DE4012467A1 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen von oberflaechen mittels ultraschall - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zur Reinigung von Oberflächen mechanische Reinigungssysteme wie z. B. Bürstensysteme, Hochdruckwasserstrahl oder ähnliches einzusetzen. Die mechanische Reinigung wird häufig ergänzt durch die Anwendung chemischer Mittel.

Besonders deutlich treten die Nachteile dieser Verfahren am Beispiel der Reinigung von Wasserbecken in Kernkraftwerken zuta­ ge. Während der jährlichen Inspektionsperiode wird bisher wisch­ bare Kontamination aus Aktivierungsprodukten mechanisch, mittels chemischer Reinigungsmittel oder durch Hochdruckwasserstrahl von Beckenseitenwänden, Beckenboden und den Beckeneinbauten besei­ tigt. Das Verfahren ist zeitraubend (Reaktorstillstand), setzt das Reinigungspersonal der Strahlung aus (Manndosis) und bewirkt ggf. den Eintrag von Chemikalien ins Reaktorwasser.

Allgemein bekannt sind auch Reinigungsgeräte, bei denen in einem Behälter mittels Ultraschall angeregte Flüssigkeit aufgenommen ist, in der verschiedene Gegenstände gereinigt werden können. Derartige Geräte verwenden z. B. Juweliere (Reinigung von Schmuck­ stücken), Optiker (Reinigung von Linsen, Brillen) oder Zahnärzte (Reinigung von Gebissen). Diese Technik wurde auch bereits ausge­ nutzt um Ablagerungen auf den Oberflächen der Bauteile einer wassergekühlten Kernreaktoranlage zu entfernen (DE-05 32 38 886). Da das zu reinigende Bauteil in einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter eingetaucht werden muß, lassen sich sehr große Bauteile oder raumfeste Wände auf diese Weise nicht reinigen.

Aus den Deutschen Offenlegungsschriften 38 12 376 und 38 17 675 sind mit Ultraschall arbeitende Reinigungsgeräte bekannt, die relativ zu einer großen Bauteiloberfläche bewegbar sind. Diese Geräte weisen eine zur zu reinigenden Fläche hin offene Glocke auf, in der eine Sonotrode aufgenommen ist. In diese Glocke wird als Spülflüssigkeit Wasser eingeleitet, das auch den Raum zwischen der Sonotrode und der Reinigungsfläche ausfüllt. Das Wasser fließt über den Rand der Glocke ab. Um den Wasserverbrauch in Grenzen zu halten, kann am Rand der Glocke eine Dichtung vorgese­ hen sein, die eine gewisse Rückhaltewirkung ausübt. Die Reini­ gungswirkung dieser bekannten Vorrichtungen ist begrenzt. Um sie zu steigern, empfehlen die genannten Deutschen Offenlegungs­ schriften, die mit Ultraschall arbeitende Reinigungsglocke mit zusätzlichen mechanischen Reinigungseinrichtungen zu kombinieren.

Dies führt nicht nur zu großen, schweren und damit unhandlichen Vorrichtungen, sondern auch zu nur mäßigen Reinigungseffekten. Dies genügt deshalb den Erfordernissen der Praxis nur unzuläng­ lich, insbesondere beispielsweise bei der Reinigung von Oberflä­ chen in Kernkraftanlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anknüpfend an den zuletzt genannten Stand der Technik eine mit Ultraschall arbeitende Vorrichtung anzugeben, deren Reinigungswirkung erheb­ lich gesteigert ist, und die gute Möglichkeiten für einen kompak­ ten Aufbau als Voraussetzung für einfache Handhabung und universelle Einsetzbarkeit für die verschiedensten Reinigungsauf­ gaben, insbesondere in Kernkraftanlagen bietet. Ziel der Erfin­ dung ist weiter die Angabe eines besonders wirksamen Verfahrens zur Reinigung von Oberflächen.

Die gestellte Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den im Anspruch 1, hinsichtlich des Verfahrens mit den im Anspruch 9 angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Der besondere Erfolg der Erfindung beruht darauf, daß gefunden werden konnte, daß die Reinigungswirkung besonders hoch ist, wenn das Fluid in dem Flächenspalt zwischen dem Ultraschallerzeuger und der zu reinigenden Oberfläche eine gerichtete Strömung aus­ führt. Die Relativbewegung zwischen Vorrichtung und verschmutzter Oberfläche wird beim Reinigungsvorgang so gewählt, daß die zu reinigende Oberfläche zuletzt mit frischem Spülmedium in Kontakt steht. Die Strömungsgeschwindigkeit des Spül- und Koppelmediums im Spalt zwischen Ultraschallschwinger und verschmutzter Oberflä­ che wird durch Spaltgeometrie und Volumenstrom bestimmt. Sie ist so zu optimieren, daß die Koppelgemeinschaften nicht durch Dop­ plerffekte gestört werden und dennoch die Flüssigkeit ständig in notwendigem Maße erneuert wird.

Dadurch daß die Vorschubrichtung der Vorrichtung und die vorbestimmte Strömungsrichtung des Fluids auf der zu reinigenden Oberfläche gleichgerichtet sind, wird ein derart großer Reinigungseffekt erzielt, daß hohe Arbeitsgeschwindigkeiten möglich sind. Dabei ist der Energieaufwand gering.

Sind Reinigungs- oder Dekontaminationsarbeiten unter erschwerten Bedingungen (Staub, Hitze, Schadgase oder Schadstoffpartikel, Strahlung etc.) durchzuführen, so ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil dadurch, daß der Reinigungsvorgang auch fernbedient erfolgen kann.

Das Koppelmedium kann, um mitgeführte Verunreinigungen abzutren­ nen, im Kreislauf über eine entsprechende Einrichtung zum Dekan­ tieren, Filtrieren, Zentrifugieren, Flotieren, Destillieren oder dergleichen geführt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Reinigung ebener Oberflächen beschränkt. Die beanspruchte Vorrichtung und das beanspruchte Verfahren sind mit gleichem Vorteil sowohl bei ebenen als auch bei gekrürmten Oberlächen, z. B. Innen- oder Außenwandungen von Rohren, anwendbar. Der Aufsetzrand der Gehäuseglocke kann so ausgebildet sein, daß er sich der gekrümmten Oberfläche anpaßt. Die Gehäuseglocke könnte teil- oder vollringförmig ausgebildet sein und innen oder außen auf eine Rohrwandung aufgesetzt werden. Unter "Ultraschallerzeuger" ist eine Einrichtung zu verstehen, die eine oder auch mehrere Sonotroden umfassen kann.

Nachstehend ist die Erfindung im Rahmen eines Ausführungsbeispie­ les anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Die Figur zeigt mit 5 die Gehäuseglocke, in die bei 2 das Spülfluid, z. B. Wasser zugeführt und aus der bei 6 das Fluid abgeleitet wird. Als Ultraschallquelle dient eine Balkensonotrode 3, die mit einem piezoelektrischen Konverter 4 zusammenwirkt.

Die Gehäuseglocke ist an ihrem Rand mit einem Dichtlippensystem 1 versehen, das gegen den Austritt von Spülfluid abdichtet und zwar wirksam auch bei relativ zur Oberfläche 7 bewegter Vorrichtung. Pfeil 8 verdeutlicht die gerichtete Strömung im Inneren der Ge­ häuseglocke. Die Vorschubbewegung der Vorrichtung erfolgt in Richtung der Pfeile 9 und ist der Strömung 8 des Fluids gleichge­ richtet. Aus der Sicht der stillstehend gedachten Glocke besteht so ein "Gegenstrom" zwischen der zu reinigenden Oberfläche und dem Spül- und Koppelfluid. Dies bewirkt höhere Dekontaminations­ faktoren als sie mit anderen Verfahren erreicht werden und macht zudem den Einsatz von Reinigungschemikalien oder zusätzlichen mechanisch wirkenden Reinigungseinrichtungen unnötig.

Es versteht sich, daß die Vorrichtung in Ruhe gefahren werden könnte und zum Vorschub die zu reinigende Fläche in Richtung des Pfeils 10 bewegt werden kann.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Oberflächen mittels Ultraschall, mit einer auf die zu reinigende Oberfläche (7) aufsetzbaren, relativ zu dieser Oberfläche (7) bewegbaren und zu derselben Oberfläche (7) hin offenen Gehäuseglocke (5), mit einem in der Gehäuseglocke (5) aufgenommenen, zumindest eine der zu reini­ genden Oberfläche (7) auf Spaltbreite gegenüberliegende wirk­ sam Schall abstrahlende Fläche aufweisenden Ultraschallerzeu­ ger (3) und mit einem den Raum zwischen der aufgesetzten Gehäuseglocke (5), dem Ultraschallerzeuger (3) und der zu reinigenden Oberfläche (7) zumindest teilweise ausfüllenden Fluid als Koppelmedium zwischen dem Ultraschallerzeuger (3) und der zu reinigenden Oberfläche (7), dadurch gekennzei­ chnet, daß das Fluid in der Gehäuseglocke (5) derart geführt ist, daß es den Flächenspalt zwischen dem Ultraschallerzeuger (3) und der zu reinigenden Oberfläche (7) in einer vorbestimm­ ten Richtung (8) durchströmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der zu reinigenden Oberfläche (7) gegenüberliegende Rand der Gehäuseglocke (5) mit einem Dichtlippensystem (1) versehen ist, das ein Ausfließen des Koppelmediums aus der aufgesetzten Gehäuseglocke (5) verhindert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zuleitung (2) zum Einleiten des Fluids in die Gehäuseglocke (5) und eine Ableitung (6) zum Herausführen des Fluids aus der Gehäuseglocke (5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (5) eine Absaugung ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine während des Reinigungsvorgangs erfolgende kontinuierliche Beschickung der Zuleitung (2) mit Frisch-Fluid und durch eine kontinuierliche Ableitung des nach Durchströmen des Flächen­ spalts Verunreinigungen mitführenden Fluids aus der Gehäuse­ glocke (5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid während des Reinigungsvorgangs kontinuierlich in einem geschlossenen Kreislauf über die Zuleitung (2), die Gehäuseglocke (5) und die Ableitung (6) geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Gehäuseglocke (5) abgeleitete Fluid über eine Einrichtung zum Abtrennen von mitgeführten Verunreinigungen geführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Wasser ist.

9. Verfahren zum Reinigen von Oberflächen unter Verwendung der Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung während des Reinigungsvorgangs relativ zur Oberfläche (7) im wesentlichen parallel zu dieser Oberfläche (7) derart bewegt wird, daß die Vorschubbewegung (9) der Vorrichtung und die vorbestimmte Strömungsrichtung (8) des Fluids in dem Flächenspalt gleichge­ richtet sind oder daß die Obefläche (7) relativ zur Vorrich­ tung derart bewegt wird, daß die Vorschubbewegung (10) der Oberfläche (7) und die vorbestimmte Fluidströmungsrichtung (8) in dem Flächenspalt entgegengerichtet sind.