WO2022106886A1 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen von werkstücken - Google Patents

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WO2022106886A1
WO2022106886A1 PCT/IB2021/000733 IB2021000733W WO2022106886A1 WO 2022106886 A1 WO2022106886 A1 WO 2022106886A1 IB 2021000733 W IB2021000733 W IB 2021000733W WO 2022106886 A1 WO2022106886 A1 WO 2022106886A1
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process chamber
cleaning liquid
unit
workpiece
vacuum tank
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PCT/IB2021/000733
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English (en)
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Martin Ineichen
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Martin Ineichen
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    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for cleaning workpieces, in particular for cleaning workpieces with a filigree or porous structure up to capillary structures, such as removing loose particles during the post-treatment of additively manufactured workpieces.
  • the cleaning of workpieces is particularly a challenge when the workpieces have blind holes, in particular capillary blind holes.
  • Such devices and methods for cleaning workpieces are known, for example, from EP1338680A1 or from DE102017126329A1.
  • EP1338690A1 describes a method for cleaning a workpiece, in which a solvent mixture of isoparaffins is used in a first cleaning stage and deionized water with a surfactant is used in a second cleaning stage. This is followed by a rinsing step with deionized water and a final drying step.
  • a disadvantage of this process is the use of an organic solvent.
  • DE102017126329A1 describes a method for cleaning a workpiece, in which the workpiece is exposed to a cleaning liquid in a cleaning chamber, which is first exposed to an overpressure and then to a negative pressure or first to a negative pressure and then to an overpressure.
  • the alternation of positive and negative pressure is intended to achieve cavitation effects in the cleaning liquid, as a result of which impurities adhering to the workpiece are detached fluid-mechanically.
  • the invention has for its object to provide a device and a method for cleaning a workpiece, whereby with simple mechanical Means a cleaning of the workpiece takes place that has both fluid-mechanical effects and solvent effects.
  • the invention provides a device for cleaning contaminated workpieces, the device having the following elements: a process chamber into which a workpiece to be cleaned can be introduced and which is at least partially filled with a cleaning liquid containing in particular deionized water and a surfactant can be filled or is filled; a shutter unit for opening and closing the process chamber; and a vacuum pump fluidly connectable to the process chamber to evacuate the process chamber; wherein, according to the invention, a vacuum tank is arranged in the fluid connection between the vacuum pump and the process chamber and a first valve is arranged in the fluid connection between the vacuum tank and the process chamber.
  • the pressure surge is achieved in that the vacuum tank is first evacuated by means of the vacuum pump and then the cleaning liquid experiences a sudden drop in pressure as a result of the sudden opening of the first valve.
  • the vacuum tank volume of the vacuum tank is expediently a multiple of the process chamber volume of the process chamber.
  • a pressure drop in the process chamber of around 1 bar (atmospheric pressure) to a small fraction of 1 bar can be achieved by opening the first valve.
  • the ratio VTV/PKV of vacuum tank volume VTV of the vacuum tank to process chamber volume PKV of the process chamber is preferably within a range of 5 to 200 (5 ⁇ VTV/PKV ⁇ 200) and particularly preferably within a range of 10 to 200 (10 ⁇ VTV/PKV ⁇ 200).
  • the ratio VTV / FPKV of vacuum tank volume VTV of the vacuum tank to the free process chamber volume FPKV of the process chamber above the cleaning liquid is within 10 to 400 (10 ⁇ VTV / FPKV ⁇ 400) and preferably within 10 to 300 (10 ⁇ VTV /FPKV ⁇ 300) and most preferably within 10 to 200 (10 ⁇ VTV/FPKV ⁇ 200).
  • An ultrasound source can preferably be assigned to a process chamber, or an ultrasound source is assigned to a process chamber in a processing position.
  • An ultrasound source is preferably attached to a probe which can be lowered into the process chamber filled with cleaning liquid and/or an ultrasound source is attached to the wall, preferably in the floor, of the process chamber. Both versions enable efficient introduction of ultrasonic energy into the cleaning liquid.
  • a respective ultrasonic source is assigned to a respective process chamber.
  • Each ultrasound source preferably generates a different ultrasound frequency or a different group or combination of ultrasound frequencies.
  • ultrasonic sources are used with a crystal that is excited to oscillate, with the ultrasonic oscillation typically having a first and possibly a further harmonic with a significant amplitude in addition to the fundamental oscillation. Examples are ultrasonic sources with 25 kHz and 50 kHz or with 40 kHz, 80 kHz and 120 kHz.
  • a process chamber heating unit is preferably assigned to a respective process chamber.
  • a specific ultrasonic treatment can be carried out in each stage, ie in the respective process chamber, which is characterized by the time course of the US amplitude and the US frequency as well as by the US treatment duration.
  • US treatment that is characteristic of the respective process chamber can be particularly effective. This can be roughly described as a kind of resonance effect, in which the contamination absorbs a maximum of mechanical energy from the US wave.
  • a specific solvent treatment can be carried out in each stage, i.e. in the respective process chamber, which is characterized, for example, by the type and concentration of the surfactant or surfactants in the cleaning liquid, by the temperature of the cleaning liquid, etc.
  • deionized water which contains at least one type of surfactant, typically working in the alkaline range (pH > 7).
  • Deionized water which is slightly acidified (pH ⁇ 7), is preferably used again for rinsing the workpiece after it has been cleaned.
  • a specific pressure surge treatment can be carried out in each stage, i.e. in the respective process chamber, which is determined e.g is adjustable.
  • a pressure surge as an explosive expansion of the air and vapor volume above the liquid surface in the process chamber is particularly effective, since such a pressure surge is a superposition of many different US frequencies, ie contains a spectrum of different US frequencies, each of which develops a special cleaning effectiveness for specific contaminants.
  • the process chamber into which the workpiece to be cleaned can be introduced, preferably contains a means for moving the workpiece introduced relative to the process chamber and relative to the cleaning liquid.
  • This allows the consequences of possible inhomogeneities in the intensity of the US wave field in the process chamber (e.g. due to constructive and destructive US interference, in particular standing US waves with amplitude antinodes and amplitude nodes) to be compensated.
  • a surface area of the surface of the workpiece to be cleaned lie in a spatial region of destructive US interference with little or no cleaning effect from the ultrasonic contribution when the workpiece is in a first position within the process chamber, while moving the workpiece passes through to a second position within the process chamber, this surface area of the workpiece several spatial areas with alternating constructive and destructive interference. This ensures an ultrasonic contribution to the cleaning effect in this surface area of the workpiece.
  • the apparatus includes a drying fan fluidly connectable to the processing chamber for drying the processing chamber and a cleaned workpiece contained therein.
  • a second valve can be arranged in the fluid connection containing the drying fan and the process chamber, with which a fluid path for drying can be opened.
  • an air (HEPA) filter is provided upstream of the drying fan, i.e., on the atmosphere side, to filter contaminants from the ambient air and prevent contamination of the cleaned workpiece.
  • HEPA air
  • a drying air heating unit is provided downstream of the drying fan to accelerate the volatilization of residual water (the rinsing liquid) from the workpiece.
  • the device contains a plurality of process chambers, in particular at least three process chambers. As mentioned above, this enables a multi-stage cleaning of the workpiece with a specific cleaning treatment in each stage or process chamber.
  • the device preferably contains a positioning unit on which the multiple process chambers are fixed next to one another, the positioning unit being able to position one of the process chambers in a processing position within the device.
  • the positioning unit is a turret assembly rotatable about an axis to provide a selected process chamber with its specific US source, cleaning liquid, fill level, etc. for receiving a workpiece to be cleaned can.
  • the positioning unit is a sliding bar arrangement that can be translocated along an axis, so that here too a selected process chamber with its specific US source, its specific cleaning liquid, its specific filling level, etc. for receiving a workpiece to be cleaned can be provided.
  • the device preferably contains a receiving unit for a workpiece to be cleaned, the receiving unit being movable relative to a process chamber. As a result, the receiving unit can be moved into a selected process chamber.
  • the receiving unit can be designed as a cage or as a basket.
  • the device expediently contains a cage which can be moved relative to a process chamber and in which a basket can be fastened, into which one or more workpieces to be cleaned can be placed.
  • the device preferably contains a translation unit, by means of which the receiving unit can be moved into and out of a process chamber.
  • a shielding means can preferably be arranged within a process chamber a) in the region of an upper interface between the cleaning liquid and a free process chamber volume above the cleaning liquid, or b) within the free process chamber volume above the cleaning liquid.
  • the evaporation of cleaning agent into the free, ie liquid-free, process chamber volume above the cleaning liquid is reduced by the shielding means.
  • the cleaning liquid vapor pressure which contributes to the total pressure in the free process chamber volume, therefore builds up much more slowly than without shielding means. This contributes to the fact that the sudden drop in pressure mentioned at the outset is particularly large and occurs particularly quickly.
  • the shielding means can be mounted floating on the cleaning liquid or mounted within the free process chamber volume above the cleaning liquid. In both cases, at least a large part of the foam, the droplets or the splashes of cleaning liquid can be intercepted when the free volume of the process chamber is suddenly evacuated.
  • the shielding means may be stored inside the cleaning liquid below the upper boundary. This measure also reduces the formation of foam, droplets or splashes of cleaning liquid when the free process chamber volume is suddenly evacuated, which could otherwise get into the fluid connection between the vacuum pump and the process chamber.
  • Shielding means or the top portions of the shielding means Penetration depth from 0 mm to 30 mm below the upper boundary surface of the cleaning liquid.
  • the shielding means can have an opening above which a screen is arranged. A large part of the foam, the droplets or the splashes of cleaning liquid can be intercepted when the free volume of the process chamber is suddenly evacuated.
  • the shielding means contains an air-permeable porous layer which preferably covers 70% to 100% and particularly preferably 85% to 98% of the surface of the cleaning liquid and forms a type of cover or screen.
  • the process chamber is preferably filled with cleaning liquid from below.
  • the gap preferably has a width in the range from 1 mm to 7 mm, particularly preferably in the range from 2 mm to 5 mm. This is a good compromise between adequate shielding and good mobility of the cover or screen.
  • the air-permeable, porous layer preferably contains a large number of fibers arranged one on top of the other, in particular in the form of a textile structure, such as a woven fabric, a fleece, a felt or the like.
  • the shielding means preferably contains a large number of bulk material bodies as a bulk material layer or as a bulk material pack, the density of the bulk material bodies being less than the density of the cleaning liquid. As a result, the bulk goods float on the surface of the cleaning liquid. Depending on the number of bulk material bodies, several layers of bulk material bodies form on the surface of the cleaning liquid.
  • the bulk material bodies can also be present as a sinter plate or as a sinter block made of bulk material bodies that are glued or melted together.
  • the shielding means contains an air-impermeable layer or barrier layer, i.e. a layer which, in particular, does not allow the molecules of water vapor and the other molecules in the air (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, argon) to pass through, with this layer preferably having 70% to 98% and more preferably 85% to 98% of the surface of the cleaning liquid is covered and forms a kind of lid or screen, and the density of the layer is lower than the density of the cleaning liquid.
  • the layer floats on the surface of the cleaning liquid. Depending on the thickness of the layer, it sinks more or less deeply into the cleaning liquid.
  • this play or this gap also prevents the cover or screen from becoming jammed inside the process chamber. This ensures that the cover or screen can be easily removed from the process chamber or that the cover or screen can be pivoted within the process chamber before the process chamber is filled with cleaning liquid.
  • the gap i.e. the radially outer gap, preferably has a width in the range from 1 mm to 7 mm, particularly preferably in the range from 2 mm to 5 mm. This is a good compromise between 1) adequate liquid-vapor phase communication, 2) adequate shielding against foam, droplets, and splashes, and 3) good mobility of the lid or screen.
  • This gap i.e. the radially inner gap, preferably has a width in the range from 0.1 mm to 0.3 mm, particularly preferably in the range from 0.1 mm to 0.2 mm. This allows the lid to be rotated for the spinning step described below.
  • Combinations of the variants described in the preceding 13 paragraphs can also be used as shielding means. Such combinations can on the one hand be used to shield foam, droplets or splashes of the cleaning liquid and on the other hand to adjust the extent of the vapor barrier.
  • the device preferably contains a rotation unit, by means of which the receiving unit and/or the shielding means can be rotated about an axis within a process chamber, with the rotation axis of the rotation unit (RE) in particular coinciding with the translation axis of the translation unit (TE).
  • a rotation unit by means of which the receiving unit and/or the shielding means can be rotated about an axis within a process chamber, with the rotation axis of the rotation unit (RE) in particular coinciding with the translation axis of the translation unit (TE).
  • the vacuum tank is expediently assembled from several vacuum tank components and can be reversibly disassembled, the assembled vacuum tank having sealing means at least in contact areas of the vacuum tank wall sections of adjacent vacuum tank components, which are clamped between adjacent vacuum tank components.
  • the device expediently contains a control unit, by means of which at least one of the following elements can be controlled: first valve, second valve, closure unit, vacuum pump, ultrasound source, drying fan, positioning unit, translation unit, rotation unit, heating unit for drying air, heating unit for the process chamber, valves for filling and emptying of the process chambers, dosing units for surfactant admixture.
  • the device expediently contains at least one filling level measuring unit.
  • This can be a US echo sounder sensor.
  • the filling level measuring unit can be arranged in the upper area of the process chamber.
  • the device expediently contains at least one temperature measuring unit for measuring the process chamber temperature and/or the drying temperature.
  • the temperature measuring unit is preferably attached to the recording unit.
  • the device expediently contains a conductivity measuring unit for measuring the conductivity of the cleaning liquid, in particular for measuring the conductivity of the rinsing liquid (last cleaning step).
  • the conductivity measuring unit is preferably attached to the recording unit.
  • the receiving unit is attached to a probe which can be translated up and down to lower the receiving unit into the cleaning liquid of a process chamber and which can be reciprocated rotationally or rotationally moved in one direction to prevent spinning/ To effect centrifugation of a cleaned workpiece.
  • the probe can be equipped with the above and other measuring units.
  • the device expediently contains a closure unit.
  • the closure unit is preferably attached to the probe.
  • the closure unit can be formed by a first formation arranged on the receiving unit and by a second formation arranged on the process chamber, which is complementary to the first formation.
  • the first formation is located on an underside of the receiving unit and the second formation is located on an upper side of the process chamber, at least one of the formations having a sealing means such as an elastomeric rim, an O-ring or the like.
  • the process chamber is also hermetically sealed.
  • the device expediently contains a pressure sensor in the vacuum tank.
  • the device expediently contains a pressure sensor which can be assigned to the active one in the process chamber.
  • the pressure sensor is preferably assigned to the control unit in such a way that the latter suddenly opens the first valve when the pressure sensor detects that the pressure in the vacuum tank has fallen below a predetermined level.
  • the device expediently contains a foam sensor arranged in the fluid connection between the process chamber and the first valve.
  • the foam sensor is preferably assigned to the control unit in such a way that it closes the first valve abruptly when the foam sensor detects foam.
  • the invention also provides a method for cleaning contaminated workpieces, in particular using a device described above, the method having the following steps: a) introducing a contaminated workpiece into a receiving unit; b) introducing the receiving unit with the contaminated workpiece into a process chamber; c) filling the process chamber with a cleaning liquid up to a filling level which corresponds to a partial filling of the process chamber with cleaning liquid; d) hermetically closing the process chamber by means of a closing unit, which is attached in particular to the receiving unit; e) evacuating a vacuum tank by means of a vacuum pump; f1) Establishing a first fluid connection between a location above the filling level of the process chamber filled with cleaning liquid and the vacuum tank by opening a first valve; g1) blocking the first fluid connection by closing the first valve; f2) establishing a second fluid connection between a location above the filling level of the process chamber filled with cleaning liquid and the atmosphere by opening a second valve; g
  • Step c) of filling the process chamber can take place after or before step b) of inserting the receiving unit.
  • step c) of filling the process chamber can also take place after or before step a) of inserting the receiving unit.
  • the first valve is closed in step g2) before more than 1/10, preferably more than 1/100, of the volume of the cleaning liquid has passed through the first valve.
  • the closing of the first valve can be triggered by the foam sensor.
  • the closing of the first valve can also be triggered without a foam sensor by keeping the first valve open for a sufficiently short time between steps f1) and g1).
  • the first valve is held open for a period of less than 250 ms, preferably less than 100 ms, more preferably for a period of less than 50 ms and most preferably for a period of less than 30 ms.
  • ultrasound is preferably introduced into the cleaning liquid from an ultrasound source. This results in a superimposition of US treatment on the one hand and solvent treatment and/or pressure surge treatment on the other hand, which increases the cleaning effect.
  • ultrasound is introduced into the cleaning liquid from an ultrasound source.
  • This achieves degassing of the cleaning liquid, ie some of the gases dissolved in it (eg oxygen, nitrogen, carbon dioxide) are expelled from the cleaning liquid.
  • the introduction of the ultrasound into the cleaning liquid preferably takes place over a period of 1 minute to 5 minutes, particularly preferably over a period of 2 minutes to 3 minutes.
  • the introduced workpiece is preferably moved relative to the process chamber and relative to the cleaning liquid.
  • the removal of cleaning liquid from the process chamber and from the cleaned workpiece in step h) preferably includes a rotation of the receiving unit with the cleaned workpiece, the receiving unit being rotated about an axis of rotation by means of a rotation unit. This causes the workpiece to be spun/centrifuged, which on the one hand enables pre-drying of the workpiece and on the other hand minimizes carryover of cleaning liquid between the individual steps of the cleaning process.
  • the removal of cleaning liquid from the process chamber and from the cleaned workpiece in step h) preferably includes drying the cleaned workpiece in the process chamber by means of a drying fan.
  • a heating unit for heating the drying air is preferably connected downstream of the drying fan.
  • the sequence of steps e), f1), g1), f2) and g2) is repeated several times in one of the process chambers.
  • step e) of evacuation lasts permanently, while the sequence of steps f1), g1), f2) and g2) is run through several times in one of the process chambers. This causes multiple, consecutive pressure surges in the respective process chamber.
  • Step f2) for establishing the second fluid connection between the location above the filling level of the process chamber filled with cleaning liquid and the atmosphere by opening the second valve causes the vacuum in the respective process chamber to be broken, which was required during the cleaning steps of the workpiece.
  • the further steps h) to k) and drying, in particular vacuum drying, of the workpiece can take place.
  • the vacuum breaking is sufficiently slow, within 1 to 20 seconds, to prevent an impact from a spring force of a seal.
  • the sequence of steps b) to j) is run through several times and in each case in different process chambers.
  • steps e) and f1) are carried out again in a process chamber that is preferably only filled with air, i.e. freed of cleaning liquid and rinsing liquid.
  • the sequence of steps f1), g1), f2) and g2) is preferably repeated several times.
  • residues of cleaning liquid and residues of impurities which are still located in particularly filigree or even capillary cavities of the workpiece, can be expelled explosively into the process chamber freed from cleaning liquid or rinsing liquid.
  • a pressure drop Ap from an initial pressure p1 to an end pressure p2 takes place at the location above the filling level of the process chamber filled with cleaning liquid for a period of time At, where the initial pressure p1 is between 0.9 bar and 1.1 bar (0.9 bar ⁇ p1 ⁇ 1.1 bar), the final pressure p2 is between 0.01 bar and 0.3 bar (0.01 bar ⁇ p2 ⁇ 0.3 bar), and the time At is in the range from 50 ms to 200 ms (50 ms ⁇ At ⁇ 200 ms).
  • the cleaning liquid has a temperature in the range of 10°C to 70°C and preferably in the range of 20°C to 50°C.
  • FIG. 1 shows a first perspective view of a first embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 2 shows the perspective view of the first embodiment of the device according to the invention in a partially cut-away state
  • Fig. 3 shows a second perspective view of the first embodiment of the device according to the invention in a partially cut-away condition
  • Fig. 4 shows a third perspective view of the first embodiment of the device according to the invention in a partially cut-away state
  • Fig. 5 shows a perspective view of a first assembly shown in Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4 of the first embodiment of the device according to the invention
  • Figure 6 shows a perspective view of a second assembly shown in Figures 3 and 4 of the first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 7 shows a perspective view of a partially cut-open process chamber of a second embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 8 shows a side view of the partially cut-open process chamber of the second embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 9 shows a perspective view of a partially sectioned process chamber of a third embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 10 shows a side view of the partially sectioned process chamber of the third embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 is a first perspective view of a first embodiment of the device 1 is shown.
  • a cabinet-like or box-like housing GV of the device can be seen.
  • the housing GV has an essentially rectangular plan. It has four wheels R on its underside, which are each arranged in the area of a corner of the base area of the housing GV.
  • the housing GV On a side wall (front wall), the housing GV has a control panel BF, on which process parameters can be set or measured process parameters can be read.
  • the housing GV also has two access doors ZT, which allow access to the actual process chambers PK1, PK2, PK3 (see Fig. 2) and other process chambers (not shown in Fig. 2), in which workpieces (not shown) can be cleaned.
  • FIG. 2 the perspective view of the first embodiment of the device 1 is shown in a partially cut-away state (part of the front wall of the housing GV removed).
  • the positioning unit PE can be rotated about a vertical axis of rotation, so that each of the six process chambers can be brought into a processing position.
  • the process chamber PK2 is in its processing position.
  • a receiving unit AE in which a workpiece (not shown) to be cleaned can be positioned, is arranged above the positioning unit PE with the six process chambers PK1, PK2, PK3 (and three others).
  • the receiving unit AE is in the form of a cage into which, for example, a basket (not shown) containing one or more workpieces to be cleaned can be inserted.
  • the recording unit AE is attached to the lower end of a translation unit TE and a rotation unit RE.
  • the receiving unit AE can be lowered along a translation axis into the process chamber PK2 arranged underneath, which is in its processing position, after or before the process chamber PK2 is filled with cleaning liquid.
  • the receiving unit AE lowered into the process chamber PK2 can be rotated about a vertical axis of rotation, which coincides with the axis of translation, by means of the rotation unit RE. This rotation can be used for spinning/centrifuging the receiving unit AE in the process chamber PK2 in order to achieve pre-drying of workpieces positioned in the receiving unit AE.
  • 2 also shows an assembly 2 which contains a first valve V1 and a second valve V2.
  • the assembly 2 is shown in more detail in FIG.
  • the first valve V1 is connected to a vacuum source in the form of a vacuum tank VT (see FIG. 3) via a first hose line SL1 shown in dashed lines.
  • the second valve V2 is connected to the atmosphere via a second hose line SL2 shown in dashed lines.
  • a heating unit HK for heating the respective process chamber is attached to each of the two process chambers PK1 and PK2.
  • the Heating unit HK is a resistive heating foil, which is embedded in the wall of the respective process chamber.
  • An ultrasound source US1 or US2 is installed in the base of each of the two process chambers PK1 and PK2.
  • FIG. 3 there is shown a second perspective view of the first embodiment of the device 1 in a partially cut-away state (a part of the front wall and the left side wall of the housing GV removed).
  • the recording unit AE arranged above the process chamber PK2 can be seen.
  • the hose lines SL1 and SL2 shown in dashed lines can also be seen.
  • the process chamber PK2 can also be seen, to which the heating unit HK for heating the process chamber is attached.
  • FIG 4 shows a third perspective view of the first embodiment of the device 1 in a partially cut-away state (entire front wall and entire right-hand side wall of the housing GV removed). You can see the process chambers PK2, PK3 and PK4.
  • the process chamber PK2 is located below the receiving unit AE in its processing position.
  • the closure unit VE arranged on the assembly group 2 can also be seen, with which the upper opening of the process chamber PK2 located in its processing position can be hermetically sealed.
  • a vacuum pump VP which is used to evacuate the vacuum tank VT, can be seen in the lower part of the device 1 .
  • the vacuum pump VP is connected to the vacuum tank VT via its connection pipe A2", a third hose line SL3 shown in dashed lines, a vacuum pipe VR and a fourth hose line SL4 shown in dashed lines to the vacuum tank VT.
  • the vacuum pump VP can be operated permanently in order to provide a permanent vacuum in the vacuum tank VT.
  • the first valve V1 When the first valve V1 is opened, the vacuum of the vacuum tank VT sucks air out of the Process chamber PK2, which also creates a vacuum in the process chamber PK2.
  • a drying fan TV with an upstream air filter LF for the drying air and a downstream heating unit HE for the drying air.
  • the process chamber PK2 which is in its processing position, is connected downstream of the heating unit HE in the drying air line.
  • the drying fan TV forces drying air through the process chamber PK2 and into the atmosphere via the second hose line SL2.
  • the heating unit HK for heating the respective process chamber is attached to the two process chambers PK2 and PK4.
  • An ultrasound source US2 or US4 is installed in the base of each of the two process chambers PK2 and PK4.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a first subassembly 2 of the first embodiment of the device 1 shown in FIGS. 2, 3 and 4 .
  • the assembly 2 contains the first valve V1 and the second valve V2.
  • On the first valve V1 there is a connecting pipe AT to which the first hose line SL1 is connected (see FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4).
  • On the second valve V2 there is a connecting tube A2' to which the second hose line SL2 is connected (see FIGS. 2, 3, 4).
  • the assembly 2 also contains a closure unit VE, with which the upper opening of the process chamber PK2 can be hermetically sealed.
  • a foam sensor SS is arranged in the channel that is then formed between the first valve V1 and the process chamber PK2.
  • the opening of the first valve V1 causes (excessive) foaming of the cleaning liquid in the process chamber PK2, for example because its temperature is too high and/or because the liquid level in the process chamber PK2 is too high, for example, cleaning liquid could be sucked into the vacuum tank VT will. This must be prevented so that the vacuum drawn by the vacuum pump VP in the vacuum tank VT is not destroyed by vapors (eg water vapor) from the cleaning liquid. If the foam sensor SS detects foam in the channel, this signal can be used via a control unit to immediately close the first valve V1.
  • the first valve V1 can be controlled in such a way that it opens as quickly as possible (“suddenly”) and closes as quickly as possible (“suddenly”) after a short time in the open state. This can also prevent cleaning liquid from being sucked into the vacuum tank VT as foam.
  • the assembly 2 also contains a pressure sensor DS for detecting the pressure in the respective process chamber, which is located under the assembly 2 in its processing position (process chamber PK2 in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4).
  • the pressure sensor DS is located on the underside of the closure unit VE and is therefore not visible in FIG.
  • the assembly 2 also contains an ultrasound source US for introducing ultrasound into the respective process chamber, which is located under the assembly 2 in its processing position (process chamber PK2 in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4).
  • the ultrasound source US is located on the underside of the closure unit VE and is therefore not visible in FIG.
  • FIG. 6 shows a perspective view of a second assembly shown in FIGS. 3 and 4 of the first embodiment of the device 1 .
  • This second assembly forms the vacuum tank VT. It is connected to the process chamber PK2 via its connecting pipe A1, the first hose line SL1 (see FIGS. 2, 3, 4) and the connecting pipe AT of the first valve 1 (see FIG. 5).
  • the vacuum tank VT is connected to the vacuum pump VP via its connection pipe A2, the fourth hose line SL4, the vacuum pipe VR, the third hose line SL3 (see FIG. 4) and the connection pipe A2".
  • the cuboid housing GT of the vacuum tank VT is stabilized by means of a perforated reinforcement plate VPT and numerous reinforcement supports VST.
  • the stiffening plate VPT extends parallel between two opposite large surfaces of the housing GT.
  • the stiffening plate VPT extends from a first small area to a second small area of two opposite pairs of small areas (pairs of end faces) of the housing GT.
  • the stiffening supports VST extend through the holes in the perforated stiffening plate VPT parallel to the small surfaces (front surfaces) and orthogonally to the two large surfaces.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a partially cut open process chamber PK of a second embodiment of the device 1 .
  • the process chamber PK is partially filled with a cleaning liquid RF, e.g. water with surfactant.
  • the receiving unit AE is immersed in the cleaning liquid RF.
  • a basket (not shown), for example, which contains one or more workpieces (not shown) to be cleaned, can be inserted into the cage-like receiving unit AE.
  • the receiving unit AE is attached to the lower end of a combined translation/rotation unit TE/RE, by means of which the receiving unit AE together with the workpieces it contains can be moved linearly up and down along a vertical axis and rotated back and forth around this vertical axis can be.
  • a shielding means SM which is present here in the form of a plate or mat P/M, floats on the upper surface of the cleaning liquid RF. whose density is lower than the density of the cleaning liquid RF.
  • the plate or mat P/M is sized to cover most of the top surface of the cleaning fluid RF.
  • the process chamber PK can have any shape. There is a gap AS and IS between the edges of the plate or mat P/M and the inner boundary surfaces of the process chamber PK, which prevents the plate or mat P/M from getting stuck inside the process chamber PK. This ensures easy removal of the plate or mat P/M from the process chamber PK or pivoting of the plate or mat P/M within the process chamber PK before it is filled with cleaning liquid RF.
  • the process chamber PK is cylindrical.
  • the plate or mat P/M surrounding the unit of translation/rotation TE/RE therefore has the shape of an annulus.
  • the inner gap IS and the outer gap AS each have a gap width in the range from 1 mm to 7 mm, which ensures both an adequate shielding effect and good mobility of the plate or mat P/M.
  • FIG. 8 shows a side view of the partially cut open process chamber PK of the second embodiment of the device 1 .
  • the cleaning liquid RF can be seen in the lower area of the process chamber PK, the receiving unit AE immersed therein and the shielding means SM in the form of the plate or mat P/M. You can also see the inner gap IS between the plate or mat P/M and the translation/rotation unit TE/RE and the outer gap AS between the plate or mat P/M and the inner lateral surface of the cylindrical process chamber PK.
  • FIG. 9 shows a perspective view of a partially cut open process chamber PK of a third embodiment of the device 1 .
  • the third embodiment differs from the second embodiment only in that the shielding means SM instead of a floating plate or mat P/M is a
  • the shielding means SM instead of a floating plate or mat P/M is a
  • a large number of bulk bodies SK are provided as a bulk material layer or as a bulk material pack, the density of the bulk bodies SK being smaller than the density of the cleaning liquid RF, so that the bulk bodies SK float on the surface of the cleaning liquid RF.
  • the bulk solids SK are rounded bodies in the form of spheres, pellets, etc.
  • the bulk goods SK can be in the form of loose bulk or packing. Alternatively, they can be present as a sintered plate or as a sintered block made of bulk material bodies SK that are glued together or melted together.
  • the process chamber PK is cylindrical.
  • the loose bed or the sintered block of bulk bodies SK surrounds the translation unit/rotation unit TE/RE and therefore has approximately the shape of a circular ring.
  • FIG. 10 shows a side view of the partially cut open process chamber PK of the third embodiment of the device 1 .
  • connection pipe (of the vacuum pump) for process chamber connection
  • V1 first valve (between vacuum tank and process chamber)
  • V2 second valve (between vacuum tank and atmosphere)

Landscapes

  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Reinigen von kontaminierten Weckstücken. Die Vorrichtung enthält eine Prozesskammer (PK1, PK2, PK3), in welche ein zu reinigendes Werkstück eingebracht werden kann und welche mit einer insbesondere entionisiertes Wasser und ein Tensid enthaltenden Reinigungsflüssigkeit befüllbar ist; eine Verschlusseinheit (VE) zum Öffnen und Schliessen der Prozesskammer (PK1, PK2, PK3); und eine Vakuumpumpe (VP), welche zum Evakuieren der Prozesskammer (PK1, PK2, PK3) mit der Prozesskammer in Fluidverbindung gebracht werden kann. In der Fluidverbindung zwischen der Vakuumpumpe (VP) und der Prozesskammer (PK1, PK2, PK3) ist ein Vakuumtank (VT) angeordnet, und in der Fluidverbindung zwischen dem Vakuumtank (VT) und der Prozesskammer (PK1, PK2, PK3) ist ein erstes Ventil (V1) angeordnet. Dies ermöglicht einen Reinigungseffekt an dem zu reinigenden Werkstück einerseits durch die Wirkung der Reinigunsflüssigkeit als Lösungsmittel und andereseits durch die Wirkung der Reinigungsflüssigkeit als ein Druckstoss übertragendes Medium. Der Druckstoss wird erzielt, indem der Vakuumtank (VT) zunächst mittels der Vakuumpumpe (VP) evakuiert wird und anschliessend durch schlagartiges Öffnen des ersten Ventils (V1) die Reinigungsflüssigkeit einen schlagartigen Drückabfall erfährt. Vorzugsweise ist einer Prozesskammer (PK1, PK2, PK3) eine Ultraschallquelle (US, US1, US2, US3) zugeordnet. Dir Wirkung der Reinigungsflüssigkeit als Ultraschall übertragendes Medium unterstützt den Reinigungseffekt am zu reinigenden Werkstück.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine Vorichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Werkstücken, insbesondere zum Reinigen von Werkstücken mit filigraner oder poröser Struktur bis hin zu Kapillarstrukturen, wie z.B. das Entfernen lockerer Partikel beim Nachbehandeln additiv gefertigter Werkstücke. Das Reinigen von Werkstücken ist besonders dann eine Herausforderung, wenn die Werkstücke Blindlöcher, insbesondere kapillare Blindlöcher aufweisen.
Derartige Vorrichtungen und Verfahren zum Reinigen von Werkstücken sind z.B. aus EP1338680A1 oder aus DE102017126329A1 bekannt.
EP1338690A1 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks, bei welchem in einer ersten Reinigungsstufe ein Lösungsmittelgemisch aus Isoparaffinen und in einer zweiten Reinigungsstufe entionisiertes Wasser mit einem Tensid verwendet werden. Anschliessend erfolgen ein Spülungsschritt mit entionisiertem Wasser und ein abschliessender Trocknungsschritt. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Verwendung eines organischen Lösungsmittels.
DE102017126329A1 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks, bei welchem das Werkstück in einem Reinigungsraum einer Reinigungsflüssigkeit ausgesetzt wird, welche zunächst einem Überdruck und dann einem Unterdrück ausgesetzt wird oder zunächst einem Unterdrück und dann einem Überdruck ausgesetzt wird. Durch den Wechsel von Überdruck und Unterdrück sollen Kavitationseffekte in der Reinigungsflüssigkeit erzielt werden, wodurch an dem Werkstück anhaftende Verunreinigungen fluidmechanisch abgelöst werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks bereitzustellen, wodurch mit einfachen mechanischen Mitteln eine sowohl fluidmechanische Effekte als auch Lösungsmittel-Effekte aufweisende Reinigung des Werkstücks erfolgt.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Reinigen von kontaminierten Werkstücken bereit, wobei die Vorrichtung die folgenden Elemente aufweist: eine Prozesskammer, in welche ein zu reinigendes Werkstücks eingebracht werden kann und welche mit einer insbesondere entionisiertes Wasser und ein Tensid enthaltenden Reinigungsflüssigkeit zumindest partiell befüllbar oder befüllt ist; eine Verschlusseinheit zum Öffnen und Schliessen der Prozesskammer; und eine Vakuumpumpe, welche zum Evakuieren der Prozesskammer mit der Prozesskammer in Fluidverbindung gebracht werden kann; wobei erfindungsgemäss in der Fluidverbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Prozesskammer ein Vakuumtank angeordnet ist und in der Fluidverbindung zwischen dem Vakuumtank und der Prozesskammer ein erstes Ventil angeordnet ist.
Dies ermöglicht einen Reinigungseffekt an dem zu reinigenden Werkstück einerseits durch die Wirkung der Reinigungsflüssigkeit als Lösungsmittel und andererseits durch die Wirkung der Reinigungsflüssigkeit als ein Druckstoss übertragendes Medium. Der Druckstoss wird dabei erzielt, indem der Vakuumtank zunächst mittels der Vakuumpumpe evakuiert wird und anschliessend durch schlagartiges Öffnen des ersten Ventils die Reinigungsflüssigkeit einen schlagartigen Druckabfall erfährt. Dadurch lassen sich die eingangs erwähnten Werkstücke mit filigranen und kapillaren Strukturen wirkungsvoll reinigen.
Zweckmässigerweise ist das Vakuumtank-Volumen des Vakuumtanks ein Vielfaches des Prozesskammer-Volumens der Prozesskammer. Dadurch lässt sich je nach Füllpegel der Reinigungsflüssigkeit in der Prozesskammer durch das Öffnen des ersten Ventils ein Druckabfall in der Prozesskammer von etwa 1 bar (Atmosphärendruck) auf einen kleinen Bruchteil von 1 bar erzielen.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis VTV/PKV von Vakuumtank-Volumen VTV des Vakuumtanks zu Prozesskammer-Volumen PKV der Prozesskammer innerhalb eines Bereichs von 5 bis 200 (5 < VTV/PKV < 200) und besonders bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 200 (10 < VTV/PKV < 200). Dadurch und durch Füllpegel der Reinigungsflüssigkeit von z.B. mehr als 70% des Prozesskammer- Voumens PKV der Prozesskammer lassen sich schlagartige Duckabfälle von etwa 1 bar bis auf weniger als 0.01 bar in der Prozesskammer durch schlagartiges Öffnen des ersten Ventils erzielen.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis VTV/FPKV von Vakuumtank-Volumen VTV des Vakuumtanks zum freien Prozesskammer-Volumen FPKV der Prozesskammer oberhalb der Reinigungsflüssigkeit innerhalb von 10 bis 400 (10 < VTV/FPKV < 400) und vorzugsweise innerhalb von 10 bis 300 (10 < VTV/FPKV < 300) und am bevorzugtesten innerhalb von 10 bis 200 (10 < VTV/FPKV < 200).
Vorzugsweise ist einer Prozesskammer eine Ultraschallquelle zuordenbar, oder ist einer Prozesskammer in einer Bearbeitungsposition eine Ultraschallquelle zugeordnet. Vorzugsweise ist dabei eine Ultraschallquelle an einer Sonde angebracht, welche in die mit Reinigungsflüssigkeit gefüllte Prozesskammer absenkbar ist und/oder ist eine Ultraschallquelle in der Wand, vorzugsweise im Boden, der Prozesskammer angebracht. Beide Ausführungen ermöglichen ein effizientes Einleiten von Ultraschallenergie in die Reinigungsflüssigkeit.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist einer jeweiligen Prozesskammer eine jeweilige Ultraschallquelle zugeordnet. Vorzugsweise erzeugt dabei jede Ultraschallquelle eine andere Ultraschall-Frequenz oder eine andere Gruppe bzw. Kombination von Ultraschall-Frequenzen. Insbesondere verwendet man Ultraschallquellen mit einem zur Schwingung angeregten Kristall, wobei die Ultraschall-Schwingung neben der Grundschwingung typischerweise eine erste und ggfs. eine weitere Oberschwingung mit nennenswerter Amplitude aufweist. Beispiele sind Ultraschallquellen mit 25 kHz und 50 kHz oder mit 40 kHz, 80 kHz und 120 kHz.
Vorzugsweise ist einer jeweiligen Prozesskammer eine Prozesskammer-Heizeinheit zugeordnet.
Dies ermöglicht eine mehrstufige Reinigung, wobei in jeder Stufe das Werkstück einer spezifischen Reinigungsbehandlung unterzogen wird. Dabei kann in jeder Stufe, d.h. in der jeweiligen Prozesskammer, eine spezifische Ultraschall-Behandlung durchgeführt werden, welche durch den zeitlichen Verlauf der US-Amplitude und der US-Frequenz sowie durch die US-Behandlungsdauer charakterisiert ist. Je nach der Beschaffenheit der Verunreinigung, z.B. die Grösse und die Haftkraft der von dem Werkstück zu entfernenden Verunreinigungspartikel oder die Dicke, Dichte, Viskosität etc. von zu entfernenden Fettfilmen, kann eine für die jeweilige Prozesskammer charakteristische US-Behandlung besonders wirkungsvoll sein. Man kann dies ganz grob als eine Art Rensonanzeffekt bezeichnen, beim dem die Verunreinigung ein Maximum an mechanischer Energie aus der US-Welle absorbiert.
Ausserdem kann in jeder Stufe, d.h. in der jeweiligen Prozesskammer, eine spezifische Lösungsmittel-Behandlung durchgeführt werden, welche z.B. durch die Art und Konzentration des Tensids oder der Tenside in der Reinigungsflüssigkeit, durch die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit, etc. charakterisiert ist.
Vorzugsweise verwendet man für die Lösungsmittel-Behandlung, d.h. für die eigentliche Reinigung des Werkstücks, entionisiertes Wasser, welches mindestens eine Art von Tensid enthält, wobei man typischerweise im alkalischen Bereich arbeitet (pH > 7).
Vorzugsweise verwendet man für eine Spülung des Werkstücks nach dessen Reinigung erneut entionisiertes Wasser, welches leicht angesäuert ist (pH < 7).
Darüberhinaus kann in jeder Stufe, d.h. in der jeweiligen Prozesskammer, eine spezifische Druckstoss-Behandlung durchgeführt werden, welche z.B. durch den Füllpegel (Füllgrad) der Prozesskammer, durch die Schnelligkeit des Öffnens des ersten Ventils und das zuvor durch die Vakuumpumpe in dem Vakuumtank erzeugte Vakuum einstellbar ist.
Ein Druckstoss als explosionsartiges Expandieren des Luft- und Dampfvolumens über der Flüssigkeitsoberfläche in der Prozesskammer ist besonders wirkungsvoll, da ein solcher Druckstoss eine Superposition vieler verschiedener US-Frequenzen ist, d.h. ein Spektrum verschiedener US-Frequenzen enthält, die für spezifische Verunreinigungen jeweils eine besondere Reinigungs-Wirksamkeit entfalten.
Vorzugsweise enthält die Prozesskammer, in welche das zu reinigende Werkstück eingebracht werden kann, ein Mittel zum Bewegen des eingebrachten Werkstücks relativ zur Prozesskammer und relativ zur Reinigungsflüssigkeit. Dadurch können die Folgen möglicher Inhomogenitäten der Intensität des US-Wellenfeldes in der Prozesskammer (z.B. aufgrund von konstruktiver und destruktiver US-Interferenz, insbesondere stehende US-Wellen mit Amplitudenbäuchen und Amplitudenknoten) kompensiert werden. Sollte ein Oberflächenbereich der zu reinigenden Oberfläche des Werkstücks in einem Raumbereich destruktiver US-Interferenz liegen mit weniger oder gar keiner Reinigungswirkung durch den Ultraschall-Beitrag, wenn sich das Werkstück in einer ersten Position innerhalb der Prozesskammer befindet, durchläuft während des Bewegens des Werkstücks zu einer zweiten Position innerhalb der Prozesskammer dieser Oberflächenbereich des Werkstücks mehrere Raumbereiche mit abwechselnd konstruktiver und destruktiver Interferenz. Dadurch wird ein Ultraschall-Beitrag zur Reinigungswirkung in diesem Oberflächenbereich des Werkstücks gewährleistet.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung einen Trocknungsventilator, welcher zum Trocknen der Prozesskammer und eines darin enthaltenen gereinigten Werkstücks mit der Prozesskammer in Fluidverbindung gebracht werden kann.
Hierfür kann in der den Trocknungsventilator und die Prozesskammer enthaltenden Fluidverbindung ein zweites Ventil angeordnet sein, mit welchem man einen Fluidpfad für die Trocknung öffnen kann.
Vorzugsweise ist stromauf von dem Trocknungsventilator, d.h. atmosphärenseitig, ein Luftfilter (HEPA-Filter) vorgesehen, um Verunreinigungen aus der Umgebungsluft herauszufiltern und eine Kontamination des gereinigten Werkstücks zu verhindern.
Vorzugsweise ist stromab von dem Trocknungsventilator eine Heizeinheit für die Trocknungsluft vorgesehen, um das Verflüchtigen von Restwasser (der Spülflüssigkeit) aus dem Werkstück zu beschleunigen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführung enthält die Vorrichtung mehrere Prozesskammern, insbesondere mindestens drei Prozesskammern. Wie weiter oben erwähnt, ermöglicht dies eine mehrstufige Reinigung des Werkstücks mit einer jeweils spezifischen Reinigungsbehandlung in jeder Stufe bzw. Prozesskammer.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung eine Positionierungseinheit, an welcher die mehreren Prozesskammern nebeneinander fixiert sind, wobei die Positionierungseinheit eine der Prozesskammern in einer Bearbeitungsposition innerhalb der Vorrichtung positionieren kann.
Bei einer ersten Ausführung ist die Positionierungseiheit eine Revolver-Anordung, die um eine Achse rotierbar ist, so dass eine ausgewählte Prozesskammer mit ihrer spezifischen US-Quelle, ihrer spezifischen Reinigungsflüssigkeit, ihrem spezifischen Füllpegel, etc. für die Aufnahme eines zu reinigenden Werkstücks bereitgestellt werden kann.
Bei einer zweiten Ausführung ist die Positionierungseiheit eine Schiebebalken- Anordung, die entlang einer Achse transladierbar ist, so dass auch hier eine ausgewählte Prozesskammer mit ihrer spezifischen US-Quelle, ihrer spezifischen Reinigungsflüssigkeit, ihrem spezifischen Füllpegel, etc. für die Aufnahme eines zu reinigenden Werkstücks bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung eine Aufnahmeeinheit für ein zu reinigendes Werkstück, wobei die Aufnahmeeinheit relativ zu einer Prozesskammer bewegbar ist. Dadurch kann die Aufnahmeeinheit in eine ausgewählte Prozesskammer hineinbewegt werden. Die Aufnahmeeinheit kann als Käfig oder als Korb ausgebildet sein. Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung einen relativ zu einer Prozesskammer bewegbaren Käfig, in welchem man einen Korb befestigen kann, in welchen man ein oder mehrere zu reinigende Werkstücke hineingeben kann.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung eine Translationseinheit, mittels welcher die Aufnahmeeinheit in eine Prozesskammer hineinbewegt und aus dieser herausbewegt werden kann. Vorzugsweise ist innerhalb einer Prozesskammer a) im Bereich einer oberen Grenzfläche, welche sich zwischen der Reinigungsflüssigkeit und einem freien Prozesskammer-Volumen oberhalb der Reinigungsflüssigkeit befindet, oder b) innerhalb des freien Prozesskammer-Volumens oberhalb der Reinigungsflüssigkeit ein Abschirmungsmittel anordenbar bzw. angeordnet. Dadurch können einerseits Schaum, Tröpfchen oder Spritzer von Reinigungsflüssigkeit beim schlagartigen Evakuieren des freien Prozesskammer- Volumens abgefangen werden, welche sonst in die Fluidverbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Prozesskammer gelangen könnten. Wenn Reinigungsflüssigkeit in diese Fluidverbindung und somit in den Vakuumtank gelangt, wird aufgrund des Dampfdrucks der Reinigungsflüssigkeit das Evakuieren des Vakuumtanks erschwert, wodurch das Verfahren verlangsamt wird. Andererseits wird durch das Abschirmungsmittel das Verdampfen von Reinigungsmittel in das freie, d.h. flüssigkeitsfreie, Prozesskamer-Volumen oberhalb der Reinigungsflüssigkeit verringert. Der Reinigungsflüssigkeit-Dampfdruck, der zum Gesamtdruck im freien Prozesskammer-Volumen beiträgt, baut sich daher viel langsamer auf als ohne Abschirmungsmittel. Dies trägt dazu bei, dass der eingangs erwähnte schlagartige Druckabfall besonders gross ist und besonders schnell erfolgt.
Das Abschirmungsmittel kann auf der Reinigungsflüssigkeit schwimmend gelagert sein oder innerhalb des freien Prozesskammer-Volumens oberhalb der Reinigungsflüssigkeit gelagert sein. In beiden Fällen kann zumindest ein Grossteil des Schaums, der Tröpfchen oder der Spritzer von Reinigungsflüssigkeit beim schlagartigen Evakuieren des freien Prozesskammer-Volumens abgefangen werden.
Alternativ kann das Abschirmungsmittel im Innern der Reinigungsflüssigkeit unterhalb der oberen Grenzfläche gelagert sein. Auch diese Massnahme verringert die Entstehung von Schaum, Tröpfchen oder Spritzer von Reinigungsflüssigkeit beim schlagartigen Evakuieren des freien Prozesskammer-Volumens, welche sonst in die Fluidverbindung zwischen der Vakuumpumpe und der Prozesskammer gelangen könnten.
Vorzugsweise haben hierfür die nach oben weisende Oberfläche des
Abschirmungsmittels oder die obersten Bereiche des Abschirmungsmittels eine Eindringtiefe von 0 mm bis 30 mm unterhalb der oberen Grenzfläche der Reinigungsflüssigkeit.
Das Abschirmungsmittel kann eine Öffnung aufweisen, oberhalb welcher ein Schirm angeordnet ist. Ein Grossteil des Schaums, der Tröpfchen oder der Spritzer von Reinigungsflüssigkeit kann dadurch beim schlagartigen Evakuieren des freien Prozesskammer-Volumens abgefangen werden.
Bei einer ersten Variante enthält das Abschirmungsmittel eine luftdurchlässige poröse Schicht, welche vorzugsweise 70% bis 100% und besonders bevorzugt 85% bis 98% der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit überdeckt und eine Art von Deckel oder Schirm bildet.
Vorzugsweise gibt es zwischen den Deckelrändern und den inneren Begrenzungsflächen bzw. inneren Oberflächen der Prozesskammer ein Spiel bzw. einen Spalt. Durch dieses Spiel bzw. diesen Spalt wird verhindert, dass sich der Deckel oder Schirm im Innern der Prozesskammer verklemmt. Dadurch wird ein leichtes Herausnehmen des Deckels oder Schirms aus der Prozesskammer oder ein Verschwenken des Deckels oder Schirms innerhalb der Prozesskammer vor dem Befüllen der Prozesskammer mit Reinigungsflüssigkeit gewährleistet.
Dies erleichtert vor allem das Trocknen des gereinigten Werkstücks in einem heissen und trockenen Gasstrom, der durch die Prozesskammer geleitet wird. Darüberhinaus wird ein Befüllen der Prozesskammer mit Reinigungsflüssigkeit erleichtert, sollte dieses Befüllen von oben erfolgen.
Das Befüllen der Prozesskammer mit Reinigungsflüssigkeit erfolgt jedoch vorzugsweise von unten.
Vorzugsweise hat der Spalt eine Breite im Bereich von 1 mm bis 7 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 mm bis 5 mm. Dies ist ein guter Kompromiss zwischen ausreichender Abschirmwirkung und guter Beweglichkeit des Deckels oder Schirms.
Vorzugsweise enthält die luftdurchlässige poröse Schicht eine Vielzahl aneinander angeordneter Fasern, insbesondere in Form eines textilen Gebildes, wie z.B. ein Gewebe, ein Vlies, ein Filz oder dgl. Vorzugsweise enthält das Abschirmungsmittel eine Vielzahl von Schüttgut-Körpern als Schüttgut-Lage oder als Schüttgut-Packung, wobei die Dichte der Schüttgut- Körper kleiner als die Dichte der Reinigungsflüssigkeit ist. Dies hat zur Folge, dass die Schüttgut-Körper auf der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit schwimmen. Je nach Anzahl der Schüttgut-Körper bilden sich dadurch mehrere Lagen von Schüttgut- Körpern an der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit.
Die Schüttgut-Körper können auch als Sinterplatte oder als Sinterblock aus miteinander verklebten oder aneinder geschmolzenen Schüttgut-Körpern vorliegen.
Bei einer zweiten Variante enthält das Abschirmungsmittel eine luftundurchlässige Schicht bzw. Barriereschicht, d.h. eine Schicht, welche insbesondere die Moleküle von Wasserdampf sowie die weiteren Moleküle der Luft (Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Argon) nicht passieren lässt, wobei diese Schicht vorzugsweise 70% bis 98% und besonders bevorzugt 85% bis 98% der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit überdeckt und eine Art von Deckel oder Schirm bildet, und wobei die Dichte der Schicht kleiner als die Dichte der Reinigungsflüssigkeit ist. Dies hat zur Folge, dass die Schicht auf der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit schwimmt. Je nach Dicke der Schicht sinkt diese mehr oder weniger tief in die Reinigungsflüssigkeit ein.
Dabei gibt es zwischen den radial äusseren Deckelrändern und den inneren Begrenzungsflächen bzw. inneren Oberflächen der Prozesskammer ein Spiel bzw. einen Spalt. Im Bereich dieses Spalts ist die Phasengrenze zwischen der Reinigungsflüssigkeit und ihrem Dampf offen, und es können nur dort Moleküle der Reinigungsflüssigkeit, insbesondere Wassermoleküle, von der Flüssigkeitsphase in die Dampfphase übertreten oder umgekehrt. Da ein Grossteil der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit durch die Barriereschicht gasdicht (insbesondere luftdicht) und dampfdicht (insbesondere wasserdampfdicht) bedeckt ist, wird die Fläche der Flüssigkeit/Dampf-Phasengrenze und somit die Verdampfungsrate (Masse der verdampften Flüssigkeit pro Zeiteinheit) stark verringert. Dadurch wird, wie weiter oben erläutert, der schlagartige Druckabfall grösser und schneller. Darüberhinaus wird durch dieses Spiel bzw. diesen Spalt auch hier verhindert, dass sich der Deckel oder Schirm im Innern der Prozesskammer verklemmt. Dadurch wird ein leichtes Herausnehmen des Deckels oder Schirms aus der Prozesskammer oder ein Verschwenken des Deckels oder Schirms innerhalb der Prozesskammer vor dem Befüllen der Prozesskammer mit Reinigungsflüssigkeit gewährleistet.
Vorzugsweise hat auch hier der Spalt, d.h. der radial äusserer Spalt, eine Breite im Bereich von 1 mm bis 7 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 mm bis 5 mm. Dies ist ein guter Kompromiss zwischen 1) ausreichender Kommunikation von Flüssigkeitsphase und Dampfphase, 2) ausreichender Abschirmwirkung gegen Schaum, Tröpfchen und Spritzer sowie 3) guter Beweglichkeit des Deckels oder Schirms.
Vorzugsweise gibt es auch zwischen den radial inneren Deckelrändern und inneren Oberflächen der Prozesskammer, wie z.B. einer Rotationsachse der Rotationseinheit, ein Spiel bzw. einen Spalt.
Vorzugsweise hat dieser Spalt, d.h. der radial innere Spalt, eine Breite im Bereich von 0.1 mm bis 0.3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0.1 mm bis 0.2 mm. Dies ermöglicht das Rotieren des Deckels für den weiter unten beschriebenen Schritt des Schleuderns.
Als Abschirmungsmittel können auch Kombinationen der in den vorstehenden 13 Absätzen beschriebenen Varianten verwendet werden. Durch derartige Kombinationen können einerseits das Abschirmen von Schaum, Tröpfchen oder Spritzern der Reinigungsflüssigkeit und andererseits das Ausmass der Dampfbarriere eingestellt werden.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung eine Rotationseinheit, mittels welcher die Aufnahmeeinheit und/oder das Abschirmungsmittel innerhalb einer Prozesskammer um eine Achse gedreht werden kann, wobei insbesondere die Rotationsachse der Rotationseinheit (RE) mit der Translationsachse der Translationseinheit (TE) zusammenfällt. Dadurch ist ein Schleudern sowohl der Aufnahmeneinheit als auch des Abschirmunsgmittels möglich, um während verschiedener Verfahrenschritte eine Verschleppung von Reinigungsflüssigkeit zu minimieren.
Zweckmässigerweise ist der Vakuumtank aus mehreren Vakuumtank-Bauteilen zusammengebaut und kann reversibel auseinandergebaut werden, wobei der zusammengebaute Vakuumtank zumindest in Berührungsbereichen der Vakuumtank-Wandabschnitte benachbarter Vakuumtank-Bauteile Dichtungsmittel aufweist, welche zwischen benachbarten Vakuumtank-Bauteilen eingeklemmt sind. Durch einen Auseinanderbau des Vakuumtanks kann dessen Inneres, insbesondere die Oberflächen seiner Innenwände, gereinigt werden.
Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung eine Steuerungseinheit, mittels welcher mindestens eines der folgenden Elemente ansteuerbar ist: erstes Ventil, zweites Ventil, Verschlusseinheit, Vakuumpumpe, Ultraschallquelle, Trocknungsventilator, Positionierungseinheit, Translationseinheit, Rotationseinheit, Heizeinheit für Trocknungsluft, Heizeinheit für Prozesskammer, Ventile zum Füllen und Leeren der Prozesskammern, Dosiereinheiten für Tensidbeimischung.
Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung mindestens eine Füllpegel-Messeinheit. Diese kann ein US-Echolot-Sensor sein.
Die Füllpegel-Messeinheit kann an im oberen Bereich der Prozesskammer angeordnet sein.
Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung mindestens eine Temperatur- Messeinheit zur Messung der Prozesskammer-Temperatur und/oder der Trocknungstemperatur. Vorzugsweise ist die Temperatur-Messeinheit an der Aufnahmeeinheit angebracht.
Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung eine Leitfähigkeit-Messeinheit zum Messen der Leitfähigkeit der Reinigungsflüssigkeit, insbesondere zum Messen der Leitfähigkeit der Spülflüssigkeit (letzter Reinigungsschritt). Vorzugsweise ist die Leitfähigkeit-Messeinheit an der Aufnahmeeinheit angebracht. Vorzugsweise ist die Aufnahmeeinheit an einer Sonde angebracht, welche translatorisch auf und ab bewegt werden kann, um die Aufnahmeeinheit in die Reinigungsflüssigkeit einer Prozesskammer abzusenken, und welche rotatorisch hin und her bewegt werden kann oder rotatorisch ein einer Richtung bewegt werden kann, um ein Schleudern/Zentrifugieren eines gereinigten Werkstücks zu bewirken.
Die Sonde kann mit den oben genannten und mit weiteren Messeinheiten ausgestattet sein.
Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung eine Verschlusseinheit. Vorzugsweise ist die Verschlusseinheit an der Sonde angebracht.
Alternativ kann die Verschlusseinheit gebildet sein durch eine an der Aufnahmeeinheit angeordnete erste Formation und durch eine an der Prozesskammer angeordnete zweite Formation, die zur ersten Formation komplementär ist.
Vorzugsweise ist die erste Formation an einer Unterseite der Aufnahmeeinheit angeordnet und die zweite Formation an einer Oberseite der Prozesskammer angeordnet, wobei mindestens eine der Formationen ein Dichtungsmittel, wie z.B. einen Elastomerrand, einen O-Ring oder dgl. aufweist.
Dadurch wird beim Absenken der Aufnahmeeinheit in die Prozesskammer nicht nur das zu reinigende Werkstück in die Reinigungsflüssigkeit eingetaucht, sondern es wird auch die Prozesskammer hermetisch verschlossen.
Zweckmässigerweise enthält die Vorichtung einen Drucksensor in dem Vakuumtank.
Zweckmässigerweise enthält die Vorichtung einen Drucksensor, welcher der jeweils aktiven der Prozesskammer zuordenbar ist.
Der Drucksensor ist vorzugsweise der Steuerungseinheit derart zugeordnet, dass diese beim Erfassen der Unterschreitung eines vorgegebenen Unterdrucks in dem Vakuumtank durch den Drucksensor das erste Ventil schlagartig öffnet. Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung einen Schaumsensor in der Fluidverbindung zwischen der Prozesskammer und dem ersten Ventil angeordnet ist. Der Schaumsensor ist vorzugsweise der Steuerungseinheit derart zugeordnet, dass diese beim Erfassen von Schaum durch den Schaumsensor das erste Ventil schlagartig schliesst.
Zur Lösung der eingangs erwähnten Aufgabe stellt die Erfindung auch ein Verfahren bereit zum Reinigen von kontaminierten Werkstücken, insbesondere unter Verwendung einer weiter oben beschriebenen Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Einbringen eines kontaminierten Werkstücks in eine Aufnahmeeinheit; b) Einführen der Aufnahmeeinheit mit dem kontaminierten Werkstück in eine Prozesskammer; c) Befüllen der Prozesskammer mit einer Reinigungsflüssigkeit bis zu einem Füllpegel, welcher einer partiellen Befüllung der Prozesskammer mit Reinigungsflüssigkeit entspricht; d) hermetisches Schliessen der Prozesskammer mittels einer Verschlusseinheit, welche insbesondere an der Aufnahmeeinheit angebracht ist; e) Evakuieren eines Vakuumtanks mittels einer Vakuumpumpe; f1) Herstellen einer ersten Fluidverbindung zwischen einem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit befüllten Prozesskammer und dem Vakuumtank durch Öffnen eines ersten Ventils; g1) Blockieren der ersten Fluidverbindung durch Schliessen des ersten Ventils; f2) Herstellen einer zweiten Fluidverbindung zwischen einem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit befüllten Prozesskammer und der Atmosphäre durch Öffnen eines zweiten Ventils; g2) Blockieren der zweiten Fluidverbindung durch Schliessen des zweiten Ventils; h) Entfernen von Reinigungsflüssigkeit aus der Prozesskammer und von dem gereinigten Werkstück; i) Öffnen der Prozesskammer mittels der Verschlusseinheit; j) Herausführen der Aufnahmeeinheit mit dem gereinigten Werkstück aus der Prozesskammer; k) Entnehmen des gereinigten Werkstücks aus der Aufnahmeeinheit. Die Schritte a), b) und c) des Verfahrens können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
Der Schritt c) des Befüllens der Prozesskammer kann nach oder vor dem Schritt b) des Einführens der Aufnahmeeinheit erfolgen.
Alternativ kann der Schritt c) des Befüllens der Prozesskammer auch nach oder vor dem Schritt a) des Einführens der Aufnahmeeinheit erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt nach dem Öffnen des ersten Ventils in Schritt f1) das Schliessen des ersten Ventils in Schritt g2), bevor mehr als 1/10, vorzugsweise mehr als 1/100, des Volumens der Reinigungsflüssigkeit das erste Ventil passiert hat.
Das Schliessen des ersten Ventils kann durch den Schaumsensor ausgelöst werden.
Alternativ kann das Schliessen des ersten Ventils auch ohne Schaumsensor ausgelöst werden durch ausreichend kurzes Offenhalten des ersten Ventils zwischen Schritt f1) und g1). Zweckmässigerweise wird das erste Ventil während einer Zeitdauer von weniger als 250 ms, vorzugsweise von weniger als 100 ms offen gehalten, noch bevorzugter während einer Zeitdauer von weniger als 50 ms und am bevorzugtesten während einer Zeitdauer von weniger als 30 ms.
Vorzugsweise wird während mindestens einem der Schritte c) bis h) von einer Ultraschallquelle Ultraschall in die Reinigungsflüssigkeit eingeleitet. Dadurch erfolgt eine Überlagerung von US-Behandlung einerseits und Lösungsmittel-Behandlung und/oder Druckstoss-Behandlung andererseits, wodurch die Reinigungswirkung gesteigert wird.
Vorzugsweise wird schon vor dem Schritt f1) von einer Ultraschallquelle Ultraschall in die Reinigungsflüssigkeit eingeleitet. Dadurch erzielt man ein Entgasen der Reinigungsflüssigkeit, d.h. ein Teil der in ihr gelösten Gase (z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid) werden aus der Reinigungsflüssigkeit ausgetrieben. Dies wiederum verringert das Auftreten von Schaum, Tröpfchen oder Spritzern von Reinigungsflüssigkeit beim schlagartigen Evakuieren des freien Prozesskammer- Volumens. Dabei erfolgt das Einleiten des Ultraschalls in die Reinigungsflüssigkeit vorzugsweise während 1 min bis 5 min, besonders bevorzugt während 2 min bis 3 min.
Vorzugsweise wird während mindestens einem der Schritte c) bis h) das eingebrachte Werkstück relativ zur Prozesskammer und relativ zur Reinigungsflüssigkeit bewegt. Dadurch können die Folgen eventueller Inhomogenitäten der Intensität des US-Wellenfeldes in der Prozesskammer kompensiert werden, wodurch ein gleichmässigerer Ultraschall-Beitrag zur Reinigungswirkung über alle Oberflächenbereiche des Werkstücks hinweg gewährleistet wird.
Vorzugsweise enthält das Entfernen von Reinigungsflüssigkeit aus der Prozesskammer und von dem gereinigten Werkstück in Schritt h) ein Rotieren der Aufnahmeeinheit mit dem gereinigten Werkstück, wobei die Aufnahmeeinheit mittels einer Rotationseinheit um eine Rotationsachse rotiert wird. Dies bewirkt ein Schleudern/Zentrifugieren des Werkstücks, wodurch einerseits eine Vortrocknung des Werkstücks ermöglicht und andererseits eine Verschleppung von Reinigungsflüssigkeit zwischen den einzelnen Schritten des Reinigungsverfahrens minimiert wird.
Vorzugsweise enthält das Entfernen von Reinigungsflüssigkeit aus der Prozesskammer und von dem gereinigten Werkstück in Schritt h) ein Trocknen des gereinigten Werkstücks in der Prozesskammer mittels eines Trocknungsventilators. Vorzugsweise ist dem Trocknungsventilator eine Heizeinheit zum Aufheizen der Trocknungsluft nachgeschaltet.
Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Abfolge der Schritte e), f1), g1), f2) und g2) in einer der Prozesskammern mehrmals durchlaufen.
Dadurch erspart man sich alle vorgehenden Schritte (vor Schritt e) und alle darauffolgenden Schritte (nach Schritt g2). Je nach Füllpegel der Reinigungsflüssigkeit in der Prozesskammer führt die mehrmalige Wiederholung der Schritte e), f1), g1), f2) und g2) zu keiner nennenswerten weiteren Verschmutzung der Reinigungsflüssigkeit und somit zu keiner nennenswerten Beeinträchtigung der Reinigungswirkung in den wiederholten Abfolgen der Schritte e), f1), g1), f2), g2).
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei welcher der Schritt e) des Evakuierens permanent andauert, während die Abfolge der Schritte f1), g 1 ), f2) und g2) in einer der Prozesskammern mehrmals durchlaufen wird. Dadurch werden mehrmalige, aufeinanderfolgende Druckstösse an der jeweiligen Prozesskammer bewirkt.
Der Schritt f2) zur Herstellung der zweiten Fluidverbindung zwischen dem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit befüllten Prozesskammer und der Atmosphäre durch Öffnen des zweiten Ventils bewirkt ein Brechen des Vakuums in der jeweiligen Prozesskammer, welches man während der Reinigungsschritte des Werkstücks benötigte. Nach diesem Schritt f2) können die weiteren Schritte h) bis k) sowie eine Trocknung, insbesondere eine Vakuumtrocknung, des Werkstücks erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt das Brechen des Vakuums ausreichend langsam innerhalb von 1 bis 20 Sekunden, um einen Schlag/Stoss durch eine Federkraft einer Dichtung zu verhindern.
Gemäss einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Abfolge der Schritte b) bis j) mehrmals und jeweils in verschiedenen Prozesskammern durchlaufen.
Dies ermöglicht die weiter oben beschriebene mehrstufige Reinigung, wobei in jeder Stufe bzw. in jeder Prozesskammer das Werkstück einer spezifischen Reinigungsbehandlung unterzogen wird.
Gemäss einer noch weiteren besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden nach einem Trocknen und Aufheizen des gereinigten Werkstücks in einer vorzugsweise nur mit Luft gefüllten, d.h. von Reinigungsflüssigkeit und Spülflüssigkeit befreiten Prozesskammer die Schritte e) und f 1 ) nochmals durchgeführt.
Vorzugsweise wird auch hier die Abfolge der Schritte f1), g 1 ), f2) und g2) mehrmals durchlaufen. Dadurch lassen sich Reste von Reinigungsflüssigkeit und Reste von Verunreinigungen, welche sich noch in besonders filigranen oder gar kapillaren Hohlräumen des Werkstücks befinden, explosionsartig in die von Reinigungsflüssigkeit bzw. Spülflüssigkeit befreite Prozesskammer ausstossen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt beim Herstellen der ersten Fluidverbindung durch Öffnen des ersten Ventils in Schritt f1) an dem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit befüllten Prozesskammer während einer Zeitdauer At ein Druckabfall Ap von einem Anfangsdruck p1 zu einem Enddruck p2, wobei der Anfangsdruck p1 zwischen 0.9 bar und 1.1 bar liegt (0.9 bar < p1 < 1.1 bar), der Enddruck p2 zwischen 0.01 bar und 0.3 bar liegt (0.01 bar < p2 < 0.3 bar), und die Zeitdauer At im Bereich von 50 ms bis 200 ms liegt (50 ms < At < 200 ms).
Vorzugsweise hat die Reinigungsflüssigkeit eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 70°C und vorzugsweise im Bereich von 20°C bis 50°C.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung nicht einschränkend aufzufassender Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung, wobei
Fig. 1 eine erste Perspektivansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt;
Fig. 2 die Perspektivansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung in einem teilweise aufgeschnittenen Zustand zeigt;
Fig. 3 eine zweite Perspektivansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung in einem teilweise aufgeschnittenen Zustand zeigt;
Fig. 4 eine dritte Perspektivansicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung in einem teilweise aufgeschnittenen Zustand zeigt; Fig. 5 eine Perspektivansicht einer in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten ersten Baugruppe der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt;
Fig. 6 eine Perspektivansicht einer in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten zweiten Baugruppe der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt;
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt;
Fig. 8 eine Seitenansicht der teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer der zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt;
Fig. 9 eine Perspektivansicht einer teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt; und
Fig. 10 eine Seitenansicht der teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer der dritten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt.
In Fig. 1 is eine erste Perspektivansicht einer ersten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Man erkennt ein schrankartiges bzw. kastenartiges Gehäuse GV der Vorrichtung. Das Gehäuse GV hat einen im wesentlichen rechteckförmigen Grundriss. An seiner Unterseite hat es vier Räder R, die jeweils im Bereich einer Ecke der Grundfläche des Gehäuses GV angeordnet sind. An einer Seitenwand (Frontwand) hat das Gehäuse GV ein Bedienungsfeld BF, an welchem Prozessparameter eingestellt bzw. gemessene Prozessparameter abgelesen werden können. An derselben Seitenwand (Frontwand) hat das Gehäuse GV ausserdem zwei Zugangstüren ZT, die den Zugang zu den eigentlichen Prozesskammern PK1, PK2, PK3 (siehe Fig. 2) und weiteren (in Fig. 2 nicht gezeigten) Prozesskammern ermöglichen, in denen Werkstücke (nicht gezeigt) gereinigt werden können.
In Fig. 2 ist die Perspektivansicht der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 in einem teilweise aufgeschnittenen Zustand gezeigt (ein Teil der Frontwand des Gehäuses GV entfernt). Man erkennt drei Prozesskammern PK1 , PK2, PK3, die an einer Positionierungseinheit PE zwischen einem Positionierungseinheit-Oberteil PEO und einem Positionierungseinheit-Unterteil PEU befestigt sind. Drei weitere Prozesskammern in der Positionierungseinheit PE sind verdeckt und daher nicht gezeigt. Die Positionierungseinheit PE ist um eine vertikale Rotationsachse drehbar, so dass jede der insgesamt sechs Prozesskammern in eine Bearbeitungsposition gebracht werden kann. In dem in Fig. 2 gezeigten Zustand befindet sich die Prozesskammer PK2 in ihrer Bearbeitungsposition.
Oberhalb der Positionierungseinheit PE mit den sechs Prozesskammern PK1 , PK2, PK3 (und drei weiteren) ist eine Aufnahmeeinheit AE angeordnet, in welcher ein zu reinigendes Werkstück (nicht gezeigt) positioniert werden kann. Die Aufnahmeeinheit AE hat die Form eines Käfigs, in welchen z.B. ein Korb (nicht gezeigt) eingesetzt werden kann, der ein oder mehrere zu reinigende Werkstücke enthält. Die Aufnahmeeinheit AE ist am unteren Ende einer Translationseinheit TE und Rotationseinheit RE angebracht.
Mittels der Translationseinheit TE kann die Aufnahmeeinheit AE in die darunter angeordnete Prozesskammer PK2, die sich in ihrer Berabeitungsposition befindet, entlang einer Translationsachse abgesenkt werden, nachdem oder bevor die Prozesskammer PK2 mit Reinigungsflüssigkeit befüllt wird.
Mittels der Rotationseinheit RE kann die in die Prozesskammer PK2 abgesenkte Aufnahmeeinheit AE um eine vertikale Rotationsachse, die mit der Translationsachse zusammenfällt, gedreht werden. Diese Rotation kann zum Schleudern/Zentrifugieren der Aufnahmeeinheit AE in der Prozesskammer PK2 verwendet werden, um eine Vortrocknung von in der Aufnahmeeinheit AE positionierten Werkstücken zu erzielen. Man erkennt in Fig. 2 ausserdem eine Baugruppe 2, welche ein erstes Ventil V1 und ein zweites Ventil V2 enthält. Die Baugruppe 2 ist in Fig. 5 ausführlicher gezeigt. Das erste Ventil V1 ist über eine gestrichelt gezeigte erste Schlauchleitung SL1 an eine Vakuumquelle in Form eines Vakuumtanks VT (siehe Fig. 3) angeschlossen. Das zweite Ventil V2 ist über eine gestrichelt gezeigte zweite Schlauchleitung SL2 an die Atmosphäre angeschlossen.
An den beiden Prozesskammern PK1 und PK2 ist jeweils eine Heizeinheit HK zum Beheizen der jeweiligen Prozesskammer angebracht. Vorzugsweise ist die Heizeinheit HK eine resistive Heizfolie, welche in der Wand der jeweiligen Prozesskammer eingebettet ist.
Im Boden der beiden Prozesskammern PK1 und PK2 ist jeweils eine Ultraschallquelle US1 bzw. US2 angebracht.
In Fig. 3 ist eine zweite Perspektivansicht der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 in einem teilweise aufgeschnittenen Zustand gezeigt (ein Teil der Frontwand und der linken Seitenwand des Gehäuses GV entfernt). Man erkennt, wie in Fig. 2, die über der Prozesskammer PK2 angeordnete Aufnahmeeinheit AE. Ausserdem erkennt man die gestrichelt gezeigten Schlauchleitungen SL1 und SL2.
Man erkennt auch die Prozesskammer PK2, an welcher die Heizeinheit HK zum Beheizen der Prozesskammer angebracht ist.
Ausserdem erkennt man, dass im Boden der Prozesskammer PK2 eine Ultraschallquelle US2 angebracht ist.
In Fig. 4 ist eine dritte Perspektivansicht der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 in einem teilweise aufgeschnittenen Zustand gezeigt (gesamte Frontwand und gesamte rechte Seitenwand des Gehäuses GV entfernt). Man erkennt die Prozesskammern PK2, PK3 und PK4. Die Prozesskammer PK2 befindet sich unterhalb der Aufnahmeeinheit AE in ihrer Bearbeitungsposition. Ausserdem erkennt man die an der Baugruppe 2 angeordnete Verschlusseinheit VE, mit welcher sich die obere Öffnung der sich in ihrer Bearbeitungsposition befindenden Prozesskammer PK2 hermetisch verschliessen lässt.
Im unteren Teil der Vorrichtung 1 erkennt man eine Vakuumpumpe VP, welche zum Evakuieren des Vakuumtanks VT dient. Die Vakuumpumpe VP ist über ihr Anschlussrohr A2", eine gestrichelt gezeigte dritte Schlauchleitung SL3, ein Vakuumrohr VR und eine gestrichelt gezeigte vierte Schlauchleitung SL4 an den Vakuumtank VT angeschlossen. Die Vakuumpumpe VP kann permanent betrieben werden, um im Vakuumtank VT ein permanentes Vakuum bereitzustellen. Wenn das erste Ventil V1 geöffnet ist, saugt das Vakuum des Vakuumtanks VT Luft aus der Prozesskammer PK2 an, wodurch in der Prozesskammer PK2 ebenfalls ein Vakuum entsteht. Da das Volumen des Vakuumtanks VT viel grösser ist als das flüssigkeitsfreie Volumen der Prozesskammer PK2 über dem Füllpegel der Reinigungsflüssigkeit, kann durch Öffnen des ersten Ventils V1 in der Prozesskammer PK2 und in der darin enthaltenen Reinigungsflüssigkeit ein schlagartiger Druckabfall erzeugt werden. Durch abwechselndes Öffnen und Schliessen des ersten Ventils V1 sowie abwechselndes Öffnen und Schliessen des zweiten Ventils V2, d.h. die wiederholte Abfolge der Schritte f1), g 1 ), f2), g2), bei permanentem Betrieb der Vakuumpumpe VP können zahlreiche aufeinanderfolgende Druckabfälle bzw. Druckstösse in der Prozesskammer PK2 erzielt werden.
Ausserdem erkennt man im unteren Teil der Vorrichtung 1 einen Trocknungsventilator TV mit einem stromauf vorgeschalteten Luftfilter LF für die Trocknungsluft und einer stromab nachgeschalteten Heizeinheit HE für die Trocknungsluft. Die sich in ihrer Bearbeitungsposition befindende Prozesskammer PK2 ist der Heizeinheit HE im Strang der Trocknungsluft nachgeschaltet. Wenn das zweite Ventil geöffnet ist, drückt der Trocknungsventilator TV Trocknungsluft durch die Prozesskammer PK2 und über die zweite Schlauchleitung SL2 in die Atmosphäre.
An den beiden Prozesskammern PK2 und PK4 ist jeweils die Heizeinheit HK zum Beheizen der jeweiligen Prozesskammer angebracht.
Im Boden der beiden Prozesskammern PK2 und PK4 ist jeweils eine Ultraschallquelle US2 bzw. US4 angebracht.
In Fig. 5 ist eine Perspektivansicht einer in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten ersten Baugruppe 2 der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Die Baugruppe 2 enthält das erste Ventil V1 und das zweite Ventil V2. Am ersten Ventil V1 befindet sich ein Anschlussrohr AT, an welches die erste Schlauchleitung SL1 angeschlossen ist (siehe Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4). Am zweiten Ventil V2 befindet sich ein Anschlussrohr A2', an welches die zweite Schlauchleitung SL2 angeschlossen ist (siehe Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4). Die Baugruppe 2 enthält auch eine Verschlusseinheit VE, mit welcher die obere Öffnung der Prozesskammer PK2 hermetisch abgedichtet werden kann. In dem dann gebildeten Kanal zwischen dem ersten Ventil V1 und der Prozesskammer PK2 ist ein Schaumsensor SS angeordnet. Falls das Öffnen des ersten Ventils V1 ein (zu) starkes Schäumen der Reinigungsflüssigkeit in der Prozesskammer PK2 verursacht, weil z.B. deren Temperatur zu hoch ist und/oder weil z.B. der Flüssigkeitspegel in der Prozesskammer PK2 zu hoch ist, könnte Reinigungsflüssigkeit in den Vakuumtank VT gesaugt werden. Dies muss verhindert werden, damit durch Dämpfe (z.B. Wasserdampf) aus der Reinigungsflüssigkeit das durch die Vakuumpumpe VP gezogene Vakuum im Vakuumtank VT nicht zerstört wird. Wenn der Schaumsensor SS in dem Kanal Schaum detektiert, kann dieses Signal über eine Steuerungseinheit zum sofortigen Schliessen des ersten Ventils V1 verwendet werden.
Zusätzlich oder alternativ zum Schaumsensor SS kann das erste Ventil V1 derart angesteuet werden, dass es möglichst schnell ("schlagartig") öffnet und nach einer kurzen Zeit im geöffneten Zustand möglichst schnell ("schlagartig") schliesst. Auch dadurch kann verhindert werden, dass Reinigungsflüssigkeit als Schaum in den Vakuumtank VT gesaugt wird.
Die Baugruppe 2 enthält auch einen Drucksensor DS zum Erfassen des Drucks in der jeweiligen Prozesskammer, welche sich in ihrer Berabeitungsposition unter der Baugruppe 2 befindet (Prozesskammer PK2 in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4). Der Drucksensor DS befindet sich an der Unterseite der Verschlusseinheit VE und ist in Fig. 5 daher nicht sichtbar.
Die Baugruppe 2 enthält auch eine Ultraschallquelle US zum Einleiten von Ultraschall in die jeweilige Prozesskammer, welche sich in ihrer Berabeitungsposition unter der Baugruppe 2 befindet (Prozesskammer PK2 in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4). Die Ultraschallquelle US befindet sich an der Unterseite der Verschlusseinheit VE und ist in Fig. 5 daher nicht sichtbar.
Die Ultraschallquelle US stellt somit neben den für eine Prozesskammer PK1 , PK2, PK3, etc. jeweils spezifischen Ultraschallquellen US1 , US2, US3, etc. eine zusätzliche Ultraschallquelle dar. In Fig. 6 ist eine Perspektivansicht einer in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten zweiten Baugruppe der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Diese zweite Baugruppe bildet den Vakuumtank VT. Er ist über sein Anschlussrohr A1 , die erste Schlauchleitung SL1 (siehe Fig. 2. Fig. 3, Fig. 4) und das Anschlussrohr AT des ersten Ventils 1 (siehe Fig. 5) mit der Prozesskammer PK2 verbunden. Ausserdem ist der Vakuumtank VT über sein Anschlussrohr A2, über die vierte Schlauchleitung SL4, das Vakuumrohr VR, die dritte Schlauchleitung SL3 (siehe Fig. 4) und das Anschlussrohr A2" mit der Vakuumpumpe VP verbunden.
Man erkennt auch, dass das quaderförmige Gehäuse GT des Vakuumtanks VT mittels einer gelochten Versteifungsplatte VPT sowie mittels zahlreicher Versteifungsstützen VST stabilisiert ist. Die Versteifungsplatte VPT erstreckt sich parallel zwischen zwei gegenüberliegenden Grossflächen des Gehäuses GT. Die Versteifungsplatte VPT reicht jeweils von einer ersten Kleinfläche zu einer zweiten Kleinfläche zweier gegenüberliegenden Kleinflächen-Paare (Stirnflächen-Paare) des Gehäuses GT. Durch die Löcher der gelochten Versteifungsplatte VPT erstrecken sich die Versteifungsstützen VST parallel zu den Kleinflächen (Stirnflächen) und orthogonal zu den beiden Grossflächen.
In Fig. 7 ist eine Perspektivansicht einer teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer PK einer zweiten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Die Prozesskammer PK ist mit einer Reinigungsflüssigkeit RF, z.B. Wasser mit Tensid, partiell gefüllt. In die Reinigungsflüssigkeit RF ist die Aufnahmeeinheit AE eingetaucht. In die käfigartige Aufnahmeeinheit AE kann z.B. ein Korb (nicht gezeigt) eingesetzt werden, der ein oder mehrere zu reinigende Werkstücke enthält (nicht gezeigt). Die Aufnahmeeinheit AE ist am unteren Ende einer kombinierten Translationseinheit/Rotationseinheit TE/RE angebracht, mittels welcher die Aufnahmeeinheit AE samt der in ihr enthaltenen Werkstücke entlang einer vertikalen Achse linear auf und ab bewegt werden kann sowie um diese vertikale Achse herum rotativ hin und her bewegt werden kann.
Auf der oberen Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit RF schwimmt ein Abschirmungsmittel SM, welches hier in Form einer Platte oder Matte P/M vorliegt, deren Dichte geringer als die Dichte der Reinigungsflüssigkeit RF ist. Die Platte oder Matte P/M ist so bemessen, dass sie einen Grossteil der oberen Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit RF abdeckt. Die Prozesskammer PK kann eine beliebige Form haben. Zwischen den Rändern der Platte oder Matte P/M und den inneren Begrenzungsflächen bzw. inneren Oberflächen der Prozesskammer PK gibt es einen Spalt AS und IS, wodurch verhindert wird, dass sich die Platte oder Matte P/M im Innern der Prozesskammer PK festklemmt. Dadurch wird ein leichtes Herausnehmen der Platte oder Matte P/M aus der Prozesskammer PK oder ein Verschwenken der Platte oder Matte P/M innerhalb der Prozesskammer PK vor deren Befüllen mit Reinigungsflüssigkeit RF gewährleistet.
Vorzugsweise, wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Prozesskammer PK zylinderförmig. Die Platte oder Matte P/M, welche die Translationseinheit/Rotationseinheit TE/RE umgibt hat daher die Form eines Kreisrings. Es gibt daher einen Innenspalt IS zwischen dem inneren Rand der Platte oder Matte P/M und der Translationseinheit/Rotationseinheit TE/RE sowie einen Aussenspalt AS zwischen dem äusseren Rand der Platte oder Matte P/M und der inneren Mantelfläche der zylinderförmigen Prozesskammer PK. Der Innenspalt IS und der Aussenspalt AS haben jeweils eine Spaltbreite im Bereich von 1 mm bis 7 mm, wodurch sowohl eine ausreichende Abschirmwirkung als auch eine gute Beweglichkeit der Platte oder Matte P/M gewährleistet wird.
In Fig. 8 ist eine Seitenansicht der teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer PK der zweiten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Man erkennt die Reinigungsflüssigkeit RF im unteren Bereich der Prozesskammer PK, die darin eingetauchte Aufnahmeeinheit AE sowie das Abschirmungsmittel SM in Form der Platte oder Matte P/M. Ausserdem erkennt man den Innenspalt IS zwischen der Platte oder Matte P/M und der Translationseinheit/Rotationseinheit TE/RE sowie den Aussenspalt AS zwischen der Platte oder Matte P/M und der inneren Mantelfläche der zylinderförmigen Prozesskammer PK.
In Fig. 9 ist eine Perspektivansicht einer teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer PK einer dritten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Die dritte Ausführung unterscheidet sich von der zweiten Ausführung lediglich dadurch, dass als Abschirmungsmittel SM anstelle einer schwimmenden Platte oder Matte P/M eine Vielzahl von Schüttgut-Körpern SK als Schüttgut-Lage oder als Schüttgut-Packung vorgesehen sind, wobei die Dichte der Schüttgut-Körper SK kleiner als die Dichte der Reinigungsflüssigkeit RF ist, so dass die Schüttgut-Körper SK auf der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit RF schwimmen. Je nach Anzahl und Grösse der Schüttgut- Körper SK können sich mehrere Lagen von Schüttgut-Körpern SK an der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit RF auftürmen. Die Schüttgut-Körper SK sind hier abgerundete Körper in Form von Kugeln, Pellets, etc.
Die Schüttgut-Körper SK können als lose Schüttung oder Packung vorliegen. Alternativ können sie als Sinterplatte oder als Sinterblock aus miteinander verklebten oder aneinder geschmolzenen Schüttgut-Körpern SK vorliegen.
Vorzugsweise, wie in Fig. 9 gezeigt, ist die Prozesskammer PK zylinderförmig. Die lose Schüttung oder der Sinterblock aus Schüttgut-Körpern SK umgibt die Translationseinheit/Rotationseinheit TE/RE und hat daher in etwa die Form eines Kreisrings.
In Fig. 10 ist eine Seitenansicht der teilweise aufgeschnittenen Prozesskammer PK der dritten Ausführung der Vorrichtung 1 gezeigt. Man erkennt die Reinigungsflüssigkeit RF im unteren Bereich der Prozesskammer PK, die darin eingetauchte Aufnahmeeinheit AE sowie das Abschirmungsmittel SM in Form mehrerer Lagen von Schüttgut-Körpern SK, welche sich zwischen der Translationseinheit/Rotationseinheit TE/RE und der inneren Mantelfläche der zylinderförmigen Prozesskammer PK auftürmen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zum Reinigen
2 Ventil-Baugruppe
GV Gehäuse der Vorrichtung
BF Bedienungsfeld
ZT Zugangstür
R Rad
PK Prozesskammer
PK1 erste Prozesskammer
PK2 zweite Prozesskammer
PK3 dritte Prozesskammer
PK4 vierte Prozesskammer
RF Reinigungsflüssigkeit
VE Verschlusseinheit
VP Vakuumpumpe
VT Vakuumtank
GT Gehäuse des Tanks
VPT Versteifungsplatte des Tanks
VST Versteifungsstütze des Tanks
A1 Anschlussrohr (des Vakuumtanks) für Prozesskammer-Anschluss
A2 Anschlussrohr (des Vakuumtanks) für Vakuumpumpen-Anschluss
A1 ' Anschlussrohr (der Ventil-Baugruppe) für Vakuumtank-Anschluss
A2' Anschlussrohr (der Ventil-Baugruppe) für Abluft-Anschluss zur Atmosphäre
A2" Anschlussrohr (der Vakuumpumpe) für Prozesskammer-Anschluss
V1 erstes Ventil (zwischen Vakuumtank und Prozesskammer)
V2 zweites Ventil (zwischen Vakuumtank und Atmosphäre)
VTV Vakuumtank-Volumen
PKV Prozesskammer-Volumen
AE Aufnahmeeinheit für zu reinigendes Werkstück
DS Drucksensor für Prozesskammer-Druck
US Ultraschallquelle
US1 erste Ultraschallquelle (an erster Prozesskammer)
US2 zweite Ultraschallquelle (an zweiter Prozesskammer)
US3 dritte Ultraschallquelle (an dritter Prozesskammer)
US4 vierte Ultraschallquelle (an vierter Prozesskammer)
PE Positionierungseinheit
PEO Positionierungseinheit-Oberteil
PEU Positionierungseinheit-Unterteil
LF Luftfilter (für T rocknungsluft)
HE Heizeinheit (für Trocknungsluft)
HK Heizeinheit (für Prozesskammer)
TV Trocknungsventilator
TE T ranslationseinheit (für Aufnahmeeinheit)
RE Rotationseinheit (für Aufnahmeeinheit)
SM Abschirmungsmittel
P/M Platte oder Matte
SK Schüttgut-Körper
IS Innenspalt AS Aussenspalt
SS Schaumsensor
SL1 erste Schlauchleitung
SL2 zweite Schlauchleitung
SL3 dritte Schlauchleitung
SL4 vierte Schlauchleitung
VR Vakuumrohr

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Reinigen von kontaminierten Werkstücken, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3), in welche ein zu reinigendes Werkstücks eingebracht werden kann und welche mit einer insbesondere entionisiertes Wasser und ein Tensid enthaltenden Reinigungsflüssigkeit (RF) zumindest partiell befüllbar oder befüllt ist; eine Verschlusseinheit (VE) zum Öffnen und Schliessen der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3); und eine Vakuumpumpe (VP), welche zum Evakuieren der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) mit der Prozesskammer in Fluidverbindung gebracht werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass in der Fluidverbindung zwischen der Vakuumpumpe (VP) und der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) ein Vakuumtank (VT) angeordnet ist und in der Fluidverbindung zwischen dem Vakuumtank (VT) und der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) ein erstes Ventil (V1) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumtank- Volumen (VTV) des Vakuumtanks (VT) ein Vielfaches des Prozesskammer- Volumens (PKV) der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis VTV/PKV von Vakuumtank-Volumen (VTV) des Vakuumtanks (VT) zu Prozesskammer-Volumen (PKV) der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) innerhalb eines Bereichs von 5 bis 200 liegt (5 < VTV/PKV < 200) und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 10 bis 200 liegt (10 < VTV/PKV < 200).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis VTV/FPKV von Vakuumtank-Volumen (VTV) des Vakuumtanks (VT) zu freiem Prozesskammer-Volumen (FPKV) der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3)
28 oberhalb der Reinigungsflüssigkeit (RF) innerhalb eines Bereichs von 10 bis 400 liegt (10 < VTV/FPKV < 400) und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 10 bis 300 liegt (10 < VTV/FPKV < 300) und am bevorzugtesten im Bereich von 10 bis 200 liegt (10 < VTV/FPKV < 200).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) eine Ultraschallquelle (US, US1 , US2, US3) zuordenbar ist, oder dass einer Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) in einer Bearbeitungsposition eine Ultraschallquelle (US, US1 , US2, US3) zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer jeweiligen Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) eine jeweilige Ultraschallquelle (US1 , US2, US3) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise jede Ultraschallquelle eine andere Ultraschall- Frequenz oder eine andere Gruppe bzw. Kombination von Ultraschall-Frequenzen erzeugt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3), in welche das zu reinigende Werkstück eingebracht werden kann, ein Mittel zum Bewegen des eingebrachten Werkstücks relativ zur Prozesskammer und relativ zur Reinigungsflüssigkeit (RF) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Trocknungsventilator (TV) aufweist, welcher zum Trocknen der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) und eines darin enthaltenen gereinigten Werkstücks mit der Prozesskammer in Fluidverbindung gebracht werden kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, daduch gekennzeichnet, dass in der den Trocknungsventilaror (TV) und die Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) enthaltenden Fluidverbindung ein zweites Ventil (V2) angeordnet ist, wobei vorzugsweise ein Luftfilter (LV) stromauf von dem Trocknungsventilator (TV) angeordnet ist und vorzugsweise eine Heizeinheit (HE) für die Trocknungsluft stromab von dem Trocknungsventilator (TV) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Prozesskammern (PK1 , PK2, PK3), insbesondere mindestens drei Prozesskammern, aufweist.
11. Vorichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Positionierungseinheit (PE) aufweist, an welcher die mehreren Prozesskammern (PK1 , PK2, PK3) nebeneinander fixiert sind, wobei die Positionierungseinheit eine der Prozesskammern in einer Bearbeitungsposition innerhalb der Vorrichtung positionieren kann. (-> Rotation, Translation)
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Aufnahmeeinheit (AE) für ein zu reinigendes Werkstück aufweist, wobei die Aufnahmeeinheit (AE) relativ zu einer Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) bewegbar ist. (-> Käfig und/oder Korb)
13. Vorichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Translationseinheit (TE) aufweist, mittels welcher die Aufnahmeeinheit (AE) in eine Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) hineinbewegt und aus dieser herausbewegt werden kann.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) a) im Bereich einer oberen Grenzfläche, welche sich zwischen der Reinigungsflüssigkeit (RF) und einem freien Prozesskammer-Volumen (FPKV) oberhalb der Reinigungsflüssigkeit (RF) befindet, oder b) innerhalb des freien Prozesskammer-Volumens (FPKV) oberhalb der Reinigungsflüssigkeit (RF) ein Abschirmungsmittel (SM) anordenbar bzw. angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsmittel (SM) auf der Reinigungsflüssigkeit (RF) schwimmend gelagert ist oder innerhalb des freien Prozesskammer-Volumens (FPKV) oberhalb der Reinigungsflüssigkeit (RF) gelagert ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsmittel (SM) im Innern der Reinigungsflüssigkeit (RF) unterhalb der oberen Grenzfläche gelagert ist.
17. Vorichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die nach oben weisende Oberfläche des Abschirmungsmittels (SM) oder die obersten Bereiche des Abschirmungsmittels (SM) eine Eindringtiefe von 0 mm bis 30 mm unterhalb der oberen Grenzfläche der Reinigungsflüssigkeit (RF) haben.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsmittel (SM) eine Öffnung aufweist, oberhalb welcher ein Schirm angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsmittel (SM) eine luftdurchlässige poröse Schicht aufweist, welche vorzugsweise 70% bis 100% und besonders bevorzugt 85% bis 98% der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit überdeckt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die luftdurchlässige poröse Schicht eine Vielzahl aneinander angeordneter Fasern, insbesondere in Form eines textilen Gebildes, wie z.B. ein Gewebe, ein Vlies, ein Filz oder dgl. , aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsmittel (SM) eine Vielzahl von Schüttgut-Körpern (SK) als Schüttgut- Lage oder Schüttgut-Packung aufweist, wobei die Dichte der Schüttgut-Körper kleiner als die Dichte der Reinigungsflüssigkeit (RF) ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttgut- Körper (SK) als Sinterplatte oder als Sinterblock aus miteinander verklebten oder aneinder geschmolzenen Schüttgut-Körpern vorliegen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsmittel (SM) eine luftundurchlässige Schicht aufweist, welche vorzugsweise 70% bis 98% und besonders bevorzugt 85% bis 98% der Oberfläche der Reinigungsflüssigkeit überdeckt, und wobei die Dichte der Schicht kleiner als die Dichte der Reinigungsflüssigkeit (RF) ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Rotationseinheit (RE) aufweist, mittels welcher die Aufnahmeeinheit (AE) und/oder das Abschirmungsmittel (SM) innerhalb einer Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) um eine Achse gedreht werden kann, wobei insbesondere die Rotationsachse der Rotationseinheit (RE) mit der Translationsachse der Translationseinheit (TE) zusammenfällt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumtank (VT) aus mehreren Vakuumtank-Bauteilen zusammengebaut ist und reversibel auseinandergebaut werden kann, wobei der zusammengebaute Vakuumtank (VT) zumindest in Berührungsbereichen der Vakuumtank- Wandabschnitte benachbarter Vakuumtank-Bauteile Dichtungsmittel aufweist, welche zwischen benachbarten Vakuumtank-Bauteilen eingeklemmt sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerungseinheit aufweist, mittels welcher mindestens eines der folgenden Elemente ansteuerbar ist:
- erstes Ventil (V1)
- zweites Ventil (V2)
- Verschlusseinheit (VE)
- Vakuumpumpe (VP)
- Ultraschallquelle (US, US1 , US2, US3) - Trocknungsventilator (TV)
- Positionierungseinheit (PE)
- Translationseinheit (TE)
- Rotationseinheit (RE)
- Heizeinheit (HE) für Trocknungsluft
- Heizeinheit (HK) für Prozesskammer
32
27. Verfahren zum Reinigen von kontaminierten Werkstücken, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Einbringen eines kontaminierten Werkstücks in eine Aufnahmeeinheit (AE); b) Einführen der Aufnahmeeinheit (AE) mit dem kontaminierten Werkstück in eine Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3); c) Befüllen der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) mit einer Reinigungsflüssigkeit (RF) bis zu einem Füllpegel, welcher einer partiellen Befüllung der Prozesskammer mit Reinigungsflüssigkeit (RF) entspricht; d) hermetisches Schliessen der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) mittels einer Verschlusseinheit (VE), welche insbesondere an der Aufnahmeeinheit (AE) angebracht ist; e) Evakuieren eines Vakuumtanks (VT) mittels einer Vakuumpumpe (VP); f1) Herstellen einer ersten Fluidverbindung zwischen einem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit (RF) befüllten Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) und dem Vakuumtank (VT) durch Öffnen eines ersten Ventils (V1); g1) Blockieren der ersten Fluidverbindung durch Schliessen des ersten Ventils (V1); f2) Herstellen einer zweiten Fluidverbindung zwischen einem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit (RF) befüllten Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) und der Atmosphäre durch Öffnen eines zweiten Ventils (V2); g2) Blockieren der zweiten Fluidverbindung durch Schliessen des zweiten Ventils (V2); h) Entfernen von Reinigungsflüssigkeit (RF) aus der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) und von dem gereinigten Werkstück; i) Öffnen der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) mittels der Verschlusseinheit (VE); j) Herausführen der Aufnahmeeinheit (AE) mit dem gereinigten Werkstück aus der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3); k) Entnehmen des gereinigten Werkstücks aus der Aufnahmeeinheit (AE).
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen des ersten Ventils (V1) in Schritt f1) das Schliessen des ersten Ventils (V1) in Schritt g1) erfolgt, bevor mehr als 1/10, vorzugsweise mehr als 1/100, des Volumens der Reinigungsflüssigkeit das erste Ventil (V1) passiert hat.
33 (-> durch Schaumsensor und/oder durch ausreichend kurzes Offenhalten des Ventils zwischen Schritt f1) und g1))
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass während mindestens einem der Schritte c) bis h) von einer Ultraschallquelle (US, US1 , US2, US3) Ultraschall in die Reinigungsflüssigkeit eingeleitet wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt f1) von einer Ultraschallquelle (US, US1 , US2, US3) Ultraschall in die Reinigungsflüssigkeit eingeleitet wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass während mindestens einem der Schritte c) bis h) das eingebrachte Werkstück relativ zur Prozesskammer und relativ zur Reinigungsflüssigkeit (RF) bewegt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen von Reinigungsflüssigkeit aus der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) und von dem gereinigten Werkstück in Schritt h) ein Rotieren der Aufnahmeeinheit (AE) mit dem gereinigten Werkstück aufweist, wobei die Aufnahmeeinheit mittels einer Rotationseinheit (RE) um eine Rotationsachse rotiert wird. (-> Schleudern)
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen von Reinigungsflüssigkeit aus der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) und von dem gereinigten Werkstück in Schritt h) ein Trocknen des gereinigten Werkstücks in der Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) mittels eines Trocknungsventilators (TV) aufweist, wobei zwischen dem Trocknungsventilator und der jeweiligen Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) vorzugsweise eine Heizeinheit (HE) für die Trockungsluft angeordnet ist.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Schritte e), f1), g1), f2), g2) in einer der Prozesskammern (PK1 , PK2, PK3) mehrmals durchlaufen wird.
34
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt e) des Evakuierens permanent andauert, während die Abfolge der Schritte f1), g1), f2), g2) in einer der Prozesskammern (PK1 , PK2, PK3) mehrmals durchlaufen wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Schritte b) bis j) mehrmals und jeweils in verschiedenen Prozesskammern (PK1 , PK2, PK3) durchlaufen wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Trocknen und Aufheizen des gereinigten Werkstücks in einer Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) die Schritte e) und f1) nochmals durchgeführt werden.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Schritte f1), g1), f2) und g2) mehrmals durchlaufen wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen der ersten Fluidverbindung durch Öffnen des ersten Ventils (V1) in Schritt f1) an dem Ort oberhalb des Füllpegels der mit Reinigungsflüssigkeit befüllten Prozesskammer (PK1 , PK2, PK3) während einer Zeitdauer At ein Druckabfall Ap von einem Anfangsdruck p1 zu einem Enddruck p2 erfolgt, wobei der Anfangsdruck p1 zwischen 0.9 bar und 1.1 bar liegt (0.9 bar < p1 < 1.1 bar), der Enddruck p2 zwischen 0.01 bar und 0.3 bar liegt (0.01 bar < p2 < 0.3 bar), und die Zeitdauer At im Bereich von 50 ms bis 200 ms liegt (50 ms < At < 200 ms).
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit (RF) eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 70°C und vorzugsweise im Bereich von 20°C bis 50°C hat.
35
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