DE19926084B4 - Suction device and device containing a suction device - Google Patents
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Abstract
Absaugvorrichtung zum Absaugen von Luft von der Oberfläche eines Objektes (1), beispielsweise eines zu reinigenden Werkstückes oder eines Probentisches, mit einem Absaugrohr (65), das das Objekt (1) in der Ebene der Oberfläche vollständig umgibt und längs seines Innenumfangs Gasdurchtrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugrohr (65) einen nierenförmigen Querschnitt mit einer Einbuchtung längs seines Außenumfangs aufweist.suction for sucking air from the surface of an object (1), for example a workpiece to be cleaned or a sample table, with a suction tube (65), which is the object (1) in the plane of the surface Completely surrounds and along his Inner circumference gas passage openings characterized in that the suction tube (65) has a kidney-shaped cross section with a recess along its outer periphery having.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Absaugvorrichtung sowie auf eine Vorrichtung zur Behandlung, insbesondere zur Abreinigung von Oberflächen mittels eines CO2-Schnee-Strahles. Derartige Absaugvorrichtungen und Vorrichtungen werden in der optischen Industrie, der Medizintechnik, der pharmazeutischen Industrie, der Lackiertechnik, der Mikro- und Feinwerktechnik zur Behandlung von Oberflächen, u.a. zur Behandlung weicher Oberflächenbeschichtungen, Gele und dergleichen verwendet. Die Basis dieses Behandlungs- bzw. Reinigungsverfahrens ist die Reinigung mittels CO2-Eiskristallen. Das Verfahren wird auch zur trockenen lokalen Abreinigung teilchenförmiger und filmischer Verunreigigung von strukturierten sowie aus Elementen unterschiedlicher Materialien zusammengesetzten Oberflächen bis in den Submikrometerbereich eingesetzt.The present invention relates to a suction device and to a device for the treatment, in particular for the cleaning of surfaces by means of a CO 2 snow jet. Such suction devices and devices are used in the optical industry, medical technology, the pharmaceutical industry, the painting technique, the micro and precision engineering for the treatment of surfaces, including the treatment of soft surface coatings, gels and the like. The basis of this treatment or cleaning process is the cleaning by means of CO 2 -iscrystals. The method is also used for the dry local cleaning of particulate and cinematic impurity of structured and composed of elements of different materials surfaces to the submicron range.
Die fortschreitendene Miniaturisierung bei gleichzeitiger Hybridisierung von Baugruppen verlangt nach einem Reinigungsverfahren, welches ein lokales Reinigen von Funktionsflächen erlaubt, ohne dabei angrenzende Bereiche durch Querkontamination zu verunreinigen. Der Einsatz herkömmlicher Reinigungsverfahren, wie z.B. Ultraschall oder der Einsatz agressiver Chemikalien ist aufgrund von Materialunverträglichkeiten nur noch selten möglich. Das Strahlen mit CO2-Partikeln stellt hier eine interessante Alternative dar.The progressive miniaturization with simultaneous hybridization of assemblies requires a cleaning process that allows local cleaning of functional surfaces without contaminating adjacent areas by cross-contamination. The use of conventional cleaning methods, such as ultrasound or the use of aggressive chemicals is due to material incompatibilities only rarely possible. Blasting with CO 2 particles is an interesting alternative here.
Die CO2-Eisreinigung ist ein trockenes, tiefkaltes, rückstandsfreies Strahlverfahren mit breitem Anwendungsgebiet. Prinzipiell läßt sich das Trockeneisstrahlen in zwei verschiedene Verfahren einteilen – dem Reinigen mit luftgetragenen Trockeneispellets und der Reinigung mittels CO2-Schnee.CO 2 ice cleaning is a dry, deep-cold, residue-free blasting process with a wide range of applications. In principle, dry ice blasting can be divided into two different processes - cleaning with airborne dry ice pellets and cleaning with CO 2 snow.
Das Strahlen mit Trockeneispellets wird seit 1987 zum Entlacken und Reinigen von Flugzeugkomponenten und Flugzeugen verwendet. Vor allem aufgrund der Eigenschaft von Trockeneis, während des Reinigungsprozesses zu sublimieren und somit kein kontaminiertes Reinigungsmittel zu hinterlassen, konnten Teile in eingebautem Zustand gereinigt und die Reinigungskosten an Flugzeugen bis zu 50 % gesenkt werden.The Blasting with dry ice pellets is since 1987 for paint stripping and Cleaning of aircraft components and aircraft used. Especially because of the property of dry ice during the cleaning process to sublimate and thus no contaminated detergent too left, parts could be cleaned in the installed state and cleaning costs on aircraft are reduced by up to 50%.
Heute hat sich das Strahlen mit Trockeneispellets bereits in vielen Bereichen wie z. B. der Entlackung von Flugzeugen, der Fassadenreinigung oder dem Beseitigen grober Verschmutzungen an Maschinen durchgesetzt. Seine Stärke der rückstandsfreien Reinigung spielt es besonders in der Baugruppen reinigung bereits installierter Anlagen aus.today The blasting with dry ice pellets has already been in many areas such as B. the Entlackung of aircraft, the facade cleaning or the Eliminate gross contamination on machines enforced. His Strength the residue-free cleaning It plays especially in the assembly cleaning already installed Plants off.
Die Reinigungswirkung stützt sich dabei grundsätzlich auf drei Mechanismen. Zum einen werden beim Auftreffen der CO2-Kristalle auf die Oberfläche die Verunreinigung bzw. die Beschichtung auf der Oberfläche stark unterkühlt, wodurch diese schrumpfen und verspröden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Grundmaterial und Verschmutzung bzw. Beschichtung entstehen Spannungen so daß die Verbindung zwischen der Verschmutzung und dem Grundmaterial gelockert bzw. gelöst wird. Weiterhin wird durch den von den CO2-Pellets übertragenen Impuls die versprödeten Verunreinigung weiter gelöst und mechanisch abgetragen. Zuletzt wird das durch die Trockeneispellets abgelöste Material durch das sublimierte CO2 und ggf. weiteres Stützgas in der Schwebe gehalten und von der Reinigungszone abtransportiert.The cleaning effect is fundamentally based on three mechanisms. On the one hand, when the CO 2 crystals impinge on the surface, the contamination or the coating on the surface is strongly supercooled, as a result of which they shrink and become brittle. Due to the different thermal expansion of the base material and contamination or coating stresses arise so that the connection between the pollution and the base material is loosened or dissolved. Furthermore, the embrittled impurity is further released and mechanically removed by the impulse transmitted by the CO 2 pellets. Finally, the material removed by the dry ice pellets is held in suspension by the sublimated CO 2 and possibly further supporting gas and transported away from the cleaning zone.
Das Strahlverfahren unter Verwendung von Trockeneispellets ist beispielsweise in "Kantig oder rund, Metallsalze und Kohlendioxidpellets sind exotische Mittel in der Strahltechnik" von Reinhold Schäfer in Maschinenmarkt Würzburg 98 (1992) beschrieben.The Blasting method using dry ice pellets is for example in "edged or round, Metal salts and carbon dioxide pellets are exotic compounds in the Blasting technique "from Reinhold Schäfer in Machine Market Würzburg 98 (1992).
Nachteilig an der Strahltechnik unter Verwendung von Trockeneispellets ist, daß die Abkühlung während und nach der erfolgten Reinigung eine Rekontamination der Oberfläche durch Abscheidung vormals in der Luft enthaltener und während der Abtrocknung des CO2-Eis-Films zurückbleibender Stoffe bewirkt. Insbesondere schlägt sich auf der abgekühlten Oberfläche im Anschluß an die Abstrahlung die Umgebungsfeuchtigkeit nieder, so daß der zu reinigende Gegenstand feucht wird.A disadvantage of the blasting technique using dry ice pellets is that the cooling during and after the cleaning carried out a recontamination of the surface by deposition previously contained in the air and remaining during the drying of the CO 2 ice film remaining substances. In particular, the ambient moisture precipitates on the cooled surface following the radiation, so that the object to be cleaned becomes moist.
Alternativ können als Strahlmittel statt Trockeneispellets auch Trockeneiskristalle verwendet werden. In diesem Falle wird ein Strahl aus CO2-Schnee erzeugt, der unter hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche gestrahlt wird.Alternatively, instead of dry ice pellets, dry ice crystals can also be used as blasting agents. In this case, a jet of CO 2 snow is generated, which is blasted at high speed onto the surface to be cleaned.
Zur
Verhinderung der durch Resublimieren der Luftfeuchtigkeit während der
Reinigung stattfindenden Vereisung der Oberfläche, durch die ein weiteres
reinigendes Einwirken der CO2-Schnee-Kristalle
erschwert bis verhindert wird, sind nach dem Stand der Technik zwei
Methoden bekannt. Zum einen wird eine beheizte Platte als Unterlage
des Reinigungsgutes verwendet, um das Reinigungsgut möglichst rasch
nach dem Überstreichen
des Trockeneisstrahles wieder zu erwärmen. Die Wirksamkeit dieses
Verfahrens als Einzelmaßnahme
ist durch das Material, die Geometrie und die Baugröße des Reinigungsgutes
teilweise stark beeinträchtigt
oder gar nicht gegeben. Alternativ kann der CO2-Schnee-Strahl
von einem Hüllstrahl
umgeben werden, der beheizt wird. Damit wird beim Überstreichen
einer Oberfläche durch
den CO2-Strahl unmittelbar anschließend die Oberfläche wieder
durch den Stützstrahl
aufgewärmt,
so daß die
Kondensation der Luftfeuchtigkeit verringert bzw. verhindert wird.
Dieses Verfahren bewirkt jedoch eine unerwünschte Aufheizung des CO2-Eis-Strahles durch den warmen Stützstrahl,
so daß die
Wirksamkeit des Strahlverfahrens beeinträchtigt wird. Ein derartiges
Verfahren ist in der
Nachteilig am Strahlverfahren unter Verwendung von CO2-Schneekristallen ist, daß diese einen erheblich geringeren Impuls als die Trockeneispellets mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern besitzen, so daß die Reinigungswirkung verglichen mit Trockeneispellets erheblich geringer ist.A disadvantage of the blasting method using CO 2 -snow crystals is that they have a much lower pulse than the dry ice pellets with a diameter of several millimeters, so that the cleaning effect compared to dry ice pellets is considerably lower.
In
der
Problematisch bei all diesen Verfahren nach dem Stand der Technik ist die Querkontamination von Oberflächenbereichen durch den Abtrag, der an anderer Stelle durch den CO2-Eisstrahl erzeugt wird.The problem with all these prior art processes is the cross-contamination of surface areas due to the erosion produced elsewhere by the CO 2 ice jet.
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Absaugvorrichtung und eine diese enthaltende Strahlvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der Oberflächen einfach und zuverlässig ohne Rekondensation von Wasser oder Querkontamination behandelt, insbesondere abgestrahlt werden können.task The present invention is a suction device and a To provide this containing jet device, with the surfaces easy and reliable treated without recondensation of water or cross-contamination, in particular can be radiated.
Diese Aufgabe wird durch die Absaugvorrichtung nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Strahlwerkzeugs und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben. Erfindungsgemäß können die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung und die erfindungsgemäße Vorrichtung wie in den Ansprüchen 42 bis 44 angegeben, verwendet werden.These The object is achieved by the suction device according to claim 1 and the Device according to claim 14 solved. Advantageous developments of the jet tool according to the invention and the Device according to the invention become dependent claims given. According to the invention can suction device according to the invention and the device according to the invention as in the claims 42 to 44 can be used.
Durch die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung wird vorteilhafterweise das aufgestrahlte, sublimierte CO2 und der volumenstarke Stütz- bzw. Druckstrahl, der ohne weitere Umlenkung vom Probentisch abströmt, aufgefangen und anschließend von dort abgesaugt, wodurch eine Querkontamination anderer Oberflächenbereiche zuverlässig minimiert wird. Die erfindungsgemäße Absaugvorrichtung erzeugt auch keinerlei Wirbel oder dergleichen außerhalb der Absaugvorrichtung selbst, so daß die Laminarströmung der anfließenden Luft nicht gestört wird und deren Reinheit zuverlässig erhalten bleibt.By the suction device according to the invention is advantageously the radiated, sublimated CO 2 and the high-volume support or pressure jet, which flows without further deflection from the sample table, collected and then sucked from there, whereby a cross-contamination of other surface areas is reliably minimized. The suction device according to the invention also does not generate any whirl or the like outside of the suction device itself, so that the laminar flow of the inflowing air is not disturbed and its purity is reliably maintained.
Insgesamt ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad bei kurzer Behandlungsdauer unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung. Weitere vorteilhafte Eigenschaften sind ein einfacher, kompakter Geräteaufbau, eine hohe Gerätesicherheit, geringe Anlagen,- Betriebs- und Wartungskosten, ein hoher Automatisierungsgrad, gute Reproduzierbarkeit des Reinigungsergebnisses sowie eine einfache Handhabung der Vorrichtung und der Absaugvorrichtung.All in all results in a very high efficiency with short treatment time using the device according to the invention and the suction device according to the invention. Further advantageous properties are a simpler, more compact Unit design, a high device safety, low Plants, - operating and maintenance costs, a high degree of automation, Good reproducibility of the cleaning result and easy handling the device and the suction device.
Durch
die erfindungsgemäße Weiterbildung der
Strahlvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Strahlwerkzeug werden folgende
Verbesserungen erzielt:
Zum einen wird eine sehr hohe Strahlgeschwindigkeit
durch Verwendung einer Lavaldüse
erzielt, so daß die
sehr kleinen Eiskristalle durch das sich auf der zu reinigenden
Oberfläche
bildende Gaspolster geschossen werden können. Weiterhin wird die statische
Aufladung des festen Kohlendioxid-Schnees, die ein Problem bei der
Reinigung elektronischer Bauteile darstellt, mittels der Ionisierungsvorrichtung aufgehoben.
Weiterhin wird durch die Düse
und durch die erfindungsgemäße Einrichtung
der Reinigungsvorrichtung eine Laminarströmung in der Reinigungskammer
erzeugt, so daß keine
Schmutznester innerhalb der Reinigungsanlage gebildet werden. Insbesondere
ist der Strahldurchmesser äußerst gering,
so daß er
sich für
Anwendung in der Mikrosystem- bzw. Feinwerktechnik eignet und die
Anlage flexibel in der Produktion von Mikrosystemen eingesetzt werden
kann. Das Strahlwerkzeug ist voll beweglich und der Reinigungsablauf
ist ohne weiteres automatisierbar. Insgesamt ergibt sich ein hoher
Wirkungsgrad bei einer kurzen Reinigungszeit.The development according to the invention of the blasting device with the blasting tool according to the invention achieves the following improvements:
On the one hand, a very high jet velocity is achieved by using a Laval nozzle, so that the very small ice crystals can be shot through the forming on the surface to be cleaned gas cushion. Furthermore, the static charge of the carbon dioxide solid snow, which is a problem in the cleaning of electronic components, is canceled by the ionization device. Furthermore, a laminar flow is generated in the cleaning chamber through the nozzle and by the inventive device of the cleaning device, so that no dirt nests are formed within the cleaning system. In particular, the beam diameter is extremely low, so that it is suitable for use in microsystems and precision engineering and the system can be used flexibly in the production of microsystems. The blasting tool is fully movable and the cleaning process can be easily automated. Overall, a high efficiency results in a short cleaning time.
Insgesamt ist durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine schnelle und vereisungsfreie Reinigung von Bauteilen während der Produktion möglich unter Wegfall komplizierter und aufwendiger Reinigungsvorbereitungen. Mit dem erfindungsgemäßen Trockeneisstrahlverfahren kann eine Vielzahl von Materialien gereinigt werden, sofern sie dem kurzzeitig auftretenden Temperaturschock widerstehen. Bei den auftretenden Strukturen gibt es nur geringfügige Einschränkungen, da es sich beim Trockeneisstrahlen wie bei allen Strahlverfahren um ein Sichtlinienverfahren handelt. Daher können nur Oberflächen abgereinigt werden, die in Strahlrichtung liegen. Das Reinigen von uneinsehbaren Hinterschneidungen ist somit nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Gleiches gilt für Vertiefungen mit relativ großem Aspektverhältnis, die sich relativ rasch mit sublimiertem CO2 füllen und so das weitere Eindringen der Eiskristalle behindern oder gar verhindern.Overall, a fast and icing-free cleaning of components during production is possible by eliminating complicated and expensive cleaning preparations by the device according to the invention. With the dry ice blasting process according to the invention, a plurality of Materials should be cleaned, provided that they withstand the short-term temperature shock. There are only minor limitations to the structures involved, as dry ice blasting, as with all blasting processes, is a line of sight process. Therefore, only surfaces can be cleaned, which lie in the beam direction. The cleaning of blind undercuts is not possible or only very limited. The same applies to depressions with a relatively large aspect ratio, which fill relatively quickly with sublimed CO 2 and thus impede or even prevent the further penetration of the ice crystals.
Im folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Absaugvorrichtung und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Dabei werden in sämtlichen Figuren gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.in the The following will be an example of a suction device according to the invention and a Device according to the invention described. It will be in all Figures like parts with the same reference numerals.
Es zeigenIt demonstrate
Diese
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine Reinigungskammer
Der
Probentisch
In
der Probenkammer wird eine Laminarströmung
Dem
Strahlwerkzeug
Damit besteht die beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung im Kern aus folgenden Komponenten:
- 1. Eine mit Reinstluft
durchströmte
Reinigungskammer
36 (z.B. Reinheitsklasse 1 gemäß VDI 2083 Blatt 1, Strömungsgeschwindigkeit 0,4 m/s), - 2. ein Strahlwerkzeug
2 mit einer Beschleunigungs- und Mischdüse sowie einer Ionisierungseinheit (nicht gezeigt), - 3. der Absaugvorrichtung
21 , - 4. einer Aufbereitungsanlage (nicht gezeigt) für das von
der Absaugvorrichtung
21 abgesogene Gas, und - 5. einem beheizten Probentisch
1 .
- 1. A clean air flow through with clean air chamber
36 (eg purity class 1 according to VDI 2083 Part 1, flow rate 0.4 m / s), - 2. a jet tool
2 with an accelerating and mixing nozzle and an ionizing unit (not shown), - 3. the suction device
21 . - 4. a treatment plant (not shown) for that of the suction device
21 sucked gas, and - 5. a heated sample table
1 ,
Diese
erfindungsgemäße Vorrichtung
erzeugt eine turbulenzarme Reinstluftströmung in der Reinigungskammer
Das
Strahlwerkzeug
Zum
anderen weist das Strahlwerkzeug
Dieser Druck- bzw. Stützstrahl kann zeitversetzt zu dem CO2-Schnee-Strahl gestartet bzw. beendet werden, so daß bei einem Zuschalten des CO2-Schnee-Strahls nach dem Start des Druckgasstrahles die Umgebungsluft vom Reinigungspunkt ferngehalten wird. Damit wird die Kondensation von Luftfeuchtigkeit an dem durch den Reinigungsstrahl gekühlten Reinigungspunkt erfolg reich unterbunden. Zum selben Zweck kann der Stützstrahl erst nach dem CO2-Schnee-Strahl abgeschaltet werden.This pressure or support beam can be started or terminated with a time delay to the CO 2 snow jet, so that when switching on the CO 2 snow jet after the start of the compressed gas jet, the ambient air is kept away from the cleaning point. Thus, the condensation of humidity at the cooled by the cleaning jet cleaning point is successively prevented. For the same purpose, the support beam can be switched off only after the CO 2 snow jet.
Der Stützstrahl aus trockenem Druckgas führt weiterhin dazu, daß die Substratoberfläche nach erfolgter Reinigung am Reinigungspunkt rasch wieder erwärmt wird.Of the support beam from dry compressed gas leads furthermore, that the Substrate surface after the cleaning is heated quickly at the cleaning point.
Die
Absaugung des vom Trockeneisstrahl abgelösten Materials direkt an der
Wirkungsstelle, ist aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit und des
entstehenden Gasvolumens mit einer herkömmlichen Absaugvorrichtung
nicht möglich.
Daher wurde eine erfindungsgemäße Absaugvorrichtung
Die Öffnungen
Das
Absaugvolumen der Ventilatoren
Das
abgesaugte Gas wird anschließend
von den Ventilatoren
Das
Strahlwerkzeug setzt sich im wesentlichen aus zwei ineinander integrierte
Düsen zusammen:
Eine Kapillare
Weiterhin
wird die Kapillare
Die
Lavaldüse
Sowohl
das flüssige
CO2 als auch das Druckgas wird über die
Düsennadel
Das
CO2 wird über die Kapillare
Da
das CO2 aufgrund von Druckänderung
innerhalb der Geometrie der Lavaldüse
Abgedichtet
wird das ganze System durch zwei Dichtungen, nämlich einer Packung
Am
Düsenende
ist ein Metallring
Weiterhin
ist die Kapillare
Mit diesem System wurden bereits verschiedene Teile aus der Mikrosystem- bzw. Feinwerktechnik erfolgreich gereinigt. Dazu gehören beispielsweise Kontaktflächen von Mikroschaltern, Düsenelemente aus der Drucktechnik, auf einem Keramikträger aufgebaute Mikrochips und Stanzteile für den Bau von Schaltelementen. Dabei wurden sowohl partikuläre Ablagerungen als auch biotische und/oder abiotische Beschichtung wie beispielsweise Fingerabdrücke oder dünne Lackschichten entfernt.With This system has already been replaced by different parts from the microsystem or precision engineering successfully cleaned. These include, for example contact surfaces of micro switches, nozzle elements from the printing technology, on a ceramic carrier constructed microchips and Stamped parts for the construction of switching elements. Both particulate deposits were formed as well as biotic and / or abiotic coating such as fingerprints or thin Removed paint layers.
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung, ist die CO2-Zuführung so ausgebildet, daß kurze CO2-Strahlstöße erzeugt werden können. Diese sind verglichen mit einem kontinuierlichen CO2-Strahl wesentlich effektiver, da hier im Vergleich zu der längeren Einwirkzeit des Trockeneisstrahles höhere Thermospannungen erzeugt werden.As a further advantageous embodiment, the CO 2 supply is designed so that short CO 2 beam bursts can be generated. These are much more effective compared to a continuous CO 2 jet, since higher thermal stresses are generated here compared to the longer exposure time of the dry ice jet.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19926084A1 (en) | 2000-12-21 |
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