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Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Oberflächen von Gegenständen
durch chemische Reinigungsbäder unter gleichzeitiger Anwendung von Ultraschalleinwirkung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen der Oberfläche von Gegenständen,
bei dem die Gegenstände zunächst in ein saures oder alkalisches Reinigungsbad und
dann in ein zweites, unter Ultraschalleinwirkung stehendes Wasserbad getaucht werden.
Derartige Verfahren werden vor allem zum Entfernen von Zunder, Rost, Schmutz und
dergleichen Verunreinigungen von der Oberfläche von Gegenständen aus Metall, Kunststoff
oder Keramik angewendet. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ausführen
eines derartigen Verfahrens.
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Die bekannten Verfahren, die Ultraschalleinwirkung im chemischen Reinigungsbad
selbst oder in einem nachgeordneten neutralen Wasserbad durchzuführen, ergeben nicht
die für ein rationelles Arbeiten erstrebte rasche und intensive Reinigungswirkung.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die zweite Tauchbehandlung der Gegenstände in einem unter Ultraschalleinwirkung
stehenden, auf die an der Oberfläche der Gegenstände haftengebliebene Reinigungsflüssigkeit
aus dem ersten Bad neutralisierend wirkenden Bad vorzunehmen.
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Durch das Zusammenwirken der neutralisierenden Flüssigkeit der Ultraschalleinwirkung
wird die Bildung von Kavitationskernen tief im Inneren der Verunreinigung erheblich
gefördert, und zwar haben Versuche gezeigt, daß dies in unvergleichlich größerem
Maße als bei Anwendung der Ultraschalleinwirkung bei neutralen Badflüssigkeiten
auftritt. Durch die gleichzeitige Anwendung von Ultraschalleinwirkung wird auch
die Neutralisation gefördert, so daß das Verbleiben von Resten der Reinigungsflüssigkeit
auf den Gegenständen mit Sicherheit vermieden wird.
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Die Ultraschallgeber werden zwar in einer nicht neutralen Flüssigkeit
stärker angegriffen als in einer neutralen Flüssigkeit. Dieser Tatsache steht aber
die wesentlich höhere Reinigungsgeschwindigkeit innerhalb eines neutralisierenden
Bades gegenüber, so daß die Lebensdauer gemessen an der Gesamtleistung bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren höher ist.
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Werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Gegenstände während
der Neutralisation einem gleichzeitig aus mehreren Richtungen einwirkenden Ultraschallfeld
ausgesetzt, so wird der Reinigungsvorgang noch wirtschaftlicher, intensiver und
schneller.
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Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Vorrichtung
als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der ein Behälter für die Reinigungsflüssigkeit
und ein zweiter, mit Ultraschallgebern ausgestatteter Behälter für die Neutralisationsflüssigkeit
vorgesehen ist und die eine die Gegenstände durch die beiden Behälter führende Transporteinrichtung
äufweist, wobei erfindungsgemäß mehrere in einer Querebene zur Bahn der Gegenstände
konkav kreisbogenförmig angeordnete Ultraschallgeber vorgesehen sind, beispielsweise
derart, daß der Fokus der Schallstrahlen oberhalb des Spiegels der Neutralisationsflüssigkeit
liegt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung
teilweise im Schnitt; , F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie
2-2 nach F i g. 1.
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. Die gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausführen einer
chemischen Reinigung von Gegenständen unter gleichzeitiger Einwirkung von Utraschall
umfaßt einen ersten Behälter 2 für die chemische Reinigung. der mit einer geeigneten
chemischen Reinigungsflüssigkeit 4 gefüllt ist. Eine schrittweise oder kontinuierlich
arbeitende Ketten-oder Gurt-Fördereinrichtung 6 läuft über Umlenkrollen
8 bis 15. An der Kette der Fördereinrichtung sind weitmaschige Metallkörbe
16 angehängt, in die jeweils mehrere zu reinigende Gegenstände eingelegt
werden.
Ferner ist ein zweiter Reinigungsbehälter 18 vorgesehen,
der mit einer neutralisierenden Lösung 20 gefüllt ist. In dem Behälter
18 sind zwei fokussierte Ultraschallgeber 22 und 24 mit einer Frequenz von
z. B. 40 kIlz angeordnet, durch die in der Flüssigkeit 20 eine Kavitation hervorgerufen
wird. Zwischen den beiden Behältern sind oberhalb derselben Umlenkrollen
11 und 12 angeordnet, so daß die Fördereinrichtung der Körbe 16 zuerst
aus dem Behälter 2 heraushebt und sie- dann in den Behälter 18 eintaucht.
Der Behälter 18 weist einen Auslaß 28 auf, über den die Lösung 20
durch eine Rohrleitung 30 zu einem Absitzbehälter 32 fließt, von dem
aus sie durch eine Rohrleitung 34 zu einem Pumpen- und Filteraggregat
36 gelangt. In manchen Fällen wird die aus dem Absitzbehälter 32 abgezogene
Flüssigkeit destilliert, um die gelösten Verunreinigungen zu entfernen; die Destillation
kann zusätzlich zum Filtrieren oder an Stelle des Filtrierens erfolgen. Nach dem
Passieren der Pumpe und des Filters oder einer geeigneten, hier nicht gezeigten
Destiffiereinrichtung wird die Flüssigkeit über die Rohrleitung 38 zum Einlaß
40 des Behälters 18 geleitet. Diese kontinuierliche Zirkulation gewährleistet,
daß die Verunreinigungen aus der Flüssigkeit 20 im wesentlichen vollständig entfernt
werden, so daß die Ultraschallreinigung mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden
kann.
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Zwischen dem chemischen Reinigungsbad in dem Behälter 2 und
dem Behälter 18, wo die Ultraschallreinigung und die Neutralisierung erfolgen,
Werden die Teile nicht gewaschen, denn dies hat sich als un weckmäßig erwiesen.
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Die Länge der Behälter 2 und 18 richtet sich nach der gewünschten
Verweilzeit der Gegenstände sowie nach der Laufgeschwindigkeit der Fördereinrichtung.
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Gemäß F i g. 2 ist der Ultraschallgebersatz 22 auf einer Unterstützung
42 mit einer konkaven Oberseite angeordnet. Diese Fläche trägt mehrere Geber 44,
die Energie in Richtung auf den Brennpunkt F abgeben, der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
des Bades 20 liegt, wie es in F i g. 2 durch Vollinien und gestrichelte Linien
angedeutet ist. Wenn die Energie die Oberfläche der Flüssigkeit 20 erreicht, wird
sie in Richtung auf den Gegenbrennpunkt Y in die Flüssigkeit zurückreflektiert.
Somit wird im Bereich des Korbes 16 eine Zone außerordentlich hoher Energie
vorhanden sein. In dieser Zone trifft die Energie unmittelbar von dem Geber aus
auf den Boden und die Seitenfläche des Korbes auf, während die von der Oberfläche
der Flüssigkeit reflektierte Energie auf die Oberseites des Korbes und ebenfalls
auf die Seitenwände des Korbes auftrifft; die Oberseite und die Unterseite des Korbes
erhalten jeweils die größten Energiemengen. Damit wird eine »Schattenwirkung« vermieden.
Die Geber können gegebenenfalls auch auf den Seitenwänden des Behälters
18 angeordnet sein. Beispielsweise könnte man flache Geber auf einer Seite
anordnen oder, wenn eine größere Arbeitsgeschwindigkeit erwünscht ist, Gebersätze
einander gegenüber vorsehen. Ferner könnte man sie zu reinigenden Gegenständen von
dem die Geber umschließenden Bad aus durch einen gesonderten Behälter hindurchführen.
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Das chemische Reinigungsbad 4 ist je nach der Art der zu beseitigenden
Verunreinigungen entweder sauer oder basisch. Wenn der zu reinigende Gegenstand
z. B. aus Metall besteht, was von Rost, Wärmebehandlungszunder od. dgl. befreit
werden soll, kann als erstes Bad en solches aus S#alz-säur'e, S-älp-e'tersäure,
Chromsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure oder aus Gemischen derselben verwendet
werden. Wenn Schmutzablagerungen od. dgl. von Isola-Ioren aus keramischem Material
entfernt werden sollen, verwendet man vorzugsweise stark alkalische Bäder, die z.
B. mit Natriumhydroxyd, Trinatriumphosphat od. dgl. angesetzt sind. Die Dauer des
Eintauchens in das Säurebad richtet sich nach der Dicke der Verunreinigung und der
jeweils stattfindenden Reaktion. Bei dünnen Oberflächenverunreinigungen, z. B. Rost
oder Wärmebehandlungszunder, hat es sich gezeigt, daß eine Eintauchdauer von wenigen
Sekunden bis zwischen -5 und 10 Minuten ausreicht,- wäh:m rend bei dickeren
Verunreinigungsschichten 30 A-nuten oder mehr für die chemische Reaktion
erforderlich sind. Die für derart chemische Reinigungsbäder geeigneten Temperaturen
liegen gewöhnlich zwischen etwa 70 und etwa 931 C, doch kann man auch-
mit höheren- -oder niedrigeren Temperaturen arbeiten. Bei diesem Schritt besteht
ein wichtiges Erfordernis darin, daß gewährleistet sein muß, daß die chemische Reinigungsflüssigkeit
den Zunder vollständig durchdringt, d. h. bis zu der ihn tragenden Oberfläche.
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Das zweite Bad 20 besitzt vorzugsweise eine pH-Zahl, die derjenigen
des chemischen Reinigungsbades entgegengesetzt ist. Wenn beispielsweise das chemische
Reinigungsbad sauer ist, d. h. wenn seine pH-Zahl kleiner ist als
7, soll das zweite Bad, in dem die Ultraschallreinigung durchgeführt wird,
basisch sein, d. h., seine pH-Zahl soll höher sein als 7. Wenn das
chemische Reinigungsbad dagegen basisch ist, soll das Ultraschallreinigungsbad sauer
sein. Dem zweiten Bad kann gegebenenfalls ein Putzmittel beigegeben sein.
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Wenn der zu reinigende Gegenstand in der beschriebenen Weise ehemisch
vorbehandelt wird, kann man die Dauer der Ultraschallreinigung in manchen Fällen
bis auf wenige Sekunden verkürzen. Auf diese Weise lassen sich die Oberflächenverunreinigungen
sehr schnell beseitigen; es hat sich gezeigt, daß man bei längerer Eintauchzeit
nur eine geringe zusätzliche Ultraschallreinigungswirkung erzielt. Die Wirksamkeit
der Kavitation nimmt mit steigender Flüchtigkeit der Reinigungsflüssigkeit ab, zeigt
jedoch das Bestreben, bei zunehmender Dichte größer zu werden. Beide genannte Faktorerr
neigen dazu, die Wirksamkeit der Kavitation bei der Annäherung der Temperatur der
Ultraschallreinigungsflüssigkeit an den Siedepunkt herabzusetzen. Es wurde festgestellt,
daß bei den meisten wässerigen Lösungen eine Temperatur von etwa 60' C für
die Ultraschallreinigung zu bevorzugen ist. Wenn die zu reinigenden Teile tiefe
Kanäle oder Sacklöcher aufweisen, in denen Luft eingeschlossen werden kann, ist
es gewöhnlich zweckmäßig, die Werkstücke in dem Ultraschallreinigungsbad zu drehen,
damit die Luft entweichen kann. Dies ist wichtig, denn wenn keine Reinigungsflüssigkeit
mit dem zu reinigenden Gegenstand in Berührung kommt, kann keine Oberflächenkavitation
auftreten, so daß an den betreffenden Stellen keine Reinigungswirkung erzielt wird.
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Zwar sind die Gründe für die außerordentlich schnelle Beseitigung
der Verunreinigungen in dem Ultraschallreinigungsbad nicht ohne weiteres ersichtlich,
doch wird angenommen, daß die Neutralisierung des in der ersten Behandlungsstufe
verwendeten
chemischen Reinigungsmittels zur Bildung von tief in
die Verunreinigungen eingelagerten Kavitationskernen führt. Die sich an diesen Kavitationskernen
bildenden Blasen nehmen an Größe zu und implodieren, wodurch der Zunder von der
Oberfläche des zu reinigenden Gegenstandes abgelöst wird.
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In jedem Fall führt das beschriebene Verfahren zur schnellen Beseitigung
der Verunreinigungen, und die Oberflächen werden in einem außerordentlich großen
Ausmaß gereinigt, wobei auch eine wirksame Reinigung von Spalten und sich nach innen
erstrekkenden Hohlräumen, wie Sacklöchern, erfolgt. Angesichts der bei dieser Kombination
einer chemischen Reinigung mit der Ultraschallreinigung erzielten Reinigungsgeschwindigkeit
wird die Größe der benötigten Ultraschalleinrichtungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt,
woraus sich eine Verminderung der Kosten ergibt. Ferner arbeiten die Geber in zahlreichen
Anwendungsfällen, insbesondere bei Verwendung eines sauren chemischen Reinigungsbades,
in einem basischen Bad. Diese Bäder greifen im Gegensatz zu Säure das Gebergehäuse
nicht an, so daß die Geber nicht beschädigt werden.