DE10115394B4

DE10115394B4 - Maschinenbauteil und/oder verfahrenstechnische Anlage mit einem Hohlraum und Reinigungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE10115394B4
Application number: DE10115394A
Authority: DE
Inventors: Christof Diener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: FR2822732A1; GB0207456D0; GB2378037A9; GB2378037B; GB2378037A; DE10115394A1; FR2822732B1

Abstract

Maschinenbauteil (1) und/oder verfahrenstechnische Anlage (11) mit einem ein Fluid oder ein rieselfähiges Gut aufnehmenden Hohlraum (2; 22), in dem Maschinenelemente beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmareinigungseinrichtung, im wesentlichen bestehend aus einer Prozessgaszu- (8; 15) und -abführung zum Hohlraum (2; 22) und einer im oder am Hohlraum (2; 22) angeordneten Elektrode (5; 17) zur Plasmaerzeugung, in das Maschinenbauteil (1) und/oder die verfahrenstechnische Anlage (11) integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil und/oder eine verfahrenstechnische Anlage mit einem ein Fluid oder ein rieselfähiges Gut aufnehmenden Hohlraum zur Aufnahme beweglich angeordneter Maschinenelemente und ein Reinigungsverfahren für das Maschinenbauteil oder die Anlage. Durch die Fluidströmung oder die Aufnahme eines rieselfähigen Guts kann es zu Ablagerungen und Verschmutzungen in dem Hohlraum kommen. Insbesondere die Wirkungsweise von Rotationen und/oder translatorischen Bewegungen ausführenden Maschinenelementen, wie Kolben, Ventiltriebe, Rührer, Mischelementen usw. kann beeinträchtigt werden. Je nach Art des Fluids oder Guts entstehen unterschiedliche Ablagerungen. Während eines verfahrenstechnischen Prozesses, z.B. beim Abscheiden oder Ätzen von Material lagern sich Rückstände sowohl im Reaktionsraum als auch in den dem Reaktionsraum nachgeordneten Maschinenbauteilen, wie Leitungen, Pumpen, Katalysatoren und Spritzgießformen, an. Unter einem Fluid werden erfindungsgemäß ein flüssiges oder ein gasförmiges Medium oder eine Kombination beider Medien verstanden, sowie Pasten, zähflüssige oder fließende Werkstoffe (Kunststoffe, Elastomere). Unter einem rieselfähigen Gut werden Pulver, Granulate usw. verstanden.

Durch die DE 37 25 358 A1 ist eine Beschichtungseinrichtung mit integrierter Plasmareinigungseinrichtung bekanntgeworden, die lediglich den Reaktionsraum der Beschichtungseinrichtung reinigen kann, während die Beschichtung unterbrochen ist. Bei dem Reinigungsverfahren wird ein mit Mikrowellen erzeugtes Plasma in das Reaktionsrohr eingelassen und die Innenflächen des Reaktionsraums werden durch trockenes Ätzen gereinigt. Es können nur Ablagerungen im Reaktionsraum entfernt werden. Andere Bestandteile der Beschichtungseinrichtung müssen zur Reinigung ausgebaut werden.

Aus der EP 0 606 648 A2 ist eine Reinigungsvorrichtung bekannt, welche aus einer UV-Lichtquelle besteht. Durch das UV-Licht wird Ozon erzeugt, welches eine schwach reinigende Wirkung hat. Durch Aufheizen des Ozons wird die reinigende Wirkung etwas verstärkt. Eine Reinigungsvorrichtung mit UV-Lichtquelle ist auch aus der EP 0 771 638 A2 bekannt.

Aus der US 6 047 713 ist es bekannt, ein Drosselventil mit Hilfe eines Plasmas zu reinigen. In einer Plasmakammer wird ein Plasma gezündet, so dass reaktive Partikel durch das Ventil geleitet werden können. Dies bedeutet typischerweise die Anordnung einer Down-Stream-Plasma-Quelle außerhalb des Drosselventils.

Aus der WO80/01363 ist bekannt, eine In-situ-Reinigung einer Ofenröhre einer chemischen Beschichtungsanlage mittels eines Gases durchzuführen. Das Gas wird durch Zuführen von Hochfrequenzenergie an Elemente, die an ausgewählten Abschnitten der Röhre angeordnet sind, in ein Plasma umgewandelt.

Es ist weiterhin bekannt, verfahrenstechnische Anlagen zu Reinigungszwecken zu demontieren und die betroffenen Bestandteile getrennt zu reinigen. Diese Vorgehensweise ist sehr aufwendig und kostenintensiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Hohlräume von Maschinenbauteilen und/oder verfahrenstechnischen Anlagen und darin befindliche bewegliche Maschinenelemente jederzeit auch während des Betriebs einer Anlage oder einer Maschine, d.h. auch ohne den Ausbau von einzelnen Maschinenelementen, reinigen zu können.

Gegenstand und Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Maschinenbauteil und/oder eine verfahrenstechnische Anlage der eingangs genannten Art gelöst, in das eine Plasmareinigungseinrichtung, im wesentlichen bestehend aus einer Prozessgaszu- und -abführung zum Hohlraum und einer im oder am Hohlraum angeordneten Elektrode zur Plasmaerzeugung, integriert ist.

Die Aufgabe wird auch durch ein Reinigungsverfahren für einen von einem Fluid durchströmten Hohlraum gelöst, bei dem eine in das Maschinenbauteil oder die Anlage integrierte Plasmareinigungseinrichtung, im wesentlichen bestehend aus einer Prozessgaszu- und -abführung zum Hohlraum und einer im oder am Hohlraum angeordneten Elektrode zur Plasmaerzeugung, während der Bewegung der Maschinenelemente betrieben wird. Es können vorzugsweise organische Schichten oder Verschmutzungen entfernt werden.

Die Plasmaerzeugung kann auch mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen. Eine Elektrode innerhalb des Hohlraums ist dann nicht erforderlich. Die Plasmaerzeugung kann auch mit kapazitiven oder induktiven Mitteln erreicht werden.

Das Maschinenbauteil kann durch eine Vakuumpumpe ausgebildet sein.

Dadurch kann in dem Hohlraum bzw. im Pumpenraum einer Vakuumpumpe, ein Plasma erzeugt werden, so dass Ablagerungen bzw. Verunreinigungen chemisch oder physikalisch entfernt werden können. Der Ausbau der verunreinigten Maschinenelemente ist nicht erforderlich. Lange Standzeiten und eine Belüftung der Hohlräume können daher vermieden werden. Filter, die Saugleistung kosten, können evtl. entfallen. Eine zeitaufwendige Konditionierung des Hohlraums nach erfolgter Reinigung ist demnach nicht erforderlich. Die Plasmaquelle kann sowohl im Normal- oder Überdruckbereich als auch im Niederdruckbereich arbeiten. Für den letzten Fall ist eventuell eine zusätzliche Vakuumpumpe erforderlich. Als Plasmaquellen sind beispielsweise Niederfrequenzquellen, Hochfrequenzquellen, 50Hz/60Hz Quellen, Mikrowellenquellen, Coronaquellen und Barrierequellen denkbar. Wenn in der Leitung bzw. Pumpe ein Plasma erzeugt wird, können auch andere Bauteile, wie Ventile, Filter, Sensoren, Katalysatoren und Spritzgießformen gereinigt werden.

Verfahrenstechnische Anlagen im Sinne der Erfindung können Mischer, Spritzgießanlagen, usw. sein.

Wenn die Wände des Hohlraums und/oder der Vakuumpumpe als Gegenelektrode ausgebildet sind, muss zur Plasmaerzeugung nur eine Elektrode in den Hohlraum oder Pumpenraum eingebaut werden. Bevorzugt ist die als Gegenelektrode ausgebildete Leitung mit Masse verbunden. Wenn die gesamten Wände bzw. Vakuumpumpe als Gegenelektrode ausgebildet ist, ist eine besonders gute Reinigungswirkung zu erzielen.

Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren ist die Plasmaquelle während eines Bearbeitungsprozesses betreibbar. Hohlräume können somit gleichzeitig zu einem im Reaktionsraum einer Anlage oder einer Maschine durchgeführten Prozess gereinigt werden, wodurch Standzeiten der Anlage oder Maschine zum Zwecke der Reinigung vollständig entfallen können. Ist die Plasmaquelle immer während eines Prozesses in Betrieb, können Ablagerungen von vornherein vermieden werden, indem die aus dem Reaktionsraum austretenden chemischen Verbindungen sofort gespalten (cracking) werden. Vorzugsweise werden die chemischen Verbindungen in umweltunschädliche Bestandteile gespalten.

Als Prozessgas kommen alle bekannten Prozessgase in Frage, insbesondere H₂O₂, O₂, N₂, N₂O, Luft, CF₄, Edelgase, HCOOH, NH₃ und deren Mischungen.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist es, das mit dem Reinigungsverfahren praktisch rückstandsfrei u.a. organisches Material entfernt werden kann. Es können auch Krankheitserreger abgetötet werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figur, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen.

Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung an Hand einer Vakuumpumpe und einer Spritzgiessanlage erläutert, die als beispielhaft und nicht beschränkend für die Erfindung zu verstehen sind. Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung der an eine Vakuumanlage angeschlossenen Vakuumpumpe;
2 eine Prinzipdarstellung einer Spritzgießanlage.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vakuumpumpe 1, beispielsweise eine trockenverdichtende Vakuumpumpe, Wälzkolbenpumpe oder Turbopumpe, welche einen Pumpenraum 2 aufweist. Im Pumpenraum 2 drehen sich zur Erzeugung der Pumpwirkung in der Figur nicht gezeigte entsprechend gestaltete Kolben aneinander und an der Gehäusewand der Vakuumpumpe vorbei. Dabei wird ein Fluid in bekannter Weise über eine Zuleitung 3 aus einer Vakuumanlage 4 abgesaugt und über einen in der Figur nicht dargestellten Ausgangsflansch ausgestoßen. Handelt es sich um ein Fluid aus einer verfahrenstechnischen Anlage 4 können die Kolben und die Gehäusewand verschmutzen, beispielsweise bei einem verfahrenstechnischen Prozess, wie z.B. Chemical Vapour Deposition (CVD). Es kann zu Ablagerungen in der Pumpe 2 kommen. Zur Entfernung der Ablagerungen ist in der Zuleitung 3 eine sich in die Pumpe 2 erstreckende Elektrode 5 angeordnet, die mit einem Gleich- oder Wechselspannungsgenerator 6 verbunden ist. Die Zuleitung 3 bzw. die Pumpe 2 sind im Ausführungsbeispiel aus elektrisch leitendem Material gefertigt. Die Pumpe 2 ist mit Masse 7 verbunden und stellt damit selbst eine zweite Elektrode dar. Die Zuleitung 3 ist mit einer Gaszuführung 8 für das Prozessgas zur Plasmaerzeugung verbunden.
Aus der 2 ist der Aufbau eines Teils einer Spritzgießanlage 11 mit einer Einrichtung 12 zur Erzeugung des spritzgießfähigen Ausgangsprodukts und mit einer Spritzgießform 13 ersichtlich. Nach Entnahme des End- oder Zwischenprodukts aus Hohlräumen 22 der Spritzgießform 13 kann ein in Pfeilrichtungen 23 verfahrbarer Rezipient 14 über der Spritzgießform 13 angeordnet werden, wie dies in der 2 dargestellt ist. Der Rezipient 14 ist über seine Öffnung derart abgedichtet (Dichtung 20) an die Spritzgießform 13 angekoppelt, dass die Hohlräume 22 der Spritzgießform 13 evakuiert werden können. Verschmutzungen 21 in den Hohlräumen 22 können durch eine Plasmabehandlung losgelöst und abgesaugt werden. Die Spritzgießform 12 könnte alternativ auch vollständig in einem Rezipienten aufgenommen werden. Der Rezipient 14 weist eine Prozessgaszuführung 15 und einen Anschluss an eine Vakuumpumpe 16 auf. Mittels einer Elektrode 17 (Masse 19) und einem Gleich- oder Wechselspannungsgenerator 18 kann das Plasma erzeugt werden.
Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil (1) und/oder eine verfahrenstechnische Anlage mit integrierter Plasmareinigungseinrichtung und ein Reinigungsverfahren. Ein Hohlraum (2) dient insbesondere der Aufnahme beweglich angeordneter Maschinenelemente und ist von einem Fluid durchströmt oder nimmt ein rieselfähiges Gut auf. Es kommt in der Praxis immer wieder vor, dass z.B. Pumpen, Filter, Katalysatoren, Reaktoren, Rohrleitungen, Spritzgießformen, Mischer usw. durch Fluidrückstände verschmutzen. Die Plasmareinigungseinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Prozessgaszu- (8) und -abführung zum Hohlraum (2) und einer im Hohlraum (2) angeordneten Elektrode (5) zur Plasmaerzeugung. Ablagerungen im Hohlraum (2) können jederzeit entfernt bzw. von vornherein vermieden werden.
Das Plasma kann bei anderen Ausführungsformen auch elektrodenlos (z.B. mittels Mikrowellenstrahlung) erzeugt werden. Es kann auch mittels kapazitiv wirkenden Elektroden erzeugt werden. Das Plasma kann im Unterdruckbereich (Niederdruckplasma) oder im Überdruckbereich (z.B. Corona, Barriereentladung, Mikrowellenentladung) erzeugt werden.

1: Vakuumpumpe
2: Pumpenraum
3: Zuleitung
4: Vakuumanlage
5: Elektrode
6: Gleich- oder Wechselspannungsgenerator
7: Masse
8: Gaszuführung
11: Spritzgießanlage
12: Einrichtung zur Erzeugung eines spritzgießfähigen Ausgangsprodukts
13: Spritzgießform
14: Rezipient
15: Prozessgaszuführung
16: Vakuumpumpe
17: Elektrode
18: Gleich- oder Wechselspannungsgenerator
19: Masse
20: Dichtung
21: Verschmutzung
22: Hohlraum
23: Verschieberichtung des Rezipienten

Claims

Maschinenbauteil (1) und/oder verfahrenstechnische Anlage (11) mit einem ein Fluid oder ein rieselfähiges Gut aufnehmenden Hohlraum (2; 22), in dem Maschinenelemente beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasmareinigungseinrichtung, im wesentlichen bestehend aus einer Prozessgaszu- (8; 15) und -abführung zum Hohlraum (2; 22) und einer im oder am Hohlraum (2; 22) angeordneten Elektrode (5; 17) zur Plasmaerzeugung, in das Maschinenbauteil (1) und/oder die verfahrenstechnische Anlage (11) integriert ist.
Maschinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenbauteil durch eine Vakuumpumpe (1) ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage durch eine Spritzgießanlage (11) ausgebildet ist, und dass die Plasmareinigungseinrichtung auf die Spritzgießform (13) ausgerichtet ist.
Reinigungsverfahren eines ein Fluid oder ein rieselfähiges Gut aufnehmenden Hohlraums (2; 22) eines Maschinenbauteils (1) und/oder einer verfahrenstechnischen Anlage (11), wobei in dem Hohlraum (2; 22) Maschinenelemente beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine in das Maschinenbauteil (1) und/oder in die verfahrenstechnische Anlage (11) integrierte Plasmareinigungseinrichtung, im wesentlichen bestehend aus einer Prozessgaszu- (8) und -abführung zum Hohlraum (2; 22) und einer im oder am Hohlraum (2; 22) angeordneten Elektrode (5; 17) zur Plasmaerzeugung, während der Bewegung der Maschinenelemente betrieben wird.