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DE4308552A1 - Device for cleaning and/or surface treatment of workpieces - Google Patents

Device for cleaning and/or surface treatment of workpieces

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Publication number
DE4308552A1
DE4308552A1 DE19934308552 DE4308552A DE4308552A1 DE 4308552 A1 DE4308552 A1 DE 4308552A1 DE 19934308552 DE19934308552 DE 19934308552 DE 4308552 A DE4308552 A DE 4308552A DE 4308552 A1 DE4308552 A1 DE 4308552A1
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DE
Germany
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cleaning
medium
springs
workpiece
oscillating head
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Withdrawn
Application number
DE19934308552
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German (de)
Inventor
Emil Dipl Ing Muhr
Wilfried Dr Rer Nat Lotz
Juergen Dipl Phys Kising
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Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Original Assignee
Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
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Filing date
Publication date
Application filed by Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG filed Critical Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
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Publication of DE4308552A1 publication Critical patent/DE4308552A1/en
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/12—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moving in alternate directions by alternate energisation of two coil systems
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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Abstract

The invention relates to a device for cleaning and/or surface treatment of workpieces. In one embodiment, the workpiece is set vibrating by a linear vibrating head or orbital vibrating head and is immersed in a medium. In this arrangement, very high accelerations occur at the reversal (inversion) point of the motion, by means of which an intense cleaning effect is achieved. In another embodiment, the medium is itself set vibrating by a paddle attached to the vibrating head, in particular in combination with a cage. In this case, it is possible to apply very high energies to the processing bath.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen und/oder Oberflächenbehandeln von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for cleaning and / or surface treatment of workpieces according to the Preamble of claim 1.

Aufgrund der bekannten Risiken für Mensch und Umwelt bei der Verwendung von halogenisierten Kohlenwasserstoffen und des zunehmenden Trends, auf chemische Zusätze zu verzichten, sind neuartige Reinigungsverfahren wünschenswert, die schon bei Verwendung von wäßrigen oder anderen, die Natur nicht oder nur gering belastenden Lösungen ein zufriedenstellendes Reinigungsergebnis liefern. Um ohne aggressive chemische Zusätze Werkstücke zu reinigen, ist die Ultraschallreinigung bekannt, die auf der Kavitationswirkung basiert, wodurch Schmutzteilchen von der Oberfläche des Werkstücks durch die Krafteinwirkung mittels lokaler, mikroskopischer Implosionen abgelöst werden. Die von den Ultraschallgeneratoren an das Reinigungsbad abgegebene Energie ist vergleichsweise gering.Due to the known risks to people and the environment at Use of halogenated hydrocarbons and increasing trends to do without chemical additives, new types of cleaning processes that are desirable are desirable when using aqueous or other, nature does not or only slightly stressful solutions a satisfactory Deliver cleaning results. To without aggressive chemical Additives To clean workpieces is ultrasonic cleaning known, which is based on the cavitation effect, whereby Debris from the surface of the workpiece through the Applying force using local, microscopic implosions be replaced. The from the ultrasonic generators to the Energy released from the cleaning bath is comparatively low.

Ferner ist die Reinigung mit Wasser, wäßrigen oder anderen Lösungen großer kinetischer Energie bekannt. Dabei wird die Verschmutzung durch die Krafteinwirkung der Flüssigkeit abgelöst. In diesem Zusammenhang wird auf eine Reihe von bekannten Vorrichtungen hingewiesen. Beispielsweise wird zum Reinigen von Kleinteilen ein motorisch angetriebenes Pumpen­ rad in die Reinigungsflüssigkeit getaucht (DE 23 04 274). Bei einem anderen bekannten Tauchreiniger (DE 28 27 011) wird ein in eine Reinigungsflüssigkeit eingetauchter, die zu reinigenden Werkstücke aufnehmender Korb von einer Taumel­ scheibe in eine Rüttelbewegung versetzt. Die Rüttelbewegung in einem Tauchbad kann auch durch einen pneumatischen Antrieb erzeugt werden (DE 28 06 446).Furthermore, the cleaning with water, aqueous or other Solutions of large kinetic energy are known. The Contamination from the force of the liquid replaced. In this regard, a number of known devices pointed out. For example, Cleaning small parts using a motor-driven pump wheel immersed in the cleaning liquid (DE 23 04 274). In another known immersion cleaner (DE 28 27 011) is immersed in a cleaning liquid, which too cleaning workpieces receiving basket from a wobble disc set in a shaking motion. The shaking motion in an immersion bath can also be done by a pneumatic Drive are generated (DE 28 06 446).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zum Reinigen und/oder Behandeln von Werkstücken erforderliche kinetische Energie zu vergrößern und eine großflächige Behandlung zu ermöglichen, um insbesondere auch Werkstücke mit schwer zugänglichen Aus-Einformungen und Hohlräumen zu bearbeiten.The invention is based, for cleaning and / or treatment of workpieces required kinetic Enhance energy and treat large areas enable in particular even workpieces with heavy to process accessible recesses and cavities.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Das im Anspruch 1 genannte schwingfähige System ist als Vibrationsschweißmaschine für zu fügende Kunststoffbauteile bekannt (Deutsches Patent 25 39 167). Mit dieser bekannten Maschine lassen sich lineare Schwingungen erzeugen. Es ist auch bekannt (US PS 5 160 393), orbitale Schwingungen, insbesondere kreisförmige Bewegungen, zu erzeugen.According to the invention, the stated object has the features of claim 1 solved. That mentioned in claim 1 vibratory system is as a vibration welding machine for known plastic components to be joined (German patent 25 39 167). With this well-known machine generate linear vibrations. It is also known (U.S. PS 5 160 393), orbital vibrations, especially circular ones Movements to generate.

Wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das zu reini­ gende Werkstück am Schwingkopf befestigt und in dem Reini­ gungsmedium bewegt, so treten bei einer technisch leicht realisierbaren, sinusförmigen Schwingung von 100 Hz und Amplituden bis zu 2 mm Beschleunigungen am Umkehrpunkt der Bewegungen von bis zu 790 m/s2 (entsprechend etwa 80 g) auf. Des weiteren werden Relativgeschwindigkeiten zwischen Werk­ stück und Lösungsmittel von bis zu 1,2 m/s erreicht. Erfin­ dungsgemäß wird damit eine sehr hohe kinetische Energie ein­ gebracht, die zum Los lösen der Schmutzteilchen führt.If, according to one embodiment of the invention, the workpiece to be cleaned is attached to the oscillating head and moved in the cleaning medium, then a sinusoidal oscillation of 100 Hz and amplitudes of up to 2 mm occur at a technically easily realizable acceleration at the reversal point of the movements of up to 790 m / s 2 (corresponding to about 80 g). Furthermore, relative speeds between the workpiece and solvent of up to 1.2 m / s can be achieved. Inven tion according to a very high kinetic energy is brought in, which leads to loosening of the dirt particles.

Ähnliche Überlegungen gelten auch bei Verwendung von Medien, welche die Oberfläche von Werkstücken mechanisch oder chemisch bearbeiten. Damit ist auch eine Oberflächenbehand­ lung ähnlich dem Sandstrahlen möglich. Da jedoch erfindungs­ gemäß das zu bearbeitende Werkstück im Bearbeitungsmedium bewegt wird, ist eine großflächigere Bearbeitung möglich.Similar considerations apply when using media, which mechanically or the surface of workpieces edit chemically. This is also a surface treatment similar to sandblasting possible. However, since fiction according to the workpiece to be machined in the machining medium large-area processing is possible.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die kinetische Energie in das Reinigungsmedium über ein am Schwimmkopf befestigtes Paddel eingebracht, insbesondere in Kombination mit einem in das Medium eingetauchten Käfig mit düsenartigen Öffnungen, durch die die erzeugte Strömung gebündelt wird und in einzelnen Strahlen hoher kinetischer Energie austritt.In another embodiment of the invention, the kinetic energy in the cleaning medium via an am Floating paddle inserted, especially in  Combination with a cage immersed in the medium nozzle-like openings through which the generated flow is bundled and in individual beams of high kinetic Energy leaks.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments according to the invention are in the subclaims featured.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:Exemplary embodiments of the invention are described below the drawings explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine Reinigungsvorrichtung mit einem Schwingkopf für lineare Schwingungen, Fig. 1 is a cleaning apparatus with a vibrating head for linear vibrations,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Reinigungsvorrichtung mit einem Orbitalschwingkopf und Fig. 2 is a sectional view of a cleaning device with an orbital vibrating head and

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Reinigungsvorrichtung mit Linearschwingkopf und Paddel. Fig. 3 is a sectional view of a cleaning device with a linear oscillating head and paddle.

In Fig. 1 ist ein Reinigungstank 1 auf einem höhenverstell­ baren Tisch 2 angeordnet, der längs der senkrechten Säulen 3 verschiebbar ist. In dem mit Medium, beispielsweise Wasser gefüllten Tank 1 ist ein Werkstück 4 eingetaucht, das über Streben 5 an einem Schwingkopf 6 befestigt ist. Der Schwing­ kopf 6 ist über ein Federpaket 8 in Form von Blattfedern an einer Brücke 9 befestigt. Die Federn sind in senkrechter Richtung im wesentlichen starr, in der horizontalen Schwin­ gungsrichtung elastisch, so daß der Schwingkopf 6 in eine horizontale, hin- und hergehende Bewegung versetzt werden kann.In Fig. 1, a cleaning tank 1 is arranged on a height adjustable table 2 , which is slidable along the vertical columns 3 . A workpiece 4 is immersed in the tank 1 filled with medium, for example water, which is fastened to a vibrating head 6 via struts 5 . The oscillating head 6 is attached to a bridge 9 via a spring assembly 8 in the form of leaf springs. The springs are substantially rigid in the vertical direction, elastic in the horizontal direction of vibration, so that the oscillating head 6 can be set in a horizontal, reciprocating movement.

Dies erfolgt durch Elektromagnete 10, deren Spulen 11 orts­ fest an der Brücke 9 angeordnet sind, während die dazugehö­ rigen Magnetanker 12 am Schwingkopf 6 befestigt sind. Durch Ansteuerung der Elektromagnete wird der Schwingkopf in Schwingungen versetzt und oszilliert in der Resonanzfrequenz mit einer Amplitude von etwa 2 mm. Durch die große eingebrachte kinetische Energie wird ein hoher Reinigungs­ effekt erzielt.This is done by electromagnets 10 , the coils 11 of which are fixed in place on the bridge 9 , while the associated magnet armatures 12 are attached to the oscillating head 6 . By actuating the electromagnets, the oscillating head is set in oscillation and oscillates in the resonance frequency with an amplitude of approximately 2 mm. A high cleaning effect is achieved due to the large kinetic energy introduced.

Die Brücke 6 ist über Dämpferblocks 14 an einem ortsfesten Gestell 15 abgestützt, das wiederum über Schwingungsentkoppler aufgestellt wird.The bridge 6 is supported on damper blocks 14 on a stationary frame 15 , which in turn is set up via vibration decouplers.

In Fig. 2 ist anstelle des Linearschwingkopfes ein Orbital­ schwingkopf vorgesehen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um eine kreisförmige Oszillation zu erzeugen, ist der Schwingkopf 6 über Stabfedern 16 an der Brücke 9 getragen. Die Brücke 9 trägt ferner drei in glei­ chen Umfangsabständen angeordnete Elektromagnete 18, deren zugehörige Magnetanker am Schwingkopf 6 befestigt sind. Durch Ansteuerung der Elektromagnete ist es somit möglich, eine kreisförmige, elliptische oder unregelmäßig beliebige Bewegungsrichtung des Schwingkopfes 6 und damit des zu behandelnden Werkstücks 4 zu erzeugen. Auch eine lineare Schwingung ist möglich.In Fig. 2, an orbital oscillating head is provided instead of the linear oscillating head. The same components are provided with the same reference symbols. In order to generate a circular oscillation, the oscillating head 6 is supported on the bridge 9 via bar springs 16 . The bridge 9 also carries three arranged in circumferential spacing electromagnets 18 , the associated armatures of which are attached to the oscillating head 6 . By actuating the electromagnets, it is thus possible to generate a circular, elliptical or irregularly arbitrary direction of movement of the oscillating head 6 and thus of the workpiece 4 to be treated. A linear vibration is also possible.

Wie bereits erwähnt, kann zur Oberflächenbehandlung die Rei­ nigungsflüssigkeit im Tank 1 auch gegen ein Bearbeitungs­ medium, z. B. Sand entsprechend feiner Körnung, ausgetauscht werden. Es wird auch in Betracht gezogen, daß kein reinigen­ des Medium benutzt wird und die Reinigungswirkung nur durch die Massenträgheit der Schmutzteilchen verursacht wird, die am Umkehrpunkt der Schwingungsbewegung mechanisch losgeris­ sen werden. Das Anstoßen des Schwingkopfes kann auch in Intervallen erfolgen. Komplizierte Werkstücke mit in ver­ schiedenen Richtungen angebrachten Aus- und Einformungen, beispielsweise Zylinderblöcke, werden vorzugsweise in ent­ sprechenden Richtungen oszillierend bewegt, um die Reini­ gungswirkung zu optimieren. Bei Verwendung eines Linear­ schwingkopfes kann zur Richtungswahl der Schwingung das Werkstück gedreht bzw. rotiert werden. Wird dagegen ein Orbitalschwingkopf verwendet, so lädt sich die Bearbeitungs­ wirkung durch Einstellen der Oszillationsbewegung optimie­ ren. Zur Unterstützung der reinigenden oder bearbeitenden Wirkung kann das Medium im Tank 1 auch mit anderen Medien, beispielsweise Luft, durchsetzt werden. Nach der Behandlung kann das Werkstück noch außerhalb des Mediums bewegt werden, um anhaftende Reinigungs- oder Bearbeitungsmittelreste zu entfernen. Hierzu wird der Tisch 2 mit dem Tank 1 nach unten gefahren, so daß das Werkstück aus dem Medium austritt. Die Bewegung des Werkstückes in Luft unterstützt außerdem den Trocknungsvorgang.As already mentioned, for surface treatment, the cleaning liquid in tank 1 can also be used against a processing medium, e.g. B. sand according to fine grain, can be replaced. It is also considered that no cleaning of the medium is used and the cleaning effect is only caused by the inertia of the dirt particles which are mechanically loosened at the point of reversal of the oscillatory movement. The vibrating head can also be bumped at intervals. Complicated workpieces with formed and formed in different directions, for example cylinder blocks, are preferably moved oscillating in corresponding directions to optimize the cleaning effect. When using a linear oscillating head, the workpiece can be rotated or rotated to select the direction of the oscillation. If, on the other hand, an orbital oscillating head is used, the machining effect can be optimized by adjusting the oscillating movement. To support the cleaning or machining effect, the medium in tank 1 can also be mixed with other media, for example air. After the treatment, the workpiece can still be moved outside the medium to remove adhering cleaning or processing agent residues. For this purpose, the table 2 is moved down with the tank 1 so that the workpiece emerges from the medium. The movement of the workpiece in air also supports the drying process.

In Fig. 3 ist ein Linearschwingkopf gemäß Fig. 1 darge­ stellt. An dem Schwingkopf 6 ist hier ein Paddel 20 befe­ stigt, das in die Reinigungsflüssigkeit, insbesondere Wasser, des Tanks 1 eingetaucht ist. Das Paddel 20 führt also wie der Schwingkopf 6 eine lineare, horizontale, hin- und hergehende Bewegung aus. Schwingt das System in der Resonanzfrequenz, so werden je nach Ausbildung des Paddels 20 Strömungen und Wirbel im Wasserbad erzeugt, die den gewünschten Reinigungseffekt erzielen. Der Energieaufwand ist gering, obwohl wesentlich mehr Energie an das Wasserbad abgegeben wird als bei jedem Ultraschallreinigungsverfahren.In Fig. 3, a linear oscillating head according to FIG. 1 is Darge. On the oscillating head 6 a paddle 20 is BEFE Stigt here, which is immersed in the cleaning liquid, in particular water, of the tank 1 . The paddle 20 thus performs a linear, horizontal, back and forth movement like the oscillating head 6 . If the system vibrates at the resonance frequency, 20 currents and vortices are generated in the water bath, depending on the design of the paddle, which achieve the desired cleaning effect. The energy consumption is low, although much more energy is released to the water bath than with any ultrasonic cleaning process.

Das Paddel 20 ist in der Ausführungsform von einem Käfig 21 umschlossen, der ortsfest im Tank 1 angeordnet ist, der also an der Schwingung nicht teilnimmt. Der Käfig ist mit seitli­ chen düsenartigen Öffnungen versehen, von denen die vom Pad­ del 20 erzeugte Wasserströmung gebündelt wird, so daß aus den Öffnungen 22 Strahlen mit hoher kinetischer Energie aus­ treten. Die Öffnungen 22 sind vorzugsweise in Schwingungs­ richtung des Paddels angeordnet. Die Öffnungen können aber auch einseitig angeordnet sein, so daß ein Wasserausstoß nur in einer Richtung möglich ist.In the embodiment, the paddle 20 is enclosed by a cage 21 which is arranged in a stationary manner in the tank 1 and which therefore does not participate in the vibration. The cage is provided with lateral nozzle-like openings, of which the water flow generated by the pad del 20 is bundled, so that 22 jets of high kinetic energy emerge from the openings. The openings 22 are preferably arranged in the direction of vibration of the paddle. The openings can also be arranged on one side, so that water can only be ejected in one direction.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Reinigen und/oder Oberflächen­ behandeln von Werkstücken, die in einem Medium eingetaucht sind, wobei das Werkstück oder das Medium in Schwingungen versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingkopf (6) vorgesehen ist, der über Federn (8; 16) an einem Stator (9; 15) befestigt ist, wobei die Federn in der Schwingungs­ ebene elastisch nachgiebig und quer zur Schwingungsebene im wesentlichen starr sind, und daß zum Erzeugen der Schwingun­ gen in Resonanzfrequenz Elektromagnete (10; 18) zwischen dem Schwingkopf und dem Stator vorgesehen sind.1. A device for cleaning and / or treating surfaces of workpieces which are immersed in a medium, the workpiece or the medium being set in vibration, characterized in that an oscillating head ( 6 ) is provided which is connected via springs ( 8 ; 16 ) is attached to a stator ( 9 ; 15 ), the springs in the vibration plane being resiliently flexible and transverse to the vibration plane essentially rigid, and that for generating the vibrations in resonance frequency electromagnets ( 10 ; 18 ) between the oscillating head and the Stator are provided. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federn (8) Blattfedern sind und die Schwingun­ gen linear erfolgen.2. Device according to claim 1, characterized in that the springs ( 8 ) are leaf springs and the oscillations are linear. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federn (16) Stabfedern sind und die Schwingun­ gen orbital erfolgen.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the springs ( 16 ) are rod springs and the vibrations take place orbitally. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schwingkopf (6) das zu behandelnde Werkstück (4) befestigt ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the workpiece ( 4 ) to be treated is attached to the oscillating head ( 6 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als reinigendes oder bearbeiten­ des Medium feste Stoffe mit feiner Körnung, z. B. Sand, ver­ wendet wird.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that as cleaning or editing the medium solid substances with fine grain, z. B. sand, ver is applied. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen mit Intervallen erfolgen. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the vibrations with intervals respectively.   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsrichtung auf die in verschiedenen Richtungen angeordneten Aus- bzw. Einfor­ mungen des Werkstücks ausgerichtet werden.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the direction of vibration on the Information arranged in different directions alignments of the workpiece. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Verwendung eines Linearschwingkopfes das Werk­ stück zum Ausrichten auf die Linearschwingung gedreht bzw. rotiert wird.8. The device according to claim 7, characterized in net that the work when using a linear oscillating head piece turned to align with the linear vibration or is rotated. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das reinigende oder bearbeitende Medium mit anderen Medien, z. B. Luft durchsetzt ist, um die reinigende bzw. bearbeitende Wirkung zu unterstützen.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cleaning or processing Medium with other media, e.g. B. air is permeated to the to support cleaning or processing effects. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende oder bearbei­ tende Teil außerhalb des Mediums anschließend an den Bear­ beitungsvorgang bewegt wird.10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the to be cleaned or machined end of the medium after the bear processing operation is moved. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkstück in Luft zur Unterstützung der Trocknung bewegt wird.11. The device according to claim 10, characterized records that the workpiece is in air in support of the Drying is moved. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis. 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schwingkopf ein Paddel (20) befestigt ist.12. The device according to one of claims 1 to. 3, characterized in that a paddle ( 20 ) is attached to the oscillating head. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Paddel innerhalb eines ortsfesten Käfigs (21) mit düsenartigen Öffnungen (22) angeordnet ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the paddle is arranged within a fixed cage ( 21 ) with nozzle-like openings ( 22 ). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das reinigende oder bearbeitende Medium zur Unterstützung der reinigenden bzw. bearbeitenden Wirkung mit anderen Medien, z. B. Luft, durchsetzt ist.14. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cleaning or processing Medium to support the cleaning or processing Effect with other media, e.g. B. air is interspersed.
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