DE10036809B4

DE10036809B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen

Info

Publication number: DE10036809B4
Application number: DE2000136809
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: DE10036809A1

Abstract

Vorrichtung zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Gegenstandes, mit einem Vorratstank für wässrige oder organische Lösungsmittel, mit wenigstens einer Arbeitskammer (10), wobei sich in der wenigstens einen Arbeitskammer (10) ein Mittel (34) zur Erzeugung eines Plasmas, Mittel (21, 22, 24), über das oder die der Arbeitskammer (10) ein Lösungsmittel zuführbar ist, und ein weiteres Mittel, durch das in der Arbeitskammer (10) ein Unterdruck einstellbar ist, befinden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Gegenstandes nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Es ist bekannt, die Oberflächen von Gegenständen durch Spülung mit einem Lösungsmittel zu reinigen. Dabei können sowohl wäßrige Reinigungslösungen unter Zusatz eines entsprechenden Neutralreinigers oder auch nichtwässrige Reiniger wie beispielsweise das von der Dow Chemical Company vertriebene Dowclene zum Einsatz kommen. Weiterhin ist aus der DE 41 38 400 C1 ein Verfahren zum Reinigen von metallischen Werkstücken bekannt, bei dem die Werkstücke einem Tauchbad bei Unterdruck ausgesetzt sind.

Eine Modifizierung der Oberflächen ist jedoch mit diesen Verfahren nicht möglich.

Aus der US 5,773,360 und der DE 40 34 842 C2 ist bekannt, die Oberfläche eines Gegenstandes einem Plasma auszusetzen, wobei diese Methode sowohl zur Reinigung wie auch zur Modifizierung der Oberflächen dienen kann; die Reinigungswirkung eines Plasmas ist jedoch auf den Abtrag dünner und homogener Schichten beschränkt. Darüber hinaus ist aus der EP 661 110 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Gegenstand oberflächlich durch Einwirkung von Ozon oxidiert werden kann.

Weiterhin sind aus der DE 41 25 891 C2 und der DE 199 03 243 A1 Verfahren zur Reinigung verschmutzter Teile bekannt. Diese Verfahren beruhen auf der Kombination einer Lösungsmittelreinigung mit einer Reinigung mittels eines Niederdruckplasmas. An dem in der DE 41 25 891 C2 beschriebenen Verfahren ist jedoch nachteilig, dass Lösungsmittelreinigung und Plasmareinigung örtlich getrennt in zwei verschiedenen Arbeitskammern stattfinden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine schonende Reinigung, Feinreinigung und/oder Modifizierung der Oberflächen auch stärker verschmutzter Gegenstände gestatten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, daß eine schonende Reinigung, Feinreinigung und/oder Modifizierung der Oberflächen eines Gegenstandes mittels ein und derselben Vorrichtung ermöglicht wird. Dies wird durch die Kombination einer Reinigungseinheit mit einer plasmaerzeugenden Einheit erreicht, wobei die Reinigungseinheit ein Mittel für die Zufuhr eines Lösungsmittels umfaßt und eine Oberflächenreinigung mit Lösungsmitteln ermöglicht. Die plasmaerzeugende Einheit umfaßt ein Mittel zur Erzeugung eines Plasmas und dient der Feinreinigung und Modifizierung der Oberflächen.

Das Mittel für die Zufuhr des Lösungsmittels als auch das plasmaerzeugende Mittel sind vorteilhafterweise in ein und derselben Arbeitskammer angeordnet, in der sich der zu reinigende Gegenstand befindet. Die Reinigung mit einem Lösungsmittel sowie die Plasmabehandlung werden nacheinander ausgeführt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spülung mit einem Lösungsmittel unter Ultraschalleinwirkung durchgeführt wird, da die Reinigungswirkung so um ein Vielfaches höher ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit einer Arbeitskammer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele
In 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese enthält eine Arbeitskammer 10, in die ein Gegenstand, dessen Oberflächen behandelt werden sollen, eingebracht werden kann. Die Arbeitskammer 10 kann dazu eine oder mehrere, hier nicht dargestellte Beladungsöffnungen sowie Halterungen, Drehteller oder andere dem Fachmann geläufige Mittel zur Befesti gung des Gegenstandes aufweisen. Um der Arbeitskammer 10 ein Lösungsmittel zuführen zu können, enthält die Vorrichtung einen Vorratsbehälter 12, der über eine nicht dargestellte Befülleinheit mit Lösungsmittel versorgt werden kann und der über eine Rohr- oder Schlauchverbindung 21 mit der Arbeitskammer 10 in Kontakt steht. Um das Lösungsmittel unter Druck der Arbeitskammer 10 zuzuführen, kann in der Rohr- oder Schlauchverbindung 21 eine Pumpe 14a vorgesehen sein.
Die Vorrichtung weist darüber hinaus eine zweite Rohr- oder Schlauchverbindung 22 auf, über die der Arbeitskammer 10 entnommenes Lösungsmittel mittels eines Filters 16 gereinigt und unter Druck der Arbeitskammer 10 wieder zugeführt wird. Die Rohr- oder Schlauchverbindung 22 enthält dazu eine zweite Pumpe 14b.
Des weiteren umfaßt die Vorrichtung beispielsweise eine Destillationsvorrichtung 18, die der Reinigung des in der Arbeitskammer 10 befindlichen Lösungsmittels dient. Über die Destillation werden außer Schmutzpartikel auch organische Verunreinigungen wie Fette und Öle abgetrennt und als Destillationssumpf entfernt. Das verunreinigte Lösungsmittel gelangt über eine dritte Rohr- oder Schlauchverbindung 23, die eine dritte Pumpe 14c beinhaltet, in die Vorlage 18a der Destillationsvorrichtung 18 und wird verdampft. Das gereinigte Lösungsmittel kann in gasförmiger oder kondensierter Form der Arbeitskammer 10 über eine vierte Rohr- oder Schlauchverbindung 24 zugeführt oder über eine fünfte Rohr- oder Schlauchverbindung 25 in kondensierter Form in den Vorratsbehälter 12 transferiert werden.
Um eine gleichmäßige Druckverteilung innerhalb der funktionellen Komponenten und der Rohr- oder Schlauchverbindungen der Vorrichtung zu erzielen, weist die Vorrichtung eine oder mehrere nicht dargestellte, einen Unterdruck erzeugende Ein heften wie beispielsweise Vakuumpumpen auf, die über sechste Rohr- oder Schlauchverbindungen 26, 26a, 26b, 26c beispielsweise mit dem Vorratsbehälter 12, der Destillationsvorrichtung 18 und/oder der Arbeitskammer 10 verbunden sind. Dabei werden zwangsläufig mit der Abluft auch Lösungsmitteldämpfe abgezogen, die je nach Lösungsmittel nicht in die Umwelt gelangen dürfen. Diese werden in einer der Unterdruck erzeugenden Einheit vorgeschalteten, in die Rohr- oder Schlauchverbindung 26 integrierten Tieftemperatureinheit 30 bei einer tiefen Temperatur von vorzugsweise –20°C auskondensiert. Über eine siebte Rohr- oder Schlaucheinheit 27, die einen Auffangbehälter 32 für das Kondensat enthalten kann, wird das abgetrennte Lösungsmittel der Destillationsvorrichtung 18 zugeführt.
Um eine Plasmabehandlung der Oberflächen eines Gegenstandes in der Arbeitskammer 10 zu ermöglichen, enthält diese eine Hochfrequenzantenne 34, mit deren Hilfe eine Ionisierung der in der Kammer befindlichen Gase ermöglicht wird. Die Hochfrequenzantenne 34 kann Strahlung einer Frequenz im Kilohertz-, Megahertz- oder Gigahertzbereich erzeugen, wobei die Hochfrequenzantenne 34 beim Betrieb im Kilohertz- bzw. Megahertzbereich innerhalb der Arbeitskammer 10 angeordnet ist, dagegen bei Betrieb im Gigahertzbereich außerhalb der Arbeitskammer 10. Die Arbeitskammer weist dann ein für die hochfrequente Strahlung durchlässiges, hier nicht dargestelltes Quarzfenster auf.
Die Behandlung des Gegenstandes erfolgt in der Arbeitskammer 10, in die der Gegenstand zunächst eingebracht und fest verankert wird. Daraufhin erfolgt eine Reinigung mit einem oder mehreren Lösungsmitteln, die entweder druckunterstützt über die Rohr- oder Schlauchverbindung 22 mit einem Druck von bis zu 15 bar erfolgt oder über die Zufuhr von Lösungsmitteldampf über die Rohr- oder Schlauchverbindung 24. Die Spülung mit einem Lösungsmittel wird über einen Zeitraum von 2 bis 12 Minuten ausgeführt; ihr kann eine vorzugsweise einminütige Dampfentfettung mit Lösungsmitteldampf nachgeschaltet werden.
Als Lösungsmittel eigenen sich vor allem Isoparaffine und Alkoxyalkohole, jedoch auch sonstige Kohlenwasserstoffgemische, Glycolether, Polyglycole, Pflanzenölester, Terpene, oder N-Methylpyrrolidon. Auch wäßrige Reinigungssysteme mit einem in Wasser gelösten Reiniger sind denkbar. Hier ist jedoch die Aufarbeitung der verunreinigten Reinigungslösung mittels Destillation unvorteilhaft, da dabei der Reiniger abgetrennt wird. Darüber hinaus sind auch Kombinationen von wässrigen Medien und Lösungsmitteln möglich.
Die Spülung mit einem Lösungsmittel wird bei einem verringerten Innendruck von 50 bis 120 mbar durchgeführt, um bei Verwendung organischer Lösungsmittel die Gefahr einer Verpuffung zu minimieren. Darüber hinaus wird so die Siedetemperatur der verwendeten Lösungsmittel deutlich gesenkt und die Redestillation des Lösungsmittels ist wirtschaftlich ausführbar. Während der Spülung mit einem Lösungsmittel wird in der Kammer je nach Lösungsmittel eine Temperatur von 60 bis 150°C eingestellt. Die Beheizung erfolgt aus Sicherheitsgründen indirekt beispielsweise mittels Heißwasser oder durch einen keramischen Heizer.
Es können beliebige Gegenstände, deren Geometrie von der räumlichen Auslegung der Arbeitskammer 10 abhängt, mit beliebiger Oberflächenausgestaltung hinsichtlich Material und Profil behandelt werden. Auch Werkstücke mit engen Vertiefungen und schwierigen Geometrien sind so effektiv zu reinigen.
Der mittels der Spülung mit Lösungsmittel vorbehandelte und gereinigte Gegenstand wird zunächst über eine Absenkung des Innendrucks der Arbeitskammer 10 getrocknet, alternativ kann die Trocknung auch durch eine zusätzliche Spülung der Arbeitskammer 10 mit einem trockenen Gasstrom erfolgen.
Der getrocknete Gegenstand wird in derselben Arbeitskammer 10 einer Plasmabehandlung für 5 bis 20 Minuten bei einem Innendruck von 0.01 bis 1 mbar unterzogen. Die Plasmabehandlung ermöglicht eine Feinreinigung des Gegenstandes und darüber hinaus eine Modifizierung seiner Oberflächen. So kann durch eine Zufuhr von Sauerstoff in die Arbeitskammer 10 nicht nur ein effektiver Abtrag aller organischer Verunreinigungen bewirkt werden, sondern darüber hinaus eine Passivierung beispielsweise einer Metalloberfläche durch Bildung der entsprechenden Metalloxide. Dies stellt im Falle von Gegenständen aus Aluminium oder Silizium einen effektiven Korrosionsschutz dar. Wird Wasserstoff verwendet, so kann eine Reduktion von oxidischen Verunreinigungen auf den Oberflächen des Gegenstandes erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit stellt die Zufuhr gasförmiger Monomere für eine Polymerisation dar, da unter der ionisierenden Wirkung der Strahlung eine radikalische Polymerisation auf den Oberflächen stattfindet. So führt beispielsweise die Zufuhr von Hexafluorethan zu einer Polymerschicht auf den zu behandelnden Oberflächen und somit zu einem sehr wirkungsvollen Verschleißschutz. Auch eine Kombination verschiedener Gase innerhalb eines oder mehrerer Prozeßschritte ist denkbar.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind je nach Verwendungszweck neben den beschriebenen auch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denkbar. So kann beispielsweise eine kontinuierliche Beschickung der Arbeitskammer 40 vorgesehen sein. Des weiteren kann auch eine Anwendung von Normaldruckplasmaverfahren zum Einsatz kommen.
Bei der Verwendung mehrerer Lösungsmittel bzw. wässriger Reinigungsmedien zur Lösungsmittelbehandlung eines Gegenstandes kann beispielsweise für jedes Agens ein separater Vorratstank, ein Filter und/oder eine Destillationsvorrich tung vorgesehen sein, die über entsprechende Rohr- oder Schlauchverbindungen mit der Arbeitskammer verbunden sind.

Claims

Vorrichtung zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Gegenstandes, mit einem Vorratstank für wässrige oder organische Lösungsmittel, mit wenigstens einer Arbeitskammer (10), wobei sich in der wenigstens einen Arbeitskammer (10) ein Mittel (34) zur Erzeugung eines Plasmas, Mittel (21, 22, 24), über das oder die der Arbeitskammer (10) ein Lösungsmittel zuführbar ist, und ein weiteres Mittel, durch das in der Arbeitskammer (10) ein Unterdruck einstellbar ist, befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das weitere Mittel ein Unterdruck von 50 bis 120 mbar in der Arbeitskammer (10, 40) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein erstes Mittel der Arbeitskammer (10, 40) entnommenes und mittels eines Filters (16) gereinigtes Lösungsmittel der Arbeitskammer (10, 40) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein zweites Mittel der Arbeitskammer (10, 40) entnommenes und mittels einer Destillationsvorrichtung (18) gereinigtes Lösungsmittel der Arbeitskammer (10, 40) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel der Arbeitskammer (10, 40) gasförmig zuführbar ist.
Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Gegenstandes, insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gegenstand zunächst einer Arbeitskammer (10, 40) der Vorrichtung zugeführt wird, dann bei Unterdruck einer Spülung mit Lösungsmitteln unterzogen und getrocknet wird, und wobei der Gegenstand anschließend innerhalb der Vorrichtung einer Plasmabehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülung mit Lösungsmittel und die Plasmabehandlung nacheinander in derselben Arbeitskammer (10) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel ein Kohlenwasserstoffgemisch, ein Glycolether, ein Polyglycol, ein Pflanzenölester, ein Terpen, N-Methylpyrrolidon oder ein Alkoxyalkohol ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülung mit Lösungsmittel für 5 bis 10 Minuten bei einem Druck von 0.05 bis 0.5 bar, insbesondere bei 0.1 bar durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der Spülung mit Lösungsmittel eine Behandlung mit Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung für 5 bis 20 Minuten bei einem Druck von 1·10^–5 bis 1·10^–3 bar durchgeführt wird.