Stand der Technik [0002] Die Präzisionsreinigungsverfahren verwenden heutzutage organische Lö- sungsmittel, insbesondere chlorierte organische Lösungsmittel wie Trichlorethylen und Perchlorethylen, Chlorfluorcarbide oder auch Detergentien bzw. Tenside in Wasserphase.

[0003] Die Verwendung von chlorierten organischen Lösungsmitteln und Freonen wurde in letzter Zeit streng beanstandet, wenn nicht sogar verboten, da sie als ge- sundheitsschädlich und die stratosphärische Ozonschicht zerstören eingestuft wurden. Die Wasserphasen stellen ernsthafte Probleme bezüglich der Endqualität dar, da sie sich schwer vollständig eliminieren lassen, insbesondere aus kapillaren Leitungen und Löchern, infolge des geringen Dampfdrucks des Wassers und seiner relativ hohen Viskosität im flüssigen Zustand. Zudem erzeugen sie schmutzige Ge- wässer, die komplexe und kostspielige Reinigungsverfahren erforderlich machen.

Schliesslich erlauben all diese Verfahren schwerlich eine Rückgewinnung von ver- unreinigenden Substanzen, die wieder benutzt werden könnten, insbesondere wie die bei der mechanischen Bearbeitung verwendeten Schneidöle.

[0004] Aus diesen Gründen wurden seit langem mit inerten, ungiftigen Fluiden, ins- besondere mit Kohlendioxid sowohl in flüssigem als auch in superkritischem Zu- stand, arbeitende Präzisionsreinigungsverfahren vorgeschlagen.

[0005] Dieses Lösungsmittel, wie auch Stickstoff-Protoxid, Ethan usw. können eine gute Lösungswirkung in flüssiger Phase haben, aber sie erhöhen ihre Lösungswir- kung in Dampfphase, vor allem bei schwer erreichbaren Flächen, dank der grösse- ren Diffusionsfähigkeit und kleineren Viskosität, die sie im Gaszustand erreichen. Im superkritischen Zustand (Temperatur höherer als die kritische und Druck ebenfalls höher als der kritische) erreichen sie eine hohe Dichte mit nahe den für Flüssigkei- ten wie das Wasser typischen Werten. Die Verbindung beider Eigenschaften (nied- rige Viskosität und hohe Dichte) macht aus ihnen ideale Lösungsmittel für Präzisi- onsreinigungsverfahren, die einen hohen Reinigungsgrad in jedem Punkt der Ober- fläche und in den schwer erreichbaren Partien garantieren müssen.

[0006] Diese Lösungsmittel erweisen sich als besonders wirksam für unpolare oder wenig polare verunreinigende Substanzen ; polare organische Substanzen wie Zu- sätze zu Schneidölen, Salzen, Schleifmitteln und Metallen sind nicht merklich lösbar

in den Lösungsmitteln, die zur Reinigung in der superkritischen Phase geeignet sind. Solche in der festen Phase an den zu reinigenden Flächen durch Adhäsion oder Adsorption zurückgebliebenen Resten müssen mit physischen Mitteln aus den- selben entfernt werden : Zu diesem Zweck wird die Wirksamkeit der Kavitation er- kannt, die über die Flächen zustande kommt, die in einer Flüssigkeit eingetaucht sind, durch die sich Ultraschallwellen fortpflanzen.

[0007] In den Vereinigten Staaten von Amerika wurden Pionierarbeiten über Präzi- sionsreinigungsverfahren durch Verwendung von flüssigem und superkritischem Kohlendioxid vom National Laboratory, Los Alamos, von Autoclaves Engineering und von Hughes Aircraft angebahnt und durchgeführt, in Frankreich von CEA, Se- parex. Seit 1986 sind zahlreiche Patentanmeldungen eingereicht worden.

[0008] Nach diesen Patenten wird die Fortpflanzung der Ultraschallwellen im Auto- klav durch sich im Innern der Kammer selbst befindende Generatoren bewirkt. Nach anderen Patenten erfolgt die mechanische Entfernung der festen Teilchen und der Flüssigkeiten durch am Eingang des Lösungsmittels angeordnete Ventile, um Tur- bulenzen zu erzeugen, oder durch Erzeugung von Blasen, derart, dass das Lö- sungsmittel bei einer dem Siedepunkt nahen Temperatur gehalten wird, oder noch durch eine mittels Propellern oder festen Elementen bewirkte Bewegung des flüssi- gen Lösungsmittels. In anderen Fällen werden noch bezüglich der Ladung feste oder bewegliche Bürsten verwendet.

Zeichnung [0009] Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden im folgenden an- hand der Beschreibung und mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Es zeigt : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung [0010] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Präzi- sionsreinigung von Flächen mit komplexen Formen durch Verwendung von inerten flüssigen oder superkritischen Fluiden als Lösungsmitteln, und zwar unterstützt durch Bestrahlung der zu reinigenden Flächen mit Ultraschallwellen und durch die sich daraus ergebende Kavitation bei einer programmierten Bewegung der zu reini- genden Stücke.

[0011] Bei geeigneten Bedingungen bezüglich Temperatur, Druck und Menge des Fluids werden durch die losende Wirkung des flüssigen und/oder superkritischen Fluids die in ihm lösbaren flüssigen oder festen verunreinigenden Substanzen aus den Oberflächen entfernt. Durch den Kavitationseffekt werden hingegen die festen unlösbaren Teilchen, wie klebende metallische Teilchen, sich aus den Schleifmitteln, den organischen und anorganischen Zusätzen usw. ergebender Staub, von der Oberfläche abgetrennt und danach in Suspension durch die Fluidströmung entfernt.

Für die industriellen Anwendungen der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfin- dung, sowohl im kontinuierlichen als auch im diskontinuierlichen oder halbkontinu- ierlichen Betrieb ist davon auszugehen, dass in der Reinigungskammer eine varia- ble Anzahl Stücke vorhanden ist, deren Oberflächen genau und regelmässig gerei- nigt werden sollen : Dies bedeutet, dass solche Teile derart bewegt werden, dass sie früher oder später direkt der Aktion der Ultraschallwellen ausgesetzt sind. Dies wird in einer vorzugsweise zylindrischen Kammer realisiert, die mit an der äusseren Fla- che derselben Kammer angeordneten Ultraschallgeneratoren versehen ist, die sich durch die gesamte Längsfläche im Innern der Kammer fortpflanzende Ultraschall- wellen erzeugen, so dass ein Kavitationseffekt im die Kammer durchfliessenden oder sich dort in flüssiger oder superkritischer Phase befindenden Fluid bewirkt wird.

In der Kammer wird ein Behälter in Form einer Trommel mit den Stücken gestellt, der mit Hilfe eines äusseren Elektromotors drehbar ist. Diese Trommel kann mit mit- tigen Achsen versehen sein oder nicht. Darin sind die Stücke frei, sich bezüglich der Wand der Trommel zu bewegen. Die Basen und die Mantelfläche der Trommel sind

in Form von Gittern ausgebildet, die den Durchgang der Ultraschallwellen und zu- gleich ein Ausscheiden der festen schweren Teilchen erlauben, die sich von der Fläche der Stücke ablösen.

[0012] Eine in Sinn und Geschwindigkeit geeignete, hauptsächlich während der Bestrahlung mit Ultraschall bewirkte Drehung der Trommel ermöglicht eine Ausset- zung der Stücke der Bestrahlung der Ultraschallwellen und eine sich über die Ober- fläche der Gesamtheit aller Stücke ausbreitende Kavitation. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft bei einer umfangreichen Belastung mit Stücken, wie Schrau- ben, Kugeln, Körpern mit unregelmässiger Geometrie, da sie sich während der Be- wegung gegenseitig reiben. Die Rücknahme der Stücke wird zudem dadurch er- leichtert, dass sie sich im Innern einer Trommel befinden, die zu Beginn in die Kammer eingeführt und am Ende herausgenommen wird. Auch die Entfernung der festen Teile in Suspension wird durch die eine Befreiung derselben bewirkende Be- wegung erleichtert. Die Möglichkeit, die Rotationsgeschwindigkeit der Trommel zu modulieren, erlaubt eine Dosierung der mechanischen Reibung zwischen den Stück- ken, um Schäden zu vermeiden. Bei normalen Betriebsbedingungen mit Ladungen von 40 bis 80 Kg in einer 10-Liter-Kammer können Rotationsgeschwindigkeiten von 1 bis 100 Umdrehungen pro Minute während 10 bis 20 Minuten mit 1 bis 2 Drehsin- nänderungen vorgesehen werden. Die vorgesehene Leistung liegt im allgemeinen in der Grössenordnung von 1000 W und die Frequenz zwischen 10 und 2000 kHz in Abhängigkeit von den Abmessungen der von der Oberfläche der Stücke abzurei- benden festen Teilchen.

[0013] Die technische Beschreibung der Erfindung ergibt sich an Hand der Fig. 1.

Die Einrichtung besteht aus einem Autoklav 1, in welchen die Trommel 2 eingeführt wird, in der sich die Stücke 3 befinden, die dem Präzisionsreinigungsprozess unter- worfen werden sollen. Die Trommel wird durch den Motor 4 über eine Achse 5 an- getrieben. An der äusseren zylindrischen Fläche 11 des Autoklavs 1 sind Ultra- schallwandler 6 angeordnet, die über die gesamte Innenseite der Wand eine Grossteil der Stücke 3 radial bestrahlen. Im Innern 12 des Autoklavs 1 erfolgt daher

der Präzisionsreinigungsprozess durch die Wirkung des Lösungsmittels im flüssigen und/oder superkritischen Zustand, oder abwechslungsweise im flüssigen und super- kritischen Zustand.

[0014] Das Fluid kann im Autoklav 1 nach Vorwärmung oder bei Raumtemperatur über den Eingang 7 befördert und zudem durch Verdampfung über die Ausgänge 8 und 9 gekühlt werden. Eine übermässige Abkühlung der Kammer während der De- pressionsphase kann durch Einführung eines inerten Gases mit geeignetem Druck durch den Eingang 10 vermieden werden.

[0015] Temperaturen, Abwechslung und Dauer der Reinigungszyklen in der flüssi- gen und superkritischen Phase, die Bewegungen der Trommel 2 mit den zu reini- genden Stücken 3 (Drehsinn, Drehsinnwechsel, Zeiten und Geschwindigkeit), Druck und Menge des Lösungsmittel werden durch einen Computer (nicht in Fig. 1 darge- stellt) und ein spezifisches Programm geregelt.

[0016] Sowohl die losgelösten Substanzen in der flüssigen oder hauptsächlich su- perkritischen Phase, als auch die festen Teilchen in Suspension werden von der Kammer durch eine Fluidströmung heraus befördert.

[0017] Die Rückgewinnung der Flüssigkeiten und der von der Oberfläche der Stück- ke 3 abgeriebenen festen Teile, wie auch ein Rezyklieren des Lösungsmittels erfol- gen durch Druckverminderung, Filtrierung und Adsorption und Umpumpen gemäss bekannter Technologie.

[0018] Für den Fall, dass sich die Lösungsfähigkeit des inerten Fluids als ungenü- gend erweisen sollte, kann die Möglichkeit der Verwendung eines Mitlösungsmittels vorgesehen werden.

[0019] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Behälter 2 in beiden Drehrichtungen drehbar ist, und dass die Möglichkeit

besteht, den Drehsinn und/oder die Drehgeschwindigkeit zu ändern. Dies geschieht vorzugsweise in programmierter Form.

[0020] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch mit an der inneren Wand des Behälters 2 oder an einer Achse angeordneten Schaufeln versehen sein, um eine geführte Bewegung der Stücke 3 zu ermöglichen. Die Ultraschallwandler 6 können an der äusseren Wand 11 der Kammer 1 angeordnet sein, vorzugsweise an jener mit der grösseren Ausdehnung.

[0021] Bei einer Vorrichtung gemäss der Erfindung dadurch kann sich der Eingang 7 für das Lösungsmittel im tiefsten Punkt im Innern der Kammer 1 befinden und der Ausgang 9 im höchsten Punkt. Des Weiteren kann sich im tiefsten Punkt der Kam- mer 1 ein Ausgang 8 für das Lösungsmittel befinden, wobei dieser sich vorzugswei- se in einer dem Eingang 7 gegenüberliegenden Lage befindet. Im höchsten Punkt der Kammer 1, vorzugsweise in einem dem Ausgang 9 gegenüberliegenden Be- reich, kann ein weiterer Eingang 10 vorhanden sein, der für ein Gas, vorzugsweise ein inertes Gas, wie Stickstoff, Argon oder Helium vorgesehen ist.

[0022] Das Verfahren zur Präzisionsreinigung mit Hilfe der beschriebenen Vorrich- tung zeichnet sich dadurch aus, dass die zu reinigenden Stücke 3 einem vorzugs- weise kontinuierlichen Fluss eines fluidischen Lösungsmittels und/oder einer Ultra- schallenergie aus einer stationären Quelle 6 ausgesetzt wird, wobei die Stücke 3 durch Bewegung des Behälters 2 bewegt werden.

[0023] Eine weitere Ausführungsform der Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Lösungsmittel bei einer kritischen Temperatur zwischen-70° und 700° und einem kritischen Druck zwischen 1 und 700 bar, vorzugsweise Kohlendioxid, Pro- pan, Ethan, Wasser oder Stickstoffprotoxid, gegebenenfalls durch ein Mitlösungs- mittel unterstützt, vorzugsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel wie vorzugsweise ein Alkohol, ein Ester, ein Ether oder ein Tensid verwendet wird, das rein oder im besagten Mitlösungsmittel gelöst sein kann.

[0024] Reinigungszyklen können mit dem Lösungsmittel in flüssiger Phase bzw. in superkritischer Phase alterniert werden.

[0025] Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Verfahrens wird durch die Verwendung von bezüglich Dauer, Intensität und/oder Frequenz pro- grammierten Ultraschallwellen ein Kavitationseffekt auf den Flächen der zu reini- genden Stücke 3 bewirkt.