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StoßwellenreinigungUnter Stoßwellenreinigung wird das Entfernen spröder Verschmutzungen, wie beispielsweise Kernen in Gussteilen, durch den Einsatz von Stoßwellen in einem Wasserbad verstanden. Unter Stoßwellenreinigung wird das Entfernen spröder Verschmutzungen, wie beispielsweise Kernen in Gussteilen, durch den Einsatz von Stoßwellen in einem Wasserbad verstanden. Zur Erzeugung der Stoßwellen eignen sich beispielsweise Piezoelemente, Mikroexplosionen durch Bleiazetat- oder Silberazetatkugeln, Elektromagnetische Elemente sowie gepulste Laser. In der Reinigung kommt üblicherweise die Erzeugung von Stoßwellen durch Unterwasserfunkenentladung von Kondensatoren zum Einsatz. Die Stoßwellen erzeugen Drücke, die ausreichen, das Material der Verschmutzung (z. B. Keramik oder gebundenen Formsand) zu zertrümmern. Durch eine automatisierte Handhabung der Teile, sowie eine rechnergesteuerte Prozessführung ist das Verfahren weitgehend automatisierbar. Weitere Vorteile ergeben sich aus dem Verzicht auf gefährliche Chemikalien, sowie dem niedrigen Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Entkernungsverfahren.  Bild: KLEIN Stoßwellentechnik Physikalischer HintergrundDas Stoßwellenverfahren, auch elektrohydraulisches Verfahren genannt, basiert auf dem Prinzip der Kondensatorunterwasserentladung, wie es in der Sowjetunion schon in den 60-er Jahren des letzten Jahrhunderts bekannt war. Neu ist seine Anwendung auf dem Gebiet der industriellen Bauteilreinigung. Bei diesem Verfahren werden die zu reinigenden Teile in die vollständig mit Wasser gefüllte Behandlungskammer abgesenkt, positioniert und während des Reinigungsprozesses fixiert. Hierzu dient eine geeignete Bauteilaufnahme. Im Behandlungsbecken befinden sich darüber hinaus zwei fest installierte Elektroden und ein Reflektorsystem. Die eingesetzte Energie wird zunächst in einem Kondensator gespeichert, um schließlich eine kurze, aber hochenergetische und hochfrequente Freisetzung der Energie über die beiden unter Wasser befindlichen Elektroden zu ermöglichen. Die von den Elektroden nahezu punktförmig freigesetzte Energie breitet sich im Wasserbehälter als Stoßwelle (Longitudinalwelle) aus. Das Wasser dient hier als nahezu verlustfreies Übertragungsmedium. Durch geeignete Reflektion der Stoßwellen und ein unterstützendes Drehen und Wenden der zu reinigenden Bauteile während der Behandlung werden die Bauteile von allen Seiten gereinigt. Die Stoßwellen bewirken ein Absprengen der am Bauteil anhaftenden Verschmutzungen. Die Reinigungswirkung hängt von dem Frequenzspektrum der Stoßwellen ab. HaupteinsatzgebieteDie Stoßwellenreinigung kommt zum Einsatz, um Gussteile nach dem Entfernen aus der Form von Formrückständen und Kernen zu reinigen. Die Formschalen und Kerne, die während des Gusses eine hohe Festigkeit und Maßhaltigkeit gewährleisten müssen, sollen möglichst vollständig, kostengünstig und ressourcenschonend von den Bauteilen entfernt werden. Das Stoßwellenverfahren hat folgende Vorteile: -geringe Energiekosten -kurze Taktzeiten, hoher Durchsatz -gute Reproduzierbarkeit, hoher Automatisierungsgrad -keine Oberflächenbeschädigungen -keine Staub- und Lärmbelästigung am Arbeitsplatz -geringe Personalbindung -geringer Frischwasserverbrauch -geringe Entsorgungsprobleme und Sicherheitsmaßnahmen Mittels der Reinigung durch Stosswellen lässt sich ein weites Spektrum von Gussteilen behandeln, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder auch komplizierte Geometrien aus Aluminium. 
 Bild (links): ungereinigtes Gussteil Bild (rechts): gereinigtes Gussteil Quelle: KLEIN Stoßwellentechnik Das Verfahren ist durch die Möglichkeit, die Prozessparameter weitläufig zu modifizieren, äußerst flexibel. So können durch Änderungen der Beschallungswinkel selbst dünnwandige (Wandstärke < 2 mm) Teile gereinigt werden. Ein Drehen und Wenden der Bauteile kann zur Erhöhung der Reinigungsleistung beitragen. Die Teile lassen sich von nahezu allen Arten von Keramiken und Bindungen der Formschalen reinigen, jedoch bestehen Schwierigkeiten, keramische Kerne aus Sacklöchern zu entfernen. Die hohe Reproduzierbarkeit des Reinigungsergebnisses erlaubt eine Vollautomatisierung. Das Stoßwellenverfahren kommt über die Reinigung hinaus auch in anderen Bereichen zum Einsatz, in denen spröde und harte Werkstoffe zerkleinert werden sollen. Beispiele sind das Recycling von Betonteilen, das Trennen von Verbundteilen und das Zertrümmern von Nierensteinen in der Medizintechnik. Umwelt- und ArbeitsschutzIm Gegensatz zu anderen Entkernungsverfahren, wie dem Ausklopfen oder der Entkernung im Ätzbad, findet die Ablösung der Verschmutzungen beim Stoßwellenverfahren unter Wasser statt. Es werden keine Lösungsmittel oder andere Chemikalien benötigt. Dies verringert sowohl die Gefährdung des Bedienpersonals, als auch die potentielle Umweltbelastung. Das verwendete Wasser kann im Brauchwasserkreislauf geführt werden, um den Frischwasserverbrauch zu senken. Der Einsatz von Schlammpumpen für das Nutzwasser reduziert den Aufwand der Wasserbehandlung weiter, da keine aufwendige Wasseraufbereitung, wie beispielsweise für Hochdruckpumpen erforderlich ist. Das Einlassen der Behandlungskammer in eine Grube senkt die Lärmemission so weit, dass kein weiterer Lärmschutz für das Personal notwendig ist. Außerdem wird hierdurch eine ergonomische Beschickung ermöglicht, die ebenso wie die weitgehend automatisierbare Teilehandhabung dem Arbeitsschutz zuträglich ist. 1. Bauteil: Pumpenlaufrad - Aufgabe: Keramik entfernen
2. Bauteil: Feingusstraube - Aufgabe: Keramik entfernen
Tabellen: Exemplarischer Vergleich des Stoßwellenverfahrens mit anderen Reinigungsverfahren Quelle: KLEIN Stoßwellentechnik Anlagen und KostenDie Stoßwellenreinigung mittels des "Cerabite"-Verfahrens der Firma KLEIN arbeitet mit feststehenden Elektroden und Reflektoren. Die Anordnung der Bauteile relativ zu Elektroden und Reflektor erfolgt hier mittels eines rechnergesteuerten Manipulators, der die Teile in der wassergefüllten Behandlungskammer positioniert. Zur Handhabung dienen hier Linearantriebe sowie überlagerte Pneumatikzylinder und ein Schnellspannsystem, welche eine schnelle Positionierung und einen zügigen Wechsel der Bauteile sicherstellen sollen.   Bilder: Anlage zur Reinigung mit Stoßwellen Quelle: KLEIN Stoßwellentechnik Die Behandlungskammer der Stoßwellenanlagen wird in den Boden eingelassen, was das Beschicken vereinfachen soll. Zur weiteren Verminderung der Taktzeit kann eine Wechselwagenbeschickung für die Bauteile vorgesehen werden. Der Austrag der Formreste aus der Behandlungskammer erfolgt, nachdem diese in den trichterförmigen Boden der Kammer abgesunken sind, über einen Rohrkettenförderer oder ein Schlammpumpensystem. Das Prozesswasser läuft in einem weitestgehend geschlossenen Kreislauf um. Die Bedienung der Anlage erfolgt über Programmmenus, die ein einfaches Anpassen an verschiedene Reinigungsaufgaben ermöglichen sollen. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wird durch die elektronische Dokumentation jeder Kondensatorentladung unterstützt. Der Energieverbrauch der dargestellten Anlage liegt bei ca. 7 kW für die Stoßwellenreinigung und ca. 5 kW für die Nebenaggregate, wobei die Reinigungszeit in etwa der zu entfernenden Kernmasse proportional ist. ReferenzenProspektmaterial der KLEIN Stoßwellentechnik GmbH Konrad-Adenauer-Str. 200 57572 Niederfischbach Rainer M. Zange Anwendungsbezogenes Prozeßmodell der Wandlung elektrischer Energie in Energie des Leistungsschallimpulses Dissertation, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2000
Name des Autors: team
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