DE102014019493B4 - Cleaning process - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zum Reinigen einer Oberfläche mittels Ultraschall, eine vibrationsentkoppelte, an einem mehrachsigen Roboterarm führbare, Sonotrode mit einer umschließenden Abdeckung, einen Spaltbereich zwischen der zu reinigenden Oberfläche und der Schallemissionsfläche, Reinigungsflüssigkeit und eine seitliche Absaugung aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsgeschwindigkeit des Klebstoffs zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen und die Reinigungsgeschwindigkeit der Oberflächen gleich taktbar sind und die Daten zur Steuerung der Roboterarme für die Reinigung des Werkzeugs und dem Aufbringen des Klebers identisch sind.Device for cleaning a surface by means of ultrasound, a vibration-decoupled sonotrode that can be guided on a multi-axis robot arm with an enclosing cover, a gap area between the surface to be cleaned and the acoustic emission surface, cleaning liquid and a lateral suction system, characterized in that the application speed of the adhesive is used for Production of fiber-reinforced plastics and the cleaning speed of the surfaces can be synchronized and the data for controlling the robot arms for cleaning the tool and applying the adhesive are identical.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren zur prozessintegrierten Entfernung von Trennmittelrückständen auf Faserverbundkunststoffen (FVK) und eine entsprechende Vorrichtung.The invention relates to a cleaning method for the process-integrated removal of release agent residues on fiber-reinforced plastics (FRP) and a corresponding device.

Faserverbundkunststoffe werden in einer Vielzahl von Konstruktionen eingesetzt. In der Fertigung werden unterschiedliche Trennmittel (unpolare & polare Substanzen) für die prozesssichere Entformung benötigt. Diese hinterlassen Rückstände auf den Bauteiloberflächen. Für das Fügen von FVK ist das Kleben als stoffschlüssiges Fügeverfahren interessant. Allerdings weisen die meisten FVK nur eine unzureichende Klebbarkeit auf, da Rückstände von Trennmitteln (Kontaminationen) den Adhäsionsaufbau verhindern oder einen haftungsmindernden Einfluss, insbesondere nach Alterung, aufweisen.Fiber reinforced plastics are used in a wide variety of constructions. In production, different release agents (non-polar & polar substances) are required for reliable demolding. These leave residues on the component surfaces. For the joining of FRP, gluing is interesting as a material-locking joining process. However, most FRPs show insufficient bondability, as residues of release agents (contamination) prevent the build-up of adhesion or have an adhesion-reducing influence, especially after aging.

FVK Bauteile und -strukturen werden industriell für die Großserie oftmals in Infusionsverfahren hergestellt, die den Einsatz von Trennmitteln erfordern. Diese Kontaminationen führen zu einer Behinderung oder Schwächung der Adhäsion zwischen Grenzschicht von Kunststoff und dem Klebstoff. Dies resultiert in einer unzureichenden Haftfestigkeit des Verbundes.FRP components and structures are often manufactured industrially for large-scale production using infusion processes that require the use of release agents. These contaminations lead to an obstruction or weakening of the adhesion between the boundary layer of plastic and the adhesive. This results in insufficient adhesive strength of the composite.

Die Sicherstellung gleichbleibender Oberflächenreinheiten und die Entfernung haftungsmindernder Kontaminationen stellt einen essentiellen Bestandteil für prozesssichere Klebungen im industriellen Maßstab dar. Dies kann aktuell nicht oder nur mit großem Aufwand gewährleistet werden.Ensuring constant surface cleanliness and removing contamination that reduces adhesion is an essential component for process-reliable bonds on an industrial scale. This cannot currently be guaranteed or can only be guaranteed with great effort.

So können Trennmittelrückstände auf unterschiedliche Weisen entfernt werden:

  • - Ultraschall-Bäder in denen das gesamte Bauteil eingelegt wird, müssen überwacht werden und ganze Bauteile sind nur schlecht in große Bäder einlegbar. Handhabung ist ein Problem und eine in den Prozess integrierbare Lösung liegt nicht vor. Taktzeiten von wenigen Minuten können nur schwer eingehalten werden. mechanisches Strahlen bei dem die oberste Matrixschicht entfernt wird. Bei den Faserverbundkunstoffen besteht die Gefahr der Laminatschädigung durch fehlerhaften Strahldruck. Es sind zusätzliche Anlagen notwendig. Durch die zusätzliche Anlage wird beim Handling nach dem Strahlprozess die Gefahr einer erneuten Kontamination der Oberflächen geschaffen. Eine Reinigung der Oberflächen von Strahlgutrückständen muss ebenfalls erfolgen. Des Weiteren ist eine Verschleppung von Kontaminationen möglich.
  • - physikalische Verfahren, die Trennmittel abreinigen oder umwandeln, koppeln große Energiemengen in die Matrix bzw. in die obersten Lagen ein und können somit den Faserverbund irreversibel schädigen.
Release agent residues can be removed in different ways:
  • - Ultrasonic baths in which the entire component is inserted must be monitored and entire components are difficult to insert into large baths. Handling is a problem and there is no solution that can be integrated into the process. Cycle times of a few minutes are difficult to keep. mechanical blasting in which the uppermost matrix layer is removed. With fiber-reinforced plastics, there is a risk of laminate damage due to incorrect blasting pressure. Additional systems are necessary. The additional system creates the risk of renewed contamination of the surfaces during handling after the blasting process. The surfaces must also be cleaned to remove residue from blasting material. Furthermore, contamination can be carried over.
  • - Physical processes that clean or convert release agents couple large amounts of energy into the matrix or into the top layers and can thus irreversibly damage the fiber composite.

Angesichts der Nachteile dieser Verfahren werden bekanntermaßen bei der Reinigung von Oberflächen Ultraschallverfahren angewendet.In view of the disadvantages of these methods, it is known that ultrasonic methods are used in the cleaning of surfaces.

So ist beispielsweise aus der Gebrauchsmusterschrift DE 298 05 627 U1 eine Ultraschall Reinigungsanlage bekannt. Die Ultraschall-Reinigungsanlage zum Entfernen von Fertigungsrückständen bei Hohlstrukturen aufweisenden Werkstücken, wie Verteilerelementen für Einspritzanlagen für Verbrennungsmotoren, mit mindestens einem zentralen Verteilerkanal und mindestens einem von diesem abzweigenden Ableitkanal, wobei die Reinigungsanlage umfasst einen wannenförmigen Behälter zur Aufnahme von Reinigungsflüssigkeit, mindestens einen an der äußeren Oberfläche des Behälters angeordneten Ultraschallschwinger zur Beschallunq der Reinigungsflüssigkeit, eine in den Behälter einbringbare Einspannvorrichtung zum Einspannen des Werkstücks unter definierter Ausrichtung desselben in Bezug auf die Lage des Verteilerkanals, einen Ultraschall-Prozessor zum Beschallen der Hohlstruktur und ein den Behälter in seinen Kreislauf einbeziehendes Pump-/Filtersystem zum Zuführen, Abführen sowie Reinigen der Reinigungsflüssigkeit.For example, from the utility model DE 298 05 627 U1 an ultrasonic cleaning system known. The ultrasonic cleaning system for removing production residues from workpieces having hollow structures, such as distribution elements for injection systems for internal combustion engines, with at least one central distribution channel and at least one discharge channel branching off from this, the cleaning system comprising a tub-shaped container for receiving cleaning fluid, at least one on the outer one Surface of the container arranged ultrasonic oscillator for sonication of the cleaning liquid, a clamping device that can be introduced into the container for clamping the workpiece with a defined alignment of the same in relation to the position of the distribution channel, an ultrasonic processor for sonicating the hollow structure and a pump that includes the container in its circuit / Filter system for feeding, discharging and cleaning the cleaning fluid.

Ebenso ist eine Ultraschall-Reinigungseinrichtung für Probenstifte aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 014 185 A1 bekannt. Die Probenstift-Reinigungseinrichtung enthält ein Fixierelement zum aufrechten Fixieren eines Probenstifts ein Halteelement zum Halten des Fixierelements; einen Reinigungsbehälter zum Aufnehmen einer Reinigungslösung; und eine Ultraschallvibrations-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen, gerichtet zu der Reinigungslösung, in die der Stylusabschnitt des Probenstifts nach unten gerichtet eintaucht.An ultrasonic cleaning device for sample pens is also from the laid-open specification DE 10 2004 014 185 A1 known. The probe pin cleaning device includes a fixing member for fixing a probe stick upright; a holding member for holding the fixing member; a cleaning container for containing a cleaning solution; and an ultrasonic vibration generating device for generating ultrasonic vibrations directed toward the cleaning solution in which the stylus portion of the probe pen is immersed downward.

Aus dem Bereich der Reaktorreinigung offenbart die Offenlegungsschrift DE 10 2007 041 408 A1 eine Vorrichtung zur Behandlung und/oder Dekontamination von Oberflächen, wobei wenigstens eine Erzeugeranordnung sowie Mittel vorgesehen sind, mit welchen gerichtete Wellen generierbar und Energieüberträge auf kontaminierte Oberflächenablagerungen, insbesondere Oberflächenablagerungen eines Reaktordruckbehälters und/oder von Reaktoreinbauten, bewirkbar sind und/oder diese Oberflächenablagerungen lösbar und/oder sublimierbar sind.The laid-open specification discloses from the field of reactor cleaning DE 10 2007 041 408 A1 a device for the treatment and / or decontamination of surfaces, wherein at least one generator arrangement and means are provided with which directed waves can be generated and energy transfers to contaminated surface deposits, in particular surface deposits of a reactor pressure vessel and / or reactor internals, can be brought about and / or these surface deposits can be removed and / or are sublimable.

Die Offenlegungsschrift DE 196 47 482 A1 schlägt eine Reinigungsvorrichtung, insbesondere für einen Reinigungsautomaten für Fenster- und Fassadenflächen, vor, gekennzeichnet durch einen Ultraschallreinigungskopf, der allgemein eine flache Tragform hat, mit einer umlaufenden Umfangswand und einem Boden, der eine Resonatoreinrichtung aufweist, die mit einem Ultraschallimpulsgeber verbunden ist, ferner mit einer Zuführleitung für Reinigungsflüssigkeit, die beim Betrieb der Reinigungsvorrichtung den durch die zu reinigende Fläche begrenzten Innenraum des Reinigungskopfes mit der Reinigungsflüssigkeit füllt, und eine Abführeinrichtung zum Abführen eines Reinigungsflüssigkeits/Schmutz-Gemisches.The disclosure document DE 196 47 482 A1 proposes a cleaning device, in particular for an automatic cleaning machine for window and facade surfaces, characterized by an ultrasonic cleaning head, which generally has a flat support shape, with a circumferential wall and a base, which has a resonator device which is connected to an ultrasonic pulse generator a supply line for cleaning liquid which, when the cleaning device is in operation, fills the interior space of the cleaning head delimited by the surface to be cleaned with the cleaning liquid, and a discharge device for discharging a cleaning liquid / dirt mixture.

Weiter ist aus der Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 600 21 418 T2 ebenfalls eine Ultraschallreinigung bekannt. Ein Verfahren zum Reinigen eines Substrats, wobei das Verfahren einen ersten Schritt umfasst, in dem eine Reinigungslösung und ein handgehaltenes Gerät bereitgestellt werden, wobei das Verfahren des Weiteren einen zweiten Schritt umfasst, in dem die Lösung mit dem Gerät auf das Substrat aufgetragen wird, wobei das Gerät einen aktiven Teil aufweist, der bei einer Frequenz von mindestens 20 kHz mit einer Amplitude von mindestens 10 µm und bis zu 100 µm vibriert, und wobei das Substrat aus Fasern besteht oder eine harte Haushaltsoberfläche ist.Next is from the translation of the European patent specification DE 600 21 418 T2 ultrasonic cleaning is also known. A method of cleaning a substrate, the method comprising a first step of providing a cleaning solution and a handheld device, the method further comprising a second step of applying the solution to the substrate with the device, wherein the device has an active part which vibrates at a frequency of at least 20 kHz with an amplitude of at least 10 µm and up to 100 µm, and wherein the substrate is made of fibers or is a hard household surface.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 48 401 A1 ist schließlich eine Einrichtung zum Reinigen von Oberflächen mittels Ultraschall bekannt. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Reinigen einer Oberfläche mittels Ultraschall, mit wenigstens einer Sonotrode, die mit ihrer Schallemissionsfläche in geringem Abstand zu der zu reinigenden Oberfläche relativ bewegbar geführt ist und die einen in den Spaltbereich zwischen der zu reinigenden Oberfläche und der Schallemissionsfläche ausmündenden Zufuhrkanal für eine Reinigungsflüssigkeit aufweist und der eine, die Schallemissionsfläche seitlich umschließende Abdeckung zugeordnet ist, die einen an die Schallemissionsfläche angrenzenden Bereich der zu reinigenden Oberfläche überdeckt, wobei der von der Abdeckung überdeckte Spaltbereich mit einer Absaugung in Verbindung steht.From the published patent application DE 101 48 401 A1 Finally, a device for cleaning surfaces by means of ultrasound is known. The invention relates to a device for cleaning a surface by means of ultrasound, with at least one sonotrode, which is guided with its sound emission surface in a relatively movable manner at a small distance from the surface to be cleaned and which has a feed channel opening into the gap area between the surface to be cleaned and the sound emission surface for has a cleaning liquid and is assigned to a cover laterally enclosing the acoustic emission surface, which covers an area of the surface to be cleaned adjoining the acoustic emission surface, the gap area covered by the cover communicating with a suction device.

Das grundsätzliche technische Problem liegt in der prozesssicheren Entfernung von Trennmittelkontaminationen an der Oberfläche der Bauteile. Dem gilt es mit einem in den Klebprozess integrierbaren, für die Großserie geeigneten, Verfahren zu begegnen.The fundamental technical problem lies in the reliable removal of release agent contamination on the surface of the components. It is important to counter this with a process that can be integrated into the bonding process and is suitable for large-scale production.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein in den Klebprozess integrierbares Reinigungsverfahren zur Entfernung von Trennmitteln mittels Schalleinkopplung für geringe Taktzeiten darzustellen.The invention is therefore based on the object of providing a cleaning method that can be integrated into the bonding process for removing release agents by means of sound coupling for short cycle times.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst. Ein entsprechendes Verfahren ist in Patentanspruch 2 beschrieben.This problem is solved by the features of the characterizing part of the main claim. A corresponding method is described in claim 2.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass sich durch die Anbringung der gesamten Reinigungseinheit an einem Industrieroboter 3D-Bauteilgeometrien mit hohen Geschwindigkeiten, die im Bereich der Auftragsgeschwindigkeiten von Klebstoffen liegen, abfahren lassen. Dabei sind die Daten zur Steuerung der Roboterarme für die Reinigung des Werkzeugs und dem Aufbringen des Klebers bei sich entsprechenden Werkzeuggeometrien identisch.The advantage of the invention is in particular that by attaching the entire cleaning unit to an industrial robot, 3D component geometries can be run at high speeds that are in the range of the application speeds of adhesives. The data for controlling the robot arms for cleaning the tool and applying the adhesive are identical for the corresponding tool geometries.

Die nahezu identischen Taktzeiten für Reinigungstakt und Aufbringung des Klebstoffes ermöglichen die Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des entsprechenden Verfahrens in einen industriellen Fertigungsablauf, ohne dass das Bauteil aus der Einspannvorrichtung entfernt wird.The almost identical cycle times for the cleaning cycle and application of the adhesive enable the device according to the invention and the corresponding method to be integrated into an industrial production process without the component being removed from the clamping device.

Es zeigt die Einzige 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht.It shows the only one 1 a device according to the invention in side view.

Es zeigt 1 einen mehrachsigen Roboterarm 1 an den eine Sonotrode 2 mit Abdeckung 3 erfindungsgemäß angebracht ist. Die Versorgung der Sonotrode mit Energie, Reinigungsflüssigkeit und der notwendige Zu- und Abtransport aller Medien erfolgt über Schlauchleitungen 3.It shows 1 a multi-axis robotic arm 1 to the one sonotrode 2 with cover 3 is attached according to the invention. The sonotrode is supplied with energy, cleaning fluid and the necessary supply and removal of all media is carried out via hose lines 3 .

Claims (2)

Einrichtung zum Reinigen einer Oberfläche mittels Ultraschall, eine vibrationsentkoppelte, an einem mehrachsigen Roboterarm führbare, Sonotrode mit einer umschließenden Abdeckung, einen Spaltbereich zwischen der zu reinigenden Oberfläche und der Schallemissionsfläche, Reinigungsflüssigkeit und eine seitliche Absaugung aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsgeschwindigkeit des Klebstoffs zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen und die Reinigungsgeschwindigkeit der Oberflächen gleich taktbar sind und die Daten zur Steuerung der Roboterarme für die Reinigung des Werkzeugs und dem Aufbringen des Klebers identisch sind.Device for cleaning a surface by means of ultrasound, a vibration-decoupled sonotrode that can be guided on a multi-axis robot arm with an enclosing cover, a gap area between the surface to be cleaned and the acoustic emission surface, cleaning liquid and a lateral suction system, characterized in that the application speed of the adhesive is used for Manufacture of fiber-reinforced plastics and the cleaning speed of the surfaces are equally clockable and the data for Control of the robot arms for cleaning the tool and applying the glue are identical. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche mittels Ultraschall, eine vibrationsentkoppelte, an einem mehrachsigen Roboterarm führbare, Sonotrode mit einer umschließenden Abdeckung, einen Spaltbereich zwischen der zu reinigenden Oberfläche und der Schallemissionsfläche, Reinigungsflüssigkeit und eine seitliche Absaugung aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsgeschwindigkeit des Klebstoffs zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen und die Reinigungsgeschwindigkeit der Oberflächen gleich getaktet sind und die Daten zur Steuerung der Roboterarme für die Reinigung des Werkzeugs und dem Aufbringen des Klebers identisch sind.A method for cleaning a surface by means of ultrasound, a vibration-decoupled sonotrode that can be guided on a multi-axis robot arm with an enclosing cover, a gap area between the surface to be cleaned and the sound emission surface, cleaning liquid and a lateral suction, characterized in that the application speed of the adhesive for Production of fiber-reinforced plastics and the cleaning speed of the surfaces are synchronized and the data for controlling the robot arms for cleaning the tool and applying the adhesive are identical.
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