DE19939032A1

DE19939032A1 - Verfahren und Anlage zur Oberflächenbehandlung von Teilen mit einem Lösungsmittel

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Publication number: DE19939032A1
Application number: DE19939032A
Authority: DE
Original assignee: Wolf GmbH
Current assignee: Wolf GmbH
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2000-10-05
Also published as: DE50002415D1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Teilen mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch in einer Arbeitskammer vorgeschlagen, insbesondere zur Reinigung von Metallteilen, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch wird erfindungsgemäß in einem geschlossenen, wahlweise durch die Arbeitskammer führenden Kreislauf gehalten und im wesentlichen kontinuierlich durch Verdampfen und Kondensieren aufbereitet. DOLLAR A Das Verdampfen erfolgt erfindungsgemäß bei einem ersten, niedrigen Druck und das Kondensieren bei einem zweiten, höheren Druck, so daß insbesondere eine hohe Energieeffizienz des Aufbereitungsvorgangs gegeben ist. Die in der Anlage herrschenden Druckunterschiede können vorteilhaft auch zum Transport des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs oder für eine effizientere Adsorption und Desorption eines für das Spülen der Arbeitskammer vorgesehenen Adsorptionsfilters verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Teilen mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch in einer Arbeitskammer, insbesonde re zur Reinigung von Teilen, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, welche einen Verdampfer und einen Kondensator zum Verdampfen bzw. Kondensie ren des Lösungsmittels oder des Lösungsmittelgemischs umfaßt.

Insbesondere zur Entfettung von Metallteilen werden seit längerem chlorkohlenwas serstoffhaltige Lösungsmittel eingesetzt, wie beispielsweise Perchlorethylen ("Per") und Trichlorethylen ("Tri"), mit welchen die Metallteile gespült werden. Da diese Stoffe sowohl umweltschädigend als auch gesundheitsschädlich sind, erfolgt die Behand lung der Metallteile üblicherweise in einer dicht verschließbaren Arbeitskammer, die über eine Adsorptions-/Desorptionseinheit entlüftet und belüftet wird. Die zu reinigen den Teile werden beispielsweise in Lochkästen in die Arbeitskammer eingebracht und dort in das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch eingetaucht sowie gegebenen falls bewegt. Nach dem Reinigungsvorgang verbleiben die Teile üblicherweise noch zur Trocknung in der Arbeitskammer, damit beim Öffnen der Kammer nur eine mög lichst geringe Menge an Lösungsmittel in die Umgebung gelangt.

Aus der DE-Zeitschrift "JOT 1997/3", Seiten 48 bis 52, ist beispielsweise eine Anlage zur Oberflächenbehandlung von Teilen mit Chlorkohlenwasserstoffen bekannt, bei welcher die zu behandelnden Teile in eine Arbeitskammer eingebracht werden und diese dann mit flüssigen Chlorkohlenwasserstoffen geflutet wird. Nach dem Reini gungsvorgang wird das Lösungsmittel in einen Vorratstank abgelassen und der Reini gungsvorgang gegebenenfalls wiederholt. Zur anschließenden Trocknung der gerei nigten Metallteile wird die Arbeitskammer evakuiert, und abgesogene Lösungsmittel dämpfe werden zum größten Teil in einem Kondensator auskondensiert sowie in den Vorratstank zurückgeführt. Die aus der Arbeitskammer abgesogene Luft mit ihrem Restgehalt an Lösungsmitteldämpfen wird nicht über eine Adsorptions-/Desorptions einheit aus der Anlage ausgeleitet, sondern in einem Volumenpuffer zwischengespei chert und zur späteren (Wieder-)Belüftung der Arbeitskammer verwendet. Zur regel mäßigen Aufbereitung des Lösungsmittels durch Destillation umfaßt diese bekannte Anlage außerdem einen Verdampfer mit nachgeschaltetem Kondensator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig zu realisierendes Verfah ren zur Oberflächenbehandlung von Teilen, in dessen Rahmen eine schonende und energieeffiziente Aufbereitung des verwendeten Lösungsmittels oder Lösungsmittel gemischs möglich ist, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens vorzu schlagen, die eine Energieeinsparung ermöglicht und außerdem mit wenigen Aggre gaten bzw. Bauteilen auskommt, so daß sie kostengünstig gefertigt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten Patentanspruchs 1 sowie durch eine Anlage mit den Merkmalen des bei gefügten Patentanspruchs 20 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 19 nieder gelegt, bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den Ansprüchen 21 bis 42.

Das Verfahren nach der Erfindung hält das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in geschlossenen Kreisläufen, wobei es innerhalb dieser Kreisläufe mittels Verdamp fen und anschließendem Kondensieren aufbereitet werden kann, wobei das Ver dampfen bei einem ersten, niedrigen Druck und das Kondensieren bei einem zweiten, höheren Druck erfolgt, während die Arbeitskammer bedarfsweise in die Kreisläufe einkoppelbar ist.

Einer der Kreisläufe der erfindungsgemäßen Anlage umfaßt einen Verdampfer und einen Kondensator für das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch sowie einen zwischen diesen angeordneten Verdichter, wobei der Verdichter einen eingangsseiti gen, den Verdampfer beaufschlagenden, ersten niedrigen Druck und einen aus gangsseitigen, den Kondensator beaufschlagenden, zweiten höheren Druck erzeugt. Die Arbeitskammer ist bedarfsweise in diesen Kreislauf einkoppelbar.

Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, daß die Energieeffizienz des Verfahrens ganz wesentlich erhöht werden kann, wenn das Destillieren des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs in zwei Stufen bei unterschiedlichen Drücken durchgeführt wird: Aufgrund der thermodynamischen Zusammenhänge geht das Lösungsmittel unter geringem Druck bei niedrigen Temperaturen in den gasförmigen Zustand über, wohingegen es unter höherem Druck bei höheren Temperaturen in den flüssigen Ag gregatzustand wechselt; der Energiebedarf für das Verdampfen sinkt dementspre chend, wenn dieses bei geringerem Druck erfolgt, wobei gleichzeitig die für das Kon densieren benötigte Kühlleistung um so kleiner sein kann, je höher der im Kondensa tor herrschende Druck ist.

Ferner muß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch zum erfindungsgemäßen Verdampfen um so weniger erhitzt werden, je niedriger der Druck an dieser Stelle ist. Die nach dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgende, im wesentlichen kontinuierliche Aufbereitung des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs kann also vorzugswei se schonender vorgenommen werden, als eine Destillation unter atmosphärischem Druck.

Der zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator angeordnete Verdichter der erfindungsgemäßen Anlage stellt den für die Erfindung erforderlichen Druckunter schied zwischen Verdampfer und Kondensator auf besonders einfache und effiziente Weise her.

Die Arbeitskammer wird nach der Erfindung bedarfsweise in den Lösungsmittelkreis lauf eingekoppelt, wobei die zu behandelnden Teile mit Lösungsmittel gespült wer den, indem frisches Lösungsmittel in die Kammer eingeleitet und nach der Oberflä chenbehandlung der in die Arbeitskammer verbrachten Teile an anderer Stelle wieder ausgeleitet wird. Hierbei ist der Begriff "Arbeitskammer" nicht eng definiert: Eine Ar beitskammer im Sinne der Erfindung kann durchaus auch durch das zu reinigende Teil selbst gebildet werden, nämlich dann, wenn es abdichtbare Hohlräume enthält, deren Innenwandungen gereinigt werden sollen. Diese Hohlräume fungieren im Rah men des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der entsprechenden Anlage dann als Arbeitskammer.

Bevorzugterweise liegt der erste, niedrige Druck für das Verdampfen des Lösungs mittels oder Lösungsmittelgemischs unterhalb des Atmosphärendrucks, vorzugsweise zwischen etwa 0,01 bar und 0,95 bar, während der zweite, höhere Druck für das Kon densieren oberhalb des Atmosphärendrucks vorzugsweise zwischen 2 bar und 15 bar, insbesondere jedoch zwischen 3 bar und 8 bar liegt. Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, in welchem üblicherweise bei Atmo sphärendruck gearbeitet wird, kommen dann besonders vorteilhaft zum Tragen: Ins besondere der Siedepunkt des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs liegt dann niedriger als bisher üblich, so daß nicht nur beim Heizen des Verdampfers Energie eingespart werden kann, sondern auch eine wesentlich schonendere Aufbereitung der Lösungsmittel resultiert. Umgekehrt verhält es sich beim Kondensieren des Lö sungsmittels oder Lösungsmittelgemischs; hier ist die Kondensationstemperatur ge genüber dem bisher Bekannten deutlich erhöht, so daß zum einen der Aufwand für die Kühlung des Kondensators deutlich kleiner wird und zum anderen das Lösungs mittel oder Lösungsmittelgemisch nicht mehr so stark heruntergekühlt werden muß; die Temperaturunterschiede sind insgesamt viel geringer.

Durch die Erfindung wird es möglich, für das Verdampfen des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs zumindest teilweise die beim Kondensieren erzeugte Wärme zu verwenden. Wenn man einen Wärmeträgerkreislauf zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator einrichtet, kann der Verdampfer mit der Abwärme des Konden sators erhitzt und der Kondensator mit dem aus dem Verdampfer kommenden, abge kühlten Wärmeträger gekühlt werden. Das gleichzeitige Erhitzen des Verdampfers mittels Fremdheizung und Kühlen des Kondensators mittels üblicherweise elektrisch betriebenem Kühlaggregat kann dadurch größtenteils oder gar ganz entfallen. Dies führt zu signifikanten Energieeinsparungen, die vor allem bei wässrigen Systemen, also insbesondere bei Verwendung von Wasser als Lösungsmittel, aufgrund der ho hen spezifischen Wärmekapazität von Wasser beträchtlich sind.

Insbesondere im Anfahrbetrieb der erfindungsgemäßen Anlage kann es dennoch sinnvoll sein, eine zusätzliche Stützheizung für den Verdampfer und/oder einen zu sätzlichen Kühler für den Kondensator einzusetzen.

Weitere, erhebliche Vorteile ergeben sich, wenn der Transport des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs innerhalb der entsprechenden Anlage mittels der im Kreislauf herrschenden Druckunterschiede erfolgt. Zusätzliche Pumpen entfallen hier durch; der Transport und die Steuerung des Lösungsmittelflusses erfolgt dann nur noch durch entsprechendes Steuern von Ventilen. Wenn ein zwischen dem Ver dampfer und dem Kondensator angeordneter Verdichter für den erfindungsgemäßen Druckunterschied sorgt, entfallen Flüssigkeitspumpen für den Betrieb der erfindungs gemäßen Anlage sogar ganz: Der Verdichter ist in einem Abschnitt der Anlage ange bracht, in welchem das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Der apparative Aufwand für die gesamte Anlage wird hier durch vermindert; auch die Rohrquerschnitte für den Lösungsmitteltransport können vorteilhaft klein gehalten sein.

Vor allem dann, wenn der vom Verdichter erzeugte erste, niedrige Druck unterhalb und der zweite, höhere Druck oberhalb des Atmosphärendrucks liegt, ergeben sich im Zusammenspiel mit einer Belüftung bzw. Entlüftung der Arbeitskammer mit Umge bungsluft (bei Atmosphärendruck) vorteilhafte Möglichkeiten des Lösungsmitteltrans ports. Insbesondere hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn mindestens ein Vorratsbehälter für das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch vorhanden ist, über den die Ankopplung der Arbeitskammer in den Lösungsmittelkreislauf erfolgt. Dieser Vorratsbehälter kann unter wechselnden Drücken betrieben werden: So kann er beispielsweise beim Einleiten von Lösungsmittel in die Arbeitskammer mit dem zweiten, höheren Druck und beim Rückfließen des Lösungsmittels in den Vorratsbe hälter mit dem ersten, niedrigen Druck beaufschlagt werden, welche dann beide einen Druckunterschied zum wahlweise in der Arbeitskammer herrschenden Atmosphären druck erzeugen.

Zur Grobreinigung des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs ist es zweckmä ßig, mindestens einen Filter vorzusehen, durch den das Lösungsmittel hindurch ge leitet wird. Vor allem Feststoffverunreinigungen wie Metallspäne oder dergleichen sind auf diese Weise am einfachsten aus dem Lösungsmittelkreislauf zu entfernen.

Weitere Vorteile bietet die Erfindung dadurch, daß die Arbeitskammer direkt mit frisch kondensiertem und/oder dampfförmigem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch beaufschlagt werden kann, wenn gewünscht, sogar unter hohem Druck. Dies wirkt sich positiv auf das Reinigungsergebnis aus, da die Reinheit des so in die Arbeits kammer eingebrachten Lösungsmittels sehr hoch ist und der im bisherigen Stand der Technik noch völlig unbekannte, hohe Betriebsdruck gegebenenfalls zusätzliche Rei nigungseffekte ermöglicht.

Für die Trocknung der oberflächenbehandelten Teile in der Arbeitskammer kann wie derum der erfindungsgemäß vorhandene, erste, niedrige Druck verwendet werden. Da hier die Verdampfung des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs aufgrund der thermodynamischen Zusammenhänge deutlich erleichtert ist, erfolgt die Trock nung der Teile vorteilhaft schnell.

Die Arbeitskammer kann nach der Oberflächenbehandlung mit Umgebungsluft belüf tet werden. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Arbeitskammer gleichanschließend abgesaugt wird - vorzugsweise beim ersten, niedrigen Druck -, wobei die abgesaugte Luft über einen Adsorptionsfilter von Lösungsmittel- oder Lösungsmittelgemisch dämpfen befreit wird und für eine erneute Belüftung wieder in die Arbeitskammer zu rückgeführt werden kann. Durch ein solches Spülen der Arbeitskammer kann eine sehr niedrige Konzentration von Lösungsmitteldämpfen vor dem Öffnen der Arbeits kammer erreicht werden, was bei Verwendung von CKW-Lösungsmitteln für die Ar beitssicherheit unerläßlich ist.

Der insbesondere bei Verwendung von CKW-Lösungsmitteln erforderliche Adsorpti onsfilter ist vorzugsweise ein Aktivkohlefilter, der ebenfalls mit wechselnden Drücken beaufschlagt werden kann: Die Beladung der Aktivkohle mit adsorbierten Lösungs mitteln wird deutlich verbessert, wenn die Adsorption bei höherem Druck erfolgt, wäh rend die zur Regeneration des Filters turnusmäßig notwendige Desorption von Lö sungsmitteln deutlich erleichtert wird, wenn diese unter niedrigerem Druck durchge führt wird. Zusätzlich unterstützt wird die Desorption, wenn der Filter während dieses Arbeitsgangs beheizt wird, beispielsweise durch die Abwärme des Verdichters. Be sonders geeignet für wechselnde Drücke ist ein Aktivkohlefilter, bei welchem die Ak tivkohle als Schüttung in Rohrbündel eingebracht ist. Hier ist die Aktivkohle auch be sonders leicht beheizbar.

Die Anlage sollte mit einem Ventil zur Notentlüftung verbunden sein, um eventuell vorhandene, hohe Drücke in kürzester Zeit abbauen zu können; diese Notentlüftung erfolgt vorzugsweise über den Adsorptionsfilter, um Umweltbelastungen oder Ge sundheitsgefahren auch bei einer Notentlüftung zu minimieren.

Der in der erfindungsgemäßen Anlage vorhandene Verdichter ist bevorzugt ein Flüs sigkeitsringvakuumverdichter, der bei Bedarf mit einer Drehschieberpumpe kombiniert werden kann. Der Flüssigkeitsringvakuumverdichter zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß er direkt mit der Betriebsflüssigkeit betrieben wird und die Kondensation in der Betriebsflüssigkeit stattfindet.

Das verwendete Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch besteht vorzugsweise im wesentlichen aus Wasser oder wässrigen Reinigem. Es können aber auch Chlorkoh lenwasserstoffe, insbesondere Tetrachlorethen und/oder Trichlorethylen als Basis für das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch eingesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung können auch noch andere Lösungsmittel, z. B. modifizierte Alkohole, ver wendet werden. Bei wässrigen Systemen wirkt sich allerdings die erfindungsgemäße Energieeinsparung am deutlichsten aus, da Wasser eine ca. zehnmal höhere Ver dampfungsenergie benötigt, als beispielsweise Tetrachlorethen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben und erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Anlage. Es handelt sich um eine Anlage zur Reini gung von Metallteilen mittels eines chlorkohlenwasserstoffhaltigen Lösungsmittels. Sie besteht in der Hauptsache aus einem Verdichter 11, einem Verdampfer 12, einer Ar beitskammer 13, einem Vorratsbehälter 14, einem Kondensator 15 und einem Ad sorptionsfilter 16. Diese Aggregate sind über ein Rohrleitungssystem verbunden, das zwei Filter 17a und 17b, die einem ersten Tank 14a und einem zweiten Tank 14b des Vorratsbehälters 14 zugeordnet sind, einen Meßcomputer 38 sowie eine Anzahl von Ventilen 19 bis 37 enthält. Beim Betrieb einer solchen Anlage mit wässrigen Lö sungsmitteln kann der Adsorptionsfilter 16 entfallen.

Der Verdampfer 12 und der Kondensator 15 sind mit einem separaten Rohrleitungs system für einen Wärmeträgerkreislauf verbunden, das eine Stützheizung 45 für den Verdampfer 12, eine Pumpe 46 und einen Kühler 47 für den Kondensator 15 auf weist. Der verwendete Wärmeträger ist bevorzugt Wasser.

Der Verdampfer 12 ist für eine kontinuierliche Verdampfung des Lösungsmittels unter Vakuum, bei Drücken von 0,01 bis 0,95 bar vorgesehen. Verunreinigungen des Lö sungsmittels, wie Schmierstoffe, reichern sich dabei im Sumpf des Verdampfers 12 an und können bei Bedarf abgelassen oder separat ausdestilliert werden. Die kontinuier liche Verdampfung unter Vakuum kann bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur erfolgen als unter Atmosphärendruck, was einerseits für das Lösungsmittel sehr schonend ist und andererseits ermöglicht, den Verdampfer 12 mit der Abwärme des Kondensators 15 zu betreiben. Der Lösungsmitteldampf wird vom Verdichter 11 an gesaugt.

Der Verdichter 11 ist eine Kombination aus Drehschieberpumpe und Flüssigkeitsring vakuumverdichter, der für eine kontinuierliche, mehrstufige Komprimierung von Lö sungsmitteldämpfen, gegebenenfalls unter Beimischung von Luft, geeignet ist. Er erzeugt beispielsweise eingangsseitig ein Vakuum von bis zu 10 mbar und ausgangs seitig einen Überdruck von ca. 6 bar. Der komprimierte Lösungsmitteldampf wird über ein angesteuertes Dreiwege-Ventil 18 entweder dem Adsorptionsfilter 16, dem Kon densator 15 oder, gesteuert über das Ventil 23, gleich dem Vorratsbehälter 14 zuge führt.

Der Kondensator 15 ist als Druckbehälter ausgeführt. Die Kühlung des Kondensators 15 erfolgt über den separaten Wärmeträgerkreislauf mit dem im Verdampfer 12 abge kühlten Wasser; gegebenenfalls wird das Wasser im Kühler 47 zuvor noch weiter heruntergekühlt. Der Lösungsmitteldampf wird im Kondensator 15 bei Drücken von ca. 3 bis 8 bar auskondensiert. Durch den hohen Druck kondensiert das Lösungsmit tel bei einer höheren Taupunkttemperatur als unter Atmosphärendruck aus. Hierdurch reicht das vom Verdampfer 12 kommende Wasser zur Kühlung des Kondensats nor malerweise aus. Das Kondensat wird in einem Tropfenabscheider 39 gesammelt und von eventuell vorhandenem Wasser, das insbesondere durch Luftfeuchtigkeit anfällt, getrennt. Anschließend wird das kondensierte Lösungsmittel entweder über das an gesteuerte Ventil 24 in den Vorratsbehälter 14 oder über das angesteuerte Ventil 22 direkt in die Arbeitskammer 13 geleitet.

Die Arbeitskammer 13 ist als Druckbehälter ausgeführt, beispielsweise mit einer dreh- und schwenkbaren Korbaufnahme, in welcher ein Arbeitskorb aufgenommen wird (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die zu reinigenden Metallteile werden von Hand oder mit einer automatischen Beschickungsvorrichtung vorzugsweise in Lochkästen in die Arbeitskammer 13 eingebracht und diese mittels einer Schiebetür 41 verschlossen. Aus Sicherheitsgründen ist die Schiebetür 41 vorzugsweise mit einem Kniehebelver schluß ausgestattet. Über das Ventil 28 kann flüssiges Lösungsmittel aus dem Vor ratsbehälter 14, und über das Ventil 27 kann wahlweise frisch kondensiertes, flüssi ges Lösungsmittel aus dem Kondensator 15, Lösungsmitteldampf aus dem Verdichter 11 oder gereinigte Luft aus dem Adsorptionsfilter 16 in die Arbeitskammer 13 einge leitet werden. Das Ventil 29 ermöglicht eine direkte Belüftung der Arbeitskammer 13 mit Umgebungsluft. Über einen Ablauf 42 am Boden der Arbeitskammer 13 kann Lö sungsmittel nach dem Reinigungsvorgang aus der Arbeitskammer entnommen und über die Ventile 30 und 31 in den Vorratsbehälter 14 geleitet werden. Das Ventil 26 ermöglicht schließlich eine direkte Anbindung der Arbeitskammer 13 an die Eingangs seite des Verdichters 11.

Der Vorratsbehälter 14 ist zweiteilig ausgebildet, mit einem ersten Tank 14a und ei nem zweiten Tank 14b, die durch einen Überlauf 44 voneinander getrennt sind. Die Tanks 14a und 14b werden durch aus der Arbeitskammer 13 entnommenes, im all gemeinen verunreinigtes Lösungsmittel gespeist. Darüber hinaus kann in den zweiten Tank 14b über das Ventil 24 frisches Kondensat aus dem Kondensator 15 und - zur Druckbeaufschlagung - über das Ventil 23 Lösungsmitteldampf direkt aus dem Ver dichter 11 eingeleitet werden. Das vom zweiten Tank 14b in den ersten Tank 14a überlaufende Lösungsmittel verdünnt das im ersten Tank 14a befindliche, von einer Tankheizung 43 erwärmte Lösungsmittel. Über die Ventile 34 und 28 bzw. 35 und 28 kann flüssiges Lösungsmittel aus dem Tank 14a bzw. 14b über einen Filter 17a bzw. 17b in die Arbeitskammer 13 gedrückt werden. Über das angesteuerte Ventil 32 kann der Verdampfer 12 flüssiges Lösungsmittel oder - zur Evakuierung des Vorratsbehäl ters 14 - Lösungsmitteldampf aus dem ersten Tank 14a ansaugen. Weiterhin ist flüs siges Lösungsmittel aus den Tanks 14a und 14b über die Filter 17a und 17b sowie über die Ventile 36 und 37 in den Verdampfer 12 überführbar.

Der (nur bei CKW-Anlagen erforderliche) Adsorptionsfilter 16 ist schließlich als Druck behälter mit einem Aktivkohle-Festbett als Adsorbens ausgebildet. Die Aktivkohle be findet sich dabei als Schüttung in Rohrbündeln 40. Während der Adsorption von Lö sungsmitteldämpfen steht der Adsorptionsfilter 16 unter Druck, wodurch sich die Auf nahmekapazität der Aktivkohle erheblich vergrößert. Der Adsorptionsfilter 16 ist über die beiden Dreiwege-Ventile 18 und 21 direkt mit dem Verdichter 11 verbindbar, so daß er wahlweise mit Überdruck oder mit Vakuum beaufschlagt werden kann: Die Regeneration der Aktivkohle erfolgt unter Vakuum, gegebenenfalls unter zusätzlicher Heizung der Aktivkohle mit der Abwärme des Verdichters 11 über ein Heizrohr 48, wodurch die Desorption des Lösungsmittels erheblich beschleunigt wird. Bei der Desorption kann der Adsorptionsfilter 16 durch Umsteuern des Dreiwege-Ventils 21 mit dem Kondensator 15 verbunden werden. Über die Ventile 27 und 20 ist der Ad sorptionsfilter 16 mit der Arbeitskammer 13 verbindbar, so daß dort durch den Ad sorptionsfilter 16 geleitete, von Lösungsmitteldämpfen gereinigte Luft eingeleitet wer den kann.

Bei einem kritischen Zustand der Anlage (zu hoher Druck oder zu hohe Lösungsmit telkonzentration) kann Luft über ein Notentlüftungsventil 19 abgeführt werden. Nor malerweise entweicht die Luft über ein Überströmventil bei Drücken von ca. 3 bis 8 bar.

Die eben beschriebene Anlage wird als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen betrieben:

(a) Anfahrvorgang

In den Vorratsbehälter 14 wird flüssiges Lösungsmittel gefüllt, das über die Ventile 36 und 37 auch in den Verdampfer 12 gelangt. Der Verdichter 11 wird gestartet und das Ventil 33 geöffnet, so daß der Verdampfer 12 evakuiert wird. Die Pumpe 46, die zur Umwälzung des Wärmeträgers Wasser dient, und die Stützheizung 45 werden in Be trieb genommen. Das von der Stützheizung 45 erwärmte Wasser wird durch den Ver dampfer 12 geleitet, wodurch das darin befindliche flüssige Lösungsmittel verdampft und vom Verdichter 11 angesaugt wird. Der Verdichter 11 komprimiert den ange saugten Lösungsmitteldampf auf einen Druck von ca. 3 bis 8 bar. Bei Bedarf kann über die Ventile 26 und 29 zusätzlich Luft zugeführt werden.

(b) Reinigen mit flüssigem Lösungsmittel

Der vom Verdichter 11 komprimierte Lösungsmitteldampf wird durch Öffnen der Ven tile 18 und 23 in den Vorratsbehälter 14 geleitet. Hierdurch wird im Vorratsbehälter 14 ein Überdruck, beispielsweise mit ca. 5 bar, erzeugt. Das Ventil 32 bleibt dabei ge schlossen.

Durch Öffnen der Ventile 34 und 28 wird flüssiges Lösungsmittel aus dem Tank 14a in die Arbeitskammer 13 gedrückt, da diese nach dem Beschicken mit Metallteilen und dem Schließen der Schiebetür 41 noch unter Atmosphärendruck steht. Hierbei wer den grobe Verunreinigungen des Lösungsmittels im Filter 17a zurückgehalten. Um die Arbeitskammer 13 mit Lösungsmittel fluten zu können, kann sie über das Ventil 26 zum Verdichter 11 hin entlüftet werden.

Die in einem Arbeitskorb in der Arbeitskammer 13 angeordneten Metallteile werden durch Einsprühen von flüssigem Lösungsmittel einer Primärreinigung unterzogen. Durch allmähliches Fluten der Arbeitskammer 13 mit Lösungsmittel bis zu einem von einem (nicht dargestellten) Füllstandsregler kontrollierten Füllstand werden die Me tallteile im Tauchbad gereinigt. Dies geschieht vorzugsweise unter Rotations- und Schwenkbewegungen des Arbeitskorbs im Lösungsmittelbad.

Zur Beendigung des Reinigungsvorgangs wird der im Vorratsbehälter 14 vorhandene Überdruck über das Ventil 32 abgebaut und gegebenenfalls ein Vakuum erzeugt. Da nach wird das Ventil 30 geöffnet und die Arbeitskammer 13 über die Ventile 19, 20 und 27 belüftet, so daß das Lösungsmittel in den Tank 14a abfließt.

Alternativ kann auch aus dem zweiten Tank 14b, durch Öffnen der Ventile 35 und 28, gereinigt sowie die Arbeitskammer 13 durch Öffnen des Ventils 31 in den Tank 14b entleert werden.

(c) Kontinuierliches Aufbereiten des Lösungsmittels

Der Verdichter 11 sorgt gleichzeitig mit der Erzeugung der für die Transportvorgänge verwendeten Druckdifferenzen für eine Aufbereitung des Lösungsmittels, indem er den aus dem Verdampfer 12 abgesogenen Lösungsmitteldampf komprimiert über das Ventil 18 in den Kondensator 15 leitet. Der Kondensator 15 wird von dem im Ver dampfer 12 abgekühlten Wasser, dessen Temperatur nötigenfalls durch den zusätzli chen Kühler 47 weiter abgesenkt wird, gekühlt; die Abwärme des Kondensators 15 sorgt im Gegenzug für die Heizung des Verdampfers 12. Wenn der vom Verdichter 11 erzeugte Überdruck im Vorratsbehälter 14 nicht mehr benötigt wird, kann durch Schließen des Ventils 23 und Öffnen des Ventils 24 frisch kondensiertes Lösungs mittel aus dem Kondensator 15 in den Vorratsbehälter 14 mittels Druckdifferenz ein geleitet werden. Das Lösungsmittel wird also kontinuierlich destilliert.

(d) Spülen mit Hochdruckkondensat

Anstatt das Lösungsmittel vom Kondensator 15 in den Vorratsbehälter 14 zu leiten, kann das frisch kondensierte Lösungsmittel durch Schließen der Ventile 23 und 24 und Öffnen des Ventils 22 direkt und vorzugsweise unter hohem Druck (herrührend vom Verdichter 11) in die Arbeitskammer 13 geleitet und dort beispielsweise einge sprüht werden. Die erforderliche Entlüftung der Arbeitskammer 13 erfolgt über das Ventil 26.

Das Kondensat weist eine hohe Reinheit auf, wodurch es sich in erster Linie für die Nachreinigung der Metallteile eignet.

(e) Spülen mit Hochdruckdampf

Über die Ventile 18, 23, 30 und 31 kann Lösungsmitteldampf direkt aus dem Ver dichter 11 in die Arbeitskammer geleitet werden, vorzugsweise unter hohem Druck. Auch hier erfolgt eine gegebenenfalls notwendige Entlüftung der Arbeitskammer 13 über das Ventil 26. Dieses Hochdruckdampfspülen eignet sich für eine abschließende Feinstreinigung der Metallteile und/oder zum Erhitzen derselben, um eine anschlie ßende Trocknung zu beschleunigen.

(f) Vakuumtrocknen

Nach Beendigung des Reinigungsvorgangs werden die Metallteile vor deren Entnah me aus der Arbeitskammer 13 von Lösungsmittelresten getrocknet: Durch Öffnen des Ventils 26 evakuiert der Verdichter 11 Lösungsmitteldampf und Luft, die durch das Beschicken in die Arbeitskammer 13 gelangt ist. Nach Erreichen eines Mindestdrucks wird zur Beendigung des Trocknungsvorgangs das Ventil 27 geöffnet, so daß Au ßenluft bis zum Erreichen des Atmosphärendrucks in die Arbeitskammer 13 strömt.

(g) Spülen der Arbeitskammer

Um die Lösungsmittelkonzentration des Lösungsmitteldampf-Luft-Gemischs in der Arbeitskammer 13 vor dem Öffnen unter einen beispielsweise in Deutschland gesetz lich vorgeschriebenen Grenzwert von 1 g/m³ zu bringen, wird die Arbeitskammer 13 durch Öffnen der Ventile 19, 20, 26 und 27 mit Umgebungsluft gespült. Die Lösungs mittelkonzentration wird während der Luftspülung dadurch überwacht, daß das vom Verdichter 11 aus der Arbeitskammer 13 abgesogene Lösungsmitteldampf-Luft- Gemisch über das Ventil 25 durch den Meßcomputer 38 geleitet wird. Der Meßcom puter 38 gibt die Schiebetür 41 der Arbeitskammer 13 erst frei, wenn der vorgeschrie bene Grenzwert der Lösungsmittelkonzentration unterschritten wird.

(h) Reinigen der Luft im Adsorptionsfilter

Die beim Spülen der Arbeitskammer 13 vom Verdichter 11 abgesogene, Lösungsmit teldämpfe enthaltende Luft wird durch Umsteuern des Ventils 18 unter hohem Druck in den Adsorptionsfilter 16 geleitet, wo die Luft von den Lösungsmitteldämpfen befreit wird. Durch Schließen des Ventils 19 wird die gereinigte Luft zu einer gegebenenfalls notwendigen, fortgesetzten Spülung der Arbeitskammer 13 über die Ventile 20 und 27 im Kreislauf zurückgeführt, bis der vorgeschriebene Grenzwert der Lösungsmittelkon zentration unterschritten ist.

(i) Regeneration des Adsorptionsfilters

Zur Desorption des von der Aktivkohle des Adsorptionsfilters 16 aufgenommenen Lösungsmittels wird durch Schließen des Ventils 18 und Umsteuern des Ventils 21 der Behälter des Adsorptionsfilters 16 evakuiert. Der Desorptionsvorgang wird da durch unterstützt, daß die Rohrbündel 40, welche die Aktivkohle enthalten, über das Heizrohr 48 mit der Abwärme des Verdichters 11 von außen beheizt werden.

Die Verfahrensschritte (g), (h) und (i) sind im vorliegenden Beispiel einer mit CKW- Lösungsmitteln betriebenen Anlage sinnvoll; bei Betrieb einer Anlage mit wässrigen Lösungsmitteln sind diese Verfahrensschritte ohne weiteres verzichtbar.

Bezugszeichenliste

11

Verdichter

12

Verdampfer

13

Arbeitskammer

14

Vorratsbehälter

14

a Tank (erster)

14

b Tank (zweiter)

15

Kondensator

16

Adsorptionsfilter

17

a Filter

17

b Filter

18

Dreiwegeventil

19. . .37

Ventile

38

Meßcomputer

39

Tropfenabscheider

40

Rohrbündel

41

Schiebetür

42

Ablauf (von

13

)

43

Tankheizung

44

Überlauf

45

Stützheizung

46

Pumpe

47

Kühler

48

Heizrohr

Claims

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Teilen mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch in einer Arbeitskammer, insbesondere zur Reinigung von Metallteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in geschlossenen, wahl weise durch die Arbeitskammer führenden Kreisläufen gehalten wird und in nerhalb dieser Kreisläufe mittels Verdampfen und anschließendem Kondensie ren aufbereitet werden kann, wobei das Verdampfen bei einem ersten, niedri gen Druck und das Kondensieren bei einem zweiten, höheren Druck erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, niedrige Druck unterhalb des Atmosphärendrucks gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, höhere Druck oberhalb des Atmosphärendrucks gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, niedrige Druck im Bereich zwischen 0,01 bar und 0,95 bar gehalten wird. .

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, höhere Druck im Bereich zwischen 2 bar und 15 bar, vorzugsweise zwischen 3 bar und 8 bar gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verdampfen des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs zumin dest teilweise die beim Kondensieren erzeugte Wärme verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein für das Kon densieren des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs verwendeter Kon densator zumindest teilweise durch einen beim Verdampfen des Lösungsmit tels oder Lösungsmittelgemischs abgekühlten Wärmeträger gekühlt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des ersten und des zweiten Drucks durch einen zwischen ei nem Verdampfer und einem Kondensator angeordneten Verdichter erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch mittels der im Kreislauf herr schenden Druckunterschiede transportiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in mindestens einem in einen der Kreisläufe eingebundenen Vorratsbehälter in flüssigem Aggregatzustand vorgehalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen behandlung der Teile in der Arbeitskammer durch Spülen mit flüssigem Lö sungsmittel oder Lösungsmittelgemisch erfolgt, welches aus dem Vorratsbe hälter in die Arbeitskammer eingeleitet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung der Teile in der Arbeitskammer wahlweise mit frisch kondensiertem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch vorgenommen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung der Teile in der Arbeitskammer wahlweise mit ver dampftem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung der Teile in der Arbeitskammer im wesentli chen beim zweiten, höheren Druck erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in der Arbeitskammer nach ihrer Oberflächenbehandlung beim er sten, niedrigen Druck getrocknet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer nach Beendigung der Oberflächenbehandlung mit Umge bungsluft belüftet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskam mer nach der Belüftung abgesaugt wird, wobei die abgesaugte Luft über einen Adsorptionsfilter von Lösungsmittel- oder Lösungsmittelgemischdämpfen be freit wird und für eine erneute Belüftung wieder in die Arbeitskammer zurück geführt werden kann.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptions filter für eine Adsorption des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs mit dem zweiten, höheren Druck und für eine Desorption des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs mit dem ersten, niedrigen Druck beaufschlagt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptions filter für die Desorption des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs be heizt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser oder ein Gemisch auf wässriger Basis als Lösungsmittel verwendet wird.

21. Anlage zur Oberflächenbehandlung von Teilen mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einer Arbeitskammer (13) für die Oberflächenbehandlung, einem Ver dampfer (12) zum Verdampfen des Lösungsmittels oder Lösungsmittelge mischs und einem Kondensator (15) zum Kondensieren des verdampften Lö sungsmittels oder Lösungsmittelgemischs, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in geschlossenen Kreis läufen gehalten ist, von denen einer den Verdampfer (12) und den Konden sator (15) sowie einen zwischen diesen angeordneten Verdichter (11) bein haltet, wobei der Verdichter (11) einen eingangsseitigen, den Verdampfer (12) beaufschlagenden, ersten niedrigen Druck und einen ausgangsseitigen, den Kondensator (15) beaufschlagenden, zweiten höheren Druck erzeugt, wäh rend die Arbeitskammer (13) bedarfsweise in die Kreisläufe einkoppelbar ist.

22. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, niedrige Druck unterhalb des Atmosphärendrucks liegt.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, höhere Druck oberhalb des Atmosphärendrucks liegt.

24. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, niedrige Druck in einem Bereich zwischen 0,01 bar und 0,95 bar liegt.

25. Anlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, höhere Druck in einem Bereich zwischen 2 bar und 15 bar, vorzugsweise zwischen 3 bar und 8 bar liegt.

26. Anlage nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeträger für den Transport der im Kondensator (15) erzeugten Wärme zum Verdampfer (12) vorgesehen ist.

27. Anlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ver dampfer (12) und dem Kondensator (15) ein Wärmeträgerkreislauf zum Kühlen des Kondensators (15) und zum Erwärmen des Verdampfers (12) vorgesehen ist.

28. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des Verdampfers (12) eine zusätzliche Stützheizung (45) und/oder zur Kühlung des Kondensators (15) ein zusätzlicher Kühler (47) vorgesehen sind.

29. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch mittels der vom Verdichter (11) erzeugten Druckunterschiede transportierbar ist.

30. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Vorratsbehälter (14) für das Lösungsmittel oder Lösungsmittel gemisch vorhanden ist.

31. Anlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (14) zum Einleiten und/oder zum Ausleiten von Lösungsmittel oder Lösungs mittelgemisch in die Arbeitskammer (13) mit dieser verbindbar ist.

32. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (15) zum Einleiten von frisch kondensiertem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in die Arbeitskammer (13) mit dieser verbindbar ist.

33. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß verdampftes Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in die Arbeitskammer (13) einleitbar ist.

34. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (20) zum Belüften der Arbeitskammer (13) mit Umgebungsluft vor handen ist.

35. Anlage nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (11) zum Spülen der Arbeitskammer (13) mit dieser verbindbar ist.

36. Anlage nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adsorptionsfilter (16) zum Reinigen von aus der Arbeitskammer (13) abgesaugter Luft von Lö sungsmittel- oder Lösungsmittelgemischdämpfen vorhanden ist.

37. Anlage nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsfilter (16) für eine Adsorption von Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch mit dem zweiten, höheren Druck und für eine Desorption des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs mit dem ersten, niedrigen Druck beaufschlagbar ist.

38. Anlage nach Anpruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsfilter (16) für die Desorption des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs be heizbar ist.

39. Anlage nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsfilter (16) ein Aktivkohlefilter ist, bei welchem die Aktivkohle als Schüttung in Rohrbündel (40) eingebracht ist.

40. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (11) ein Flüssigkeitsringvakuumverdichter ist, oder aus einer Kombination eines Flüssigkeitsringvakuumverdichters mit einer Drehschieber pumpe besteht.

41. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Arbeitskammer (13) über den Adsorptionsfilter (16) mit einem Ventil (19) zur Notentlüftung verbunden ist.

42. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch im wesentlichen aus Wasser oder aus wässrigen Reinigern besteht.

43. Anlage nach einem der Ansprüche 21 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch im wesentlichen aus Chlorkoh lenwasserstoffen besteht.

44. Anlage nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch im wesentlichen aus Tetrachlorethen und/oder Trichlorethylen besteht.