DE102021133075A1 - Process and device for treating an inner surface of a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere Oberflächenveredelung, einer inneren Oberfläche eines Bauteils mittels eines Mediums, bei dem das zu behandelnde Bauteil zumindest teilweise innerhalb des Mediums platziert und eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem das Bauteil umgebenden Medium erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird im Bereich einer mit der zu behandelnden inneren Oberfläche in fluidischer Verbindung stehenden Eintrittsöffnung des Bauteils ein Strömungsleiter angebracht, welcher einen Teil des sich relativ zum Bauteil bewegenden Mediums gezielt in die Eintrittsöffnung und damit zu der zu behandelnden inneren Oberfläche leitet. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsleiters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention relates to a method for treating, in particular surface finishing, an inner surface of a component using a medium, in which the component to be treated is placed at least partially within the medium and a relative movement is generated between the component and the medium surrounding the component. According to the invention, a flow guide is attached in the area of an inlet opening of the component that is in fluidic connection with the inner surface to be treated. The present invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention and a method for producing a flow guide of a device according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere zur Veredelung, einer inneren Oberfläche eines Bauteils mittels eines Mediums, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsleiters einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a method for treating, in particular for finishing, an inner surface of a component using a medium, a device for carrying out this method and a method for producing a flow guide of such a device.
Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere Bauteile mit einer komplexen Innenstruktur wie z.B. Kanälen, Hinterschneidungen oder dergleichen, bei denen die Notwendigkeit besteht, eine innere Oberfläche mittels chemischer Prozesse zu verändern bzw. zu verbessern (Oberflächenveredelung).The field of application of the present invention relates in particular to components with a complex internal structure such as channels, undercuts or the like, where there is a need to change or improve an internal surface using chemical processes (surface refinement).
Die Oberflächenveredelung ist ein fester Bestandteil in der Fertigung von funktionellen Bauteilen und befindet sich in einer stetigen Weiterentwicklung. Für die Oberflächenbehandlung von immer komplexer werdenden Geometrien werden zumeist rein chemische Prozesse bzw. außenstromlose Prozesse verwendet. Die Kinetik zur Bearbeitung der Oberflächen resultiert dabei aus der chemischen Reaktion zwischen dem Material des Werkstücks bzw. Bauteils und dem verwendeten Medium bzw. Reaktanden. Um die chemische Reaktion aufrechtzuerhalten, ist eine ständige Zuführung des flüssigen oder gasförmigen Mediums zu der zu bearbeitenden Oberfläche notwendig. Das Medium stellt in der unmittelbaren Nähe zur Bauteiloberfläche ein Verbrauchsmedium dar, sodass es zu einer Verarmung des Reaktanden kommt. Dies ist unabhängig davon der Fall, ob es sich hierbei um einen abtragenden oder beschichtenden Prozess handelt.Surface finishing is an integral part of the production of functional components and is subject to constant further development. For the surface treatment of geometries that are becoming more and more complex, mostly purely chemical processes or processes without external current are used. The kinetics for processing the surfaces result from the chemical reaction between the material of the workpiece or component and the medium or reactants used. In order to maintain the chemical reaction, a constant supply of the liquid or gaseous medium to the surface to be processed is necessary. The medium is a consumable medium in the immediate vicinity of the component surface, so that the reactant is depleted. This is the case regardless of whether it is a removing or coating process.
Um die Bearbeitung von Oberflächen mittels chemischer Prozesse bzw. die Oberflächenveredelung in inneren Strukturen von Bauteilen zu ermöglichen, wird im Stand der Technik meist eine zusätzliche Verfahrenstechnik in Form einer mechanischen Unterstützung verwendet. Hierbei muss gewährleistet sein, dass die initiierte Strömung des mit der Oberfläche reagierenden Mediums einheitlich und homogen an die zu bearbeitende Oberfläche, auch in den inneren Konturen, gelangt. In der Industrie sind u.a. folgende mechanische Unterstützungen zu chemischen Prozessen etabliert:
- - Umwälzung des Mediums mittels einer oder mehrerer Pumpen, Rührwerke oder Gebläsen,
- - Selektive bzw. zielgerichtete Anströmung des Bauteils oder Kanals mittels Düsen oder Pumpen,
- - Beaufschlagung des Bauteils mit Vibrationen, besonders im Tauchverfahren,
- - Anwendung von Ultraschall im Tauchverfahren,
- - Warenträgerbewegungen in 2 oder 3 Dimensionen im Tauch- oder Dampf- bzw. Gasverfahren,
- - Abdichtung des Bauteils / Kanals und/oder mehrmaliges Fluten und Entleeren mit Medium,
- - Beaufschlagung von Über- oder Unterdruck im Prozessraum,
- - Beaufschlagung von Über- oder Unterdruck in den Kanälen / Hohlräumen des Bauteils.
- - Circulation of the medium by means of one or more pumps, agitators or fans,
- - Selective or targeted flow of the component or channel using nozzles or pumps,
- - Exposing the component to vibrations, especially in the immersion process,
- - Application of ultrasound in the immersion process,
- - Goods carrier movements in 2 or 3 dimensions in the immersion or steam or gas process,
- - Sealing of the component / duct and/or repeated flooding and emptying with medium,
- - Application of positive or negative pressure in the process room,
- - Application of positive or negative pressure in the channels / cavities of the component.
In der Industrie, besonders im Maschinenbau, zeichnet sich ein Trend ab, der zu immer kompakteren und komplexeren Bauteilen führt. Eine rasant wachsende Industriesparte, die dies explizit hervorhebt, ist der 3D-Druck. Die aktuellen Nachbehandlungsmethoden und deren Verfahrenstechniken für die Oberflächenbearbeitung in komplexen, innenliegenden Konturen stoßen hierbei schnell an fertigungstechnische Grenzen. Der Aufwand, eine ausreichende, homogene Strömung des Mediums auf bzw. entlang der gesamten zu behandelnden inneren Oberfläche zu gewährleisten, ist immens oder mit den aktuell etablierten Verfahrenstechniken schlichtweg nicht möglich.In industry, especially in mechanical engineering, a trend is emerging that is leading to ever more compact and complex components. A rapidly growing industry sector that explicitly emphasizes this is 3D printing. The current post-treatment methods and their processing techniques for surface treatment in complex, internal contours quickly reach their manufacturing limits. The effort to ensure a sufficient, homogeneous flow of the medium on or along the entire inner surface to be treated is immense or simply not possible with the currently established process technologies.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, der chemischen Oberflächenbearbeitung eine Möglichkeit bereitzustellen, mit geringem Aufwand eine ständige Zuführung von Medium an Oberflächen von Bauteilen mit komplexen bis hochkomplexen innenliegenden Strukturen zu gewährleisten.The present invention is therefore based on the object of providing chemical surface treatment with a possibility of ensuring a constant supply of medium to surfaces of components with complex to highly complex internal structures with little effort.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of
Demnach wird ein Verfahren zur Behandlung, insbesondere Oberflächenveredelung, einer inneren Oberfläche eines Werkstücks bzw. Bauteils mittels eines Mediums vorgeschlagen, bei dem das zu behandelnde Bauteil zumindest teilweise innerhalb des Mediums platziert und eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem das Bauteil umgebenden Medium erzeugt wird.Accordingly, a method for treating, in particular surface finishing, an inner surface of a workpiece or component using a medium is proposed, in which the component to be treated is placed at least partially within the medium and a relative movement is generated between the component and the medium surrounding the component.
Das Medium, insbesondere der Elektrolyt, kann gasförmig oder flüssig sein und fungiert insbesondere als Reaktand für die Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenveredelung.The medium, in particular the electrolyte, can be gaseous or liquid and acts in particular as a reactant for the surface treatment or surface refinement.
Erfindungsgemäß wird im Bereich einer mit der zu behandelnden inneren Oberfläche in fluidischer Verbindung stehenden Eintrittsöffnung des Bauteils ein Strömungsleiter angebracht, welcher einen Teil des sich relativ zum Bauteil bewegenden Mediums gezielt in die Eintrittsöffnung und damit zu der zu behandelnden inneren Oberfläche leitet.According to the invention in the area of a fluid with the inner surface to be treated A flow conductor is attached to the inlet opening of the component which is shear-connected and directs part of the medium moving relative to the component specifically into the inlet opening and thus to the inner surface to be treated.
Der im Bereich der Eintrittsöffnung zusätzlich vorgesehene Strömungsleiter initiiert bzw. verbessert die Strömung des Mediums in komplexen innenliegenden Strukturen des Bauteils. Der Strömungsleiter greift dabei einen Teil des Bauteils umgebenden Mediums ab und leitet es zielgerichtet in die innenliegende Struktur bzw. an die zu behandelnde innere Oberfläche. Dadurch kann die mit konventionellen Methoden nur schwer erreichbare innenliegende Oberfläche effektiv und konstant mit Medium versorgt werden. Somit kann insbesondere eine einheitliche Strömung des Mediums auf der gesamten Bauteiloberfläche erzielt und damit eine homogene chemische Oberflächenbearbeitung bzw. -veredelung ermöglicht werden.The flow guide additionally provided in the area of the inlet opening initiates or improves the flow of the medium in the complex internal structures of the component. The flow guide picks up part of the medium surrounding the component and guides it in a targeted manner into the internal structure or onto the inner surface to be treated. As a result, the inner surface, which is difficult to access with conventional methods, can be effectively and constantly supplied with medium. In this way, in particular, a uniform flow of the medium can be achieved over the entire component surface, thus enabling homogeneous chemical surface processing or finishing.
Das Bauteil kann mehrere Eintrittsöffnungen aufweisen, denen jeweils mindestens ein Strömungsleiter zugewiesen ist. Pro Eintrittsöffnung können ein oder mehrere Strömungsleiter vorgesehen sein.The component can have a plurality of inlet openings, each of which is assigned at least one flow conductor. One or more flow conductors can be provided for each inlet opening.
Die zu behandelnde Oberfläche ist vorzugsweise Teil einer komplexen inneren Struktur wie z.B. einer Hinterschneidung, eines Kanals, einer Abzweigung etc.The surface to be treated is preferably part of a complex internal structure such as an undercut, channel, junction, etc.
Die Relativbewegung zwischen Medium und Bauteil kann durch eine Bewegung des Bauteils (beispielsweise durch eine translative, rotatorische und/oder schwenkende Bewegung), eine Bewegung des Mediums (beispielsweise mittels Düsen und/oder Pumpen) oder eine Kombination davon erzeugt werden.The relative movement between the medium and the component can be generated by a movement of the component (e.g. by a translatory, rotary and/or pivoting movement), a movement of the medium (e.g. by means of nozzles and/or pumps) or a combination thereof.
Die Eintrittsöffnung kann eine beliebige Form aufweisen und in einen Kanal oder Hohlraum münden oder selbst Teil einer Aussparung bzw. eines Hohlraums sein. Das in die Eintrittsöffnung eintretende Medium kann durch eine oder mehrere Austrittsöffnungen des Bauteils wieder aus diesem austreten oder aber das Medium bewegt sich innerhalb der Eintrittsöffnung und tritt aus dieser wieder aus (beispielsweise, wenn es sich bei der Eintrittsöffnung um die Öffnung einer Aussparung bzw. eines Hohlraums handelt).The inlet opening can have any shape and open into a channel or cavity or itself be part of a recess or cavity. The medium entering the inlet opening can exit again through one or more outlet openings of the component or the medium moves within the inlet opening and exits again (e.g. if the inlet opening is the opening of a recess or a cavity).
Das Merkmal, dass der Strömungsleiter im Bereich der Eintrittsöffnung angeordnet ist, ist breit auszulegen und kann bedeuten, dass der Strömungsleiter vollständig innerhalb der Eintrittsöffnung (d.h. innerhalb des Bauteils) angeordnet ist, vollständig außerhalb der Austrittsöffnung (d.h. außerhalb des Bauteils) angeordnet ist oder durch die Eintrittsöffnung hindurchragt (d.h. teilweise sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bauteils angeordnet ist).The feature that the flow guide is arranged in the area of the inlet opening is to be interpreted broadly and can mean that the flow guide is arranged completely inside the inlet opening (i.e. inside the component), completely outside the outlet opening (i.e. outside the component) or through protrudes through the entry opening (i.e. is partially located both inside and outside the component).
Die Behandlung der innenliegenden Oberfläche kann das Aufbringen oder Entfernen einer Schicht umfassen und kann der Verbesserung mindestens einer funktionalen und/oder dekorativen Eigenschaft der Oberfläche dienen. Im Falle des Aufbringens einer Schicht kann es sich um einen metallischen, keramischen, amorphen und/oder organischen Überzug handeln.The treatment of the inner surface can include the application or removal of a layer and can serve to improve at least one functional and/or decorative property of the surface. If a layer is applied, it can be a metallic, ceramic, amorphous and/or organic coating.
Ferner kann die Oberflächenbehandlung mehrere hintereinander erfolgende Behandlungsschritte umfassen, welche auch einen konsekutiven Einsatz verschiedener Medien umfassen kann. Die Behandlung kann insbesondere eine Kombination der im vorherigen Absatz genannten Prozesse bzw. Schritte umfassen, beispielsweise das Aufbringen mehrerer unterschiedlicher Schichten übereinander oder das Entfernen einer oder mehrerer Schichten und das anschließende Aufbringen einer oder mehrerer Schichten.Furthermore, the surface treatment can comprise a number of successive treatment steps, which can also comprise the consecutive use of different media. The treatment can in particular include a combination of the processes or steps mentioned in the previous paragraph, for example the application of several different layers one on top of the other or the removal of one or more layers and the subsequent application of one or more layers.
Bei der genannten Eintrittsöffnung kann es sich um eine einzelne, zusammenhängende Öffnung oder auch um mehrere separate Öffnungen handeln. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein Strömungsleiter im Bereich mehrerer einzelner Eintrittsöffnung angeordnet ist und die Strömung des Mediums gezielt durch diese Öffnungen leitet. Diese Öffnungen im Bereich des Strömungsleiters können zusammengefasst auch als „Eintrittsöffnung“ verstanden werden.Said inlet opening can be a single, connected opening or several separate openings. For example, it is conceivable that a flow guide is arranged in the area of several individual inlet openings and directs the flow of the medium through these openings in a targeted manner. These openings in the area of the flow guide can also be understood as an “inlet opening”.
In einer möglichen Ausführungsform vorgesehen, dass das Bauteil innerhalb des Mediums aktiv bewegt wird und sich der Strömungsleiter mit dem Bauteil mitbewegt. Vorzugsweise wird das Bauteil innerhalb des Mediums aktiv rotiert, wobei der Strömungsleiter mit dem Bauteil mitrotiert. Durch die aktive Bewegung des Bauteils und damit auch des Strömungsleiters, greift letzterer Medium ab und leitet dieses zielgerichtet zur zugeordneten Eintrittsöffnung.In one possible embodiment, the component is actively moved within the medium and the flow conductor moves with the component. The component is preferably actively rotated within the medium, with the flow conductor rotating with the component. Due to the active movement of the component and thus also of the flow guide, the latter picks up the medium and directs it in a targeted manner to the assigned inlet opening.
Das Medium, das das Bauteil umgibt, muss somit nicht unbedingt aktiv selbst bewegt werden, um es zu der mindestens einen bzw. durch die mindestens eine Eintrittsöffnung zu befördern. Selbstverständlich ist es aber zusätzlich möglich, auch das Medium aktiv zu bewegen, beispielsweise mittels einer Pumpe, einer Düse oder anderweitig bewegten Elementen.The medium that surrounds the component therefore does not necessarily have to be actively moved itself in order to convey it to the at least one or through the at least one inlet opening. Of course, it is also possible to actively move the medium, for example by means of a pump, a nozzle or other moving elements.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist wenigstens ein Strömungsleiter in Form einer Schaufel vorgesehen, welche im Bereich einer Eintrittsöffnung des Bauteils nach außen ragt. Die Schaufel leitet das Medium zielgerichtet zur Eintrittsöffnung. Hierfür ist die Schaufel insbesondere speziell geformt, sodass Medium effektiv abgegriffen und gezielt geführt werden kann. Insbesondere kann die Schaufel mindestens einen gekrümmten und/oder geknickten Bereich aufweisen. Die Schaufel kann auch insgesamt, d.h. im Wesentlichen durchgängig gekrümmt sein, wobei die Krümmung das Medium zur Eintrittsöffnung leitet. Im einfachsten Fall könnte aber auch ein flaches, nach außen ragendes Element vorgesehen sein, um das Medium abzugreifen.In a further possible embodiment, at least one flow conductor is provided in the form of a blade, which protrudes outwards in the area of an inlet opening of the component. The blade guides the medium in a targeted manner to the inlet opening. For this purpose, the shovel is specially shaped so that the medium can be effectively picked up and guided in a targeted manner. In particular, the blade can have at least one curved and/or kinked area. The blade can also be curved overall, ie essentially continuously, with the curvature guiding the medium to the inlet opening. In the simplest case, however, a flat element protruding outwards could also be provided in order to pick up the medium.
Idealerweise weist die Schaufel eine speziell auf das Bauteil und/oder die Eintrittsöffnung angepasste Geometrie auf. Diese kann beispielsweise durch Simulation und/oder experimentell bestimmt werden. Ein mögliches Verfahren hierzu wird weiter unten beschrieben.Ideally, the blade has a geometry specially adapted to the component and/or the inlet opening. This can be determined, for example, by simulation and/or experimentally. A possible procedure for this is described further below.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Strömungsleiter einen trichterförmigen und/oder schalenförmigen Aufbau aufweist. Dadurch ergibt sich eine effektive Aufnahme und Führung von Medium hin zur Eintrittsöffnung.In a further possible embodiment it is provided that the flow guide has a funnel-shaped and/or bowl-shaped structure. This results in an effective intake and guidance of the medium to the inlet opening.
Alternativ oder zusätzlich kann der Strömungsleiter mindestens eine Oberflächenstruktur an einer der Eintrittsöffnung zugewandten Oberfläche aufweisen. Bei dieser Oberflächenstruktur kann es sich um eine Rippe bzw. einen Steg handeln. Selbstverständlich sind Kombinationen verschiedener Oberflächenstrukturen denkbar, je nach Art und Form des Bauteils bzw. der Eintrittsöffnung. Beispielsweise könnte die Eintrittsöffnung mehrere kleine Öffnungen umfassen, welche durch Rippen bzw. Stege des Strömungsleiters voneinander getrennt sind. Dadurch wird das Medium aufgeteilt und gezielt zu den einzelnen Öffnungen geführt.Alternatively or additionally, the flow guide can have at least one surface structure on a surface facing the inlet opening. This surface structure can be a rib or a web. Combinations of different surface structures are of course conceivable, depending on the type and shape of the component or the entry opening. For example, the inlet opening could comprise a number of small openings which are separated from one another by ribs or webs of the flow guide. As a result, the medium is divided and directed to the individual openings.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Strömungsleiter zumindest teilweise an einer Außenseite des Bauteils im Bereich der Eintrittsöffnung anliegt. Der Strömungsleiter schließt sich also zumindest teilweise direkt an eine Oberfläche bzw. Außenseite des Bauteils an, sodass das Medium effektiv zur Eintrittsöffnung geführt werden kann.In a further possible embodiment it is provided that the flow guide rests at least partially on an outside of the component in the area of the inlet opening. The flow guide is at least partially directly connected to a surface or the outside of the component, so that the medium can be effectively guided to the inlet opening.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist wenigstens ein Strömungsleiter vorgesehen, welcher sich zumindest teilweise innerhalb einer Eintrittsöffnung befindet, wobei der Strömungsleiter vorzugsweise wenigstens einen gekrümmten und/oder abgeknickten Bereich bzw. Abschnitt aufweist.In a further possible embodiment, at least one flow guide is provided, which is located at least partially within an inlet opening, the flow guide preferably having at least one curved and/or kinked area or section.
Ein derartiger Strömungsleiter kann die Strömung des Mediums innerhalb der Eintrittsöffnung initiieren und somit beispielsweise das Medium zielgerichtet in innenliegende komplexe Strukturen führen oder dafür sorgen, dass das Medium bestimmte innere Bereiche auch wirklich erreicht und diese konstant mit „frischem“ Medium versorgt werden. Der Strömungsleiter kann so geformt sein, dass er dem Medium eine bestimmte Bewegung bzw. Strömungsrichtung aufprägt, beispielsweise das Medium gezielt in eine Rotation oder Verwirbelung versetzt.Such a flow guide can initiate the flow of the medium within the inlet opening and thus, for example, guide the medium in a targeted manner into complex internal structures or ensure that the medium actually reaches certain inner areas and these are constantly supplied with "fresh" medium. The flow guide can be shaped in such a way that it imparts a certain movement or direction of flow to the medium, for example causes the medium to rotate or swirl in a targeted manner.
Insbesondere wenn es sich bei der besagten Eintrittsöffnung nicht um die Öffnung eines Kanals, sondern um die Öffnung einer Aussparung bzw. einer Kavität handelt, kann die Anordnung eines speziell geformten Strömungsleiters innerhalb dieser Aussparung bzw. Kavität vorteilhaft sein, um das Medium darin zielgerichtet führen zu können und alle inneren Oberflächen zu erreichen. In particular, if said inlet opening is not the opening of a channel but the opening of a recess or cavity, the arrangement of a specially shaped flow guide within this recess or cavity can be advantageous in order to guide the medium therein in a targeted manner can and reach all inner surfaces.
Selbstverständlich ist auch eine Kombination dergestalt denkbar, dass ein Strömungsleiter sowohl außerhalb des Bauteils vorgesehen ist, beispielsweise als Schaufel geformt wie oben beschrieben, und damit das Medium von außen zur Eintrittsöffnung führt, und sich derselbe Strömungsleiter gleichzeitig durch die Eintrittsöffnung in das Innere des Bauteils erstreckt und dort mit Hilfe einer bestimmten Geometrie das Strömungsverhalten des Mediums in der entsprechenden Ausnehmung bzw. Kavität beeinflusst.Of course, a combination is also conceivable in such a way that a flow guide is provided both outside the component, for example shaped as a blade as described above, and thus leads the medium from the outside to the inlet opening, and at the same time the same flow guide extends through the inlet opening into the interior of the component and influences the flow behavior of the medium in the corresponding recess or cavity there with the aid of a specific geometry.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Strömungsleiter nicht direkt mit dem Bauteil verbunden ist, sondern über eine Haltevorrichtung relativ zum Bauteil in Position gehalten wird. Der Strömungsleiter ist also kein Bestandteil des Bauteils, sondern ein externes Element, welches lediglich zur Verbesserung der Heranführung des Mediums sowie von dessen Strömungsverhalten vorgesehen ist.In a further possible embodiment it is provided that the flow conductor is not directly connected to the component but is held in position relative to the component by a holding device. The flow guide is therefore not part of the component, but an external element which is only provided to improve the introduction of the medium and its flow behavior.
Das Bauteil wird dabei vorzugsweise in einer Bauteilaufnahme gehalten, mit der die Haltevorrichtung fest oder beweglich verbunden ist. Der Strömungsleiter kann also entweder fester Bestandteil der Bauteilaufnahme und beispielsweise in einem Stück mit dieser verbunden sein, oder ein separates Element darstellen, welches relativ zur Bauteilaufnahme bewegbar und dessen Position beispielsweise einstellbar ist. In letzterem Fall kann die Positionierung des Strömungsleiters flexibel an die Geometrie des Bauteils bzw. der Eintrittsöffnung angepasst werden.The component is preferably held in a component holder to which the holding device is fixedly or movably connected. The flow guide can therefore either be an integral part of the component holder and connected to it in one piece, for example, or represent a separate element which can be moved relative to the component holder and whose position can be adjusted, for example. In the latter case, the positioning of the flow guide can be flexibly adapted to the geometry of the component or the inlet opening.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein innerer Strömungsleiter vollständig innerhalb des Bauteils in einem mit einer Eintrittsöffnung verbundenen Kanal oder Hohlraum vorgesehen ist. Ein solcher innerer Strömungsleiter wird nicht von außen gehalten, sondern ist in dem Bauteil integriert und beeinflusst eine Strömung des Mediums im Inneren, beispielsweise direkt innerhalb einer komplexen inneren Struktur. Dadurch kann Einfluss auf die Verteilung und Strömung des Mediums in Bereichen innerhalb des Bauteils genommen werden, an die von außen herangeführte Elemente nicht oder nicht ohne Weiteres herankommen würden. Selbst in sehr komplexen inneren Strukturen kann damit die Strömung des Mediums gezielt beeinflusst werden, sodass die zu behandelnden inneren Oberflächen effektiv und konstant vom Medium erreicht werden.In a further possible embodiment it is provided that at least one inner flow guide is provided completely within the component in a channel or cavity connected to an inlet opening. Such an inner flow guide is not held from the outside, but is integrated in the component and influences the flow of the medium inside for example directly within a complex inner structure. As a result, the distribution and flow of the medium can be influenced in areas within the component that elements brought in from outside would not or not easily be able to access. Even in very complex inner structures, the flow of the medium can be specifically influenced so that the inner surfaces to be treated are effectively and constantly reached by the medium.
Der innere Strömungsleiter kann in einem Stück mit dem Bauteil ausgebildet sein und beispielsweise zusammen mit diesem hergestellt werden. Dies bietet sich vor allem dann an, wenn das Bauteil mit einem 3D-Druckverfahren hergestellt wird. Dabei können die inneren Strömungsleiter gleich mitgeplant und mitgedruckt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass diese inneren Strömungsleiter auch nach der Oberflächenveredelung innerhalb des Bauteils verbleiben und eine bestimmte Funktion im normalen Betrieb des Bauteils übernehmen. Hierbei könnte bereits von vorneherein berücksichtigt werden, dass ein innerer Strömungsleiter in einem später von einem Fluid durchströmten Bereich des Bauteils vorgesehen wird und auch im späteren Betrieb den entsprechenden Fluidfluss beeinflusst, beispielsweise um Fluid um eine Ecke bzw. in einen abzweigenden Kanal zu leiten. Die inneren Strömungsleiter könnten allerdings auch während und/oder nach dem Oberflächenbehandlungsprozess aus dem Bauteil entfernt werden.The inner flow guide can be formed in one piece with the component and, for example, can be manufactured together with it. This is particularly useful if the component is manufactured using a 3D printing process. The inner flow conductors can be planned and printed at the same time. Provision can be made here for these inner flow conductors to remain within the component even after the surface treatment and to assume a specific function during normal operation of the component. It could be taken into account from the outset that an inner flow guide is provided in a region of the component through which a fluid later flows and also influences the corresponding fluid flow during later operation, for example to direct fluid around a corner or into a branching channel. However, the inner flow conductors could also be removed from the component during and/or after the surface treatment process.
Alternativ kann der mindestens eine innere Strömungsleiter ein separates Element darstellen, welches mit dem Bauteil verbunden wird. Der mindestens eine Strömungsleiter wird in diesem Fall nach der Herstellung des Bauteils zu diesem hinzugefügt und mit diesem verbunden.Alternatively, the at least one inner flow guide can represent a separate element which is connected to the component. In this case, the at least one flow conductor is added to the component after it has been produced and connected to it.
Auch eine Kombination von mindestens an einem Stück mit dem Bauteil ausgebildeten inneren Strömungsleiter und mindestens einem separaten, mit dem Bauteil verbundenen inneren Strömungsleiter ist möglich.A combination of inner flow conductors formed at least in one piece with the component and at least one separate inner flow conductor connected to the component is also possible.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst demnach eine Bauteilaufnahme zum Halten eines Bauteils mit einer zu behandelnden inneren Oberfläche innerhalb eines Mediums sowie wenigstens einen über eine Haltevorrichtung mit der Bauteilaufnahme fest oder beweglich verbundenen Strömungsleiter, welcher im Bereich einer mit der inneren Oberfläche in fluidischer Verbindung stehenden Eintrittsöffnung des Bauteils platzierbar ist. Der Strömungsleiter ist derart ausgebildet, dass er bei einer Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem umgebenden Medium einen Teil des Mediums gezielt in die Eintrittsöffnung leitet.The present invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention. Accordingly, the device comprises a component holder for holding a component with an inner surface to be treated within a medium and at least one flow conductor which is fixedly or movably connected to the component holder via a holding device and which can be placed in the region of an inlet opening of the component which is in fluidic connection with the inner surface is. The flow guide is designed in such a way that when there is a relative movement between the component and the surrounding medium, it directs part of the medium in a targeted manner into the inlet opening.
Die Bauteilaufnahme, die Haltevorrichtung und/oder der Strömungsleiter können gemäß einer der zuvor in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein.The component holder, the holding device and/or the flow guide can be designed according to one of the embodiments described above in relation to the method.
Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.This obviously results in the same advantages and properties as for the method according to the invention, which is why a repeated description is dispensed with at this point.
In einer möglichen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Antrieb zum Bewegen, insbesondere zum rotatorischen Bewegen, der Bauteilaufnahme relativ zum Medium umfasst. Die Rotation erfolgt vorzugsweise um eine im Wesentlichen vertikale Achse, wobei selbstverständlich auch eine Rotation um eine im Wesentlichen horizontale oder um eine schrägstehende Achse denkbar ist.In one possible embodiment, it is provided that the device includes a drive for moving, in particular for rotating, the component holder relative to the medium. The rotation preferably takes place around an essentially vertical axis, although rotation around an essentially horizontal or an inclined axis is of course also conceivable.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen, die Bauteilaufnahme und/oder das durch die Bauteilaufnahme gehaltene Bauteil, umgebenden Behälter umfasst, welcher mit Medium befüllbar ist. Der Behälter kann einen Einlass sowie einen Auslass für das Medium umfassen.In a further possible embodiment it is provided that the device comprises a container which surrounds the component holder and/or the component held by the component holder and which can be filled with medium. The container can include an inlet and an outlet for the medium.
Bei Verwendung eines gasförmigen Mediums, kann die Vorrichtung bzw. können Bauteilaufnahme und Bauteil vollständig innerhalb des Behälters angeordnet sein. Bei Verwendung eines flüssigen Mediums kann der Behälter teilweise offen, insbesondere nach oben offen, sein.If a gaseous medium is used, the device or component holder and component can be arranged completely inside the container. When using a liquid medium, the container can be partially open, in particular open at the top.
Innerhalb des Behälters können eine oder mehrere der folgenden Komponenten vorgesehen sein: eine Pumpe, eine Düse, eine Mischvorrichtung, eine Heizvorrichtung, eine Kühlvorrichtung, ein Sensor (beispielsweise ein Temperatursensor, ein Strömungssensor oder ein Drucksensor).One or more of the following components can be provided within the container: a pump, a nozzle, a mixing device, a heating device, a cooling device, a sensor (e.g. a temperature sensor, a flow sensor or a pressure sensor).
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Strömungsleiter der Vorrichtung gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet ist.In a further possible embodiment it is provided that the flow guide of the device is designed according to one of the exemplary embodiments described above.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung eines Strömungsleiters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen oder Simulieren eines Bauteils mit einer zu behandelnden inneren Oberfläche innerhalb eines Mediums. Das Bauteil weist insbesondere eine komplexe innere Struktur auf, die durch Kontakt mit dem Medium hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft verändert werden soll.
- b) Analysieren, durch physisches Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Bauteil und Medium und/oder durch Simulation, wenigstens eines Strömungsparameters des Mediums im Bereich einer Eintrittsöffnung und/oder im Bereich eines mit der Eintrittsöffnung fluidisch verbundenen Kanals oder Hohlraums des Bauteils und/oder wenigstens eines Oberflächenparameters der zu behandelnden inneren Oberfläche.
- c) Bereitstellen oder Simulieren eines Strömungsleiterentwurfs (falls dieser tatsächlich physisch bereitgestellt wird, könnte man auch von einem Strömungsleiter-Prototypen sprechen) im Bereich der Eintrittsöffnung und erneutes Analysieren des wenigstens einen Strömungsparameters und/oder des wenigstens einen Oberflächenparameters. Bei einer korrekt entworfenen Strömungsleitergeometrie und -platzierung sollten sich die genannten Parameter verbessern, da nun eine zielgerichtete Strömung des Mediums zur / in die Eintrittsöffnung erfolgt und dadurch idealerweise ein konstanter Strom von Medium an der zu behandelnden inneren Oberfläche bereitgestellt wird.
- d) Entwerfen und Herstellen, insbesondere mittels eines 3D-Druckverfahrens, eines Strömungsleiters mit einer Form, für die der wenigstens eine Strömungsparameter und/oder der wenigstens eine Oberflächenparameter optimiert wird. Dabei kann es sich jeweils um eine Erhöhung oder eine Verringerung des entsprechenden Parameterwerts (z.B. die Erhöhung einer Strömungsgeschwindigkeit) handeln.
- a) Providing or simulating a component with an inner surface to be treated within a medium. The component has in particular a complex internal structure, which is due to contact with the medium at least one property is to be changed.
- b) Analysis, by physically generating a relative movement between component and medium and/or by simulation, at least one flow parameter of the medium in the area of an inlet opening and/or in the area of a channel or cavity of the component fluidically connected to the inlet opening and/or at least one surface parameter the inner surface to be treated.
- c) Providing or simulating a flow guide design (if this is actually physically provided, one could also speak of a flow guide prototype) in the area of the inlet opening and re-analyzing the at least one flow parameter and/or the at least one surface parameter. With a correctly designed flow guide geometry and placement, the parameters mentioned should improve, since there is now a targeted flow of the medium to/into the inlet opening, ideally providing a constant flow of medium at the inner surface to be treated.
- d) Designing and producing, in particular by means of a 3D printing process, a flow guide with a shape for which the at least one flow parameter and/or the at least one surface parameter is optimized. This can in each case be an increase or a decrease in the corresponding parameter value (eg an increase in a flow rate).
Die Überprüfung der Wirkung des Strömungsleiters kann virtuell oder anhand von gefertigten Modellen und experimentellen Tests (oder einer Kombination davon) erfolgen.Verification of flow guide performance can be done virtually or by using fabricated models and experimental testing (or a combination of these).
Teil des zuvor genannten Prozesses kann eine Identifizierung einer optimalen Ausrichtung des Bauteils im Medium (bzw. in einem Warenfenster), beispielsweise im Hinblick auf Luftblasenbildung, Medium-Anströmungsverhalten, Medium-Verschleppung oder dergleichen, und/oder eine Identifizierung von kritischen Bauteilmerkmalen, die eine einheitliche Anströmung der zu bearbeitenden Oberfläche behindern, sein. Wiederum kann dies virtuell per Simulation, experimentell oder beides erfolgen.Part of the aforementioned process can be an identification of an optimal alignment of the component in the medium (or in a product window), for example with regard to air bubble formation, medium flow behavior, medium entrainment or the like, and / or an identification of critical component features that a impede uniform flow of the surface to be processed. Again, this can be done virtually via simulation, experimentally, or both.
In einer möglichen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Strömungsparameter einen Volumenstrom des Mediums durch die Eintrittsöffnung und/oder einen Volumenstrom des Mediums innerhalb des Bauteils, insbesondere in einem mit der Eintrittsöffnung fluidisch verbundenen Kanal oder Hohlraum, betrifft. Durch den Strömungsleiter sollte sich der Volumenstrom durch die Eintrittsöffnung (oder, bei einem innenliegenden Strömungsleiter, innerhalb der Eintrittsöffnung oder einem Kanal / Hohlraum) erhöhen.In one possible embodiment, it is provided that the at least one flow parameter relates to a volume flow of the medium through the inlet opening and/or a volume flow of the medium within the component, in particular in a channel or cavity fluidically connected to the inlet opening. The flow guide should increase the volume flow through the inlet opening (or, in the case of an internal flow guide, within the inlet opening or a channel / cavity).
In einer möglichen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Oberflächenparameter eine durch eine insbesondere chemische Reaktion des Mediums mit der zu behandelnden inneren Oberfläche zu verändernde Eigenschaft der inneren Oberfläche betrifft. Durch den mindestens einen Strömungsleiter sollte sich die Qualität der Oberflächenbehandlung bzw. -veredelung erhöhen, da beispielsweise mehr Medium pro Zeiteinheit und/oder eine konstantere Zufuhr von Medium an der zu behandelnden inneren Oberfläche bereitgestellt wird.In one possible embodiment, it is provided that the at least one surface parameter relates to a property of the inner surface that is to be changed by an in particular chemical reaction of the medium with the inner surface to be treated. The at least one flow conductor should increase the quality of the surface treatment or finishing, since, for example, more medium per unit of time and/or a more constant supply of medium is provided on the inner surface to be treated.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass einer oder mehrere der folgenden Parameter bzw. Prozesse derart angepasst wird, dass der wenigstens eine Strömungsparameter und/oder der wenigstens eine Oberflächenparameter optimiert wird: eine Platzierung oder Orientierung des Strömungsleiters im Bereich der Eintrittsöffnung, ein Bewegungsparameter, insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit, das Bauteils innerhalb des Mediums, eine Ausrichtung des Bauteils innerhalb des Mediums bzw. eines Warenfensters.In another possible embodiment, it is provided that one or more of the following parameters or processes is adjusted in such a way that the at least one flow parameter and/or the at least one surface parameter is optimized: a placement or orientation of the flow guide in the area of the inlet opening, a movement parameter , in particular a rotational speed, the component within the medium, an orientation of the component within the medium or a product window.
Für die Konstruktion bzw. Herstellung des Strömungsleiters können konventionelle Verfahren oder ein 3D-Druckverfahren zum Einsatz kommen.Conventional processes or a 3D printing process can be used to construct or manufacture the flow guide.
Ferner ist eine modulare Ausgestaltung der Vorrichtung denkbar, bei der beispielsweise mehrere unterschiedlich geformte Strömungsleiter vorgehalten werden, die nach Bedarf und abhängig von der Geometrie des Bauteils über entsprechende Verbindungselemente mit der Haltevorrichtung verbunden werden können. Für das jeweilige Bauteil bzw. die jeweilige Eintrittsöffnung wird der passende Strömungsleiter ausgewählt (oder neu gefertigt) und dann mit der Haltevorrichtung verbunden. Hierbei wäre eine gewisse Beweglichkeit der Haltevorrichtung oder der Strömungsleiter vorteilhaft, um die Strömungsleiter optimal relativ zum Bauteil platzieren zu können. Hierzu kann beispielsweise die Haltevorrichtung entsprechende Bewegungsfreiheitsgrade (die idealerweise für den Behandlungsprozess fixiert bzw. verriegelt werden können) aufweisen, z.B. eine oder mehrere Schwenkachsen, einen Teleskopauszug oder dergleichen.Furthermore, a modular design of the device is conceivable, in which, for example, several differently shaped flow conductors are provided, which can be connected to the holding device via corresponding connecting elements as required and depending on the geometry of the component. The appropriate flow guide is selected (or newly manufactured) for the respective component or the respective inlet opening and then connected to the holding device. A certain degree of mobility of the holding device or the flow guide would be advantageous here in order to be able to optimally place the flow guide relative to the component. For this purpose, for example, the holding device can have corresponding degrees of freedom of movement (which can ideally be fixed or locked for the treatment process), e.g. one or more pivot axes, a telescopic extension or the like.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
-
1 : ein Beispiel für ein Warenfenster innerhalb eines flüssigen Mediums in einer schematischen Seitenansicht; -
2 : ein Beispiel für ein Warenfenster innerhalb eines gasförmigen Mediums in einer schematischen Seitenansicht; -
3 : ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gehaltenem Bauteil in einer schematischen Seitenansicht; -
4a-c : vergrößerte perspektivische Ansichten des Strömungsleiters der Vorrichtung gemäß3 ; -
5 : ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen modularen Vorrichtung mit gehaltenem Bauteil und modular angesetzten Strömungsleiter in einer perspektivischen Seitenansicht; -
6 : eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Strömungsleiters der Vorrichtung gemäß5 ; -
7a-c : perspektivische Ansichten eines weiteren modularen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
8a-c : vergrößerte Ansichten von Strömungsleitern der Vorrichtung gemäß7a-c ; -
9 : ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils mit inneren Strömungsleitern in einer seitlichen Schnittansicht; -
10 : einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
11 : ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem innerhalb eines Warenfensters rotierten Bauteil und einem flüssigen Medium in einer schematischen Seitenansicht; und -
12 : ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit innerhalb eines Warenfensters rotierten Bauteilen und einem gasförmigen Medium in einer schematischen seitlichen Schnittansicht.
-
1 : an example of a product window within a liquid medium in a schematic side view; -
2 : an example of a product window within a gaseous medium in a schematic side view; -
3 : an embodiment of the device according to the invention with held component in a schematic side view; -
4a-c 12: enlarged perspective views of the flow guide of the device according to FIG3 ; -
5 1: a further exemplary embodiment of the modular device according to the invention with a retained component and a modularly attached flow guide in a perspective side view; -
6 : an enlarged perspective view of the flow guide of the device according to FIG5 ; -
7a-c 1: perspective views of a further modular embodiment of the device according to the invention; -
8a-c : enlarged views of flow guides of the device according to FIG7a-c ; -
9 1: an exemplary embodiment of a component with internal flow guides in a lateral sectional view; -
10 : an exemplary sequence of the production method according to the invention; -
11 : an exemplary embodiment of the device according to the invention with a component rotated within a product window and a liquid medium in a schematic side view; and -
12 1: a further exemplary embodiment of the device according to the invention with components rotated within a product window and a gaseous medium in a schematic lateral sectional view.
Die
In der
Die
Selbst wenn das Medium 1 aktiv in Bewegung versetzt wird, kann es bei Bauteilen 10 mit komplexen inneren Strukturen wie z.B. verzweigten Kanälen, Hinterschneidungen oder etlichen das Medium 1 behindernden Strukturen dazu kommen, dass nicht alle fluidführenden inneren Oberflächen ausreichen oder konstant mit frischem Medium 1 versorgt werden, was die Oberflächenveredelung dieser inneren Oberflächen negativ beeinflusst (oder gar verhindert).Even if the
Zur Lösung dieses Problems setzt die vorliegende Erfindung auf die aktive Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem zu behandelnden Bauteil 10 und dem umgebenden Medium 1, insbesondere durch eine Bewegung des Bauteils 10, sowie den Einsatz spezieller Leitbleche bzw. Strömungsleiter 20, 22 in den Bereichen von Eintrittsöffnungen 12, um das Medium 1 abzugreifen und zielgerichtet in die Eintrittsöffnungen 12 und dadurch zu den innenliegenden Strukturen und Oberflächen des Bauteils 10 zu führen.To solve this problem, the present invention relies on the active generation of a relative movement between the
In der
Gezeigt ist ein Bauteil 10 mit einer komplexen inneren Struktur in Form von mehrfach abknickenden bzw. abgewinkelten und sich verzweigenden Kanälen. Das Bauteil 10 weist drei Öffnungen auf, die je nach Funktion des Bauteils 10 jeweils als Eintritts- und/oder Austrittsöffnungen für ein Fluid (gas- oder wasserförmig) dienen können.A
Zum Zwecke der Veredelung der inneren Oberflächen der Kanäle des Bauteils 10 dient eine der Öffnungen (hier die Öffnung unten rechts) als Eintrittsöffnung 12 für das Medium 1, d.h. als Öffnung, in die zielgerichtet Medium 50 geleitet werden soll, damit das Medium 1 die Kanäle durchströmt und mit allen inneren Oberflächen der Kanäle zum Zwecke der Oberflächenveredelung in Kontakt kommt. For the purpose of finishing the inner surfaces of the channels of the
Selbstverständlich könnte eine andere der drei Öffnungen oder gar mehrere der Öffnungen als „Eintrittsöffnung“ i.S.d. Erfindung, also für das Einleiten von Medium 1 in die Kanäle, dienen.Of course, another of the three openings or even more of the openings could serve as an "inlet opening" in the sense of the invention, i.e. for introducing medium 1 into the channels.
Das Bauteil 10 wird durch eine Bauteilaufnahme 40 gehalten. Vorliegend ist der Begriff Bauteilaufnahme breit auszulegen und ist nicht auf ein das Bauteil 10 tatsächlich greifendes Element beschränkt. Vielmehr kann jeder Bereich, jedes Element, jede Vorrichtung, in der das Bauteil gehalten, gegriffen, gelagert etc. wird, als Bauteilaufnahme 40 aufgefasst werden.The
Im vorliegenden Beispiel der
Zweckmäßigerweise gibt es keine feste Verbindung zwischen dem Strömungsleiter 20 und dem Bauteil 10, d.h. der Strömungsleiter 20 wird durch die Haltevorrichtung 30 neben der Eintrittsöffnung 12 positioniert und der Strömungsleiter 20 ragt zum Teil in die Eintrittsöffnung 12 hinein, wie in
Prinzipiell ist jedoch ebenfalls vorstellbar, dass der Strömungsleiter 20 durch Verbindungsmittel für den Behandlungsprozess temporär (d.h. lösbar) mit dem Bauteil 10 verbindbar ist.In principle, however, it is also conceivable that the
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Strömungsleiter 20 die Form einer trichterförmigen Schaufel auf, welche auf den Bereich der Eintrittsöffnung 12 (bzw. zur Eintrittsöffnung 12 hin) zuläuft bzw. sich verengt. Der Strömungsleiter 20 weist eine komplexe geometrische, dreidimensionale Form auf.In the exemplary embodiment shown here, the
Die
Der Strömungsleiter 20 ist gekrümmt und verengt sich von einer vom Bauteil 10 weggerichteten Öffnung bzw. Einlass hin zu einem die Eintrittsöffnung 12 des Bauteils 10 umgebenden Auslass. Der Auslass des Strömungsleiters 20 und endet in der Eintrittsöffnung 12 des Bauteils 1 und gibt somit ausreichenden Halt für die entstehenden Querbelastungen zum Abgreifen des Mediums 50. Die in der Eintrittsöffnung gehaltene Positionierung des Strömungsleiters 20 ermöglicht es, dass mittels des Einlasses des Strömungsleiters 20 eintretendes Medium 1 durch dessen Auslass in die Eintrittsöffnung 12 des Bauteils 10 strömt.The
Mittels eines nicht gezeigten Antriebs wird die Bauteilaufnahme 40 und damit auch das darin gehaltene Bauteil 10 um eine vertikale Achse rotiert (vgl. gestrichelten Pfeil in der
Das durch die Eintrittsöffnung 12 einströmende Medium 1 strömt weiter durch die inneren Kanäle des Bauteils 10 und erreicht dadurch nicht nur sämtliche inneren Oberflächen, sondern es findet auch ein stetiger Austausch bzw. eine konstante Erneuerung von Medium 1 innerhalb des Bauteils 10 statt. Das Medium 1 kann durch die beiden anderen Öffnungen wieder nach außen entweichen.The medium 1 flowing in through the
In der
Der Strömungsleiter 20 weist eine halbschalenförmige bzw. muschelförmige Geometrie auf und befindet sich an der Außenseite des Bauteils 10 im Bereich einer Eintrittsöffnung 12, die drei kleinere und voneinander getrennte Öffnungen 13 umfasst. Der Strömungsleiter 12 und die drei Öffnungen 13 sind in der
Die
Die
Im Bereich jeder Bauteilaufnahme 40 ist jeweils ein schaufelförmiger Strömungsleiter 20 angeordnet, welcher einer Eintrittsöffnung 12 des in der Bauteilaufnahme 40 aufzunehmenden Bauteils 10 zugeordnet ist. Der den Strömungsleiter 20 tragende Steg des Halterahmens 46 kann als Haltevorrichtung 30 angesehen werden, welcher den Strömungsleiter 20 mit der Bauteilaufnahme 40 verbindet. Darüber hinaus weist jede Bauteilaufnahme 40 in einem unteren Bereich einen weiteren Strömungsleiter 22 auf, welcher einer Ausnehmung an der Unterseite der Bauteile 10 zugeordnet ist und im befestigten Zustand in diese hineinragt.A blade-shaped
Die
Die
Man erkennt in den
Die Form und Anzahl der Halterahmen 46, der Strömungsleiter 20, 22 und der Bauteilaufnahmen 40 kann selbstverständlich variiert werden und hängt von dem zu behandelnden Bauteil 10 und den identifizierten kritischen Bereichen desselben ab. Durch die auf die Haltestange 44 aufsteckbaren Halterahmen 46 ist das gesamte System skalierbar.The shape and number of the support frames 46, the
Die Halterahmen 46 können - zusammen mit den entsprechenden Strömungsleitern 20, 22 - durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt sein.The holding frames 46 - together with the corresponding flow guides 20, 22 - can be produced by a 3D printing process.
Zusätzlich zu den bisher gezeigten, außen am Bauteil 10 angebrachten Strömungsleitern 20, 22 können innerhalb des Bauteils 10, insbesondere im Bereich der komplexen inneren Struktur, weitere innere Strömungsleiter 24 vorgesehen sein, wie dies anhand eines Ausführungsbeispiels in der
Dadurch wird dafür gesorgt, dass das Medium 1 durch die äußeren Strömungsleiter 20, 22 nicht nur effektiv von außen in die innere Struktur des Bauteils 10 geleitet wird, sondern dass das Medium 1 auch innerhalb der komplexen Struktur gezielt geführt und überall an die zu behandelnden Oberflächen gebracht wird.This ensures that the
Die inneren Strömungsleiter 24 können in einem Stück mit dem Bauteil 10 ausgebildet sein. Dies bietet sich vor allem dann an, wenn das Bauteil 10 mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird. Hierbei können die inneren Strömungsleiter 24 im gleichen Prozess mitgefertigt werden.The
Die
In einem ersten Schritt wird eine günstigste Ausrichtung und Positionierung des Bauteils 10 innerhalb des Warenfensters 3 mit insbesondere gesonderter Betrachtung auf Luftblasenbildung, Medium-Anströmungsverhalten oder anschließender geringer Medium/Elektrolyt-Verschleppung definiert. Dies kann computerbasiert erfolgen, wobei die entsprechenden Prozesse simuliert werden, oder durch entsprechende experimentelle Versuche (oder beides).In a first step, a most favorable alignment and positioning of the
In einem zweiten Schritt werden kritische Bauteilmerkmale, die eine einheitliche Anströmung der zu behandelnden Bauteiloberfläche durch das Medium 1 behindern, identifiziert. Es wird also insbesondere untersucht, an welchen Stellen oder aufgrund welcher Merkmale ein unzureichendes Anströmverhalten gewisser Oberflächen durch das Medium 1 erfolgt.In a second step, critical component features that prevent a uniform flow of
In einem dritten Schritt erfolgt eine Platzierung und Auslegung von ersten Strömungsleiterentwürfen oder -prototypen in den Bereichen der identifizierten kritischen Merkmale.In a third step, first flow guide drafts or prototypes are placed and laid out in the areas of the identified critical features.
Anschließend (oder davor) wird entschieden, wie bzw. mit welcher Variante (fixe oder verschiebbare Haltevorrichtung 30, Verwendung von Halterahmen 46, Vorsehen von inneren Strömungsleitern 24 etc.) jeder einzelne Strömungsleiter 20, 22, 24 am / im Bauteil 10 positioniert wird.Then (or before) it is decided how or with which variant (fixed or
In einem darauffolgenden fünften Schritt erfolgt die Konstruktion, Simulation und Herstellung der Strömungsleiter 20, 22, 24. Hierfür können sowohl konventionelle als auch 3D-Druck-Technologien verwendet werden.In a subsequent fifth step, the design, simulation and production of the
In einem sechsten Schritt erfolgt eine Überprüfung der Strömungsleiterqualität, Bauteilpositionierung innerhalb der Vorrichtung und Strömungsleiteranbindung am Bauteil 10 oder Probekörper. Dies kann rein experimentell oder auch computerunterstützt erfolgen (oder beides).In a sixth step, the quality of the flow conductor, the positioning of the component within the device and the connection of the flow conductor to the
Ein Verfahrenstest in dem zu behandelnden Medium 1 und der verwendeten Vorrichtung bzw. Anlage (oder einer vergleichbaren Anlagentechnik) mit einer anschließenden Beurteilung der behandelten inneren Oberfläche erfolgt in einem siebten Schritt. Hierbei können verschiedene Strömungs- und/oder Oberflächenparameter betrachtet und dabei analysiert werden, ob die verwendeten Strömungsleiter 20, 22, 24 den gewünschten Effekt hervorbringen.A process test in the medium 1 to be treated and the device or system used (or a comparable system technology) with a subsequent assessment of the treated inner surface takes place in a seventh step. Various flow and/or surface parameters can be considered and analyzed as to whether the
Als achter Schritt kann ggf. eine weitere Optimierung der Strömungsleiter 20, 22, 24 im Hinblick auf deren Position, Art, Ausführung, Variante, Material und/oder eine Anpassung der Umdrehungsgeschwindigkeit im Prozess erfolgen, wenn im vorherigen Schritt keine ausreichende Verbesserung der betrachteten Parameter beobachtet wurde.As an eighth step, a further optimization of the
In einem finalen neunten Schritt erfolgt die Festlegung und Anwendung des Verfahrens mittels der optimierten Strömungsleiter 20, 22, 24.In a final ninth step, the method is defined and applied using the optimized
Die
Die
Das Medium 1 wird durch Zuführung eines reaktiven Gases über einen Gasmischer 62 mit Massendurchflussregler sowie eines Trägergases bereitgestellt. Über eine Pumpe 64 und einen Abluftwäscher wird Medium 1 wieder aus dem Behälter 2 herausgeführt.The
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens (bzw. der entsprechenden Vorrichtung) liegt zusammengefasst darin, dass es in nahezu allen chemischen Prozessen verwendet werden kann. Mittels einer einfachen Konstruktion einer strömungsleitenden geometrischen Form 20, 22, 24 und der dazugehörigen Rotation im Medium 1, wird eine leichte Implementierung in den bereits bestehenden Prozess ermöglicht. Durch dieses Verfahren werden Fluide und Gase zielgerichtet in komplexe innere Strukturen wie z.B. stark abgewinkelte Rohrleitungen mit Hohlräumen geleitet. Dies ermöglicht eine homogene und reproduzierbare Beschichtung oder Abtrag der Oberfläche.In summary, the main advantage of the method according to the invention (or the corresponding device) is that it can be used in almost all chemical processes. A simple construction of a flow-guiding
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Mediummedium
- 22
- Behältercontainer
- 33
- Warenfenstergoods window
- 44
- Umwälzströmungrecirculation flow
- 55
- Gaseinlassgas inlet
- 66
- Gasauslassgas outlet
- 77
- Heizvorrichtungheating device
- 88th
- Substratsubstrate
- 99
- Gasförmiges Substratgaseous substrate
- 1010
- Bauteilcomponent
- 1212
- Eintrittsöffnungentry opening
- 1313
- Öffnungopening
- 2020
- Strömungsleiterflow conductor
- 2121
- Oberflächenstruktur (Rippe)surface structure (rib)
- 2222
- Strömungsleiterflow conductor
- 2424
- Innerer StrömungsleiterInner Flow Guide
- 24`24`
- Innerer StrömungsleiterInner Flow Guide
- 3030
- Haltevorrichtungholding device
- 4040
- Bauteilaufnahmecomponent recording
- 4242
- Halterungbracket
- 4444
- Haltestangehandrail
- 4545
- FußFoot
- 4646
- Halterahmenholding frame
- 5050
- Strömung des Mediumsflow of the medium
- 6060
- HeizungHeating
- 6262
- Gasmischergas mixer
- 6464
- Pumpepump
Claims (15)
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