WO1997016263A1 - Reinigung mit ultraschall und dazu geeignete reinigungsmittel - Google Patents
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- C11D2111/46—
Definitions
- the invention relates to a method for cleaning the surface of workpieces and components or the removal of fluxes using ultrasound and a cleaning liquid.
- the ultrasonic vibrations are coupled to the surface to be cleaned via a freely flowing cleaning liquid.
- the known cleaning processes are carried out in two variants.
- immersion process the part to be cleaned is placed in a trough filled with the cleaning liquid and the cleaning liquid is set into ultrasonic vibrations.
- the ultrasonic transducers are attached to the outside wall of the cleaning bath or inside the tub.
- the goods to be cleaned are brought into the cleaning bath by means of conveyors, pre-cleaned, sonicated, cleaned, dried and then settled or ejected.
- the cleaning bath itself is designed essentially in the same way as in the immersion process. Often, however, the bath liquid is additionally circulated in the opposite direction to the items to be cleaned by means of a detergent pump.
- an ultrasound head is also known, with which the ultrasound vibrations can be coupled to the object to be irradiated via a liquid jet emerging from a tube (Jochen Maleyek, introduction to ultrasound technology, second edition, 1961, VEB Verlagtechnik Berlin, p. 455).
- a liquid jet emerging from a tube This is part of a device for microscopic observation and sonication in animal experiments.
- the liquid in this case a physiological saline solution, flows laterally into a cone-shaped tapering tube and out again at the tip end of the cone. At the blunt end there is an ultrasonic transducer.
- Such a coupling of the ultrasound to the object to be sonicated is also known from the field of ultrasound material examination (loc. Cit., P. 348). With this water jet coupling, the ultrasound is transferred to the test piece via a powerful water jet without any mechanical contact with the test piece.
- the known methods for cleaning with ultrasound have a number of disadvantages. Relatively large cleaning basins and corresponding liquid volumes are required. Changing the cleaning agent is complex and cumbersome. The cleaning of large-area parts is generally not possible without expensive special constructions with very large cleaning baths. The sound energy is distributed in the cleaning bath and therefore cannot concentrate on particularly heavily soiled areas, so that the cleaning of workpieces with individual, heavily soiled areas requires a particularly long cleaning time. The contaminants detached from the ultrasound remain in the cleaning bath, with the result that the ultrasound effect is impaired by solid particles present in front of the surface to be cleaned. The same applies to gas bubbles.
- ultrasonic cleaning with the known methods is not possible at all.
- One example is the cleaning of the inside and outside walls of permanently installed pipes.
- the invention is therefore based on the object of improving the method mentioned at the outset, in order to be able to use it considerably more flexibly while reducing the outlay and to eliminate the disadvantages of the known cleaning methods mentioned above.
- the object is achieved in that the cleaning fluid is allowed to flow in a targeted jet onto the surface to be cleaned and at the same time the ultrasonic vibrations are coupled into this flow.
- cleaning baths are not used here. Rather, the cleaning liquid strikes specific areas of the surface to be cleaned and flows from there, for example into a collecting basin, from which it is pumped back again after passing through a filter.
- the high sound energy acting on a small area can shorten the cleaning time considerably.
- the detached impurities and gas bubbles are quickly removed, so that the ultrasonic vibrations can act effectively on the surface without hindrance from detached particles or gas bubbles.
- the expense for large cleaning basins and large volumes of cleaning agent are avoided.
- a quick change of the detergent composition is possible. Parts of larger systems can also be easily cleaned on site without prior disassembly. Cleaning in continuous continuous operation is also possible.
- the method according to the invention is not only suitable for cleaning large parts. Bulk goods or small parts, whether they are positioned or not, can also be cleaned. Solving difficult cleaning tasks, for example cleaning the inner walls or outer walls of permanently installed pipes, is also possible without any problems.
- the method according to the invention also represents an alternative to power wash applications and an alternative to working exclusively with solvents Cleaning method. Furthermore, the method is suitable for removing fluxes from electronic components.
- the cleaning method according to the invention can be carried out in different variants.
- the free jet process the cleaning liquid is allowed to flow through a nozzle which is directed towards the surface to be cleaned and is arranged at a distance from it. It is advantageous if the cleaning liquid enters the nozzle laterally or into a feed line of the nozzle and the flow is sonicated in the direction of the nozzle outlet by an ultrasonic vibrator arranged at the opposite end of the nozzle outlet.
- the free jet technique can be used for parts to be cleaned with any size and any structured and curved surfaces.
- the so-called flow gap method is also possible within the scope of the invention.
- the cleaning liquid is allowed to flow through a pipe section directed towards the surface to be cleaned and arranged at a short distance, preferably 2 to 80 mm, from it.
- the counter pressure built up as a result of the narrow gap counteracts the discharge of the cleaning agent, so that a smaller amount of liquid than in the case of the free jet technique has to be circulated in an advantageous manner.
- this method variant can be used in particular for relatively large parts with an approximately flat or a defined curved surface.
- the cleaning liquid enters the pipe section laterally, and the flow is from one at the opposite end of the outlet arranged ultrasound transducer sonicated in the direction of the outlet.
- the flow flows around it in an advantageous process variant, in whole or in part.
- the longitudinally vibrating ultrasonic vibrator forms the end of the nozzle or the tube piece at the opposite end of the outlet with one of its vibrating end faces. Both variants can be used in free jet as well as in flow gap technology.
- the advantages of the flow-around oscillator lie in the faster-developing laminar flow. The disadvantage is that sound energy is radially dissipated (weakening of the longitudinal active component).
- the ultrasonic vibrations are coupled in with a plurality of in-phase longitudinal vibrators directed towards the outlet of the nozzle or the pipe section the flow.
- This variant can also be used for both free jet and flow gap technology.
- the frequency and intensity of the ultrasound are preferably in the range from 20 to 80 kHz, in particular from 20 to 40 kHz, and in the range from 10 to 1000 W / cm 2 , in particular from 100 to 400 W / cm 2 .
- Suitable cleaning agents are, for example, aqueous cleaners or cleaners based on a solvent mixture. If the flash points of the solvents are low, safety measures for explosion and fire protection are required. It is therefore preferred to use aqueous cleaners.
- the composition of such cleaners is known in principle in the prior art. For the application provided within the scope of the invention, care must be taken to ensure that the cleaning agents do not develop any disruptive foam and / or gas bubbles during use in the ultrasound field.
- Aqueous cleaners are particularly suitable for dissolving polar soiling such as salt deposits. They can contain, for example, 0.5 to 25% by weight of surfactants, up to 40% by weight of washing booster and builder substances and up to 3% by weight of defoamer. The rest of 100% by weight then form water or other active substances and auxiliaries. Such an aqueous mixture can used as such or diluted by a factor of up to about 100 with water.
- the surfactants can be selected from anionic surfactants, nonionic surfactants and / or cationic surfactants.
- Suitable anionic surfactants are, for example, alkylbenzenesulfonates, alkylsulfonates, fatty alcohol sulfates, fatty alcohol ether sulfates, ⁇ -olefin sulfonates, ⁇ -ester sulfonates, alkyl phosphates and alkyl ether phosphates.
- Nonionic surfactants can be selected from ethoxylates and / or propoxylates of fatty alcohols, alkylphenols, fatty amines, fatty acids and fatty acid esters.
- nonionic surfactants that can be used are alkanolamides, amine oxides and sugar surfactants.
- alkylammonium or imidazolium compounds such as laurylmethylbenzylammonium salts are suitable as cationic surfactants.
- Wash boosters and builder substances can be selected, for example, from silicates, in particular metasilicates, borates or also from chelating inorganic complexing agents such as, for example, oligomeric or polymeric phosphates, pyrophosphates, triphosphates and cyclic or linear metaphosphates. They are preferably used as sodium or potassium salts.
- organic chelating complexing agents can be used for this purpose, which are preferably selected from the group of polymeric carboxylic acids, hydroxyoligocarboxylic acids, nitrogen-containing mono- or oligocarboxylic acids such as, for example, nitrilotriacetic acid and ethylenediaminetetraacetic acid, diphosphonic acids, aminophosphonic acids, phosphonooligocarboxylic acids their anions.
- the builder substances can be selected from the group of alkali metal hydroxides, carbonates, carboxylates or alkanolamines.
- Alkanolamines continue to act as corrosion inhibitors, in particular in combination with boron compounds.
- Aromatic or aliphatic carboxylic acids or their salts which are soluble at the application concentration can also be used as corrosion inhibitors. Examples of aromatic carboxylic acids with corrosion protection are benzoic acid, substituted benzoic acids such as hydroxybenzoic acids and cinnamic acid.
- the aliphatic carboxylic acids used are preferably linear or branched saturated carboxylic acids having 6 to 10 carbon atoms, preferably caprylic acid, pelargonic acid, 2,2-dimethyloctanoic acid and in particular 2-ethylhexanoic acid and 3,5,5-trimethylhexanoic acid.
- Defoamers or foam inhibitors are preferably chosen from the group of fatty alcohols, fatty alcohol polyglycol ethers or mixed ethers. Particularly effective defoamers are addition products of 7 to 12 moles of ethylene oxide which are end group-capped with an alkyl group with 4 to 8 C atoms and fatty alcohols with 8 to 18 C atoms.
- a concentrate of the following composition (% by weight) 76.0% water can be used as the aqueous cleaner
- the concentrate can be diluted with different amounts of water. Good results are achieved, for example, if the concentrate is diluted 1:10 to 1:20 with water in a weight ratio.
- nonionic surfactant C ⁇ 3-alkyl polyethylene glycol ether with 5 ethylene oxide units
- an anionic surfactant (Ci3_i7-alkyl sulfonic acid Na salt) suitable.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through a nozzle working in free jet technology in a schematic illustration
- FIG. 2 shows a longitudinal section through a nozzle working in flow gap technology with several ultrasonic transducers
- FIG. 3 shows a longitudinal section through a nozzle with an ultrasonic oscillator partially surrounded by the flow
- Figure 4 is a schematic perspective view of a nozzle with a slot-shaped outlet and a Radialschwin ⁇ ger in flow gap technology
- Figure 5 shows a nozzle according to Figure 4 in free jet technology.
- the nozzle in FIG. 1 consists of a pipe section 1, the outlet 2 of which is arranged at a distance a from the surface 3 to be cleaned.
- the distance a is 62 mm in this embodiment.
- the tube piece 1 has a diameter of 40 mm. Over one at the top 263 PO7EP96 / 04564
- the cleaning fluid flows into the pipe section 1, is deflected, emerges as a free jet 5 from the outlet and impinges on the surface 3 of the workpiece to be cleaned.
- the flow rate is set so that a laminar flow results. In some cases it is advantageous if the cleaning agent 6 is heated.
- a rod-shaped, longitudinally vibrating ultrasound generator is attached to the upper end 7 of the pipe section 1 opposite the outlet 2.
- the oscillator 8 also serves as a termination for the upper end 7 of the pipe section 1.
- the longitudinal vibrator 8 is partially or completely immersed in the pipe section 1, as shown in FIG. 3.
- a nozzle with a plurality of oscillators 8 according to FIG. 2 can also be provided to amplify the effect of ultrasound.
- the cleaning agent 6 enters through an upper connecting piece 9.
- the process works with flow gap technology. Due to the very narrow gap 10 between the outlet 2 and the surface 3 of the workpiece, in contrast to the free jet technique, only a relatively small amount of liquid emerges.
- the distance between the nozzle outlet and surface 3 is preferably 2 to 80 mm.
- FIGS. 4 and 5 show schematically the use in flow gap technology
- FIG. 5 shows the use of radial vibrators in free jet technology.
- the radial oscillator 11 is mounted inside a nozzle and parallel to the slot gap 12. Otherwise, this variant of the method corresponds to the previous figures, with the same reference numerals having the same meaning here as in the other drawings.
- the ultrasonic cleaning effect can be supported by brushes located in the water jet and / or in the water feed section and operated mechanically or by the water flow.
Abstract
Im Verfahren zum Reinigen der Oberfläche (3) von Werkstücken unter Einsatz von Ultraschall und einer Reinigungsflüssigkeit (6) werden die Ultraschallschwingungen über die Reinigungsflüssigket (6) an die zu reinigende Oberfläche (3) angekoppelt. Man läßt die Reinigungsflüssigkeit (6) in einem gezielten Strahl auf die zu reinigende Oberfläche (3) strömen und koppelt gleichzeitig die Ultraschallschwingungen in diese Strömung ein. Das sehr flexibel einsetzbare Verfahren ist wenig aufwendig und erbringt eine hohe Reinigungsleistung.
Description
Reinigung; mit Ultraschall und dazu geeignete Reinigungsmittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen der Oberfläche von Werkstücken und Bauteilen oder der Entfernung von Fluxmitteln unter Einsatz von Ultraschall und einer Reinigungsflüssigkeit. Da¬ bei werden die Ultraschallschwingungen über eine frei fließende Reinigungsflüssigkeit an die zu reinigende Oberfläche angekoppelt.
Verfahren zum Reinigen harter Oberflächen unter Einsatz von Ultra¬ schall, zum Beispiel zum Reinigen von kleinen Teilen der optischen und feinmechanischen Industrie, sind seit längerem bekannt. Mittels Ultraschall können alle Arten von Schmutzteilchen und Partikeln, so zum Beispiel Metallspäne, Schleif- und Poliermittelrückstände, Dreh- und Frässpäne, aber auch Öl-, Fett- und Lackschichten ent¬ fernt werden.
Die bekannten Reinigungsverfahren werden in zwei Varianten durch¬ geführt. Im sogenannten Eintauchverfahren wird das zu reinigende Teil in eine mit der Reinigungsflüssigkeit gefüllte Wanne einge¬ bracht und die Reinigungsflüssigkeit in Ultraschallschwingungen versetzt. Die Ultraschallschwinger sind an der Außenwand des Reinigungsbades oder innerhalb der Wanne angebracht.
Im Durchlaufverfahren wird das zu reinigende Gut mittels Fördereinrichtungen in das Reinigungsbad gebracht, vorgereinigt,
beschallt, nachgereinigt, getrocknet und dann abgesetzt oder aus¬ geworfen. Das Reinigungsbad selber ist im wesentlichen in der gleichen Weise wie im Eintauchverfahren ausgestaltet. Oft wird je¬ doch noch zusätzlich die Badflüssigkeit mittels einer Reinigungs¬ mittelpumpe in die entgegengesetzte Richtung wie das Reinigungsgut in Umlauf gesetzt.
Aus einem von dem Reinigungsverfahren unterschiedlichen Anwen¬ dungsgebiet des Ultraschalls ist außerdem ein Ultraschallkopf be¬ kannt, mit dem die Ultraschallschwingungen über einen aus einem Röhrchen austretenden Flüssigkeitsstrahl an das zu beschallende Objekt angekoppelt werden können (Jochen Matauschek, Einführung in die Ultraschalltechnik, zweite Auflage, 1961, VEB Verlag Technik Berlin, S. 455). Dabei handelt es sich um einen Teil einer Ein¬ richtung zur mikroskopischen Beobachtung und Beschallung bei Tier¬ versuchen. Die Flüssigkeit, in diesem Fall eine physiologische Kochsalzlösung, strömt seitlich in einen konusförππg sich verjün¬ genden Tubus und am spitzen Ende des Konus wieder aus. Am stumpfen Ende ist der Schallgeber, ein Ultraschallschwinger angebracht.
Eine derartige Fließwasserankopplung des Ultraschalls an das zu beschallende Objekt ist auch aus dem Bereich der Ultraschallmate- rialuntersuchung bekannt (a.a.O., S. 348). Bei dieser Wasser- strahlankopplung wird ohne jeden mechanischen Kontakt mit dem Prüfling der Ultraschall über einen kräftigen Wasserstrahl zum Prüfling übergeleitet.
Die genannte Fließwasserankopplung des Ultraschallschwingers an das zu beschallende Werkstück wird bisher nur in Bereichen eingesetzt, in denen sehr geringe Mengen an Flüssigkeit und/oder preiswerte Flüssigkeiten, zum Beispiel Wasser ohne Zusätze, verwendet werden. Bei den Verfahren zur Reinigung mit Ultraschall werden jedoch
erheblich größere Mengen an Flüssigkeit eingesetzt, denen außerdem hochwertige Reinigungsmittel zugegeben worden sind.
Die bekannten Verfahren zur Reinigung mit Ultraschall weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Relativ große Reinigungsbecken und ent¬ sprechende Flüssigkeitsvolumina sind erforderlich. Ein Wechsel des Reinigungsmittels ist aufwendig und umständlich. Die Reinigung großflächiger Teile ist im allgemeinen ohne aufwendige Sonderkon¬ struktionen mit sehr großen Reinigungsbädern nicht möglich. Die Schallenergie verteilt sich im Reinigungsbad und kann daher nicht konzentriert auf besonders stark verschmutzte Stellen einwirken, so daß die Reinigung von Werkstücken mit einzelnen, stark ver¬ schmutzten Stellen eine besonders lange Reinigungszeit erfordert. Die vom Ultraschall abgelösten Verunreinigungen verbleiben im Rei¬ nigungsbad mit der Folge, daß die Ultraschallwirkung durch vor der zu reinigenden Oberfläche sich aufhaltende Festkörperteilchen be¬ einträchtigt wird. Das gleiche gilt für Gasblasen.
Zur Reinigung einzelner Teile von Anlagen ist es erforderlich, diese zu demontieren. Dies gilt vor allem für Teile von größeren Produktionsanlagen.
In einigen Fällen ist eine Ultraschallreinigung mit den bekannten Verfahren überhaupt nicht möglich. Als Beispiel sei die Reinigung der Innen- und Außenwände von fest eingebauten Rohren genannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs ge¬ nannte Verfahren zu verbessern, um es bei einer Verminderung des Aufwandes erheblich flexibler einsetzen zu können und um die oben genannten Nachteile der bekannten Reinigungsverfahren zu beseiti¬ gen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Rei¬ nigungsflüssigkeit in einem gezielten Strahl auf die zu reinigende Oberfläche strömen läßt und gleichzeitig die UltraschallSchwin¬ gungen in diese Strömung einkoppelt.
Im Gegensatz zu den bekannten Reinigungsverfahren unter Einsatz von Ultraschall wird hier nicht mit Reinigungsbädern gearbeitet. Viel¬ mehr trifft die Reinigungsflüssigkeit gezielt auf bestimmte Be¬ reiche der zu reinigenden Oberfläche und fließt von dort ab, zum Beispiel in ein Sammelbecken, von dem aus sie gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Filters wieder zurückgepumpt wird. Die auf eine kleine Fläche einwirkende hohe Schallenergie kann die Reinigungs¬ zeit erheblich verkürzen. Die abgelösten Verunreinigungen sowie entstandene Gasbläschen werden schnell abtransportiert, so daß die Ultraschallschwingungen ohne Behinderung durch abgelöste Partikel oder Gasbläschen wirkungsvoll auf die Oberfläche einwirken können. Der Aufwand für große Reinigungsbecken und große Volumina an Rei¬ nigungsmittel werden vermieden. Ein schnelles Ändern der Reini¬ gungsmittelzusammensetzung ist möglich. Auch Teile von größeren Anlagen können problemlos vor Ort ohne vorherige Demontage gerei¬ nigt werden. Eine Reinigung im kontinuierlichen Durchlaufbetrieb ist außerdem möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Reinigung von großflächigen Teilen. Auch Schüttgut oder Kleinteile, seien sie nun positioniert oder auch unpositioniert, können gereinigt werden. Die Lösung schwieriger Reinigungsaufgaben, zum Beispiel die Reini¬ gung der Innenwände oder Außenwände von fest eingebauten Rohren, ist ebenfalls problemlos möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ferner eine Alternative zu Power-Wash Applikationen sowie eine Alternative zu ausschließlich mit Lösungsmitteln arbeitenden
Reinigungsverfahren dar. Weiterhin eignet sich das Verfahren zur Entfernung von Fluxmitteln auf elektronischen Bauteilen.
Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren kann in unterschiedlichen Varianten durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, dem Freistrahlverfahren, läßt man die Reinigungs¬ flüssigkeit durch eine auf die zu reinigende Oberfläche gerichtete und im Abstand zu ihr angeordnete Düse strömen. Dabei ist es vor¬ teilhaft, wenn die Reinigungsflüssigkeit seitlich in die Düse bzw. in eine Zuleitung der Düse eintritt und die Strömung von einem am entgegengesetzten Ende des Düsenauslasses angeordneten Ultra¬ schall-Schwinger in Richtung auf den Düsenauslaß beschallt wird. Die Freistrahltechnik ist für zu reinigende Teile mit beliebigen Größen und beliebig strukturierten und gekrümmten Oberflächen ein¬ setzbar.
Im Rahmen der Erfindung ist alternativ zum Freistrahlverfahren auch das sogenannte Fließspaltverfahren möglich. Hier läßt man die Rei¬ nigungsflüssigkeit durch ein auf die zu reinigende Oberfläche ge¬ richtetes und im geringen Abstand, vorzugsweise 2 bis 80 mm, zu ihr angeordnetes Rohrstück strömen. Im Gegensatz zum Freistrahlverfah¬ ren wirkt der infolge des schmalen Spaltes aufgebaute Gegendruck dem Austritt des Reinigungsmittels entgegen, so daß in vorteil¬ hafter Weise eine geringere Flüssigkeitsmenge als im Falle der Freistrahltechnik in Umlauf gebracht werden muß. Diese Verfahrens¬ variante ist allerdings insbesondere für relativ große Teile mit einer annähernd ebenen oder einer definiert gekrümmten Oberfläche anwendbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante tritt die Reinigungsflüssigkeit seitlich in das Rohrstück ein, und die Strö¬ mung wird von einem am entgegengesetzten Ende des Auslasses
angeordneten Ultraschall-Schwinger in Richtung auf den Auslaß be¬ schallt.
Wird ein longitudinal schwingender Ultraschallerzeuger eingesetzt, so wird er in einer vorteilhaften Verfahrensvariante vollständig oder teilweise von der Strömung umflossen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß der longitudinal schwingende Ultraschall- Schwinger mit einer seiner schwingenden Stirnflächen den Abschluß der Düse bzw. des Rohrstücks am entgegengesetzten Ende des Aus¬ lasses bildet. Beide Varianten können sowohl in der Freistrahl- als auch in der Fließspalttechnik verwendet werden. Die Vorteile des umströmten Schwingers liegen in einer sich schneller ausbildenden laminaren Strömung. Nachteil ist, daß Schallenergie radial abge¬ führt wird (Schwächung der longitudinalen Wirkungskomponente).
Falls ein besonders hoher, an der zu reinigenden Oberfläche wir¬ kender Schalldruck gewünscht wird, so koppelt man in einer weiteren erfindungsgemäßen vorteilhaften Variante die Ultraschallschwingen mit mehreren, auf den Auslaß der Düse bzw. des Rohrstücks gerich¬ teten, gleichphasig arbeitenden Longitudinal-Schwingern in die Strömung. Diese Variante kann ebenfalls sowohl für die Freistrahl- als auch die Fließspalttechnik eingesetzt werden.
Eine Fokussierung der Longitudinal-Schwinger auf einen kleinen, nahezu punktförmigen Bereich ermöglicht eine besonders hohe Reini¬ gungsleistung.
Zur Ausführung der Erfindung können nicht nur Longitudinal-Schwin¬ ger, sondern auch Radialschwinger eingesetzt werden. Auch in der Wahl der Düse ist man grundsätzlich keinen Beschränkungen unter¬ worfen. So ist auch eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante im Rahmen dieser Erfindung möglich. Hier läßt man
Reinigungsflüssigkeit durch einen schlitzförmigen Auslaß strömen und koppelt die Ultraschallschwingungen in die Strömung mit einem Radialschwinger ein, dessen Längsachse parallel zum Auslaß ausge¬ richtet ist. Auch diese Verfahrensvariante kann sowohl in der Freistrahl- als auch in der Fließspalttechnik eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Düsen bzw. Rohrstücken mit kreisrundem Auslaß erreicht man hier eine linienförmige Bearbeitungsfläche, die ein schnelles, vollständiges und effektives Reinigen großer Werkstückflächen er¬ möglicht. Diese Variante ist bevorzugt für die Reinigung von Schüttgut in einer Durchlauf-Anlage geeignet.
Vorzugsweise arbeitet man mit einer Frequenz und einer Intensität des Ultraschalls im Bereich von 20 bis 80 kHz, insbesondere von 20 bis 40 kHz, und im Bereich von 10 bis 1000 W/cm2, insbesondere von 100 bis 400 W/cm2.
Als Reinigungsmittel kommen beispielsweise wäßrige Reiniger oder Reiniger auf Basis eines Lösemittelgemischs in Frage. Bei tief liegenden Flammpunkten der Lösungsmittel sind Sicherheitsmaßnahmen zum Explosions- und Brandschutz erforderlich. Daher ist es bevor¬ zugt, wäßrige Reiniger einzusetzen. Die Zusammensetzung derartiger Reiniger ist im Prinzip im Stand der Technik bekannt. Für die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Anwendung ist darauf zu achten, daß die Reinigungsmittel während der Anwendung im Ultraschallfeld keinen störenden Schaum und/oder störende Gasblasen entwickeln.
Wäßrige Reiniger sind insbesondere zur Lösung von polaren Ver¬ schmutzungen wie beispielsweise Salzablagerungen geeignet. Sie können beispielsweise 0,5 bis 25 Gew.-% Tenside, bis zu 40 Gew.-% Waschverstärker und Buildersubstanzen sowie bis zu 3 Gew.-% Ent¬ schäumer enthalten. Der Rest zu 100 Gew.-% bilden dann Wasser oder andere Wirk- und Hilfsstoffe. Eine derartige wäßrige Mischung kann
zur Anwendung als solche eingesetzt oder aber mit Wasser um einen Faktor bis zu etwa 100 verdünnt werden.
Die Tenside können ausgewählt werden aus Aniontensiden, Niotensiden und/oder Kationtensiden. Als Aniontenside kommen beispielsweise Alkylbenzolsulfonate, Alkylsulfonate, Fettalkoholsulfate, Fettalkoholethersulfate, α-Olefinsulfonate, α-Estersulfonate, Alkylphosphate und Alkyletherphosphate in Betracht. Niotenside können ausgewählt werden aus Ethoxylaten und/oder Propoxylaten von Fettalkoholen, Alkylphenolen, Fettaminen, Fettsäuren und Fettsäu¬ reestern. Weitere verwendbare Niotenside sind Alkanolamide, Amin¬ oxide sowie Zuckertenside. Als Kationtenside kommen insbesondere AIkylammonium- oder Imidazoliumverbindungen wie beispielsweise Laurylmethylbenzylammoniumsalze in Betracht.
Waschverstärker und Buildersubstanzen können beispielsweise ausge¬ wählt werden aus Silicaten, insbesondere Metasilicaten, Boraten oder auch aus chelatisierenden anorganischen Komplexbildnern wie beispielsweise oligomeren oder polymeren Phosphaten, Pyrophospha- ten, Triphosphaten und cyclischen oder linearen Metaphosphaten. Sie werden vorzugsweise als Natrium- oder Kaliumsalze eingesetzt. Wei¬ terhin können für diesen Zweck organische chelatisierende Komplex¬ bildner eingesetzt werden, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der polymeren Carbonsäuren, Hydroxyoligocarbonsäuren, stickstoffhaltigen Mono- oder Oligocarbonsäuren wie beispielsweise Nitrilotriessigsäure und Ethylendiamintetraessigsäure, Diphosphon¬ säuren, Aminophosphonsäuren, Phosphonooligocarbonsäuren oder je¬ weils deren Anionen.
Weiterhin können die Buildersubstanzen ausgewählt sein aus der Gruppe der Alkalimetallhydroxide, -carbonate, -carboxylate oder der Alkanolamine.
Alkanolamine wirken weiterhin als Korrosionsinhibitoren, insbeson¬ dere in Kombination mit Borverbindungen. Als Korrosionsinhibitoren können auch aromatische oder aliphatische Carbonsäuren oder deren bei Anwendungskonzentration lösliche Salze eingesetzt werden. Bei¬ spiele für aromatische Carbonsäuren mit Korrosionsschutzwirkung sind Benzoesäure, substituierte Benzoesäuren wie beispielsweise Hydroxybenzoesäuren sowie Zimtsäure. Als aliphatische Carbonsäuren setzt man bevorzugt lineare oder verzweigte gesättigte Carbonsäuren mit 6 bis 10 C-Atomen ein, vorzugsweise Caprylsäure, Pelargonsäure, 2,2-Dimethyloctansäure und insbesondere 2-Ethylhexansäure sowie 3,5,5-Trimethylhexansäure.
Entschäumer bzw. Schauminhibitoren wählt man vorzugsweise aus der Gruppe der Fettalkohole, Fettalkoholpolyglykolether oder Mischether. Besonders wirksame Entschäumer sind mit einer Alkylgruppe mit 4 bis 8 C-Atomen endgruppenverschlossene Anlagerungsprodukte von 7 bis 12 Mol Ethylenoxid an Fettalkohole mit 8 bis 18 C-Atomen.
Als wäßriger Reiniger kann beispielsweise ein Konzentrat folgender Zusammensetzung eingesetzt werden (Gew.-%) 76,0 % Wasser
6,0 % Pentanatriumtripolyphosphat
1,5 % 3,5,5-Trimethylhexansäure
4,0 % Natriumcarbonat
3,0 % Na-Cumolsulfonat
3,0 % Triethanolamin
4,5 % Octanol x 10 E0
2,0 % Kokosamin x 12 E0.
Je nach Schwierigkeit der Reinigungsaufgabe kann das Konzentrat mit unterschiedlichen Mengen Wasser verdünnt werden. Gute Ergebnisse
werden beispielsweise erzielt, wenn man das Konzentrat im Ge¬ wichtsverhältnis 1 : 10 bis 1 : 20 mit Wasser verdünnt.
Zur Entfernung von Fluxmitteln auf Leiterplatten ist beispielsweise ein Gemisch aus 23 Gew.-% Wasser, 60 Gew.-% Diacetonalkohol , 12 Gew.-% N-2-Methylpyrrolidon, 2 Gew.-% Triethanolamin, 2 Gew.-% ei¬ nes nichtionischen Tensids (Cχ3-Alkyl-polyethylenglykolether mit 5 Ethylenoxideinheiten) und 1 Gew.-% eines anionischen Tensids (Ci3_i7-Alkylsulfonsäure-Na-Salz) geeignet.
Im folgenden werden mehrere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung an¬ hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine in der Freistrahltechnik arbeitenden Düse in schematischer Darstellung,
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine in der Fließspalttechnik arbeitenden Düse mit mehreren Ultraschall-Schwingern,
Figur 3 einen Längsschnitt durch eine Düse mit einem teilweise von der Strömung umflossenen Ultraschall-Schwinger,
Figur 4 eine schematische perspektivische Darstellung einer Düse mit einem schlitzförmigen Auslaß und einem Radialschwin¬ ger in Fließspalttechnik und
Figur 5 eine Düse entsprechend Figur 4 in Freistrahltechnik.
Die Düse in Figur 1 besteht aus einem Rohrstück 1, dessen Auslaß 2 im Abstand a zu der zu reinigenden Oberfläche 3 angeordnet ist. Der Abstand a beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 62 mm. Das Rohr¬ stück 1 hat einen Durchmesser von 40 mm. Über einen am oberen Ende
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angebrachten seitlichen Anschlußstutzen 4 strömt die Reinigungs¬ flüssigkeit in das Rohrstück 1 ein, wird umgelenkt, tritt als freier Strahl 5 aus dem Auslaß auf und prallt auf die Oberfläche 3 des zu reinigenden Werkstückes auf. Die Strömungsgeschwindigkeit ist derart eingestellt, so daß sich eine laminare Strömung ergibt. In einigen Fällen ist es vorteilhaft, wenn das Reinigungsmittel 6 erwärmt ist.
An dem oberen, dem Auslaß 2 gegenüberliegenden Ende 7 des Rohr¬ stücks 1 ist ein stabförmiger longitudinal schwingender Ultra- schallerzeuger angebracht. In der Ausführungsform nach Figur 1 dient der Schwinger 8 gleichzeitig als Abschluß für das obere Ende 7 des Rohrstücks 1.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der Longitudi- nal-Schwinger 8 teilweise oder vollständig in das Rohrstück 1 ein¬ taucht, wie es in Figur 3 dargestellt ist.
Zur Verstärkung der Ultraschalleinwirkung kann auch eine Düse mit mehreren Schwingern 8 entsprechend Figur 2 vorgesehen sein. Hier tritt das Reinigungsmittel 6 im Gegensatz zu den Ausführungen nach den Figuren 1 und 3 durch einen oberen Anschlußstutzen 9 ein. Das Verfahren arbeitet mit der Fließspalttechnik. Durch den sehr engen Spalt 10 zwischen dem Auslaß 2 und der Oberfläche 3 des Werkstücks tritt im Gegensatz zur Freistrahltechnik nur eine relativ geringe Menge an Flüssigkeit aus. Der Abstand zwischen Düsenauslaß und Oberfläche 3 beträgt vorzugsweise 2 bis 80 mm.
Die Fokussierung der in gleicher Phase arbeitenden Longitudinal- Schwinger ist durch die strichpunktierte Linie angedeutet.
Der Einsatz von Radialschwingern im erfindungsgemäßen Verfahren ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Figur 4 zeigt schematisch den Einsatz in der Fließspalttechnik, Figur 5 die Verwendung von Radi¬ alschwingern in der Freistrahltechnik.
Der Radialschwinger 11 ist innerhalb einer Düse und parallel zu deren Schlitzspalt 12 angebracht. Ansonsten entspricht diese Ver¬ fahrensvariante den bisherigen Figuren, wobei hier wie auch in den übrigen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung haben.
Die Ultraschallreinigungswirkung kann durch im Wasserstrahl und/oder in der Wasservorlaufstrecke befindliche und mechanisch oder durch den Wasserstrom betriebene Bürsten unterstützt werden.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1 Rohrstück r Düse a Abstand
2 Auslaß
3 Oberfläche
4 seitlicher Anschlußstutzen
5 freier Strahl
6 Reinigungsmittel
7 oberes Ende
8 Schwinger
9 oberer Anschlußstutzen
10 Spalt
11 Radialschwinger
12 Schlitzspalt
Claims
1. Verfahren zum Reinigen der Oberfläche (3) von Werkstücken unter Einsatz von Ultraschall und einer Reinigungsflüssigkeit (6), wobei die Ultraschallschwingungen über die Reinigungsflüssig¬ keit (6) an die zu reinigende Oberfläche (3) angekoppelt wer¬ den, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Reinigungsflüssigkeit (6) in einem gezielten Strahl auf die zu reinigende Oberfläche (3) strömen läßt und gleich¬ zeitig die Ultraschallschwingungen in diese Strömung einkop¬ pelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Reinigungsflüssigkeit (6) durch eine auf die zu reinigende Oberfläche (3) gerichtete und im Abstand (a) zu ihr angeordnete Düse (1') strömen läßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reinigungsflüssigkeit (6) seitlich in die Düse (1') bzw. in eine Zuleitung der Düse (l1) eintritt und die Strömung von einem am entgegengesetzten Ende (7) des Düsenauslasses (2, 12) angeordneten Ultraschall-Schwinger (8, 11) in Richtung auf den Düsenauslaß (2) beschallt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Reinigungsflüssigkeit (6) durch ein auf die zu reinigende Oberfläche (3) gerichtetes und in geringem Abstand, vorzugsweise 2 bis 80 mm, zu ihr angeordnetes Rohrstück (1) strömen läßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reinigungsflüssigkeit (6) seitlich in das Rohrstück (1) eintritt und die Strömung von einem am entgegengesetzten Ende des Auslasses (2) angeordneten Ultraschall-Schwinger (8, 11) in Richtung auf dem Auslaß (2, 12) beschallt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der longitudinal schwingende Ultraschall-Schwinger (8) vollständig oder teilweise von der Strömung umflossen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der longitudinal schwingende Ultraschall-Schwinger (8) mit einer seiner schwingenden Stirnflächen den Abschluß der Düse (l1) bzw. des Rohrstücks (1) am entgegengesetzten Ende des Auslasses (2) bildet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Ultraschallschwingungen mit mehreren, auf den Aus¬ laß (2) der Düse (r) bzw. des Rohrstücks (1) gerichteten, gleichphasig arbeitenden Longitudinal-Schwingern (8) in die Strömung einkoppelt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Reinigungsflüssigkeit (6) durch einen schlitzförmigen Auslaß (12) strömen läßt und die Ultraschall¬ schwingungen in die Strömung mit einem Radialschwinger (11) einkoppelt, dessen Längsachse parallel zum Auslaß (12) ausge¬ richtet ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man mit Ultraschall im Frequenzbereich von 20 bis 80, ins¬ besondere von 20 bis 40 kHz arbeitet.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man mit einer Intensität des Ultraschalls von 10 bis 1000, insbesondere von 100 bis 400 W/cm2 bezogen auf den Auslaßquer¬ schnitt der Düse bzw. des Rohrstücks arbeitet.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß man als Reinigungsflüssigkeit (6) eine wäßrige Zubereitung einsetzt, die 0,5 bis 25 Gew.-% Tenside, bis zu 40 Gew.-% Builder und Waschverstärker und bis zu 3 Gew.-% Entschäumer und als Rest zu 100 Gew.-% Wasser oder eine wäßrige Lösung weiterer Hilfs- oder Wirkstoffe einsetzt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß man als Reinigungsflüssigkeit (6) eine wäßrige Lösung einsetzt, die man durch Verdünnen der in Anspruch 12 genannten wäßrigen Zubereitung mit Wasser um einen Faktor bis zu 100 erhalten kann.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß man als Reinigungsflüssigkeit (6) ein nichtwäßriges Lösungsmittel oder Losungsmittelgemisch einsetzt.
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