DE102021110364A1

DE102021110364A1 - Verfahren zur wasserlosen Reinigung sowie Strahlvorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102021110364A1
Application number: DE102021110364.9A
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Kipp
Original assignee: Mycon GmbH
Current assignee: Mycon GmbH
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren zum Entfernen von Kleberückständen von Oberflächen, wobei flüssiges Kohlendioxid aus einem Vorrat zu einer Strahlvorrichtung gelangt und dort durch eine erste Dosiereinheit (4) in eine Expansionskammer (2) geführt wird, wobei dann einem in der Expansionskammer (2) entstehenden Gemisch aus gasförmigen Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikeln eine kältebeständige Flüssigkeit zugeführt wird und wobei dann das mit der kältebeständigen Flüssigkeit versetzte Gemisch über eine Austrittsöffnung (18) der Strahlvorrichtung aus dieser austritt. Ferner betrifft die Erfindung eine Strahlvorrichtung zum Entfernen von Kleberückständen von Oberflächen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kleberrückständen von Oberflächen sowie eine Strahlvorrichtung hierfür.
Zur Lösung von Verklebungen von Teilen beziehungsweise zur Reinigung von kontaminierten Oberflächen an den Teilen ist der Einsatz von heißthermischen Verfahren, zum Beinspiel unter Verwendung einer Induktionsheizung oder eines Heißluftgebläse bekannt. Dabei muss in hohen Temperaturbereichen bis 400°C gearbeitet werden, so dass es zu Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der verbundenen Teile oder tieferer Schichten kommen kann.
Weiterhin sind Reinigungsverfahren und Strahlvorrichtungen bekannt, die mithilfe von Kohlendioxid und optional zusätzlich verwendeter Druckluft arbeiten. Das Kohlendioxid wird entweder in fester Form als Pellets zugeführt oder als flüssiges Kohlendioxid. Es expandiert dann in einer Expansionskammer der Strahlvorrichtung oder beim Austritt aus einer Düse der Strahlvorrichtung in der Atmosphäre, sodass sich kleine Kohlendioxidpartikel und gasförmiges Kohlendioxid bilden. Beispielsweise sind eine derartige Strahlvorrichtung und eine Reinigungsverfahren in der DE 10 2008 061 667 A1 beschrieben.
Mit den bekannten Verfahren können Oberflächen innerhalb einer langen, kaum mehr akzeptablen Prozesszeit nur auf Temperaturen von etwa -40°C gekühlt werden. Die übertragbare Kälteleistung ist dabei insbesondere durch den vergleichsweise geringen Energiegehalt des gasförmigen Kohlendioxids begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, mittels eines verbesserten Reinigungsverfahrens beziehungsweise einer weiterentwickelten Strahlvorrichtung Kleberückstände von einer Oberfläche zu entfernen.
Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 auf. Die weiteren Unteransprüche und die nachfolgende Beschreibung zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung hat erkannt, dass eine wirksame Reinigung durch die Steigerung der Energieübertragung und das weitere Abkühlen der zu reinigenden Oberfläche erreicht werden kann, wenn dem Reinigungsstrahl eine kältebeständige Flüssigkeit beigemischt wird. Die Beimischung der kältebeständigen Flüssigkeit erfolgt während oder nach der Umwandlung des flüssigen Kohlendioxids in gasförmiges Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikel. Durch die Beimischung der kältebeständigen Flüssigkeit erhöht sich der Energiegehalt deutlich und es können Temperaturen von tiefer als -40°C und bevorzugt etwa -70°C bewirkt werden. Bei derartig niedrigen Temperaturen verbessert sich die Reinigungswirkung. Zum Beispiel verspröden in der Automobilindustrie im Bereich des Karosseriebaus verwendete Klebstoffe. Im versprödeten Zustand können Klebstoffreste zuverlässig und schnell entfernt werden können. Insbesondere verspröden bei diesen Temperaturen Klebstoffe. Im versprödeten Zustand können die Verklebungen demontiert und bevorzugt mechanisch getrennt werden. Anschließend können die Kontaminationen zuverlässig und schnell von den Oberflächen entfernt werden.
Als kältebeständige Flüssigkeit wird dem Kohlendioxidgemisch beispielsweise Ethanol oder Isopropanol beigemischt oder ein Gemisch mit Ethanol beziehungsweise Isopropanol als Hauptkomponente verwendet.
Die Temperatur von festem Kohlendioxid beträgt -78,5°C. Durch den Zusatz einer kältestabilen Flüssigkeit und einer leichten Aufwärmung im Bereich der Düse und in der Atmosphäre vor dem Auftreffen auf die Oberfläche der zu trennenden verklebten Teile beziehungsweise auf die kontaminierte Oberfläche wird die Temperatur des austretenden Gemisches reduziert. Es können hier jedoch bis zu zirka -70°C erreicht werden. Diese Temperatur ist insbesondere abhängig von der Menge des zugeführten Kohlendioxids in Relation zu der zugeführten Menge der kältestabilen Flüssigkeit.
Bei dem Einsatz des Kälteverfahrens werden erhebliche gasförmige Kohlendioxidmengen und auch brennbare Flüssigkeit freigesetzt. Das birgt Gefahren für die Arbeitssicherheit. Es ist deshalb zweckmäßig, das freigesetzte Kohlendioxid und die freigesetzte Flüssigkeit in einer an den Düsenausgang anschließende Umhausung aufzufangen. Die Umhausung ist zu der Oberfläche des zu trennenden beziehungsweise zu reinigenden Teils offen, weist jedoch zusätzlich eine Öffnung auf, an der sich eine Leitung zur Abführung von Kohlendioxid und kältestabiler Flüssigkeit anschließt. Durch den Eigendruck des Gases kommt es dann entweder selbsttätig zu einer ausreichenden Abführung oder diese Abführung kann durch eine sanfte Absaugung unterstützt werden.
An Stelle des flüssigen Kohlendioxids kann beispielsweise flüssiger Stickstoff verwendet werden. Auch dem Stickstoff kann dann Ethanol, Isopropanol oder eine andere kältebeständige Flüssigkeit zugesetzt werden. Hier lassen sich dann nochmals deutlich niedrigere Temperaturen erreichen. Allerdings ist der Stickstoff aufwendiger zu handhaben und stellt sicherheitstechnisch weitaus höhere Anforderungen. Seine Verwendung wäre bei stationären Anwendungen beispielsweise im Autowerk etwa bei der Reparatur einer fehlgeschlagenen Produktion oder beim Entfernen von überschüssigem Kleber möglich.
Die Zuführung der kältebeständigen Flüssigkeit erfolgt in der Strahlvorrichtung während oder nach der Expansion des flüssigen Kohlendioxids. Die kältebeständige Flüssigkeit wird demzufolge nicht dem flüssigen Kohlendioxid, sondern dem sich bildenden beziehungsweise gebildeten Gemisch aus gasförmigen Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikeln beigemischt.
Die Dosierung des flüssigen Kohlendioxids sowie der kältebeständigen Flüssigkeit erfolgt an der Strahlvorrichtung durch separate Dosiereinheiten. Hierdurch ist es möglich, das Mischverhältnis und den Volumenstrom an unterschiedliche Reinigungsaufgaben flexibel anzupassen.
Die Form und Größe der Expansionskammer und die Einstellung der Dosiereinheit für das flüssige Kohlendioxid werden bevorzugt so gewählt, dass aus einem Kilo flüssigen Kohlendioxid etwa 500 bis 600 Liter gasförmiges Kohlendioxid und ein Anteil von etwa 40 bis 50 Gewichts-% Kohlendioxidpartikeln entstehen. Hierbei hat sich eine besonders wirksame Reinigung nachweisen lassen und der Reinigungsprozess kann vorteilhaft schnell durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort und in den Ansprüchen erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Strahlvorrichtung gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
Es zeigen:

1 eine Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Strahlvorrichtung und
2 eine Prinzipdarstellung einer Reinigungsanordnung mit der Strahlvorrichtung nach 1.

1 zeigt eine Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Strahlvorrichtung. Die erfindungsgemäße Strahlvorrichtung umfasst als wesentliche Komponenten einen rohrförmigen Grundkörper 1, einen Gehäusekörper 5, welcher den Grundkörper 1 mantelseitig abschnittsweise umgreift und eine Austrittsöffnung 18 vorsieht, eine Zuleitungseinheit 9 für den flüssigen Kohlendioxid und eine erste Dosiereinheit 4, über die die Zuleitungseinheit 9 mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Weiter ist eine zweite Dosiereinheit 12 für die kältebeständige Flüssigkeit und ein der zweiten Dosiereinheit 12 zugeordneter Leitungsabschnitt 11 für die kältebeständige Flüssigkeit vorgesehen.
Die erste Dosiereinheit 4 und der Grundkörper 1 der Strahlvorrichtung stellen gemeinsam eine Expansionskammer 2 bereit, die abschnittsweise durch einen ersten Leitungsabschnitt 3 gebildet ist, der einen konstanten und/oder divergenten Querschnitt aufweist.
In der Expansionskammer 2 expandiert das flüssige Kohlendioxid und es bildet sich gasförmiges Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikel. Das Kohlendioxidgemisch gelangt durch den ersten Leitungsabschnitt 3 zu dem Gehäusekörper 5 der Strahlvorrichtung und verlässt diese durch die an dem Gehäusekörper 5 gebildete Austrittsöffnung 18.
In den divergent geformten Teil des ersten Leitungsabschnitts 3 mündet der der Zuführung der kältebeständigen Flüssigkeit dienende zweite Leitungsabschnitt 11. Die kältebeständige Flüssigkeit wird demzufolge dem Kohlendioxidgemisch kurz vor dem Austritt aus der Strahlvorrichtung zugegeben.
Die kältebeständige Flüssigkeit kann über die zweite Dosiereinheit 12 mengenmäßig eingestellt werden. Insbesondere kann die zweite Dosiereinheit 12 so ausgebildet sein, dass ein Querschnitt vollständig gesperrt ist und auf die Zugabe der kältebeständigen Flüssigkeit verzichtet wird.
Zwischen dem Grundkörper 1 und dem Gehäusekörper 5 der Strahlvorrichtung ist ein Ringspalt 14 gebildet. Dem Ringspalt 14 sind in Umfangsrichtung verteilt an dem Gehäusekörper 5 vorgesehene Bohrungen 6 zugeordnet. Über die Bohrungen 6 kann wahlweise Umgebungsluft angesaugt oder ein anderes Treibgas, beispielsweise Druckluft zugegeben werden. Durch das Zuführen der Umgebungsluft kann die Strahlgeometrie des austretenden Strahls beeinflusst und einem zu starken Abkühlen des Gehäusekörpers 1 entgegengewirkt werden. Das Zuführen des Treibgases kann ebenfalls die Geometrie des Strahls beeinflussen und einem Auskühlen des Gehäusekörpers 1 entgegenwirken. Zudem kann der austretende Strahl durch das Treibgas beschleunigt werden mit der Folge, dass die Reinigungswirkung noch einmal verbessert wird.
Im vorliegenden Fall sieht die Strahlvorrichtung an dem Grundkörper 1 einen Kunststoffmantel 8 vor, der der thermischen Isolation dient. Alternativ kann beispielsweise eine Vakuumisolierung vorgesehen sein.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Reinigungsanordnung mit der Strahlvorrichtung nach 1. Hierbei ist an einem Zuleitungsschlauch 7 der Zuleitungseinheit 9 ein Kohlendioxidtank 16 angeschlossen, über den das flüssige Kohlendioxid bereitgestellt ist. Der Zuleitungsschlauch 7 ist über eine Verschraubung 8 mit der ersten Dosiereinheit 4 der Strahlvorrichtung verbunden.
Anstelle des Kohlendioxidtanks 16 kann beispielsweise eine Steigrohrflasche oder ein Flaschenbündel zur Bevorratung des Kohlendioxids vorgesehen sein.
Weiter ist eine Druckflasche 17, in der die kältebeständige Flüssigkeit bereitgestellt ist, über eine Zuleitung 15 mit der zweiten Dosiereinheit 12 verbunden. Anstelle der Druckflasche 17 kann beispielsweise ein Tank mit einer Pumpe für die kältebeständige Flüssigkeit vorgesehen sein.
Zur Reinigung einer nicht dargestellten Oberfläche und zum Entfernen von Kleberückständen wird üblicherweise zunächst ein Ventil der ersten Dosiereinheit 4 vollständig geschlossen. Ebenfalls wird ein Ventil der zweiten Dosiereinheit 12 vollständig verschlossen. Anschließend wird ein nicht dargestellter Verschluss des CO₂-Tanks 16 geöffnet. Es wird dann die erste Dosiereinheit 4 so eingestellt, dass das gewünschte Verhältnis von gasförmigem Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikeln bereitgestellt wird. Typischerweise wird die Einstellung so erfolgen, dass etwa 40 bis 60 Gewichts-% Kohlendioxidpartikel bereitgestellt werden und dass aus einem Kilo flüssigem Kohlendioxid 250 bis 350 Liter gasförmiges Kohlendioxid entstehen. Im Weiteren kann dann durch das Öffnen der zweiten Dosiereinheit 12 die kältebeständige Flüssigkeit dem Kohlendioxidgemisch beigemischt werden.
Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
2: Expansionskammer
3: Leitungsabschnitt
4: Dosiereinheit
5: Gehäusekörper
6: Bohrung
7: Zuleitungsschlauch
8: Verschraubung
9: Zuleitungseinheit
10: Kunststoffmantel
11: Leitungsabschnitt
12: Dosiereinheit
14: Ringspalt
15: Zuleitung
16: Kohlendioxidtank
17: Druckflasche
18: Austrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008061667 A1 [0003]

Claims

Reinigungsverfahren zum Entfernen von Kleberückständen von Oberflächen, wobei flüssiges Kohlendioxid aus einem Vorrat zu einer Strahlvorrichtung gelangt und dort durch eine erste Dosiereinheit (4) in eine Expansionskammer (2) geführt wird, wobei dann einem in der Expansionskammer (2) entstehenden Gemisch aus gasförmigen Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikeln eine kältebeständige Flüssigkeit zugeführt wird und wobei dann das mit der kältebeständigen Flüssigkeit versetzte Gemisch über eine Austrittsöffnung (18) der Strahlvorrichtung aus dieser austritt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des aus Kohlendioxid und der kältebeständigen Flüssigkeit bestehenden Gemisches durch die Ausrichtung der Austrittsöffnung (18) auf die Oberfläche zumindest eines Teiles einer Klebeverbindung die Verklebung von wenigstens zwei Teilen der Klebeverbindung durch einen Kälteeintrag von -40°C oder tiefer und bevorzugt etwa -70°C so versprödet wird, dass eine mechanische Trennung der Teile möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Trennung der Teile der Klebeverbindung durch eine Spachtel und/oder eine Vibrationseinheit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Ethanol oder Isopropanol als kältebeständige Flüssigkeit oder als Hauptkomponente derselben zugeführt wird.
Strahlvorrichtung umfassend eine Zuleitungseinheit (9) für flüssiges Kohlendioxid, eine erste Dosiereinheit (4) für das flüssige Kohlendioxid, eine Expansionskammer (2), eine Austrittsöffnung (18) und einen zu der Austrittsöffnung (18) geführten, als Teil der Expansionskammer (2) realisierten ersten Leitungsabschnitt (3), wobei zusätzlich ein Anschluss für eine kältebeständige Flüssigkeit sowie eine zweite Dosiereinheit (12) und ein von der zweiten Dosiereinheit (12) zu der Expansionskammer (2) und/oder dem ersten Leitungsabschnitt (3) der Expansionskammer (2) geführter zweiter Leitungsanschnitt (11) für eine kältebeständige Flüssigkeit vorgesehen sind.
Strahlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlvorrichtung zur thermischen Isolation jedenfalls abschnittsweise einen Kunststoffmantel (8) oder eine Vakuumisolierung vorsieht.
Strahlvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (3) der Expansionskammer (2) divergent geformt ist oder einen konstanten Querschnitt aufweist.
Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsabschnitt (11) in den ersten Leitungsabschnitt (3) der Expansionskammer (2) mündet.
Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammer (2) als Teil der Dosiereinheit (4) und/oder der erste Leitungsabschnitt (3) durch einen rohrförmigen Grundkörper (1) der Strahlvorrichtung und die Austrittsöffnung (18) durch einen Gehäusekörper (5) bereitgestellt ist.
Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Strahlvorrichtung austretende Gemisch von Kohlendioxid und kältestabiler Flüssigkeit durch eine an die Austrittsöffnung (18) anschließende Umhausung eintritt, die zu der Oberfläche des zu trennenden Teils und/oder der zu reinigenden kontaminierten Oberfläche hin offen ist und die zur Abführung des Gemischs von Kohlendioxid und kältestabiler Flüssigkeit eine Öffnung aufweist, an die eine Abführleitung angeschlossen ist, die das Gemisch in die Außenatmosphäre führt oder in eine einer Aufbereitungseinheit zur weiteren Nutzung und/oder Aufbereitung.
Verwendung einer Strahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 zur Versprödung von Klebeflächen zwecks Trennung und/oder zum Entfernen von Kontaminationen wie Kleberückständen von einer Oberfläche mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.