使用水蒸汽、尤其使用热蒸汽(不饱和蒸汽或干蒸汽)或饱和蒸汽。优选地，使用不含添加物的水用于产生蒸汽。

优选地使用电极蒸汽发生器用于产生蒸汽。在此，优选地不使用软化水，而是使用具有足够导电能力的、尤其具有矿物质含量的水，例如自来水或井水。在此，水尤其能够在循环中流传。

关于射束的相对运动，“扫描式”在此意味着冲击位置(auftreffstelle)在沿着从工件的一个端部向另一端部的方向的关联轨迹上被引导，所述冲击位置即如下位置：在该位置处由蒸汽或热水构成的射束喷射到工件的表面上并且所述表面的污染物被接收在水或冷凝水中。这种扫描轨迹能够具有从一个端部向另一端部的关联走向或者由多个区段组成。

如果存在多个用于产生射束的喷嘴，则能够存在对应于各个喷嘴的多个扫描轨迹，或者也能够是各个喷嘴或所有喷嘴仅对一个扫描轨迹分别贡献一个区段。在最简单的情况下，绕着工件能够布置多个喷嘴，使得叠加相应的扫描位置并且能够通过简单的线性运动清洁和干燥工件的整个表面。

封闭容器中的减小的压强优选地处于850至20hpa绝对值之间、特别优选地100至300hpa绝对值之间。

在一种优选的实施中，根据本发明的方法能够实施为使得在工件表面留下的水的残余完全蒸发，即，在与清洁相同的工作步骤中实现对工件表面的干燥。因为所述工件此后是干燥和调温的，所以能够直接进行进一步加工或装配。

优选地，扫描工件的表面实施为使得扫描位置在螺旋形的轨迹上运动，所述轨迹通过叠加圆周运动和线性运动得出。在此，在与所述线性运动相反的方向上实现连续地向工件的端部运送污染物。对于这种实施方式，一个喷嘴是足够的。所述线性运动能够是连续的。然而，例如也能够逐步地在相应地一个或多个完整的圆周运动后实施该线性运动。

有利地，能够通过使工件运动、喷嘴运动或两个部分运动实现扫描。圆形的运动例如能够以简单的方式实现，其方式是：工件绕着与线性运动的方向轴线重合的轴线旋转。但是也能够是，仅喷嘴在封闭的轨迹上绕着工件运动。在此能够实用的是，在圆轨迹完全结束后又将喷嘴引回至初始点，以便给喷嘴供给蒸汽或热水更容易。在引回期间能够中止线性运动。

如下实施方式也是优选的：其中，将工件线性地引导经过具有至少一个喷嘴的组件，所述喷嘴围绕与所述喷嘴自身的轴线平行的轴线旋转。

在一种优选的实施方式中，存在多个喷嘴，所述喷嘴在直线运动的方向上和/或在绕着工件的面中优选地以相应相等的角度间距布置。在后者的情况下能够有利的是，喷嘴不划过完整的圆周运动，而是仅划过圆弧，所述圆弧的长度例如能够相应于所述角度间距或其倍数。在这样的圆弧上运动后将所述喷嘴引回，由此得到振荡的运动。由此使给喷嘴供给蒸汽或热水变容易。替代地或附加地，工件也能够绕着一轴线振荡地运动。优选地，所述轴线是线性运动的方向。

此外有利的是将所述运动实施为使得所述运动的方向是竖直的，即例如使工件竖直地从下向上运动和/或使喷嘴从上向下运动。在此，重力支持将污染物和清洁水向容器的下部区域运送并且向积液运送。

在另一有利的实施方式中也需要这种运送：喷嘴相对于工件布置为使得由蒸汽或热水构成的射束与线性运动的方向构成例如90至135°之间的角度、优选90至105°之间的角度(即向下倾斜地取向)。为了能够在具有盲孔、侧凹和诸如此类的复杂工件的情况下清洁整个表面，优选地能够安装附加的喷嘴，在所述附加的喷嘴中，由蒸汽或热水构成的射束垂直于线性运动或者例如以45至90°、优选75至90°的角度、即倾斜向上地取向。

在另一优选的实施方式中，一个或多个喷嘴例如处于十字形或盘形的喷嘴支架上，该喷嘴支架进一步优选地设置成可旋转的。在此，一个或多个喷嘴的射束方向能够与要处理的表面的垂直线形成0至45°、优选0至15°的角度，即与该表面垂直地或倾斜地定向。必要时通过旋转喷嘴支架更换倾斜位置的方向。尤其也能够在喷嘴支架上布置所谓的界限中不同方向的喷嘴。由此，进一步改善在复杂的构件(具有粗糙表面)的情况下的清洁效果。本发明尤其适用于经过切屑加工的由金属构成的工件。

优选地，旋转的喷嘴支架的转速处于750min^-1以上，特别优选地在1250和1750min^-1之间、尤其处于1500min^-1。

在喷嘴支架上布置喷嘴的情况下，绕着旋转轴线的一定区域能够空置。这个区域能够设有转子叶片结构，必要时设有到背侧的穿孔并且在此由于旋转而产生背离工件的抽吸效果，由此促进输送冷凝物和水蒸汽以及干燥。

从工件向下排出的水以及在容器内壁处向下排出的喷射水在容器的底部处聚集在积液中并且能够在那里被抽出或排出。

根据本发明的方法能够被补充，其方式是：在将工件引入到封闭的容器以便进行清洁并且必要时进行干燥前，在所述工件的表面上施加(优选喷涂)清洁剂的水溶剂，如在申请中的专利申请de102014101123a1中所说明的那样。在此，在工件上施加具有至少0.5重量百分比的含量的非离子或阴离子表面活性剂的清洁剂浓缩物。非离子表面活性剂能够是烷基中具有6至22个碳原子的脂肪醇的烷氧基化物。阴离子表面活性剂能够是硫酸盐、磺酸盐或具有脂族、芳族或脂族-芳族烃。施加清洁溶液也能够通过短暂地浸入到浴液中实现。

在一种特别优选的实施方式中，免接触地测量(在其运动方向上看)在冲击位置的后面工件的表面温度。然后，调节低压和蒸汽或热水的质量流，使得得到所期望的表面温度，例如得到在清洁前的工件的温度或在进一步处理或装配时占据的温度。由此能够防止由于使用根据本发明的方法改变工件温度进而改变工件的尺寸。

优选地，该方法实施为使得在清洁和必要时干燥结束后的工件温度与清洁前的工件温度偏离不大于2k。但是自然也能够是将所述方法实施为使得得到预给定的温度变化。

本发明也包括用于实施上述方法的装置，该装置包括：

-具有开口的处理室，要清洁的工件能够穿过该开口并且所述开口能够压力密封地封闭；

-用于工件的保持装置，借助该保持装置能够使该工件在处理室中保持和运动；

-至少一个喷嘴组件，所述喷嘴组件分别具有一个或多个喷嘴，其中，保持装置和喷嘴组件能够相对彼此运动；

-用于产生低压的装置，该装置与处理室的内部连接；

-用于在升高的压强下产生热水或水蒸汽的结构组件，该结构组件与喷嘴连接；

-用于调节热水或水蒸汽的温度和/或用于调节流过喷嘴的质量流的器件。

用于调节质量流的所述器件例如不仅能够调节水或蒸汽的压力，或者能够调节管线和喷嘴的流动阻力，或者调节上述两者。例如能够借助节流阀、可变的隔板或者诸如此类调节流动阻力。

优选地，根据本发明的装置包括喷嘴组件，在所述喷嘴组件中，多个喷嘴布置在围绕工件的至少一个闭合曲线上。这个闭合曲线例如能够是一个面中的圆或者也是锯齿形的闭合的线。也能够是特别匹配于工件的构型的闭合曲线。由此，能够以简单的线性运动、必要时与可能振荡的旋转组合地完全清洁工件。

替代地或附加地，根据本发明的装置的至少一个喷嘴组件能够包括至少一个喷嘴，所述喷嘴能够绕着与其自身的轴线平行和/或间隔开的轴线旋转。在此，在旋转头上能够安装多个喷嘴。通过叠加工件和/或喷嘴组件的圆周运动和线性运动产生由这种喷嘴组件产生的扫描轨迹。喷嘴也能够以相对于旋转轴线例如0至45°、优选0至15°的角度定向。

在一种优选的实施方式中，在多臂式喷嘴支架上将喷嘴安装为使得绕着旋转轴线的中心区域保持没有喷嘴。喷嘴支架能够设有转子叶片结构、必要时设有到背侧的穿孔，使得在旋转时产生从喷嘴侧至背侧的抽吸效果。

在另一实施方式中，用于工件的保持装置同时用作处理室的开口的封闭装置。如果保持装置能够运动进入处理室中并且能够从该处理室运动出来，则能够容易地实现这点。

优选地，所述装置还包括如下器件：借助该器件能够在至少一个确定的位置处测量工件的表面温度。为了避免干扰清洁过程和必要时干燥过程，优选用于免接触地测量的器件。这例如能够是红外测热仪，其中通过红外光学系统能够将工件的要测量的区域在合适的探测器上成像，其中，这个测量线路还能够根据工件表面的辐射特性来调节。

在冲击位置后面测量工件表面的温度时，能够实现手动地调节蒸汽或热水流以及低压，使得得出所期望的表面温度。然而优选地，根据本发明的装置包括调节装置，该调节装置根据所测量的表面温度和该表面温度与设置的额定值的偏差要么自动地调节蒸汽或热水流，要么自动地调节低压，或者自动地调节这两者。

因为通过喷射含有去除的污染物的清洁水也会污染容器的内壁，所以该内壁有利地涂有防污和防水的物质，例如聚四氟乙烯或硅树脂。

根据本发明的方法能够加入到自动的生产流程中，其中，这能够在切屑加工或成型与装配之间进行。因为能够在工作过程中实现清洁和干燥，所以整个流程被简化。这尤其适用于自动化的清洁并且必要时干燥汽车工业中的构件、尤其内燃机的部件，例如发动机缸体、缸盖、曲轴壳体、变速器壳体或者诸如此类。

根据本发明的方法能够没有问题地加入到相应生产线的节拍中。在制造用于轿车发动机的缸盖或发动机缸体的情况下，所述方法的常见的节拍时间例如可以划分成大致相等的三个部分——本来的清洁和干燥过程、低压室的通风和打开、以及工件的更换连同封闭所述室和产生低压，例如在总共大约30秒的情况下分别为大约10秒。该方法适用于由多个材料构成的工件，例如铁、灰铸铁、钢、黄铜、青铜、锌及其合金。对于由轻金属构成的材料尤其是有利的，所述轻金属通常具有更高的热膨胀系数。例如铝，具有硅、镁、铜的铝合金(尤其铝铸造合金)，镁，镁合金，钛及其合金。

相对于现有技术，通过根据本发明的方法强烈地减少污染的废水的量，由此导致成本降低。

在根据本发明的方法的情况下，能量消耗能够与借助压缩空气的传统的清洁相等地或甚至更小地保持。但是在此，借助压缩空气不能够实现表面完全没有湿气、润滑剂残余和其他污染物。

附图说明

接下来参照附图示例性地并且不限制保护范围地进一步阐述本发明。

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的装置的示意性纵截面；

图2示出工件的示意性侧视图，带有根据图1的装置的标记的扫描轨迹；

图3示出根据第二实施方式的根据本发明的装置的示意性横截面；

图4示出工件的示意性侧视图，带有根据图3的装置的标记的扫描轨迹；

图5作为简化的流程图示出带有引回清洁液的替代的实施例。

具体实施方式

图1示出一种用于实施根据本发明的方法的装置的示意性纵截面。该装置包括容器1，该容器向上敞开并且能够在密封件3的参与下通过盖2真空密封地封闭。容器1通过连接管13向下继续通向积液容器10。要清洁的工件4安置在容器1中并且由保持装置固定。为了清楚起见，在此未示出该保持装置和必要时为了实施工件4的线性和旋转运动所需的穿过容器边缘的穿引装置，但是可以由本领域技术人员容易地补充。这种保持装置连同工件4能够实施通过闭合箭头7划出的绕着轴线5的旋转运动以及同时实施在箭头6(该箭头在此处于轴线5上)的方向上的线性运动。在此，工件的旋转轴线5竖直地定向。

在积液容器10中，能够在装置运行时通过流走的、可能受污染的水形成积液11，该积液能够通过积液阀12吹出或抽出。

当泵20通过真空管线21从容器1内部抽出空气时，能够在容器1中产生低压。真空管线21能够衔接到积液容器10上或直接衔接到容器1上。

在容器1的壁中安装有喷嘴27，该喷嘴通过管线26与蒸汽或热水的发生单元连接。这种单元能够在蒸汽或热水的压力和温度的方面进行控制。由此，也能够控制相应的介质的质量流。喷嘴27与工件的垂线或轴线5形成钝角α(在这种情况下例如约110°)。介质(蒸汽或热水)的射束28以几乎相等的角度在冲击位置处冲击到工件4的表面上。

此外，在容器1的壁中安装有红外温度传感器31，在该红外温度传感器中通过红外光学系统将工件4的表面上的测量位置36成像在探测器上，该探测器通过测量线路32发出相应于表面温度的信号。为了测量低压，在容器1的壁中还安装有低压传感器30，该低压传感器通过测量线路33发出相应于容器1中的低压的信号。

调节器单元35通过测量线路32和33接收信号并且通过控制线路40和41控制由发生单元25发出的相应的介质的质量流，使得通过温度传感器31的测量线路32测量的温度具有预给定的额定值。

为了清洁和干燥工件4，首先通过卸下盖2打开容器1并且将工件4引入到工作位置，在该工作位置所述工件被(未示出的)保持装置以能旋转的方式并且以能移动的方式固定。在此，该工件首先处于虚线示出的下初始位置。通过放上盖2借助密封件3气密地封闭容器1。现在通过调节器单元35接通发生单元25和真空泵20并且引入工件4的线性运动和旋转运动。在此，首先由蒸汽或热水射束28清洁工件4的端面并且然后清洁侧面。在温度传感器31测量在表面上掠过的测量位置36处的温度后，通过调节器单元35由首先预调节的初始值来调节质量流和低压，使得在测量位置36处得出预调节的额定温度。

如果使用蒸汽用于清洁，那么工件4的表面上的污染物部分机械地通过蒸汽射束传递的脉冲、而且通过在由于冷凝产生的水中的扩散而从所述表面去除并且被水带走。热水射束相似地起作用。所述水部分地在工件4的表面上流过和排出，部分地喷射并且到达容器1的内壁上，在该内壁上同样能够向下排出。最后，水的一部分也润湿地留在表面上并且被蒸发，其中，这部分从表面带走热量。排出的水通过连接部13到达积液容器10种并且形成积液11，该积液能够通过阀12(例如在打开容器1用于更换工件期间)排出或者也能够例如连续地泵出。

图2根据图1所示的本发明的实施例说明清洁的走向。通过工件4的线性运动，蒸汽或热水射束首先在冲击位置51处冲击到工件4的侧面上并且然后沿着假设的扫描轨迹50螺旋形地绕着工件4移动，直至该蒸汽或热水射束扫描整个表面。在此，线性和旋转运动互相协调为使得所述工件在工件4回转一周期间线性地运动一个行程h。冲击位置51、52不是点状的、而是由于喷嘴27的倾斜位态大致是具有垂直地取向的长轴的椭圆形。如相继到达的冲击位置52示出的那样，在扫描轨迹50的相邻分支中出现冲击位置的一定叠加。由此，重复清洁过程并且改善清洁效果。通过调节行程h能够改变叠加程度。

图3示意性地示出根据本发明的装置的第二实施方式的横截面，其中，仅示出被改变的构件。在这种实施方式的情况下，四个喷嘴68以互相相等的角度间距布置在容器1的周缘上的一个面中。所述喷嘴同时作用到工件4的表面上。

图4示出通过图3中所示的实施方式的喷嘴68产生的四个扫描轨迹60在工件4的表面上的走向。在此，工件4在一个回转中线性地运动所述行程。相邻的扫描轨迹60的冲击位置61自身又叠加并且叠加的程度能够根据需要通过调节所述行程进行匹配。

根据本发明地处理用于轿车发动机的缸盖，用于显示清洁和干燥效果。商业上常见的粘合薄膜放置到光滑的被清洁和干燥的表面上并且整面地且固定地粘附在所述表面。在以传统的方式借助压缩空气清洁的缸盖的对比试验中，粘合薄膜也能够不固定在相同的光滑表面处。

在图5中，结构或功能相同的部件具有与图1-4中相同的附图标记。

这个实施例的不同之处主要在于引回循环的扩展方案，通过该引回循环，从处理室1回收清洁液。通过低压和温度产生的蒸汽雾从处理室1经由第一过滤器单元71被真空泵20抽吸，并且然后供给连接在下游的具有油分离器74的第二过滤器和分离器级72。过滤器单元71的出口通向油分离器74中。在输出侧，真空泵20与冷凝单元73连接，该冷凝单元73的回流也通向油分离器74中。由第二过滤器和分离器级72中的清洁罐75通过输入管线77中的水泵76供给蒸汽发生器25。通过蒸汽发生器25的输出压力和真空泵20的抽吸作用，确保喷入具有高度动态的射束压力的蒸汽。此外，通过根据图5的循环充分利用回收的清洁液的余热，使得实现附加的能量节省。仅在需要时由于第二过滤器和分离器级72中的损失而供给新鲜水。

此外，图5示意性地示出能够在两个轴线h、v上自动地运动进入处理室中并且从该处理室运动出来的用于工件4的保持装置78。保持装置78在工作位置中同时形成用于处理室1的开口的密封的封闭装置。

附图标记列表

1容器

2可卸下的盖

3密封件

4工件

5工件的轴线

6线性运动的方向

7旋转运动的方向

10积液容器

11积液

12积液阀

13连接管

20真空泵

21低压管线

25用于蒸汽或热水的发生单元

26用于蒸汽或热水的管线

27喷嘴

28蒸汽或热水射束

30低压传感器

31红外温度传感器

32测量线路

33测量线路

35调节器单元

36红外测量位置

40控制线路

41控制线路

50，60扫描轨迹

51，52，61冲击位置

67旋转运动的方向

68喷嘴

h，h4工件回转一周的行程

71过滤器单元

72过滤器和分离器级

73冷凝单元

74油分离器

75清洁罐

76泵

77输入管线

78保持装置