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parts2clean, 24. - 26. Oktober 2017
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Trocknungsverfahren

Reinigen und Trocknen von Schüttgut

Einfaches Handling. Komplexer Prozess.

23.10.2017
FB 2 COs-Kapseln
1. Gerade bei der Reinigung von Schüttware (wie hier bspw. CO2-Kapseln) mit kritischen Geometrien ist CNp höchst effektiv.

Die industrielle Reinigung großer Stückzahlen in der Serienproduktion erfolgt häufig als Schüttgut in Drahtgitterkörben oder Lochblechkisten. Gerade bei der Herstellung von Stanz-, Zieh- oder auch einfachen Drehteilen ist dieses Vorgehen – sowohl im Lösemittel- als auch wässrigen Bereich – gängige Praxis. Doch gerade jene Prozesse, die auf wässrigen Medien basieren, schaffen aufgrund der temporär kapillaren Anordnung der Teile zueinander Probleme. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Reinigungs- und Spülstufen sowie auf die Trocknung. Doch es geht auch anders. Die zyklische Nukleation, kurz CNp (Cyclic Nukleation process), schafft diesbezüglich neue Möglichkeiten.

Basics

Die Reinigung von Massenware als Schüttgut ist seit Jahrzehnten gesetzt. Bis in die 80er-Jahre war dies das gängige Vorgehen bei der Entfettung von Bauteilen. Die Vorteile liegen klar auf der Hand: Massenware wird mit minimalen Taktzeiten in großer Stückzahl, in der Regel ohne manuellen Eingriff, gefertigt. Der Materialfluss erfolgt üblicherweise kontinuierlich, beispielsweise auf Bändern. Wenn möglich, versucht man die gegebenenfalls erforderlichen Reinigungsprozesse inline mit geeigneten Durchlaufanlagen zu gewährleisten. Ist dies aus fertigungs-/prozesstechnischen Gründen nicht möglich, wird das Reinigungsgut – möglichst automatisiert – in geeigneten Warenträgern chargiert. Beide Methoden erlauben ein effizientes und kostengünstiges Procedere. Charakteristisch für diese Aufgabenstellung sind dicht und eng zueinander angeordnete Komponenten. Der Medienfluss zwischen den Teilen wird erschwert oder sogar unterbunden. Waschmechanische Systeme (Düsensysteme, Ultraschall etc.) erreichen die Ware nicht oder nur teilweise.

FB 1 LPW-Anlage-CNp
2. Mit drei Behandlungskammern zugeordneten Bädern wird durch die Unterstützung der zyklischen Nukleation die Reinigung der CO2-Kapseln gewährleistet

Lösemittel oder wässrige Reinigung

In der fluidbasierten Reinigungstechnik haben sich sowohl die lösemittelbasierte als auch die wässrige Reinigung in klar spezifizierten Aufgabenstellungen etabliert. Das Grundprinzip „Gleiches löst Gleiches“ beschreibt das wesentliche Unterscheidungsmerkmal. Geht es um den reinen Entfettungsprozess, stellt Lösemittel eindeutig die erste Wahl dar. Geht es um eine Variante zur Abreinigung anorganischer Verschmutzungen (z. B. Partikel, Abrieb, Salze usw.) oder um ein Verfahren, das in Verbindung mit der geeigneten Chemie gezielte Oberflächenangriffe bzw. die Erzeugung bestimmter Oberflächeneigenschaften (z. B. Phosphatierung, Korrosionsschutz usw.) ermöglicht, ist die wasserbasierte Reinigung dem Lösemittel klar vorzuziehen. Doch diese Vorteile haben, gerade bei Schüttgut, klare Schwächen. Bedingt durch zum Beispiel die hohe Oberflächenspannung, dem hohen Energiebedarf zur Verdampfung des Mediums und somit auch zur Trocknung der gereinigten Bauteile, stößt Wasser bei versteckten und engen Geometrien sowie bei kapillaren (auch temporären) Strukturen an seine Grenzen.

FB 2 Bubbles (1)
3. Die zyklische Nukleation ermöglicht einen gleichmäßigen Medienstrom, auch im Innenbereich der Kapseln.

Der neue Ansatz mit CNp

Das Prinzip der zyklischen Nukleation – oder auch CNp (Cyclic Nucleation process) – ermöglicht gerade in dieser Hinsicht neue Möglichkeiten: Der Druck in einer mit Medium (vorzugsweise wasserbasierend) gefüllten geschlossenen Kammer wird soweit gesenkt, dass es zum Sieden/Aufkochen der Flüssigkeit auf der gesamten Schüttgutoberfläche kommt. Die zyklische Wegnahme des Unterdrucks lässt die entstandenen Wasserblasen wieder in sich zusammenfallen (implodieren). Das erzeugt einen Druckschlag (kavitätischer Effekt) mit spürbar mechanischer Wirkung auf der Bauteiloberfläche. Durch die isostatischen Eigenschaften von Flüssigkeiten pflanzen sich diese Druckveränderungen auch bis in die letzten Winkel der Charge fort. In Folge entsteht ein Medienfluss/-austausch auf der gesamten Oberfläche. Partikel und Verschmutzungen an schlecht zugängigen Stellen werden also gelöst und aus dem unmittelbaren Bereich des Bauteils transportiert. Diesen Vorgang nennt man auch den asymmetrischen Volumenstrom. Dasselbe Verfahren kann, in leicht abgewandelter Form, zudem für die Trocknung/Zwischentrocknung zum Einsatz kommen.

Reinigung von CO2-Kapseln als Schüttgut

Das genannte CNp-Verfahren kommt u. a. bei CO2-Kapseln zum Einsatz. Bedingt durch die Geometrie dieser Teile (einseitige Öffnung mit einem Durchlass < 4 mm), die als Schüttware in Drahtgitterkörben liegt, ist eine effektive Innen- und Außenreinigung nur mit sehr langen Ultraschall-Prozesszeiten und einer kontinuierlichen Drehbewegung möglich. Zudem sind die eingesetzten Anlagensysteme in Bezug auf die Standzeit der Bäder, bedingt durch die starke Medienverschleppung in den Kapseln, sehr beschränkt.

Die Aufgabenstellung eines Herstellers von CO2-Kapseln an LPW lautete:
Durchsatz: 6 Chargen/h
Chargengröße: 670 x 480 x 300mm

Im Vorfeld wurde diese Reinigung mittels einer Kombination aus Ultraschall und Injektionsfluten in 3 Behandlungskammern und vier Nassprozessschritten angeboten. Bei Vergleichsversuchen zeigte sich, dass das Ersetzen von Ultraschall durch CNp die Effizienz der Reinigung, gerade im Innenbereich der Kapseln, deutlich erhöht. Mittels CNp-Trocknung bei der Zwischen- und der Endtrocknung konnten zudem die Nebenzeiten minimiert und die Medienverschleppung auf ein akzeptables Maß reduziert werden.

Fazit des Versuches war also, dass durch CNp grundsätzlich eine kontinuierliche Innen- und Außenreinigung ohne Ultraschall gewährleistet – mit deutlich höherem Befüllgrad und deutlich verkürzten Behandlungszeiten (7-8 Chargen/h).

Video

LPW low LPW low
2:06 min

Video der LPW Reinigungssysteme GmbH

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