DE19706007C1 - Verfahren zum Reinigen von fadenförmigen Erzeugnissen, insbesondere von Drähten und Profilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von fadenförmigen Erzeugnissen, insbesondere von Drähten und Profilen mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten, mittels einer durch Ultraschall angeregten Flüssigkeit.

Es ist bereits bekannt, faden- oder bandförmige Erzeugnisse mittels Ultraschall und Flüssigkeit zu reinigen.

Die bekannten Verfahren, z. B. zur Reinigung von Draht, verwenden Tauchschwinger, die in mit Flüssigkeit gefüllte Behälter eingebracht sind. Die Ultraschallenergie der Tauchschwinger wird in die Flüssigkeit eingestrahlt. In der Flüssigkeit kommt es zur Kavitation, d. h. Flüssigkeit bricht infolge der hohen Energie auseinander, es entstehen Bläschen, deren Inneres mit unter Unterdruck stehendem Gas gefüllt ist. Die Gasbläschen implodieren, dabei wird hohe Energie frei und eine starke Mikroströmung entsteht. Diese Strömung wirkt auf die verschmutzte Oberfläche des zu reinigenden Gutes und entfernt Rückstände wie Fette, Öle oder dgl.

Bei den bekannten Einrichtungen bzw. den damit angewendeten Verfahren wird das zu reinigende Gut bzw. der Draht durch die Flüssigkeit eines großen Behälters, in der Regel eines Beckens, gezogen, in welchem eine Schalleistungsdichte von durchschnittlich 1 Watt pro cm² oder von 15 Watt pro Liter Flüssigkeit besteht, die nur mit hohem Energieaufwand auf die für Reinigungszwecke notwendige Größe gebracht werden kann. Die wirksame Leistung an der Drahtoberfläche liegt weit unter der Gesamtleistung des Ultraschallbeckens. Der Ultraschall wird nicht ausreichend zielgerichtet an der z. B. Drahtoberfläche wirksam, so daß ein hoher Energieeinsatz notwendig wird, um den Reinigungseffekt zu erzielen.

Aus den US 41 00 926 und US 40 46 592 sind Verfahren bekannt, bei denen eine allgemein bekannte zylindrische Sonotrode verwendet wird, durch die eine Durchführung, in der sich der zu reinigende Draht befindet, geführt wird. Die Reinigungsflüssigkeit wird in Kammern und in der Durchführung mit dem Draht in Kontakt gebracht. Die Sonotrode kommt mit dem Reinigungsmittel im Falle der US 41 00 926 gar nicht in Kontakt. Die Sonotrode muß in beiden Fällen ein relativ großes Wasservolumen anregen, so daß die Schallenergiekonzentration zu gering ist, um eine ausreichende Reinigungsleistung zu erzielen. Der Ultraschall wirkt nicht direkt genug an der Oberfläche des zu reinigenden Drahtes.

In der US 47 88 992 wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Streifen beschrieben, mit der nur unwesentlich bessere Reinigungseffekte erreichbar sind, die jedoch für die Drahtreinigung ungeeignet und uneffektiv ist.

Das zu reinigende Band oder die Streifen werden in einer Reinigungskammer zwischen zwei getrennt voneinander mit unterschiedlichen Frequenzen schwingende Plattenschwinger geführt. Zwischen den Platten ist eine Reinigungsflüssigkeit eingeströmt, die durch die Schwingungen der Membranplatten angeregt auf die Oberfläche des zu reinigenden Bandes einwirkt. Die Plattenschwinger sind infolge ihrer Materialbeschaffenheit und der notwendigerweise geringen Dicke sowie der Geometrie der Platten nur für kleine Amplituden und damit kleine Abstrahlleistungen pro Flächeneinheit, d. h. kleine Schalleistungsdichte, und nur für bandförmige Erzeugnisse einsetzbar. Der Reinigungseffekt ist nicht befriedigend und für die Anwendung bei runden Querschnitten der zu reinigenden Erzeugnisse wie Drähten ungeeignet. Die Breite der Plattenschwinger kommt an der gewölbten Oberfläche von runden Querschnitten nicht zur Wirkung, direkt eingebrachte Schalleistung wird nur in einem kleinen Bereich genutzt.

In der DE 196 02 917 A1 wird ein gattungsgemäßes Verfahren beschrieben, nach dem das zu reinigende Erzeugnis durch eine Bohrung einer in der Luft schwingenden speziellen Ultraschall-Sonotrode geführt wird, in die Reinigungsflüssigkeit eingeströmt wird.

Durch dieses Verfahren wird bereits eine nur geringe Wassermenge direkt in einer Arbeitsbohrung der speziell ausgebildeten Sonotrode durch Ultraschall sehr intensiv angeregt. Es entsteht eine sehr hohe, etwa um zwei Größenordnungen höhere Schall-Leistungsdichte als nach dem bekannten Stand der Technik, mit der eine sehr direkte und effektive Reinigung durch ein intensives Kavitationsfeld erfolgt.

Die mit Bohrungen versehene spezielle Ultraschall- Sonotrode erlaubt eine Einwirkung des Ultraschalls auf das zu reinigende Erzeugnis über die Flüssigkeit begrenzt auf eine Länge von etwa λ/4. Die Einwirkstrecke kann aus physikalischen Gründen nicht beliebig vergrößert werden. Damit ist auch der mögliche Ultraschall-Leistungseintrag in die Arbeitsbohrung auch bei sehr hohen Amplituden begrenzt. Sie beträgt z. B. bei einer Bohrung von 10 mm max. 400 W und bei Bohrungen von 5 mm, wie sie bei dünneren Drähten Anwendung findet, ca. 100 W.

Darüber hinaus ist die Verweilzeit des Drahtes bei hohen Ziehgeschwindigkeiten in der Arbeitsbohrung sehr kurz.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen von fadenförmigen Erzeugnissen zu entwickeln, mit dem gewährleistet ist, daß der eingebrachte Ultraschall am zu reinigenden Erzeugnis über eine wesentlich größere Länge als λ/4 mit sehr hoher Amplitude direkt einwirkt. Damit soll erreicht werden, daß in die Bohrung einer Sonotrode bis zu mehreren KW Schalleistung bei gleichzeitig vergrößerter Verweilzeit eingebracht werden kann, um damit den Reinigungseffekt und die Durchlaufgeschwindigkeit des zu reinigenden Erzeugnisses um ein Mehrfaches zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch die Verwendung eines speziellen Biegeschwingers, durch den das zu reinigende Erzeugnis geführt wird, bei Bedarf auch durch mehrere Bohrungen im Biegeschwinger gleichzeitig, können die für die Reinigung wirksamen Längen vergrößert werden. Es können mit geringerem materiellen Aufwand gleiche Leistungen erzielt werden.

Durch die Konzentration des für die Reinigung wirksamen Flüssigkeitsvolumens in einer Arbeitsbohrung eines mit hoher Amplitude von ca. 20 bis 250 µm schwingenden Biegeschwingers wird die eingebrachte Ultraschalleistung auf dieses kleine Volumen konzentriert, so daß mit geringem Energieaufwand ein intensives Kavitationsfeld entsteht, in dem eine hocheffektive Reinigung des durchlaufenden Drahtes gewährleistet ist. Der Ultraschall wirkt innerhalb der Arbeitsbohrung von allen Seiten in geringem Abstand und über eine im Vergleich zur Ultraschall-Sonotrode verhältnismäßig langen Strecke intensiv auf die Drahtoberfläche. Es wird eine 20- bis 100-fache Intensität der Schalleistung (bezogen auf die schallabstrahlende Fläche) gegenüber den bekannten Verfahren erreicht, so daß mit einem vergleichbaren Energieaufwand eine wesentlich größere km-Leistung bei zum Beispiel der Drahtreinigung erzielt wird. Es wird außerdem Reinigungsflüssigkeit eingespart, eine kleinere Anlage benötigt und eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit des zu reinigenden Gutes erreicht. Die Umweltbelastung wird minimal. Der Einsatz von umweltbelatenden Reinigungsmitteln wird stark reduziert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Reinigung eines Drahtes, für die Reinigung mehrerer Drähte, auch im Verbund einer Litze, und auch für die Reinigung von Rundprofilen, Seilen oder dgl. mit hoher Effetivität anwendbar.

Für jeden Drahtdurchmesserbereich oder für jede Materialart kann die geeignete Ultraschalleistung ausgewählt und eingesetzt werden. Die Schwingungsamplitude des Biegeschwingers kann je nach Anwendungsfall eingestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles eines Biegeschwingers näher erläutert.

In der einzigen Fig. 1 ist in schematischer Schnittdarstellung ein Biegeschwinger 3 gezeigt, der durch eine Ultraschall-Sonotrode 1 zu Ultraschall- Schwingungen US angeregt wird. Der Biegeschwinger 3 weist entlang der Längsachse eine erste Bohrung 2 auf, durch welche das zu reinigende Erzeugnis, z. B. Draht, geführt wird. Die erste Bohrung 2 steht mit weiteren Bohrungen 4 im Bereich von Schwingungsknoten SK des Biegeschwingers 3 in Verbindung. Diese Bohrungen 4 sind zur Bohrung 2 senkrecht angeordnet und dienen der Zufuhr einer geeigneten Reinigungsflüssigkeit.

Wenn an die Sonotrode 1 ein für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichend dimensionierter Ultraschallprozessor angeschlossen wird, dann gerät die über die Bohrungen 4 eingeströmte Reinigungsflüssigkeit im Biegeschwinger 3 in vertikale Schwingungen, die sich von der Flüssigkeit auf die Oberfläche eines durch die Bohrung 2 konzentrisch durchgeleiteten Drahtes übertragen. Es ist darauf zu achten, daß die Flüssigkeit die Bohrung 2 voll ausfüllt. Durch die Konzentration der eingestrahlten Ultraschalleistung auf das kleine Volumen in der Bohrung 2 und insbesondere auf das Volumen zwischen der Wandung der Bohrung 2 und dem konzentrisch in der Bohrung 2 geführten Draht wird ein sehr intensives Kavitationsfeld gebildet, in dem eine sehr intensive Reinigung der Drahtoberfläche von allen Verschmutzungen erfolgt. Die gelösten Verunreinigungen werden mit der Reinigungsflüssigkeit zu beiden Seiten der Bohrung 2 herausgespült. Die Reinigungsflüssigkeit kann nach einer entsprechenden Aufbereitung dem Prozeß erneut zugeführt werden.

Die Sonotrode 1 und der Biegeschwinger 3 schwingen mit einer in Abhängigkeit vom zu reinigenden Erzeugnis eingestellten Amplitude in der Luft. Die Sonotrode 1 regt den Biegeschwinger 3 punkt- oder linienförmig auf der Linie einer konstanten Amplitude an. Die Sonotrode ist vorzugsweise rechteckig ausgeführt, es kann jedoch auch eine runde Sonotrode 1 zum Einsatz kommen.

Es können auch Rundprofile, Seile oder dgl. gereinigt oder zur weiteren Bearbeitung vorbehandelt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Reinigen von fadenförmigen Erzeugnissen, insbesondere von Drähten und Profilen mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten, mittels einer durch Ultraschall angeregten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Luft schwingender spezieller Biegeschwinger (3) durch eine Ultraschall-Sonotrode (1) punkt- oder linienförmig auf der Linie einer konstanten Amplitude zu Schwingungen mit einer sehr hohen Amplitude von 20-250 µm angeregt wird, wobei in dem Biegeschwinger (3) mindestens eine an den Durchmesser des zu reinigenden Erzeugnisses angepaßte Bohrung (2), die zur Erreichung eines optimalen Reinigungsergebnisses in ihrem Durchmesser nur unwesentlich größer ist als der Durchmesser des zu reinigenden Erzeugnisses, in der Längsachse oder quer zur Längsachse jeweils an der Stelle eines Schwingungsmaximums angeordnet wird, durch die das zu reinigende Erzeugnis geführt wird, und wobei die Reinigungsflüssigkeit die Bohrung (2) voll ausfüllend zugeführt und über die Bohrung (2) aus dem Biegeschwinger (3) herausgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Erzeugnis in der Bohrung (2) konzentrisch ohne Berührung der Bohrungswandung geführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsflüssigkeit an dem Ort eines Schwingungsknotens (SK) dem Biegeschwinger (3) zugeführt wird.