БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ С ВИХРЕВЫМ ПОТОКОМ
NON-CONTACT VORTEX CLEANER

Настоящее изобретение относится к бесконтактному устройству очистки, в частности к устройству очистки для удаления прилипших частиц с детали, а также к соответствующему способу.
При изготовлении деталей, особенно пластиковых, условия производства или обработка детали в процессе изготовления, например за счет фрезерования, или трения детали часто приводят к осаждению частиц на поверхности изготавливаемой или обрабатываемой детали. Эти частицы не только загрязняют вид готового продукта, но и мешают дальнейшим этапам обработки, например при необходимости покраски детали. Также существует возможность изготовления или обработки таких мелких деталей, у которых прилипшие частицы сами препятствуют функционалу детали, например, если деталь относится к точной механике.
Для удаления этих частиц с поверхности, детали как правило, обдувают сжатым воздухом, чтобы сдуть частицы с поверхности.
Это сдувание частиц имеет преимущество освобождения поверхности детали от частиц, но приводит к распространению частиц в окружающей среде и повторному осаждению на детали. Другим недостатком является, например, наличие частиц в чистом пространстве вокруг. Распределение частиц в окружающем пространстве приводит к загрязнению чистого пространства.
Поэтому возникает задача создания устройства и способа без вышеназванных недостатков, обеспечивающих простую бесконтактную очистку детали без необходимости сложных и дорогих сооружений и с предотвращением загрязнения окружающего пространства. Возникает также задача создания устройства, работающего без сжатого воздуха.
Эту задачу согласно изобретению решают посредством устройства для бесконтактной очистки детали, причем устройство имеет первый полый элемент, предназначенный, по меньшей мере, для частичного размещения очищаемой детали. Пустотелый элемент окружает определенное пространство. Пустотелый элемент имеет, по меньшей мере, входное отверстие, рассчитанное для введения, по меньшей мере, частично очищаемой детали в пустотелый элемент. Полый элемент имеет также второе входное отверстие, называемое также выходным отверстием. Это выходное отверстие рассчитано для подключения к источнику пониженного давления для создания эффекта всасывания между входным и выходным отверстием. Этот эффект всасывания вызывает воздушный поток внутри первого полого элемента. Для специалиста очевидно, что если речь идет о воздушном потоке, то возникает поток среды, в котором применяют устройство по данному изобретению. При применении устройства по данному изобретению, например, в защитной газовой атмосфере возникает поток защитного газа. Вообще речь идет о создании потока среды, в которой применяют устройство.
Устройство по данному изобретению имеет также второй полый элемент, охватывающий, по меньшей мере, частично первый полый элемент. При этом оба полых элемента могут иметь общее входное или выходное отверстие. Например, первый и второй полый элемент могут образовывать коаксиальную трубу, т.е. трубу в трубе, причем внутренняя труба образована первым полым телом, а внешняя труба образована вторым полым элементом. Для специалиста ясно, что если речь идет о трубах, то указанные полые элементы могут иметь любую геометрию, т.е. могут быть выполнены, например, угловатыми или овальными.
Согласно изобретению между обоими полыми элементами существует связь в виде, например, подвижного соплового кольца, обеспечивающего поток среды между первым и вторым полым элементом. Например, дополнительно к создаваемому эффекту всасывания в первом полом элементе можно продувать воздух через второй полый элемент и сопловое кольцо в первый полый элемент. За счет возможности движения соплового кольца и привода, например, от движителя вдуваемый в первый полый элемент воздух завихряется, создавая внутри первого полого элемента вихревой поток. Этот вихревой поток обеспечивает усиленное воздействие воздушного потока на очищаемую деталь. Вихревой поток имеет также преимущество попадания на очищаемую деталь постоянно под иным углом и за счет этого лучшего сдувания прилипших частиц. Отделенные таким образом частицы всасываются через первый полый элемент в направлении источника пониженного давления и не попадают, таким образом, в окружающее пространство. За счет создания вихревого потока для воздушного потока достаточно уже небольшого давления, чтобы обеспечить повышенный очищающий эффект. Так, например, выходное отверстие первого полого элемента может быть соединено с выходом вентилятора, а входное отверстие второго полого элемента соединено с выдувом вентилятора. Таким образом, воздух циркулирует между первым и вторым полым элементом. Другими словами, вентилятор всасывает воздух из первого полого элемента и выдувает его через второй полый элемент и подвижное сопловое кольцо снова в полый элемент.
Устройство по данному изобретению имеет, таким образом, преимущество возможности простого очищения детали без загрязнения окружающего пространства. Другим преимуществом устройства по данному изобретению является, таким образом, неиспользование за счет этого сжатого воздуха для очистки детали, т.е. нет необходимости в маслоотделителе или сепараторе конденсата, необходимых для очистка сжатого воздуха.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения первый полый элемент имеет, например, ионизатор на входном отверстии для отделения статически прилипших частиц с поверхности детали. Ионизатор посредством подключаемого высокого напряжения может эмитировать ионы, ионизирующие, по меньшей мере, частично протекающий мимо ионизатора воздуха или среду. Если этот ионизированный воздушный поток направить непосредственно на поверхность детали, то он электронно разряжает поверхность детали, а статически прилипшие частицы сдуваются. Ионизатор может иметь несколько ионизационных наконечников. Эти ионизационные наконечники называют также наконечниками эмитирования и соединяют с источником высокого напряжения. Ионизационные наконечники расположены, например, по окружности входного отверстия или во входном отверстии первого полого элемента. Такое расположение ионизационных наконечников называют также венцом или кольцом ионизирования. При этом все ионизационные наконечники эмитируют одинаково заряженные ионы или разные ионизационные наконечники эмитируют разнозаряженные ионы. Это обеспечивает возможность учета разных профилей поверхностной заряженности, т.е. обусловлено тем, что могут быть эмитированы ионы двух полярностей, а статическое прилипание частиц может быть нейтрализовано. При этом, например, ионизационные наконечники, эмитируя положительные ионы, могут быть расположены, чередуясь с ионизационные наконечники, эмитирующими отрицательные ионы. Например, также возможно, что два венца ионизирования расположены со смещением относительно друг друга, причем каждый венец ионизирования эмитирует ионы определенной полярности.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения сопловое кольцо имеет, по меньшей мере, сопло. Это, по меньшей мере, одно сопло обеспечивает поток среды между первым и вторым полым элементом. За счет движения соплового кольца, по меньшей мере, одно сопло не остается стационарно в одном месте, а меняет со временем свое местоположение. Сопло при этом выполнено таким образом, что его направленность регулируема и может изменять направление, например, во время движения соплового кольца. Регулирование можно менять, например, с вращением соплового кольца. Также возможно изменение формы и размера, по меньшей мере, одного сопла для возможности целенаправленного регулирования потока среды. Возможно также выполнение между первым и вторым полым элементом нескольких сопел. Их можно менять, например, в зависимости от цели применения, чтобы адаптировать поток среды, например, к геометрии очищаемой детали. Например, при заведении детали в первый полый элемент возможно бесконтактное зондирование детали, а, по меньшей мере, одно сопло регулируют автоматически таким образом, чтобы оно создавало оптимальный поток среды в соответствии с геометрией детали. Это действует также для движения соплового кольца, которое можно адаптировать к форме и геометрии детали. Если геометрия детали известна, возможно также изначальное регулирование, по меньшей мере, одного сопла и его механизма регулирования таким образом, чтобы обеспечить автоматическое регулирование, по меньшей мере, одного сопла и соответствующее движение соплового кольца на основе глубины заведения детали в первый полый элемент.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения привод движет подвижное сопловое кольцо. Это движение может быть непосредственным или опосредованным движением. Например, привод может быть напрямую состыкован с сопловым кольцом, за счет чего движение привода передается напрямую сопловому кольцу, которое совершает движение в соответствии с движением привода. Также возможно опосредованная состыковка привода с сопловым кольцом, например, посредством передаточного соотношения, компоновки зубчатых колес или приводного ремня. В этом случае движение привода передается на сопловое кольцо не напрямую. Преимуществом этого является то, что привод может быть расположен на расстоянии от соплового кольца. Например, в указанном примере движение привода передается сначала на передаточное соотношение, компоновку зубчатых колес или на приводной ремень, а затем на сопловое кольцо. Специалисту понятно, что передачи движения указаны только в качестве примера и возможны и другие варианты передачи. Привод может быть электромотором или пневмодвигателем. Двигатель может быть, например, частью соплового кольца. Возможно также, что двигатель является частью первого или второго полого элемента или отделен от него. Привод может быть задан исполнением соплового кольца, например, в виде пластины, крыльчатки или аналогично этому вида, приводящего посредством проходящего через первый и второй полый элемент воздуха сопловое кольцо в движение.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения первый и/или второй полый элемент имеет, по меньшей мере, фильтр. Этот, по меньшей мере, один фильтр расположен, например, в или на выходном отверстии первого полого элемента. Этот фильтр улавливает сдутые частицы, не давая им даже попасть в подключенный к выходному отверстию источник пониженного давления. По меньшей мере, один фильтр заменяем. Специалисту понятно, что можно применять не только один фильтр, а несколько фильтров, улавливающих, например, частицы разной величины. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере, один фильтр может быть установлен на входном отверстии второго полого элемента. Этот, по меньшей мере, один фильтр предотвращает попадание частиц через сопловое кольцо в воздушный поток, направленный на очищаемую деталь. Этот фильтр также заменяем и может состоять из нескольких фильтров.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройства по данному изобретению последнее включает также держатель очищаемой детали. Например, этот держатель может удерживать деталь внутри первого полого элемента в определенном положении. Также возможно, что держатель удерживает деталь и, по меньшей мере, двигает ее в первом полом элементе. При этом держатель обеспечивает, например, поворот детали внутри первого полого элемента для оптимального обтекания воздушным потоком всей поверхности детали и удаления соответствующих прилипших частиц.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройства по данному изобретению первый полый элемент имеет также ограничитель, предотвращающий слишком глубокое заведение детали в полый элемент или ее засасывание источником пониженного давления. Например, полый элемент имеет внутри решетку, выполненную для задержки детали при ее засасывании источником пониженного давления.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройства по данному изобретению очищаемую деталь заводят в первый полый элемент с совершением движения внутри последнего. При этом очищаемую деталь принудительно перемещают с помощью соответствующего средства или она движется под силой тяжести. В последнем случае можно сказать, что очищаемая деталь падает сквозь устройство и при этом очищается.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройства по данному изобретению оно имеет дополнительное отверстие для направления дополнительной среды в первый полый элемент. Эта дополнительная среда может отличаться от среды, всасываемой через первый полый элемент. Эта дополнительная среда может быть, например, чистящим средством.
В другом предпочтительном варианте осуществления устройства по данному изобретению последнее имеет, по меньшей мере, датчик давления или расходомер объема воздуха в зоне входного отверстия первого полого элемента, соединенный с системой управления. Система управления на основе измеренных параметров может управляться, по меньшей мере, источником пониженного давления, а также, при наличии, подключенным источником пониженного давления и движением соплового кольца.
В другом предпочтительном варианте осуществления несколько устройств по данному изобретению расположены каскадом друг за другом. При этом устройства расположены либо непосредственно друг за другом, т.е., по меньшей мере, одно выходной отверстие первого полого элемента первого устройства соединено с входным отверстием первого полого элемента, либо устройства расположены с отстоянием друг от друга. Очищаемую деталь при этом продвигают через все расположенные последовательно устройства или она падает сквозь них с очищением загрязнений разной степени.
Указанную выше задачу решают также посредством способа по данному изобретению для очистки детали. Способ по данному изобретению включает, по меньшей мере, частичное заведение очищаемой детали в первый полый элемент через первое входное отверстие, создание воздушного потока в первом полом элементе путем вдувания воздуха через подвижное сопловое кольцо в первый полый элемент, причем подвижное сопловое кольцо расположено между первым полым элементом и вторым полым элементом, причем второй полый элемент охватывает, по меньшей мере, частично первый полый элемент, и путем одновременного движения соплового кольца.
В другом предпочтительном варианте осуществления способа по данному изобретению способ включает также выявление ионов в воздушном потоке.
В другом предпочтительном варианте осуществления способа по данному изобретению способ включает также движение очищаемой детали в созданном воздушном потоке. Это движение детали может осуществлять, например, держатель, поворачивающий очищаемую деталь внутри первого полого элемента, за счет чего воздушный поток оптимально обтекает деталь и сдувает прилипшие к поверхности частица. Очищаемую деталь может двигать также устройство, т.е. от входного отверстия первого полого элемента к выходному отверстию первого полого элемента.
В другом предпочтительном варианте осуществления способа по данному изобретению способ также включает изъятие детали из первого полого элемента после завершения процесса очистки. Т.е. деталь изымают из первого полого элемента снова через входное отверстие, через которое ее заводили. Преимуществом этого является то, что деталь не двигают в направлении сдутых частиц, т.е. без опасности вызвать снова загрязнение.
Далее изобретение более подробно раскрыто на основе приложенных фигур в качестве примеров осуществления. Из показанного примера осуществления вытекают дополнительные детали, признаки и преимущества предмета изобретения. На фигурах представлено следующее:
Фиг. 1 - пример осуществления устройства по данному изобретению;
Фиг. 2 - вертикальный разрез показанного на фиг. 1 примера осуществления устройства по данному изобретению;
Фиг. 3 - 3D-изображение показанного на фиг. 2 вертикального разреза примера осуществления устройства по данному изобретению согласно фиг. 1.
На фиг.1 показан пример осуществления устройства 1 по данному изобретению. В показанном примере осуществления устройство 1 имеет коаксиальную форму выполнения. Это означает, что устройство 1 состоит из внутренней трубы 2, являющейся первым полым элементом, имеющим входное отверстие 2а и выходное отверстие 2b. Между первым отверстием 2а и вторым отверстием 2b существует возможность потока среды. В показанном примере осуществления устройство 1 имеет также вторую трубу 3, являющуюся вторым полым элементом, охватывающим, по меньшей мере, частично первую трубу 2. Речь может идти также о том, что первая труба 2 является внутренней трубой или внутренним полым элементом, а вторая труба является внешней трубой или внешним полым элементом. Вторая труба 3 имеет входное отверстие За и связана внутри в показанном примере осуществления с первой трубой 2, что обеспечивает возможность потока среды между входным отверстием За второй трубы 3 и первой трубой 2. Например, к отверстию 3а можно подключить выдув вентилятора, за счет чего рабочая среда из внешней трубы 3 может быть задута во внутреннюю трубу 2, что обеспечивает возникновение потока среды внутри первой трубы 2 от ее входного отверстия 2а к ее выходному отверстию 2b. Для усиления воздушного потока к выходному отверстию 2b первой трубы 2 можно подключить источник пониженного давления, дополнительно засасывающий воздух из внутреннего объема первой трубы 2. Источником пониженного давления может быть всасывание вентилятора, подающим через входное отверстие За второй трубы 3 воздух в первую трубу 2. Поток среды внутри первой трубы 2 обеспечивает при заведении очищаемой детали через входное отверстие 2а в трубу 2 обтекание этой детали образованным потоком среды. Это приводит к сдуванию прилипших частиц в сторону выходного отверстия 2b первой трубы 2, где эти частицы улавливает фильтр (не показан).
Для оптимального обтекания детали воздушным потоком между соединением первой трубы 2 и второй трубы 3 установлено подвижное сопловое кольцо (не показано). Оно направляет, по меньшей мере, посредством сопла вдуваемый во вторую трубу 3 воздух в первую трубу 2, причем движение соплового кольца при вдувании воздуха создает вихревой поток, не только повышающий эффект засасывания в первой трубе 2, но и обеспечивающий попадание воздушного потока на очищаемую деталь под разным углом. В показанном примере осуществления привод 6 приводит в движение сопловое кольцо.
Для отделения и статически прилипших частиц с детали в или на входном отверстии 2а установлен ионизатор (не показан), эмитирующий посредством высокого напряжения ионы, приводящие к нейтрализации поверхностного заряда, чтобы сдуть частицы, оставшиеся прилипшими статически.
На фиг. 2 показан вертикальный разрез показанного на фиг. 1 примера осуществления устройства 1 по данному изобретению. В показанном примере осуществления внутренняя труба 2 окружена, по меньшей мере, частично внешней трубой 3. Подвижное сопловое кольцо 4 расположено внутри первого полого элемента 2, имеющее в показанном примере выполнения, по меньшей мере, одно сопло 7. При подключении к входному отверстию За внешней трубы 3, например, вентилятора воздух продувают через сопло 7. Это создает поток среды между соплом 7 и внутренней трубой 2. Благодаря эффекту Бернулли поток среды засасывает среду и через входное отверстие 2а, создавая поток среды между входным отверстием 2а и выходным отверстием 2b. В показанном примере выполнения входное отверстие 2а выполнено для упрощения потока среды в виде воронки. Дополнительно к выходному отверстию 2b подключают источник пониженного давления. В результате движения соплового кольца 4, представляющего собой в показанном примере выполнения ограничитель между полым элементом первой трубы 2 и полым элементом второй трубы 3 и разделяющим их друг от друга, воздух может проходить только через, по меньшей мере, одно сопло 7 между второй трубой 3 и первой трубой 2. При движении соплового кольца 4 за счет привода, по меньшей мере, одно сопло 7 меняет свое местоположение со временем. Другими словами, по меньшей мере, одно сопло 7 совершает движение по кольцевой траектории. Движение соплового кольца 4 создает в первой трубе 2 и, по меньшей мере, одного сопла 7 создает цикличный вихревой поток в первой трубе 2. Он усиливает не только эффект Бернулли и обеспечивает, тем самым, усиленное всасывание, но и обеспечивает натекание воздушного потока на очищаемую деталь под разными углами. Сопловое кольцо 4 может быть покрыто разным материалом, обеспечивающим низкий коэффициент трения, за счет чего трение между сопловым кольцом 4 и первой и второй трубой 2, 3 по возможности максимально мало. Возможно также покрытие соплового кольца 4 и первой и второй трубы только в местах контакта между сопловым кольцом 4 и первой и второй трубой 2, 3 материалом с минимальным коэффициентом трения.
В показанном примере осуществления сопловое кольцо 4 приводит в движение привод 6, соединенный с сопловым кольцом 4 посредством компоновки зубчатой передачи 8. Для этого сопловое кольцо 4 на внешней стороне, т.е. на обращенной ко второй трубе 3 стороне, имеет зубчатый венец, приводимый в соприкосновение с зубчатыми колесами компоновки зубчатой передачи 8, соединенными, в свою очередь, с зубчатым колесом привода 6. Компоновка зубчатой передачи 8 работает при этом в роли коробки передач между приводом 6 и сопловым кольцом 4, повышая количество оборотов привода 6. Специалисту понятно, что описанный пример передачи движения от привода на сопловое кольцо 4 является только примером и возможны и другие способы передачи движения. Например, возможно, что приводной ремень проходит вокруг соплового кольца 4, приводимым в движение приводом 6. Также возможно, что привод 6 сам является частью соплового кольца 4. Сопловое кольцо 4 может также иметь лопатки или крыльчатку, обеспечивающие движение от воздуха, вдуваемого во входное отверстие второй трубы 3 и приводящего в движение сопловое кольцо 4.
В показанном примере осуществления устройство 1 имеет по периметру на входном отверстии 2а первой трубы 2 ионизационные наконечники 5а, 5b, 5с, создающие ионизацию 5. При этом ионизация 5 соединяется на ионизационных наконечниках 5а, 5b, 5с с источником высокого напряжения через место подключения 9. Высокое напряжение создает на ионизационных наконечниках 5а, 5b, 5с ионы, способные нейтрализовать статический заряд детали. Эмитируемые ионизационными наконечниками 5а, 5b, 5с ионы поступают с созданным потоком среды во внутреннюю трубу 2 и попадают там на заводимую деталь, где происходит соответствующая нейтрализация.
На фиг. 3 показан 3D-вид вертикального разреза по фиг. 2 показанного на фиг. 1 примера осуществления устройства по данному изобретению. В показанном примере осуществления выходное отверстие 2b внутренней трубы 2 и входное отверстие За внешней трубы 3 имеют соответственно резьбу для соединения источника пониженного и повышенного давления с соответствующим отверстием.
Специалисту понятно, что показанный пример осуществления является только примером, а все показанные элементы, средства, конструктивные детали и признаки могут быть выполнены по-разному, но с возможностью выполнения описанных здесь основных функций.