DE3641923A1

DE3641923A1 - Ultrasonic cleaning bath

Info

Publication number: DE3641923A1
Application number: DE19863641923
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Foerster; Guenter Dipl Ing Klauke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-12-09
Filing date: 1986-12-09
Publication date: 1988-06-16

Abstract

In conventional ultrasonic cleaning baths, articles which are to be cleaned even of contaminants at locations to which access is difficult require a very long cleaning time and also additional interim flushing operations and mechanical finishing. By the use of a movable sonotrode (20) in an ultrasonic cleaning bath, the entire cleaning time is reduced to just a few minutes. No additional treatments are needed. The sonotrode (20) with transducer (1), fitted in the mount (3), is adjustable in terms of distance and alignment with respect to the bore. The cleaning takes place by the cavitation occurring with intensified effect at the solid/liquid interface and by a flow (90) in the cleaning liquid (6), which transports dislodged contaminants away and feeds in thereafter unsaturated cleaning liquid. A preferred application area is the cleaning of optical telecommunication components, such as for example waveguide couplings with an inside diameter of just a few millimetres. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallbad mit mindestens einem Ultraschallwandler zur Säuberung von Gegenständen, insbesondere von Komponenten der optischen Nachrichtentechnik, in einer Reinigungsflüssigkeit.The invention relates to an ultrasonic bath with at least one Ultrasonic transducers for cleaning objects, in particular of components of optical communication technology, in one Cleaning fluid.

Derartige Ultraschallreinigungsbäder werden in verschiedenen Ausführungen und zur Reinigung verschiedenster Gegenstände mit unterschiedlichen Oberflächenverschmutzungen angeboten. Das Reinigungsgut wird beispielsweise als Schüttgut in das Bad ein gebracht, wobei die Beschallung mit Ultraschall mittels einer unterschiedlichen Anzahl von Wandlern über die Wandungen des Behälters oder über in die Reinigungsflüssigkeit hineinragende Wellenleiter geschieht. Die dadurch entstehende Kavitation, die vornehmlich an Phasengrenzflächen fest/flüssig auftritt, be wirkt die Ablösung von Verschmutzungen auf der Oberfläche der zu reinigenden Gegenstände. Solche Vorrichtungen sind z. B. bekannt durch DE-OS 25 32 029, DE-OS 27 41 419. In solchen oder anderen bekannten Reinigungsbädern wird die Schallenergie gleichförmig über die gesamte Flüssigkeit eingebracht. Die Ver weildauer der zu reinigenden Gegenstände hängt davon ab, inwie weit unzugängliche Vertiefungen bzw. stark verschmutzte Stelle in/auf den Gegenständen gereinigt werden. Aus diesem Grund muß bei herkömmlichen Geräten gerade bei der Reinigung von Bohrun gen oder ähnlichen unzugänglichen Stellen sehr oft zwischenge spült oder mechanisch nachgearbeitet werden.Such ultrasonic cleaning baths are used in different Designs and for cleaning various objects with different surface contaminations offered. The For example, items to be cleaned are placed in the bathroom as bulk goods brought, the ultrasound using a different number of transducers over the walls of the Container or over protruding into the cleaning liquid Waveguide happens. The resulting cavitation, the occurs mainly at phase interfaces solid / liquid, be detaching dirt acts on the surface of the objects to be cleaned. Such devices are e.g. B. known from DE-OS 25 32 029, DE-OS 27 41 419. In such or other known cleaning baths use the sound energy introduced uniformly over the entire liquid. The Ver the duration of the items to be cleaned depends on how deeply inaccessible depressions or heavily soiled area be cleaned in / on the objects. For this reason with conventional devices, especially when cleaning bores very often inaccessible or similar inaccessible places rinsed or reworked mechanically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beaufschlagung mit Ultraschall auch dort wirksam vorzunehmen, wo Verschmutzun gen in unzugänglichen Vertiefungen von Gegenständen vorliegen.The invention is based, the application effective with ultrasound wherever dirt in inaccessible wells of objects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ultraschallwandler mit mindestens einer in die Reinigungs flüssigkeit eintauchbaren Sonotrode bestückt ist. Somit wird die Ultraschalleinbringung an jedem Ort der Oberfläche des ver schmutzen Gegenstandes und insbesondere an unzugänglichen Ver tiefungen ermöglicht.This object is achieved in that the Ultrasonic transducer with at least one in the cleaning liquid-immersible sonotrode. Thus the introduction of ultrasound at any location on the surface of the ver dirty object and especially on inaccessible ver allows deepening.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die beste Reinigungswirkung dadurch erzielt wird, daß die Ultraschallab strahlung durch die Sonotrode in die Reinigungsflüssigkeit mög lichst nahe an der zu reinigenden Stelle geschieht. Durch die Verwendung von Sonotroden, akustischen Präzisionswerkzeugen, läßt sich zudem die Amplitude der Ultraschallschwingung an der abstrahlenden Fläche genau einstellen.The invention is based on the knowledge that the best Cleaning effect is achieved in that the ultrasound radiation through the sonotrode into the cleaning liquid happens as close as possible to the point to be cleaned. Through the Use of sonotrodes, acoustic precision tools, can also the amplitude of the ultrasonic vibration on the Adjust the radiating surface precisely.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Ab stand zwischen Sonotrode und Gegenstand durch die Anbringung mindestens einer Sonotrode an einer Halterung einstellbar. Diese Halterung kann vorzugsweise als Schwenk- und/oder Hub vorrichtung ausgebildet sein. Damit wird neben großflächiger Ultraschallbeaufschlagung bei größerem Abstand auch die ge zielte Beschallung von Teilen der Oberfläche, sowie von unzu gänglichen Stellen, mit hoher Energiedichte ermöglicht.According to a preferred embodiment of the invention, the Ab stood between the sonotrode and the object due to the attachment adjustable at least one sonotrode on a holder. This bracket can preferably be used as a swivel and / or hub be designed device. In addition to being more extensive Ultrasound exposure at a greater distance also the ge targeted sound from parts of the surface, as well as from accessible places with high energy density.

Haben mehrere unzugängliche Stellen unterschiedliche Ausrich tungen, so wird die Ausrichtung der Sonotrode mittels Halterung entsprechend eingestellt.Have several inaccessible places with different orientations the alignment of the sonotrode using the bracket set accordingly.

Vorzugsweise ist die Sonotrode teilweise oder bis zum Grund der Vertiefung einführbar, damit der Abstand zwischen der den Ultra schall abstrahlenden Fläche und dem verschmutzten Grund so ge ring wie möglich ist. Neben der die Verschmutzung ablösenden Kavitation entsteht in der Reinigungsflüssigkeit eine Strömung, die abgelöste Schmutzteilchen nach außen transportiert.The sonotrode is preferably partially or to the bottom of the Recess can be inserted so that the distance between the Ultra sound-radiating surface and the soiled base ring as possible. In addition to that which removes the pollution Cavitation creates a flow in the cleaning liquid, the loosened dirt particles are transported outside.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Achse der Sonotrode mit einer bestimmten Exzentrizität bezogen auf die Achse einer Vertiefung so ausgerichtet werden, daß in der Vertiefung eine Strömung der Reinigungsflüssigkeit entsteht. Eine derartige Anordnung zeigt neben den Reinigungs effekten durch Kavitation eine verstärkte Ausspülung der abge lösten Schmutzpartikel.According to a further preferred embodiment of the invention can the axis of the sonotrode with a certain eccentricity in relation to the axis of a depression that in the recess a flow of cleaning fluid arises. Such an arrangement shows next to the cleaning effects through cavitation, increased flushing of the loosened dirt particles.

Wird die Sonotrode mit einer achsenparallelen Bohrung, die vorzugsweise zentrisch angeordnet ist, versehen, so kann durch Absaugen oder Zuführen von verbrauchter bzw. unverbrauchter Reinigungsflüssigkeit eine Strömung erzeugt werden, die für einen ständigen Zustrom ungesättigter Reinigungsflüssigkeit zum Ort der Verschmutzung sorgt. Form und Stärke der Strömung sind unabhängig von der Anstellung der Sonotrode, so daß diese be züglich der besten Reinigungswirkung durch Kavitation plaziert werden kann.If the sonotrode has a bore parallel to the axis, the is preferably arranged centrally, provided by Aspirate or feed used or unused Cleaning fluid generated a flow that for a constant influx of unsaturated cleaning fluid to Location of pollution. Form and strength of the flow are regardless of the position of the sonotrode, so that this be placed for the best cleaning effect by cavitation can be.

Eine besonders gute und schnelle Reinigung läßt sich erzielen, wenn neben den zwei bisher genannten Bestandteilen des Rei nigungsvorganges, nämlich Ablösen durch Kavitation und Aus spülen durch eine Strömung, eine Reinigungsflüssigkeit verwendet wird in der die Verschmutzungen aufgelöst werden.Particularly good and quick cleaning can be achieved if in addition to the two components of the Rei cleaning process, namely detachment by cavitation and out rinse through a flow, using a cleaning liquid will be dissolved in the pollution.

Schließlich werden durch weitere Ausgestaltungen der Erfindung verschiedene Reinigungsflüssigkeiten mit unterschiedlichen Reinigungswirkungen bezüglich verschiedener Verschmutzungen eingesetzt. Zur Reinigung von Verschmutzungen durch Flußmittel kommen vornehmlich Gemische in Frage, deren Hauptkomponente Ethanol oder Freon oder Trichlortrifluorethan sind.Finally, through further developments of the invention different cleaning fluids with different Cleaning effects with regard to various types of soiling used. For cleaning contaminants from flux primarily mixtures are the main component Are ethanol or freon or trichlorotrifluoroethane.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing represents and are described in more detail below.

Die Prinzipdarstellungen zeigen:The basic diagrams show:

Fig. 1 ein Ultraschallreinigungsbad mit koaxial in eine zu reinigende Bohrung eingeführter Sonotrode, Fig. 1 shows an ultrasonic cleaning bath with coaxially into a bore introduced to clean sonotrode

Fig. 2 ein Ultraschallreinigungsbad mit exzentrisch über der zu reinigenden Bohrung plazierter Sonotrode. Fig. 2 shows an ultrasonic cleaning bath having an eccentrically-placed above the hole to be cleaned sonotrode.

Fig. 3 ein Ultraschallreinigungsbad mit einer Sonotrode, durch die Reinigungsflüssigkeit gepumpt oder gesaugt wird. Fig. 3 shows an ultrasonic cleaning bath with a sonotrode through which cleaning liquid is pumped or sucked.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ultraschallreinigungsbad mit einer Sonotrode 20 in Arbeitsstellung, zusätzlichen Wandlern 7 außen am Behälter 8 angebracht und mit einem zu reinigenden Bauteil der optischen Nachrichtentechnik 4, hier eine Lichtwellenleiter-Kupplung, das sich in der Reinigungs flüssigkeit 6 befindet. Dieses Bauteil 4 ist innerhalb der Bohrung von Flußmittelresten zu reinigen, die sich bei dem vorangegangenen Lötprozeß bei dem die Kugellinse 5 mit dem Bauteil 4 verbunden wurde, abgelagert haben. Die Beweglichkeit von Wandler 1 und Sonotrode 20 ist durch die Befestigung an der Halterung 3 gegeben, die als Schwenk- und Hubvorrichtung aus geführt ist und somit jede Lage und Neigung der Bohrung 10 be rücksichtigen kann. Da die Bohrung 10 einen Durchmesser von nur wenigen Millimetern, beispielsweise 2 mm besitzt, ist eine ge naue Einstellung nötig. Wie ersichtlich ist, sind die Boden fläche der Bohrung 10 und die schallabstrahlende Stirnfläche der Sonotrode 20 in diesem Beispiel parallel, wodurch ein be sonders guter Reinigungseffekt erzielt wird. Fig. 1 shows a section through an ultrasonic cleaning bath with a sonotrode 20 in the working position, additional transducers 7 attached to the outside of the container 8 and with a component to be cleaned of the optical communication technology 4 , here an optical fiber coupling, which is in the cleaning liquid 6 . This component 4 is to be cleaned within the bore of flux residues which have been deposited in the previous soldering process in which the ball lens 5 was connected to the component 4 . The mobility of transducer 1 and sonotrode 20 is given by the attachment to the bracket 3 , which is guided as a pivoting and lifting device and thus can take into account any position and inclination of the bore 10 . Since the bore 10 has a diameter of only a few millimeters, for example 2 mm, a precise adjustment is necessary. As can be seen, the bottom surface of the bore 10 and the sound-radiating end face of the sonotrode 20 are parallel in this example, whereby a particularly good cleaning effect is achieved.

Die Versorgung von Wandler 1 und Sonotrode 20 wird in dieser Ausführungform durch eine modifizierte Ultraschallschweißan lage getätigt. Beschreibungen über Sonotroden sind z. B. zu finden in "Technische Rundschau", Nr. 37, Bd 65, (1973) Seite 25 + 27 oder in "Ultrasonic assembly of thermoplastic mouldings and semi-finished products", Fachverband Elektroschweißgeräte, Seite 10 und 11.The supply of transducer 1 and sonotrode 20 is done in this embodiment by a modified ultrasonic welding system. Descriptions about sonotrodes are e.g. B. to be found in "Technische Rundschau", No. 37, Vol. 65, (1973) pages 25 + 27 or in "Ultrasonic assembly of thermoplastic moldings and semi-finished products", Fachverband Elektroschweißgeräte, pages 10 and 11.

Das Reinigungsgut wird vornehmlich in Horden in Vielfachhand habung dem Prozeß unterzogen. Die Reinigungszeit dieser Bau teile liegt bei wenigen Minuten, beispielsweise bei 4 Minuten. Zudem entfällt jegliche mechanische Nachbearbeitung oder Zwi schenspülung mit anderen Flüssigkeiten.The items to be cleaned are mainly in trays in multiple hands have undergone the process. The cleaning time of this construction parts is a few minutes, for example 4 minutes. In addition, there is no mechanical post-processing or intermediate rinse with other liquids.

Zum Reinigen von Gegenständen die mit Flußmittelresten ver schmutzt sind eignen sich beispielsweise:For cleaning objects with flux residues are dirty, for example:

a. Ethanol,a. Ethanol,

b. ein Gemisch aus Ethanol und Freon (z. B. erhältlich bei Fa. Kali Chemie AG),b. a mixture of ethanol and freon (e.g. available from Kali Chemie AG),

c. ein Gemisch aus Ethanol und Trichlortrifluorethan (z. B. erhältlich bei Fa. Du Pont),c. a mixture of ethanol and trichlorotrifluoroethane (e.g. available from Du Pont),

d. ein Gemisch aus Alkalien, Komplexbildnern und Tensiden (z. B. erhältlich bei Fa. Achener Chemische Werke).d. a mixture of alkalis, complexing agents and surfactants (e.g. available from Achener Chemische Werke).

Als eine bevorzugte Temperatur des Reinigungsbades wurden 60°C eingestellt.As a preferred temperature of the cleaning bath 60 ° C set.

Fig. 2 zeigt entsprechend 1 einen Schnitt durch ein Ultraschall reinigungsbad. Wie zu erkennen ist sind die Achse der Bohrung 10, bezeichnet mit A 1, und die Achse der Sonotrode 21, bezeich net mit A 2, durch die Exzentrizität E gegeneinander verschoben. Die so erzeugte Strömung 91 sorgt für eine verstärkte Ausspü lung und Nachführung von ungesättigter Reinigungsflüssigkeit 6. Hierbei ist die Reinigung durch die Kavitation nicht ganz so intensiv wie bei der Platzierung der Sonotrode 20 in Fig. 1. Fig. 2 shows corresponding to 1 a section through an ultrasonic cleaning bath. As can be seen, the axis of the bore 10 , designated A 1 , and the axis of the sonotrode 21 , designated net A 2 , are displaced by the eccentricity E. The flow 91 generated in this way ensures an increased flushing and tracking of unsaturated cleaning liquid 6 . Here, the cleaning by the cavitation is not quite as intensive as when the sonotrode 20 was placed in FIG. 1.

Neben den in den beiden Ausführungsbeispielen angeführten Positionierungen der Sonotrode, nämlich der koaxialen in Fig. 1 und der achsparallelen in Fig. 2, ist noch eine windschiefe Ausrichtung der Sonotrode gegenüber der Bohrung möglich, solange damit der gewünschte Effekt bezüglich der Reinigung erzielt wird.In addition to the positioning of the sonotrode mentioned in the two exemplary embodiments, namely the coaxial one in FIG. 1 and the axially parallel one in FIG. 2, a skewed alignment of the sonotrode with respect to the bore is also possible, as long as the desired cleaning effect is achieved.

Weiterhin kann die gezielte Reinigung mittels Sonotrode durch einen oder mehrere Wandler 7, die an den Wandungen des Behäl ters 8 aufgebracht sind und im wesentlichen die frei zugäng liche Oberfläche der Werkstücke mit Ultraschall beaufschlagen, unterstützt werden.Furthermore, the targeted cleaning by means of a sonotrode can be supported by one or more transducers 7 , which are applied to the walls of the container 8 and essentially apply ultrasound to the freely accessible surface of the workpieces.

Fig. 3 zeigt eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei hier eine andere Sonotrode 22 eingesetzt wird, die eine zentrische Bohrung 11 aufweist, durch die Reinigungsflüssig keit gepumpt oder gesaugt wird. Fig. 3 shows a variant of the arrangement shown in Fig. 1, here another sonotrode 22 is used, which has a central bore 11 through which cleaning fluid is pumped or sucked.

Die rückwärtige Versorgungsleitung dieser Bohrung wird wahl weise zentrisch durch die gesamte Sonotrode mit Wandler ausge führt oder, wie in Fig. 3 gezeigt, im rechten Winkel in einem Schwingungsknoten der Sonotrode seitwärts abgeführt. Derartige Ausführungen von Sonotroden sind vom Ultraschall bohren her bekannt.The rear supply line of this bore is either centrically through the entire sonotrode with transducer or, as shown in Fig. 3, at right angles in a vibration node of the sonotrode sideways. Such designs of sonotrodes are known from ultrasonic drilling.

Claims

1. Ultrasonic bath with at least one ultrasonic transducer ( 1 ), for cleaning objects, in particular components of optical communications technology, in a cleaning fluid ( 6 ), characterized in that the ultrasonic transducer with at least one sonotrode immersed in the cleaning fluid ( 20 ; 21 ; 22 ) is equipped.

2. Ultrasonic bath according to claim 1, characterized records that the distance between that to reini object and the sonotrode is adjustable.

3. Ultrasonic bath according to claim 1 or 2, characterized ge indicates mutual alignment of the object to be cleaned and the sonotrode is adjustable.

4. Ultrasonic bath according to claim 1 to 3, characterized records that the sonotrode in wells of the cleaning objects at least partially or completely is feasible.

5. Ultrasonic bath according to claim 1 to 4, characterized ge indicates that the sonotrode is eccentric too Wells of the objects to be cleaned can be aligned.

6. Ultrasonic bath according to claim 1 to 5, characterized in that through an axis-parallel bore ( 11 ) in the sonotrode used cleaning liquid can be extracted or unused cleaning liquid speed can be supplied.

7. Ultrasonic bath according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the pollution of the objects to be cleaned in the cleaning used liquid are soluble.

8. Ultrasonic bath according to claim 6, characterized records that the main component of cleaning liquid is alcohol.

9. Ultrasonic bath according to claim 6, characterized records that the main component of cleaning liquid is a chlorinated fluorocarbon.

10. Ultrasonic bath according to claim 6, characterized records that the main component of cleaning liquid is trichlorotrifluoroethane.