Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kleberrückständen von Oberflächen sowie eine Strahlvorrichtung hierfür.

Klebverbindungen sind immer häufiger benutzte, stoffschlüssige Fügeverbindungen zwischen Fügepartnern, die etwa im Kraftfahrzeugbereich zum Beispiel bei Wartungsarbeiten oder im Zuge einer Karosserieinstandsetzung, aber auch bei Bedarf wieder zu trennen sind. Bestehende Verbindungen und Fügestellen müssen hierfür ökonomisch und effizient geöffnet beziehungsweise entfügt werden. Vor allem das Entfügen von strukturellen Klebverbindungen stellt eine große Herausforderung dar.

Da immer mehr nicht nur untergeordnete Bauteile, sondern auch tragende oder die Gesamtstruktur belastungsmäßig bestimmende Bauteile miteinander verklebt werden, ergeben sich flächenmäßig immer mehr und auch größere Klebeflächen, die bei Bedarf wieder voneinander getrennt werden müssen. Auch werden die Klebstoffe immer belastbarer, was naturgemäß beim Trennen zusätzliche Probleme hervorruft. Häufig werden für die Verklebung sogenannte schlagzähmodifizierte Klebstoffe verwendet, die durch elastische Partikel ertüchtigte Epoxidharze aufweisen, die sowohl hohe Festigkeiten haben als auch eine hohe Energieaufnahme ermöglichen. Ein Entfügeprozess erfordert somit bei Raumtemperatur einen erhöhten Kraftaufwand.

Eine heute übliche Vorgehensweise zum Trennen von Klebverbindungen ist die lokale Erwärmung der verklebten Bereiche mit unterschiedlichen Verfahren (Heißluftgebläse, Infrarotstrahler, etc.), um die Klebschicht zu entfestigen. Die Erwärmung geschieht dabei jedoch häufig Undefiniert und es besteht die Gefahr der thermischen Schädigung angrenzender, verbleibender Strukturen, Bauteile und Oberflächen. Die erneute Verklebung kann dadurch erschwert werden. So kann etwa bei der Erwärmung einer Klebstelle zum Beispiel an einem Kraftfahrzeug mittels Heißluft zwar die Klebung erweicht und damit einfacher gelöst werden, doch können auch angrenzende, zum Beispiel lackierte Karosseriebereiche, die am Fahrzeug verbleiben, unzulässig erhitzt werden und dadurch ihre Farbe oder auch Festigkeit verändern oder sogar etwa durch Blasenbildung irreparabel geschädigt werden.

Zur Lösung von Verklebungen von Teilen beziehungsweise zur Reinigung von kontaminierten Oberflächen an den Teilen ist der Einsatz von heißthermischen Verfahren, zum Beinspiel unter Verwendung einer Induktionsheizung oder eines Heißluftgebläse bekannt. Dabei muss in hohen Temperaturbereichen bis 400°C gearbeitet werden, so dass es zu Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der verbundenen Teile oder tieferer Schichten kommen kann.

Weiterhin sind Reinigungsverfahren und Strahlvorrichtungen bekannt, die mithilfe von Kohlendioxid und optional zusätzlich verwendeter Druckluft arbeiten. Das Kohlendioxid wird entweder in fester Form als Pellets zugeführt oder als flüssiges Kohlendioxid. Es expandiert dann in einer Expansionskammer der Strahlvorrichtung oder beim Austritt aus einer Düse der Strahlvorrichtung in der Atmosphäre, sodass sich kleine Kohlendioxidpartikel und gasförmiges Kohlendioxid bilden. Beispielsweise sind eine derartige Strahlvorrichtung und ein Reinigungsverfahren in der DE 102008 061 667 A1 beschrieben.

Aus der DE 101 28413 C1 ist bekannt, ein Lösen einer Klebverbindung von Karosseriebauteilen durch Kaltversprödung des Klebstoffs mit Hilfe eines auf den Verbindungsbereich aufgebrachten Kühlmittels und anschließendes mechanisches Trennen vorzunehmen. Das Aufbringen des Kühlmittels, hier bevorzugt flüssiger Stickstoff, auf die zu trennenden Klebstellen erfolgt dabei entweder mittels Eintauchens dieser Klebstellen in ein Kühlmittelbad oder mittels Aufsprühens des Kühlmittels auf die Klebstelle. Alternativ kann auch eine sogenannte Kältepackung aus einem verformbaren Material auf die zu trennenden Klebstellen aufgelegt werden, durch die das eigentliche Kühlmittel zirkuliert. Nachteilig an dieser Lösung ist die aufwändige Aufbringung des Kühlmittels auf die Klebstelle, die entweder umfangreiche Vorbereitungen oder viel Kühlmittel in Form eines Kühlmittelbades zum Eintauchen der Klebstellen erfordert. Diese Vorgehensweise ist insbesondere für eine nur gelegentliche Trennung von Klebstellen nicht geeignet, auch der Verbrauch bzw. der notwendige Vorrat an Kühlmittel ist beträchtlich und das Trennen der Klebstellen daher teuer. Zudem ist die Verwendung von flüssigem Stickstoff aus arbeitssicherheitsrechtlichen Gründen problematisch, auch erfolgt die Kühlung durch den flüssigen Stickstoff gegebenenfalls zu stark.

Aus der DE 41 28751 A 1 ist für die Trennung von zu recycelnden Materialien wie etwa Edelstahl und Bitumendämmungen an Haushaltsgeräten bekannt geworden, zur Kälteerzeugung in der Kleberschicht flüssiges Kohlenstoffdioxid zu verwenden, um die in einen Froster einzubringenden geklebten Fügepartner auf eine Klebstofftemperatur von bis zu -30°C abzukühlen und den Klebstoff dadurch zu verspröden. Auch hier handelt es sich um spezielle Anlagen, die sich nur für Trennvorgänge bei entsprechenden Mengen zu trennender Bauteile eignen.

Mit den bekannten Verfahren können Oberflächen mittels Kohlendioxid innerhalb einer langen, kaum mehr akzeptablen Prozesszeit nur auf Temperaturen von etwa -40°C gekühlt werden. Die übertragbare Kälteleistung ist dabei insbesondere durch den vergleichsweise geringen Energiegehalt des gasförmigen Kohlendioxids begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, mittels eines verbesserten Reinigungsverfahrens beziehungsweise einer weiterentwickelten Strahlvorrichtung Kleberückstände von einer Oberfläche zu entfernen. Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 auf. Die weiteren Unteransprüche und die nachfolgende Beschreibung zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung hat erkannt, dass eine wirksame Reinigung durch die Steigerung der Energieübertragung und das weitere Abkühlen der zu reinigenden Oberfläche erreicht werden kann, wenn dem Reinigungsstrahl eine kältebeständige Flüssigkeit beigemischt wird. Die Beimischung der kältebeständigen Flüssigkeit erfolgt vor, während oder nach der Umwandlung des flüssigen Kohlendioxids in gasförmiges Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikel. Das durch die Beimischung der kältebeständigen Flüssigkeit zu dem Kohlendioxid gebildete Kühlmittel hat einen deutlich höheren Energiegehalt und es können Temperaturen von tiefer als -40°C und bevorzugt etwa -70°C bewirkt werden. Bei derartig niedrigen Temperaturen verbessert sich die Reinigungswirkung. Zum Beispiel verspröden bei diesen Temperaturen in der Automobilindustrie im Bereich des Karosseriebaus verwendete Klebstoffe. Im versprödeten Zustand können Klebstoffreste zuverlässig und schnell entfernt werden können. Insbesondere verspröden bei diesen Temperaturen Klebstoffe. Im versprödeten Zustand können die Verklebungen demontiert und bevorzugt mechanisch getrennt werden. Anschließend können die Kontaminationen zuverlässig und schnell von den Oberflächen entfernt werden.

Als kältebeständige Flüssigkeit wird dem Kohlendioxidgemisch beispielsweise Ethanol oder Isopropanol beigemischt oder ein Gemisch mit Ethanol beziehungsweise Isopropanol als Hauptkomponente verwendet.

Die Temperatur von festem Kohlendioxid beträgt -78,5°C. Durch den Zusatz einer kältestabilen Flüssigkeit und einer leichten Aufwärmung im Bereich der Düse und in der Atmosphäre vor dem Auftreffen auf die Oberfläche der zu trennenden verklebten Teile beziehungsweise auf die kontaminierte Oberfläche wird die Temperatur des austretenden Gemisches reduziert. Es können hier jedoch bis zu zirka -70°C erreicht werden. Diese Temperatur ist insbesondere abhängig von der Menge des zugeführten Kohlendioxids in Relation zu der zugeführten Menge der kältestabilen Flüssigkeit.

Bei dem Einsatz des Kälteverfahrens werden erhebliche gasförmige Kohlendioxidmengen und auch brennbare Flüssigkeit freigesetzt. Das birgt Gefahren für die Arbeitssicherheit. Es ist deshalb zweckmäßig, das freigesetzte Kohlendioxid und die freigesetzte Flüssigkeit in einer an den Düsenausgang anschließenden Umhausung aufzufangen, soweit das von der Oberflächengeometrie her möglich ist.

Die Umhausung ist zu der Oberfläche des zu trennenden beziehungsweise zu reinigenden Teils offen, weist jedoch zusätzlich eine Öffnung auf, an der sich eine Leitung zur Abführung von Kohlendioxid und kältestabiler Flüssigkeit anschließt. Durch den Eigendruck des Gases kommt es dann entweder selbsttätig zu einer ausreichenden Abführung oder diese Abführung kann durch eine sanfte Absaugung unterstützt werden.

An Stelle des flüssigen Kohlendioxids können alle Flüssiggase eingesetzt werden, die bei der Entspannung in den gasförmigen Zustand eine Temperatur kälter als -40°C erreichen. Es kann beispielsweise flüssiger Stickstoff verwendet werden. Auch dem Stickstoff kann dann Ethanol, Isopropanol oder eine andere kältebeständige Flüssigkeit zugesetzt werden. Hier lassen sich dann nochmals deutlich niedrigere Temperaturen erreichen. Allerdings ist der Stickstoff aufwendiger zu handhaben und stellt sicherheitstechnisch weitaus höhere Anforderungen. Seine Verwendung wäre bei stationären Anwendungen beispielsweise im Autowerk etwa bei der Reparatur einer fehlgeschlagenen Produktion oder beim Entfernen von überschüssigem Kleber möglich.

Die Zuführung der kältebeständigen Flüssigkeit erfolgt in der Strahlvorrichtung vorzugsweise während oder nach der Expansion des Flüssiggases, vorzugsweise Kohlendioxid. Die kältebeständige Flüssigkeit wird demzufolge nicht dem flüssigen Kohlendioxid, sondern dem sich bildenden beziehungsweise gebildeten Gemisch aus gasförmigem Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikeln beigemischt.

Die Dosierung des flüssigen Kohlendioxids sowie der kältebeständigen Flüssigkeit erfolgt an der Strahlvorrichtung durch separate Dosiereinheiten. Hierdurch ist es möglich, das Mischverhältnis und den Volumenstrom an unterschiedliche Reinigungsaufgaben flexibel anzupassen.

Die Form und Größe der Expansionskammer und die Einstellung der Dosiereinheit für das flüssige Kohlendioxid werden bevorzugt so gewählt, dass das flüssige Kohlendioxid sich zu etwa 40 bis 60 % in Gas umwandelt und entsprechend etwa 60 bis 40 % Kohlendioxidpartikeln entstehen. Hierbei hat sich eine besonders wirksame Reinigung und Kühlung nachweisen lassen und der Reinigungsprozess kann vorteilhaft schnell durchgeführt werden.

Dieser Vorgang kann auch als effektives Energieübertragungssystem zum Beispiel für Kühlanlagen mit Einsatz von zwei unterschiedlichen Medien eingesetzt werden. Die Zugabe der kältestabilen Flüssigkeit vor, während oder direkt nach der Expansion des flüssigen Kohlendioxids führt zu einer höheren Energiedichte im Expansionsraum. Dadurch wird die Energieübertragung beschleunigt. Das führt zu einer stärkeren Abkühlung der Umgebung. Durch die höhere Wärmeübergangszahl der kältestabilen Flüssigkeit wird gleichzeitig den angrenzenden Oberflächen schneller und mehr Energie entzogen.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum bauteilschonenden Trennen von Klebverbindungen, die ein Kühlmittel in den Bereich von zu trennenden Klebverbindungen zwischen geklebten Fügepartnern bringt, wodurch der Klebstoff der Klebverbindung eine Temperatur annimmt, die eine Trennung der Klebverbindung mit geringen mechanischen Kräften ermöglicht. Die Vorrichtung wird dadurch in erfindungsgemäßer weise weiterentwickelt, dass ein Kühlkopf zumindest einen Abschnitt der jeweils zu trennenden Klebverbindung überdeckt, wobei das Kühlmittel zwischen den Kühlkopf und den vom Kühlkopf überdeckten Abschnitt der Klebverbindung einbringbar ist. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Begrenzung des benötigten Kühlmittelvolumens und die gezielte Aufbringung des Kühlmittels nur auf die Bereiche der Klebverbindung, die jeweils voneinander getrennt werden sollen. Der Kühlkopf kann in vorteilhafter Ausgestaltung dabei an die jeweils vorliegende Form der vom Kühlkopf überdeckten Abschnitte der Klebverbindung angepasst und dimensioniert werden und überdeckt jeweils mindestens den Bereich der Klebverbindung, der voneinander getrennt werden soll. Dadurch wird das einzubringende Kühlmittelvolumen weitgehend auf das Volumen des Kühlkopfs reduziert und der Kühlkopf kann zudem das einzubringende Kühlmittel weitgehend gegenüber unerwünschtem Austritt und damit Verlust von Kühlmittel abdichten. Zudem kann der Kühlkopf benachbarte, nicht abzukühlende Bereiche der Bauteile gegenüber unerwünschter Kälteeinwirkung abschotten. Der Kühlkopf kann zum Beispiel manuell an der Klebverbindung positioniert werden und verbraucht - anders als bei den bekannten Kühlmittelbädern zum Eintauchen der Bauteile - deutlich weniger Kühlmittel. Außerdem ist die Handhabung wesentlich einfacher und sicherer.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Grundform des Kühlkopfs, vorzugsweise mittels additiver Herstellungsverfahren, an die jeweilige Form und/oder Geometrie der geklebten Fügepartner im Bereich der jeweils zu trennenden Klebverbindung angepasst wird. Hierdurch kann einfach und kostengünstig, insbesondere bei Verwendung additiver Herstellungsverfahren, für eine Anpassung der Grundform des Kühlkopfs auch an unterschiedlichste Formen und gegebenenfalls Teilgeometrien sowie die Abmessungen zu trennender Klebverbindungen der geklebten Fügepartner gesorgt werden, so dass die Vorteile des begrenzt benötigten Kühlmittelvolumens und der guten Handhabbarkeit des Kühlkopfs auch bei komplexen geometrischen Verhältnissen der jeweils zu trennenden Klebverbindung gewährleistet werden können.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Kühlkopf eine haubenförmige, vorzugsweise faltenbalgartige Grundform aufweist, da eine solche haubenförmige Ausgestaltung des Kühlkopfs eine gute Handhabbarkeit des Kühlkopfs bei definiertem Volumen für das Kühlmittel im Inneren des Kühlkopfs bietet. Der haubenförmige Kühlkopf wird dann passend zu der jeweiligen Form der geklebten Fügepartner im Bereich der jeweils zu trennenden Klebverbindung ausgebildet und kann an den jeweils zu kühlenden Bereich der Klebverbindung angepresst werden, so dass der Kühlkopf den jeweils zu kühlenden Bereich der Klebverbindung übergreift und gegenüber der Umgebung weitgehend abschließt. Das eingeleitete Kühlmittel wird dadurch weitgehend umschlossen und kann lokal seine Kühlwirkung entfalten, ohne dass Kühlmittel unzulässig entweichen kann. Unter haubenartigem Umgreifen soll hier jede Form der Umgrenzung eines weitgehend abgeschlossenen Volumens zwischen Kühlkopf und geklebten Fügepartnern gemeint sein, die naturgemäß von der Form der zu trennenden, geklebten Fügepartner und dem notwendigen Kühlmittelvolumen abhängig ist und im Rahmen dieser Erfindung vom Fachmann weitgehend an die jeweiligen Verhältnisse angepasst werden kann.

In weiterer Ausgestaltung kann der Kühlkopf ein Material aufweisen, das bei normaler Umgebungstemperatur elastisch verformbar an die Form der geklebten Fügekontur im Bereich der jeweils überdeckten Klebverbindung anpassbar ist, wobei das Material des Kühlkopfs beim Abkühlen der Klebverbindung seine jeweilige Form beibehält, vorzugsweise unelastisch erstarrt. Neben oder zusätzlich zu einer konstruktiven Anpassung der Grundform des Kühlkopfs an die Form des jeweils zu kühlenden Bereichs der Klebverbindung kann das Material des Kühlkopfs auch zumindest abschnittsweise so gestaltet werden, dass der Kühlkopf ganz oder teilweise elastisch verformbar ist und sich dadurch zusätzlich an die Form des jeweils zu kühlenden Bereichs der Klebverbindung anpassen kann. Diese elastische Verformbarkeit ist beim Aufbau der Kältewirkung von Vorteil, da dadurch eine verbesserte Abdichtung des Kühlmittelvolumens in dem Kühlkopf erreicht wird. Soll die Kühlwirkung jedoch länger aufrechterhalten werden, so vereinfacht sich die Handhabung des Kühlkopfs, wenn die elastisch verformbaren Teile des Kühlkopfs aufgrund der Kälte des Kühlmittels innerhalb des Kühlkopfs, von denen die elastisch verformbaren Teile ebenfalls beaufschlagt werden, zumindest einen Teil ihrer Elastizität verlieren und weitgehend erstarren und dadurch die erreichte Form beibehalten. Dadurch können zum Beispiel zur Abdichtung erforderliche Anpresskräfte auf den Kühlkopf reduziert werden.

Eine weitere Verbesserung des Verlustes an Kühlmittel lässt sich dadurch erreichen, dass der Kühlkopf an seinem an den geklebten Fügepartnern jeweils anliegenden Fügebereich Dichtelemente oder dergleichen, vorzugsweise Dichtlippen, aufweist. Hierdurch ist eine gegebenenfalls unabhängig von den vorliegenden elastischen Eigenschaften des Kühlkopfs selbst einstellbare Elastizität an den Kontaktbereichen zwischen Kühlkopf und den jeweils überdeckten Bereichen der Klebverbindung möglich, wodurch die Dichtwirkung zusätzlich verbessert werden kann. Verbleibende Fugen zwischen den Kontaktbereichen des Kühlkopfs und den geklebten Fügepartnern werden zudem durch die Wirkung des dort gegebenenfalls austretenden Kühlmittels abgedichtet, indem dort mit der Umgebungsluft vereiste Bereiche gebildet werden, die die Fugen zusätzlich verschließen. So bildet sich zum Beispiel bei der Verwendung von flüssigem Kohlenstoffdioxid, das im Bereich des Kühlkopfs in den gasförmigen Zustand übergeht, durch Resublimation auf der zu trennenden Klebverbindung Trockeneis, das zusätzlich auch die verbleibenden Fugen dichtet.

Von besonderem Vorteil ist es für die Handhabung der Vorrichtung, dass der Kühlkopf die insgesamt zu trennende Klebverbindung durch sukzessives Verschieben relativ zu den geklebten Fügepartnern jeweils partiell abkühlen und die Klebverbindung nacheinander jeweils partiell getrennt werden kann. Hierdurch können einfach auch größere Klebverbindungsflächen nacheinander abgearbeitet werden, ohne dass große Kühlmittelmengen dazu benötigt werden. Der Kühlkopf wird hierbei zum Beispiel von Hand sukzessive oder schrittweise über die zu trennenden Klebflächen bewegt und jeweils abgekühlt, wonach der jeweils gekühlte Bereich mechanisch getrennt wird.

Für die insbesondere manuelle Handhabung der Vorrichtung ist es von Vorteil, wenn der Kühlkopf, vorzugsweise kältetechnisch gegenüber anderen Bereichen des Kühlkopfs isolierte, Handhabungselemente, vorzugsweise mindestens einen Griff oder dergleichen aufweist, mit denen der Kühlkopf an die geklebten Fügepartner anpressbar ist. Dadurch kann zum Beispiel ein Werker den Kühlkopf manuell passend zu der zu trennenden Klebverbindung positionieren und diese lokal abkühlen und anschließend trennen, wonach der Werker den Kühlkopf an der nächsten Stelle der zu trennenden Klebverbindung positioniert und so sukzessive auch größere zu trennende Klebverbindung abarbeiten kann. Derartige Handhabungselemente erleichtern auch das Anpressen und Abdichten des Kühlkopfs gegebenenfalls bis zur Erstarrung des Materials des Kühlkopfs. Selbstverständlich ist es auch denkbar, den Kühlkopf automatisch oder geführt zu positionieren.

Weiterhin ist es denkbar, dass der Kühlkopf eine Trennvorrichtung aufweist, mit der die geklebten Fügepartner durch Aufbringen einer mechanischen Kraft, vorzugsweise einer impulsartig eingeleiteten Kraft, im Bereich der gekühlten Klebefläche trennbar sind. Eine derartige am Kühlkopf angeordnete Trennvorrichtung kann zum Beispiel durch mechanische Schläge und/oder Vibration auf die geklebten Fügepartner eine zumindest lokale Trennung der geklebten Fügepartner herbeiführen und dadurch die Trennung der geklebten Fügepartner beschleunigen.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung Mittel zur Einbringung eines gasförmigen oder in den gasförmigen Zustand übergehenden Kühlmittels zwischen den Kühlkopf und den vom Kühlkopf überdeckten Abschnitt der Klebverbindung aufweist. Hierzu können entsprechende Ventile und Zuleitungen an dem Kühlkopf angeordnet werden, die zum Beispiel den Kühlkopf mit einem Kühlmittelvorrat verbinden, durch die das Kühlmittel aus dem Kühlmittelvorrat in das Innere des Kühlkopfs eintreten kann. Auch ist es denkbar, diese Anschlüsse so auszugestalten, dass der Kühlkopf derart fluiddicht mit dem Kühlmittelvorrat verbunden ist, dass das Kühlmittel zwischen Kühlkopf und Kühlmittelvorrat zirkulieren kann. Hierdurch ist auch eine Rückgewinnung des Kühlmittels möglich, nachdem der jeweilige Kühlzyklus pro zu trennendem Bereich der Klebverbindung beendet ist.

Weiterhin ist es zur Überwachung des Kühlprozesses denkbar, dass im Bereich des Kühlkopfs eine Überwachungseinrichtung für die in dem Kühlkopf und/oder an den geklebten Fügepartnern erreichten Temperaturen vorgesehen ist. So kann zum Beispiel das Volumen innerhalb des Kühlkopfs durch einen Temperatursensor überwacht oder die Oberflächentemperatur der zu kühlenden geklebten Fügepartner innerhalb des Kühlkopfs gemessen werden.

In einer denkbaren Ausgestaltung kann das Material des Kühlkopfs zumindest abschnittsweise zum Beispiel elastomere Kunststoffmaterialien mit einem Glasübergangsbereich zwischen -50°C und -78°C, vorzugsweise Silikonkautschuk und/oder Styrol-Butadien-Kautschuk und/oder Polybutadien, aufweisen. Derartige Materialien sind einerseits bei Raumtemperatur gut elastisch verformbar und können einfach in die jeweils benötigte Form des Kühlkopfs gebracht werden, zum anderen weisen sie unterhalb ihrer jeweiligen Glasübergangstemperatur eher spröde Eigenschaften auf. Dabei ist die Glasübergangstemperatur derartiger Materialien vorteilhaft im Bereich der Temperaturen angesiedelt, die das Kühlmittel innerhalb des Kühlkopfs erzeugt, so dass durch das Kühlmittel neben der Versprödung der Klebverbindung auch die Erstarrung derartiger Materialien des Kühlkopfs hervorgerufen werden kann.

Alternativ ist es auch denkbar, dass das Material des Kühlkopfs zumindest abschnittsweise metallische Materialien aufweist, die in Form eines Faltenbalges oder ähnlich zu Wellrohren oder flexiblen Schläuchen geformt sind. Derartige metallische Materialien verfestigen sich bei üblichen Kühlmitteltemperaturen zwar nicht so stark wie Kunststoffmaterialien, sind jedoch ausreichend flexibel und verschleißen mechanisch weniger als Kunststoffmaterialien.

Weiterhin ist es denkbar, als Kühlmittel tiefgekühlte flüssige Gase, vorzugsweise flüssiges Kohlenstoffdioxid CO2 oder flüssigen Stickstoff zu verwenden, die in dem Kühlkopf verdampfen und eine starke Kühlwirkung erzeugen. Dabei ist das flüssige Kohlenstoffdioxid einfacher und ungefährlicher zu handhaben. Selbstverständlich sind auch andere kühlende Gase mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar. Die Verwendung des Kühlkopfs als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist optional und von der Anwendung abhängig. Insbesondere bietet sich die Verwendung eines Kühlkopfs in der Serie bei wiederkehrenden Entfüge- beziehungsweise Reinigungsprozessen an, wohingegen die Verwendung eines jedenfalls individuell und auf die Geometrie der Bauteile angepassten Kühlkopfs bei kleinen Stückzahlen weniger vorteilhaft ist. Hier kann die Strahlvorrichtung ohne Kühlkopf flexibel genutzt werden.

Optional kann vorgesehen sein, dass der Strahlvorrichtung einen Auffangkopf für das Kühlmittel aus dem Kohlendioxid und der kältebeständigen Flüssigkeit vorgesieht, mit der das zugeführte Kühlmittel aufgefangen beziehungsweise aufgesaugt wird. Die Strahlvorrichtung kann beispielsweise verwendet werden, wenn auf den Kühlkopf verzichtet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum bauteilschonenden Trennen von Klebverbindungen und/oder Entfernen von Kleberesten von Oberflächen sieht beispielsweise vor, dass das Kühlmittel in den Bereich der Oberflächen der zu trennenden Klebverbindungen zwischen geklebten Fügepartnern gebracht wird, wodurch der Klebstoff der Klebverbindung eine Temperatur annimmt, die eine Trennung der Klebverbindung mit geringeren mechanischen Kräften ermöglicht. Hierbei wird vorteilhaft ein Kühlkopf an die Geometrie der geklebten Fügepartner im Bereich der jeweils zu trennenden Klebverbindung angepasst. Der Kühlkopf überdeckt zumindest einen Abschnitt der jeweils zu trennenden Klebverbindung, wobei das Kühlmittel zwischen den Kühlkopf und den vom Kühlkopf überdeckten Abschnitt der Klebverbindung eingebracht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort und in den Ansprüchen erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Strahlvorrichtung gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Strahlvorrichtung,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Reinigungsanordnung mit der

Strahlvorrichtung nach Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische, isometrische Darstellung eines Kühlkopfs als optionalen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem elastischen, faltenbalgartigen Grundaufbau und Anschlüssen für die Zuleitung eines Kühlmittels in das Innere des Kühlkopfs,

Fig. 4 den Kühlkopf gemäß Fig. 3 in drei ebenen Ansichten,

Fig. 5 eine erste Anwendung des Kühlkopfs gemäß Fig. 3 auf einer ebenen

Klebefläche zur Kühlung des Klebstoffs im Rahmen einer Trennung der geklebten Fügepartner vor und nach dem Aufsetzen des Kühlkopfs auf die geklebten Fügepartner im unverformten Zustand und im komprimierten Zustand,

Fig. 6 eine weitere Anwendung des Kühlkopfs gemäß Fig. 3 mit an den faltenbalgartigen Lamellen angeordneten Ausblasöffnungen und einer gekrümmten Anlagefläche an den geklebten Fügepartnern und

Fig. 7 bis 9 Anwendungen eines gerade geformten Kühlkopfs gemäß Fig. 3 auf einer ebenen Klebfläche (Fig. 7), eines schräg geformten Kühlkopfs auf einer schrägen Klebfläche (Fig. 8) und eines abgerundet geformten Kühlkopfs auf einer gerundeten Klebfläche (Fig. 9).

Fig. 1 zeigt eine Teilschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Strahlvorrichtung. Die erfindungsgemäße Strahlvorrichtung umfasst als wesentliche Komponenten einen rohrförmigen Grundkörper 1, einen Gehäusekörper 5, welcher den Grundkörper 1 mantelseitig abschnittsweise umgreift und eine Austrittsöffnung 18 vorsieht, eine Zuleitungseinheit 9 für den flüssigen Kohlendioxid und eine erste Dosiereinheit 4, über die die Zuleitungseinheit 9 mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Weiter sind eine zweite Dosiereinheit 12 für die kältebeständige Flüssigkeit und ein der zweiten Dosiereinheit 12 zugeordneter Leitungsabschnitt 11 für die kältebeständige Flüssigkeit vorgesehen.

Die erste Dosiereinheit 4 und der Grundkörper 1 der Strahlvorrichtung stellen gemeinsam eine Expansionskammer 2 bereit, die abschnittsweise durch einen ersten Leitungsabschnitt 3 gebildet ist, der einen zylindrisch, konvergenten und/oder divergenten Querschnitt aufweist.

In der Expansionskammer 2 expandiert das flüssige Kohlendioxid und es bildet sich gasförmiges Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikel. Das Kohlendioxidgemisch gelangt durch den ersten Leitungsabschnitt 3 zu dem Gehäusekörper 5 der Strahlvorrichtung und verlässt diese durch die an dem Gehäusekörper 5 gebildete Austrittsöffnung 18.

In den divergent geformten Teil des ersten Leitungsabschnitts 3 mündet der der Zuführung der kältebeständigen Flüssigkeit dienende zweite Leitungsabschnitt 11. Die kältebeständige Flüssigkeit wird demzufolge dem Kohlendioxidgemisch kurz vor dem Austritt aus der Strahlvorrichtung zugegeben.

Die kältebeständige Flüssigkeit kann über die zweite Dosiereinheit 12 mengenmäßig eingestellt werden, wenn nicht bereits im Flüssiggas enthalten. Insbesondere kann die zweite Dosiereinheit 12 so ausgebildet sein, dass ein Querschnitt vollständig gesperrt ist und auf die Zugabe der kältebeständigen Flüssigkeit verzichtet wird.

Zwischen dem Grundkörper 1 und dem Gehäusekörper 5 der Strahlvorrichtung ist ein Ringspalt 14 gebildet. Dem Ringspalt 14 sind in Umfangsrichtung verteilt an dem Gehäusekörper 5 vorgesehene Bohrungen 6 zugeordnet. Über die Bohrungen 6 kann wahlweise Umgebungsluft angesaugt oder ein anderes Treibgas, beispielsweise Druckluft zugegeben werden. Durch das Zuführen der Umgebungsluft kann die Strahlgeometrie des austretenden Strahls beeinflusst und einem zu starken Abkühlen des Gehäusekörpers 1 entgegengewirkt werden. Das Zuführen des Treibgases kann ebenfalls die Geometrie des Strahls beeinflussen und einem Auskühlen des Gehäusekörpers 1 entgegenwirken. Zudem kann der austretende Strahl durch das Treibgas beschleunigt werden mit der Folge, dass die Reinigungswirkung noch einmal verbessert wird.

Im vorliegenden Fall sieht die Strahlvorrichtung an dem Grundkörper 1 einen Kunststoffmantel 8 vor, der der thermischen Isolation dient. Alternativ kann beispielsweise eine Vakuumisolierung vorgesehen sein.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Reinigungsanordnung mit der Strahlvorrichtung nach Fig. 1. Hierbei ist an einem Zuleitungsschlauch 7 der Zuleitungseinheit 9 ein Kohlendioxidtank 16 angeschlossen, über den das flüssige Kohlendioxid bereitgestellt ist. Der Zuleitungsschlauch 7 ist über eine Verschraubung 8 mit der ersten Dosiereinheit 4 der Strahlvorrichtung verbunden.

Anstelle des Kohlendioxidtanks 16 kann beispielsweise eine Steigrohrflasche oder ein Flaschenbündel zur Bevorratung des Kohlendioxids vorgesehen sein.

Weiter ist eine Druckflasche 17, in der die kältebeständige Flüssigkeit bereitgestellt ist, über eine Zuleitung 15 mit der zweiten Dosiereinheit 12 verbunden. Anstelle der Druckflasche 17 kann beispielsweise ein Tank mit einer Pumpe für die kältebeständige Flüssigkeit vorgesehen sein.

Zur Reinigung einer nicht dargestellten Oberfläche und zum Entfernen von Kleberückständen wird üblicherweise zunächst ein Ventil der ersten Dosiereinheit 4 vollständig geschlossen. Ebenfalls wird ein Ventil der zweiten Dosiereinheit 12 vollständig verschlossen. Anschließend wird ein nicht dargestellter Verschluss des C0 ₂ -Tanks 16 geöffnet. Es wird dann die erste Dosiereinheit 4 so eingestellt, dass das gewünschte Verhältnis von gasförmigem Kohlendioxid und Kohlendioxidpartikeln bereitgestellt wird. Typischerweise wird die Einstellung so erfolgen, dass etwa 40 bis 60 % Kohlendioxid-Festpartikel bereitgestellt werden und dass aus einem Kilo flüssigem Kohlendioxid 250 bis 350 Liter gasförmiges Kohlendioxid entstehen. Im Weiteren kann dann durch das Öffnen der zweiten Dosiereinheit 12 die kältebeständige Flüssigkeit dem Kohlendioxidgemisch beigemischt werden. Als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Kühlkopf 26 vorgesehen sein. In den Fig. 3 und 4 ist schematisch ein hier beispielhaft aus faltenbalgartigen Segmenten 22 gebildeter Kühlkopf 21 gezeigt, der zur lokalen Kühlung von zumindest Abschnitten 28 der zu trennenden geklebten Fügepartner 26 dient, damit diese geklebten Fügepartner 26 mit geringeren mechanischen Kräften voneinander getrennt werden können. Hierzu werden durch die Wirkung des Kühlmittels, das aus einem nicht dargestellten Kühlmittelreservoir mittels fluiddichter Verbindungen zu Anschlüssen 25 in Anschlussstutzen 24 an dem Kühlkopf 21 und von dort in das haubenförmig von dem Kühlkopf 21 umgrenzte Innere des Kühlkopfs 21 geleitet wird, die geklebten Fügepartner 26 und damit der Klebstoff zwischen den Klebflächen derart gekühlt, dass die Glasübergangstemperatur des Klebstoffs unterschritten wird. In diesem gekühlten Zustand verringert sich die Festigkeit der Klebverbindung unterhalb des Kühlkopfs 21 entscheidend auf ein Maß, dass schon durch geringe, zum Beispiel schlagartige Belastung der geklebten Fügepartner 26 die Klebung zerstört wird und die geklebten Fügepartner 26 zumindest lokal voneinander gelöst werden können.

Um diese Abkühlung mit möglichst geringem Verlust an Kühlmittel vornehmen zu können, wird das Kühlmittel in das Innere des Kühlkopfs 21 geleitet und die Festpartikel des Kohlendioxids gehen dabei typischerweise in den gasförmigen Zustand über, woraufhin eine große Kältemenge im Inneren des Kühlkopfs 21 freigesetzt wird und auf die an dem Kühlkopf 21 angeordneten geklebten Fügepartner 26 und den Abschnitt 28 der Klebstoffschicht einwirkt. Der Klebstoff zwischen den geklebten Fügepartnern 26 versprödet dadurch und die geklebten Fügepartner 26 können zum Beispiel mittels Hammerschlägen oder sonstigen mechanischen Einwirkungen wesentlich einfacher voneinander getrennt werden. Sind die verklebten Bereiche der geklebten Fügepartner 26 größer als die Abmessungen der Kontaktflächen 23 des Kühlkopfs 21, so kann der Kühlkopf 21 relativ zu den geklebten Fügepartnern 26 verschoben oder neu positioniert und der Vorgang von Abkühlen und Trennen wiederholt und so die gesamte Klebverbindung zwischen den geklebten Fügepartnern 26 nach und nach getrennt werden. Durch das spröde Bruchverhalten des Klebstoffs im gekühlten Zustand wird ein materialschonendes Entfügen ermöglicht, da die Fügepartner 26 nicht geschädigt werden. Eine Reparaturklebung bzw. Wiederverklebung wird somit ermöglicht. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Klebverbindungen partiell innerhalb von wenigen Sekunden auf eine Temperatur kleiner -70°C abzukühlen und manuell mit geringem Kraftaufwand zu trennen. Hierzu wird ein vorteilhaft flexibler Kühlkopf 12 in Grundform eines Faltenbalges 22 verwendet, der zum Beispiel aus elastomeren Werkstoffen, die unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur spröde Eigenschaften aufweisen, und zum Beispiel aus Silikonkautschuk und/oder Styrol- Butadien-Kautschuk und/oder Polybutadien oder auch den Werkstoffen TPU oder TPE bestehen kann. Dadurch ist auch die Tiefkühlung von gekrümmten Geometrien möglich. Der Kühlkopf 21 kann zum Beispiel mittels angebrachter Magnete an ferromagnetischen geklebten Fügepartnern 26 befestigt oder durch den Werker anhand eines thermisch entkoppelten, hier nicht weiter dargestellten Handgriffs an den zu kühlenden Bereich 28 der geklebten Fügepartner 26 gedrückt werden. Das aus dem Kühlmittelreservoir austretende Kohlenstoffdioxid CO2 oder Stickstoff füllt den Kühlkopf 21 und führt somit eine Kühlung der Anlagefläche 28 unter dem Kühlkopf 21 herbei. Über ein nicht dargestelltes Thermoelement kann die Temperatur im Kühlkopf 21 integriert überwacht werden. Eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen 27 können für den Druckausgleich am Kühlkopf 21 vorgesehen werden.

Als Ergänzung ist weiterhin möglich, über einen Scanvorgang den zu entfügenden Bereich 28 der geklebten Fügepartner 26 digital zu erfassen und aus dem entstehenden 3D-Modell anhand zum Beispiel eines additiven Fertigungsverfahrens einen oder auch mehrere individuelle Kühlköpfe 21 zu generieren. Ebenso kann durch einen geeigneten mechanischen oder motorischen Mechanismus (Meißel oder ähnliches) die zum Trennen notwendige Kraft aufgebracht werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung des Kühlkopfs 21 wäre noch die Verwendung von metallischen Werkstoffen, die in Form eines Faltenbalges 22 oder analog zu Wellrohren oder flexiblen Schläuchen auskonstruiert sind.

Mit der Erfindung können Industrie- als auch Reparaturbetriebe insbesondere auch im Automotive-Bereich Klebverbindungen bedarfsgerecht mit sehr geringem Kraftaufwand entfügen und/oder reinigen. Dadurch entstehen sowohl monetäre (Reduktion der Arbeitszeit) als auch ergonomische (geringere physische Belastung des Werkers) Vorteile. Darüber hinaus kann die Erfindung überall dort eingesetzt werden, wo Klebverbindungen insbesondere zerstörungsfrei entfügt werden müssen, beispielsweise in der Bahnindustrie, der Flugzeugindustrie, dem Maschinenbau, der Elektronik und der Kunststoffindustrie: Die Verklebung von Bauteilen hat mittlerweile eine immense Bedeutung gewonnen. Als Klebstoffe kommen insbesondere vernetzte Klebstoffe, die auf eine Kälteeinwirkung mit Versprödung und/oder Verhärtung reagieren, in Frage, beispielsweise Epoxidharze, Polyurethan-Klebstoffe und/oder Acrylat-Klebstoffe.

Weiter ist eine einfache Anpassung der Formgebung des Kühlkopfs 21 von Vorteil, bei der zum Beispiel die faltenbalgartigen Abschnitte 22 des Kühlkopfs 21 und/oder die Anlagefläche 23 des Kühlkopfs 21 an den geklebten Fügepartnern 26 und dort vorhandene Dichtelemente aus einem elastischen Material hergestellt werden, das sich elastisch an die Form der zu trennenden Abschnitte 28 der geklebten Fügepartner 26 anpasst. Hierfür können zum Beispiel elastisch verformbare Materialien wie TPU, TPE oder sonstige elastomere Materialien eingesetzt werden. Von Vorteil ist es hierbei, wenn diese Materialien selbst wiederum Glasübergangstemperaturen aufweisen, unterhalb derer sie ihre Elastizität reversibel verlieren und spröde Eigenschaften aufweisen. Dies kann dazu ausgenutzt werden, dass diese Materialien unter dem Einfluss des Kühlmittels, das ohnehin in den Kühlkopf 21 zur Versprödung der Klebstoffe der Klebverbindung eingeleitet wird, ebenfalls temporär aushärten und damit ihre durch Anpressung an die Form der geklebten Fügepartner 26 erreichte Geometrie beibehalten. Dadurch wird der verformte Zustand der faltenbalgartigen Abschnitte 22 des Kühlkopfs 21, wie zum Beispiel in Fig. 6 unten zu erkennen, beibehalten und der Kühlkopf 21 muss nicht mehr gegen die Elastizität der faltenbalgartigen Abschnitte 22 des Kühlkopfs 21 an die geklebten Fügepartner 26 angedrückt werden. Hierdurch wird zum einen der Werker bei der Bedienung des Kühlkopfs 21 entlastet und die Dichtwirkung zwischen Kühlkopf 21 und geklebten Fügepartner 26 verbessert.

Weiter kann, wie in den Fig. 7 bis 9 zu erkennen, die Grundform des Kühlkopfs 21 an die Form der geklebten Fügepartner 26 im Bereich 28 der zu trennenden Klebflächen angepasst werden, indem zum Beispiel ein schräg geformter Kühlkopf 21 auf eine schräge Klebfläche 26 (Fig. 8) oder ein abgerundet geformter Kühlkopf 21 auf eine gerundete Klebfläche 26 (Fig. 9) angepasst wird. Hierdurch können gegebenenfalls zusätzlich zu den elastischen Eigenschaften des Kühlkopfs 21 auch komplex geformte Klebflächen sicher von dem entsprechend geformten Kühlkopf 21 abgedeckt und durch Abkühlung leichter getrennt werden. Durch die faltenbalgartige Gestaltung 22 des Kühlkopfs 21 wird, wie aus dem Vorher- und Nachher-Vergleich der Fig. 5 bis 9 erkennbar, der Kühlkopf 21 beim Aufsetzen auf die geklebten Fügepartner 26 zusammengedrückt und die elastische Abdichtungswirkung auf das Kühlmittel verbessert. Auch wird dadurch das benötigte Kühlmittelvolumen innerhalb des Kühlkopfs 21 reduziert, also insgesamt weniger Kühlmittel benötigt.

Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bezugszeichenliste

1 Grundkörper

2 Expansionskammer

3 Leitungsabschnitt

4 Dosiereinheit

5 Gehäusekörper

6 Bohrung

7 Zuleitungsschlauch

8 Verschraubung

9 Zuleitungseinheit

10 Kunststoffmantel

11 Leitungsabschnitt

12 Dosiereinheit

14 Ringspalt

15 Zuleitung

16 Kohlendioxidtank

17 Druckflasche

18 Austrittsöffnung

21 Kühlkopf

22 elastisch verformbare Abschnitte/Faitenbalg

23 Anlagefläche an geklebte Fügeverbindung

24 Anschlussstutzen

25 Ventil

26 geklebte Fügeverbindung

27 Öffnung

28 vom Kühlkopf überdeckter Bereich der Klebverbindung