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SpritzreinigungBei der Spritzreinigung wird ein flüssiges Reinigungsmedium durch Düsen auf die zu säubernden Werkstückoberflächen gespritzt.
Bei der Spritzreinigung wird ein flüssiges Reinigungsmedium durch Düsen auf die zu säubernden
Werkstückoberflächen gespritzt. Dabei
werden vorhandene Verunreinigungen teilweise vom Reinigungsmittel gelöst
bzw. emulgiert und teilweise durch die hohe kinetische Energie des
Spritzstrahls weggeschwemmt. Entscheidenden Einfluss auf
die Qualität der Reinigung
haben
der Spritzdruck, die Form der eingesetzten Düsen sowie deren Anordnung
im Arbeitsraum. Damit alle Bauteiloberflächen gleichmäßig gereinigt
werden, ist eventuell eine
zusätzliche Bewegung des Waschgutes und der Düsen (z. B. senkrecht oder waagerecht
drehend) vorzusehen.Eine
Spritzreinigung erfolgt in den meisten Fällen mit wässrigen Reinigern,
seltener mit organischen Lösemitteln. Da die Bauteiloberfläche nach der
Reinigung in der Regel rückstandsfrei und trocken sein soll, sind der
Spritzreinigung ein Spülen
und eine Trocknung
nachzuschalten. In üblichen Spritzanlagen sind entsprechende Aggregate
zumeist direkt integriert.Bild: Fermeco Physikalischer HintergrundBei der Spritzreinigung wird mit Hilfe entsprechender Pumpen im Rohrsystem der Anlage ein Druck von bis zu 20 bar aufgebaut, der über ein Düsensystem in kinetische Energie umgewandelt wird. Die mit hoher Geschwindigkeit auf die Bauteiloberfläche auftreffende Reinigungsflüssigkeit weist eine starke mechanische Reinigungswirkung sowie eine gute Spül- und Schwemmwirkung auf. Entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Reinigung hat der Spritzdruck, die Form der eingesetzten Düsen sowie deren Anordnung im Arbeitsraum. Für eine optimale Spritzreinigung ist eventuell eine zusätzliche Bewegung des Waschgutes oder der Düsen (z. B. in senkrecht- oder waagerecht-drehender Form) vorzusehen. Bei der Spritzreinigung können die erforderlichen Reinigungszeiten zumeist im Bereich einiger weniger Minuten gehalten werden. Bild: Aquaclean Bild: Roll Für die Spritzreinigung werden in der Regel wässrige Reiniger (Neutralreiniger, alkalische Reiniger, saure Reiniger) unter Zusatz von Antischaummitteln eingesetzt. Das Spritzen mit CKWs darf nur in geschlossenen Anlagen erfolgen und wird zumeist mit einer Dampfentfettung kombiniert. Näheres zu derartigen Verfahrenskombinationen siehe Dampfentfetten. Bei brennbaren Lösemitteln (Kohlenwasserstoffe, sauerstoffhaltige KW) muss eine Spritzreinigung aufgrund der Brand- und Explosionsgefahren sehr kritisch geprüft werden und wird, wenn überhaupt, in Unterdruckanlagen (p < 125 mbar) durchgeführt, bei denen der im Falle einer Explosion entstehende Druckstoß den Umgebungsdruck nicht überschreitet. Der Spritzdruck kann in Abhängigkeit von den zu reinigenden Bauteilen und den zu entfernenden Verschmutzungen in einem weiten Bereich eingestellt werden. Ist eine schonende Reinigung mit starker Schwemmwirkung gefordert, kann ein geringer Druck mit hoher Volumenleistung gewählt werden. Der Reiniger fließt hierbei gleichmäßig über die Bauteiloberfläche. Für hartnäckigere Verschmutzungen können höhere Spritzdrücke mit entsprechend höherer mechanischer Reinigungswirkung verwendet werden. Generell gilt, je höher der Spritzdruck gewählt werden kann, um so geringer darf bei gleicher Reinigungsleistung die Lösekraft des verwendeten Reinigers sein. In vielen Einsatzbeispielen konnten klassische Reinigungsaufgaben für organische Lösemittel durch wässrig arbeitende Hochdruck-Spritzanlagen gelöst werden. Die chemische Reinigungswirkung der Lösemittel wird dabei, zumindest teilweise, durch die mechanische Spritzwirkung substituiert. Die Spritzreinigung kann bei Raumtemperatur oder auch mit erhitztem Reiniger durchgeführt werden. Bei der Verwendung von heißem Reiniger ist zu beachten, dass es durch Nebelbildung an den Düsen zu einer starken Abkühlung kommt. Um auf den zu reinigenden Bauteiloberflächen genügend hohe Temperaturen zu erzeugen, ist es daher notwendig, in den Vorratsbehältern eine deutlich höhere Vorlauftemperatur (oftmals 80 °C und mehr) einzustellen. Aufgrund der hohen Wärmeverluste ist eine Spritzreinigung mit erhitztem Reiniger energetisch generell ungünstiger als eine Tauchreinigung. Das Spritzen sollte daher nur dann mit heißem Reiniger erfolgen, wenn die Verschmutzungen anders nicht zu entfernen sind, oder die höhere Temperatur erforderlich ist, um die nachfolgende Trocknung zu beschleunigen.
Ein zusätzlicher Vorteil der Spritzreinigung ist, dass die Anordnung der
Düsen an die zu reinigenden Bauteile angepasst werden kann. So können z. B.
schwer zu reinigende Sacklöcher oder Hohlräume gezielt ausgespritzt werden. Für
die Reinigung von Sacklöchern können Anfahrdüsen eingesetzt werden, welche eine
definierte Distanz zwischen Düsen und Werkstück einhalten. Für durchgehende,
lange Bohrungen, wie beispielsweise Ölkanäle, werden Anlegdüsen direkt an die
Werkstücke angepresst, wobei ein Zwangdurchlauf des Reinigungsmediums durch die
Kanäle erzielt wird. Besonders wenn dieser Vorgang wechselseitig erfolgt, wird
ein guter Reinigungseffekt in den Kanälen erreicht. Die Betätigung der
beweglichen Spritzsysteme erfolgt zumeist pneumatisch oder hydraulisch.HaupteinsatzgebieteDas Reinigungsprinzip der Spritzreinigung ist das Aufbringen einer Reinigungsflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit. Dabei werden vorhandene Verunreinigungen teilweise gelöst bzw. emulgiert und teilweise durch den Spritzstrahl fortgeschwemmt. Aufgrund der Schwemmwirkung können auch dicke Verschmutzungsschichten in kürzester Zeit entfernt werden. Auch in dem verwendeten Reiniger nicht lösliche Verunreinigungen können oftmals rückstandsfrei abspritzt werden. Bezüglich der behandelbaren Bauteilwerkstoffe unterliegt die Spritzreinigung keinerlei Einschränkungen, vorausgesetzt, der Spritzdruck wird bei empfindlichen Oberflächen gering gehalten. Mögliche Inkompatibilitäten ergeben sich lediglich aus der Art des verwendeten Reinigers. Für die Spritzreinigung werden in der Regel wässrige Reiniger (Neutralreiniger, alkalische Reiniger, saure Reiniger) unter Zusatz von Antischaummitteln eingesetzt. Das Spritzen mit CKWs darf nur in geschlossenen Anlagen erfolgen und wird zumeist mit einer Dampfentfettung kombiniert. Näheres zu derartigen Verfahrenskombinationen siehe Dampfentfetten. Bei brennbaren Lösemitteln (Kohlenwasserstoffe, sauerstoffhaltige KW) ist eine Spritzreinigung aufgrund der Brand- und Explosionsgefahren problematisch und wird nur in Sonderfällen durchgeführt. Der Spritzreinigung wird gegenüber der Tauchreinigung der Vorzug gegeben, wenn große Stückzahlen mit kurzen Durchlaufzeiten zu reinigen sind, starke und fest haftende Verunreinigungen vorliegen oder wenn große Werkstücke zu reinigen sind, die entsprechend große und teure Tauchbecken erfordern würden. Ein typisches Einsatzgebiet ist z. B. die in den Fertigungsprozess integrierte Reinigung von Motoren- und Getriebeteilen. Umwelt- und ArbeitsschutzBei der Verwendung von Spritzanlagen sind die Arbeits- und Umweltschutzauflagen der jeweils verwendeten Reiniger zu beachten. Der Reinigeraufbereitung kommt bei allen Nassverfahren eine hohe Bedeutung zu. Eine effektive betriebsinterne Aufbereitung erhöht die Badstandzeiten, verbessert die Reinigungsqualität, verringert die Umweltbelastung und erhöht die Wirtschaftlichkeit. Näheres zu den Verfahren der Reinigeraufbereitung und gesetzlichen Vorschriften siehe Recycling. Vgl. hierzu: Umwelt- und Arbeitsschutz: NeutralreinigerNeutralreiniger sind arbeitsschutzrechtlich zumeist vollkommen unbedenklich. Durch den neutralen pH-Wert kann es zu keinerlei direkter Schädigung von Haut oder Augen kommen. Die in Neutralreinigern eingesetzten oberflächenaktiven Substanzen entsprechen weitgehend denen, die auch in Haushaltsreinigern oder Waschmaschinen-Waschmitteln enthalten sind, entsprechend gefahrlos ist der Umgang mit derartigen Stoffen. Auch bei häufigem und wiederholtem Kontakt sind Langzeitfolgen nicht bekannt. Es besteht lediglich beim Einsatz von heißem Neutralreiniger die Gefahr des Verbrühens. |
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Perchlorethylen |
Trichlorethylen |
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| Luftgrenzwert ( MAK-Wert) | 50 ppm | 345 mg/m3 | 50 ppm | 270 mg/m3 |
Aufgrund der relativ hohen Dichte können in niedrigen, engen und nicht belüfteten Räumen wie in Tanks oder Gruben hohe Lösemittel-Dampfkonzentrationen auftreten. Daher ist der Einstieg in enge Räume (z. B. bei der Reinigung / Reparatur von Tanks) die gefährlichste Tätigkeit in Verbindung mit chlorierten Lösemitteln. Bei Tätigkeiten dieser Art sind ausschließlich umgebungsluftunabhängige Überdruck-Atemschutzgeräte zu verwenden. Zugelassene Filterschutzmasken sollten nur für den vorübergehenden Gebrauch im Notfall benutzt werden. Während des gesamten Reinigungs- oder Reparaturvorganges sollte der Tank über entsprechende Öffnungen unten und oben am Tank oder über eine technische Absaugung am tiefsten Teil der Einfassung be- bzw. entlüftet werden. Vor und während des Einstiegs in den Tank sollte die Sauerstoffkonzentration überwacht werden, um zu gewährleisten, dass die Konzentration 19,5 % nicht unterschreitet. Während der gesamten Dauer der Tätigkeit sollte stets eine vollständig ausgerüstete Person als Beobachter außerhalb des Tanks positioniert sein. Hinsichtlich des Explosionsschutzes sind keine Maßnahmen erforderlich.
Wenn CKW extremer Hitze ausgesetzt werden, können sie sich unter Bildung von Chlorwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Chlor zersetzen. Unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. beim Schweißen, kann Phosgen in geringen Konzentrationen entstehen. Diese thermischen Zersetzungsprodukte können eine weit größere Gefahr darstellen, als das Lösemittel selbst. Sie können Metalle am Arbeitsplatz korrodieren und für das Arbeitspersonal extrem toxisch sein. Daher sollte in Bereichen, in denen chlorierte Lösemitteldämpfe vorhanden sein können, auf Schweißen und autogenes Brennschneiden verzichtet werden. Wenn heiße Prozesse in solchen Bereichen unvermeidlich sind, sollten die Verbrennungsprodukte durch korrosionsbeständige Entlüftungsleitungen aus dem Gebäude abgeführt werden.
Übermäßige Emissionen chlorierter Lösemittel in die Luft, das Wasser oder den Boden können die Umwelt schädigen. Trichlorethylen und Perchlorethylen weisen im Wasser und Boden einen sehr langsamen biologischen Abbau auf. Daher ist es wichtig, dass die zugelassenen Verfahren und die einschlägigen Regierungsvorschriften für die Handhabung und Entsorgung chlorierter Lösemittel und Abfälle eingehalten werden. Methylenchlorid, Perchlorethylen und Trichlorethylen werden nicht mit dem Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre in Verbindung gebracht. Ihre kurze Lebensdauer in der Atmosphäre weist darauf hin, dass sie in der Troposphäre zerstört werden und eine vernachlässigbare Wirkung auf die Chlorbelastung der Stratosphäre haben. Ferner werden Dampfemissionen in die Atmosphäre bei Anwendungen wie der Metallreinigung durch die Verwendung moderner, geschlossener Entfettungsanlagen oder durch Abluftrückgewinnungssysteme (z. B. auf Aktivkohlebasis) auf ein Minimum reduziert. Methylenchlorid, Perchlorethylen und Trichlorethylen leisten keinen Beitrag sowohl zur Bildung von Ozon in der Troposphäre als auch zum Treibhauseffekt.
Allgemeine Richtlinien für den Umgang mit organischen Reinigern enthält die Verordnung zur Umsetzung der Richtlinie 1999/13/EG über die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Zusammenfassung). Richtlinien für die zulässigen Immissionen in die Umwelt können dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) entnommen werden.
Kohlenwasserstoffe (KW)
Organische Lösungsmittel sind in der Regel leicht flüchtig und verdampfen auch bei niedrigen Temperaturen rasch. Unter ungünstigen Ventilationsbedingungen können daraus höhere Konzentrationen in der Atemluft resultieren. Über die Atemluft gelangen Lösemittel in die Lunge, wo sie mit dem Blut in die einzelnen Organe und ins Gewebe transportiert werden und ihre Giftwirkung entfalten. Direkter Hautkontakt kann gegebenenfalls die Lösungsmittelaufnahme steigern. Die Toxizität nichthalogenierter organischer Lösemittel ist jedoch meist wesentlich geringer als die der CKW.
Die Wirkungsschwellen für Lösemittel sind sehr unterschiedlich. Neben einer narkoseähnlichen Wirkung treten je nach Substanz Schleimhautreizungen, Schwindelgefühl, Müdigkeit, Benommenheit und bei höherer Dosis auch Übelkeit und Kopfschmerzen auf. Bei einer Langzeitbelastung können neben psychoorganischen Störungen Leber- und Nierenschädigungen hinzukommen. Erhöhte Lösemittelkonzentrationen in der Raumluft sind oftmals durch den charakteristischen Geruch zu erkennen. Grundsätzlich sind Lösemittel in ihren gesundheitlichen Auswirkungen auf den Menschen schwer zu beurteilen, weil sie in unterschiedlichen Kombinationen vorkommen und hierfür keine Richt- oder Grenzwerte vorliegen. Alle sicherheitsrelevanten Kenndaten können den von den Lösemittelherstellern bereitgestellten Sicherheitsdatenblättern entnommen werden. Allgemeine Richtlinien für den Umgang mit organischen Reinigern enthält die Verordnung zur Umsetzung der Richtlinie 1999/13/EG über die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Zusammenfassung). Richtlinien für die zulässigen Immissionen in die Umwelt können dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) entnommen werden.
Beim Umgang mit Lösemitteln sind folgende Schutzmaßnahmen zu beachten: Dicht verschlossen, kühl, an gut belüftetem Ort lagern. Arbeiten unter Abzug vornehmen. Schutzbrille mit Seitenschutz und oberer Augenraumabdeckung tragen.
Erste-Hilfe-Maßnahmen:
Hautkontakt: mit viel Wasser abwaschen
Augenkontakt: mehrere Minuten bei gespreizten Lidern unter fließendem Wasser mit Augendusche ausspülen. Augenarzt konsultieren!
Einatmen: Frischluft. Ggf. Atemspende oder Gerätebeatmung
Verschlucken: Viel Wasser trinken lassen. Erbrechen vermeiden. Einen Arzt konsultieren.
Anlagen und Kosten
Bei den Anlagen zur Spritzreinigung kann es sich um einfache Handreinigungsbecken oder auch um vollautomatisierte, in die Fertigung integrierte Systeme handeln. Es existieren sowohl Standardanlagen für die universelle Bauteilreinigung als auch hochspezialisierte Waschautomaten, die einen hohen maschinellen Aufwand aufweisen und dort eingesetzt werden, wo hohe Durchsatzleistungen gleicher oder gleichartiger, kompliziert geformter Werkstücke ohne manuellen Eingriff gefordert sind. Allgemein können die folgenden vier Anlagentypen unterschieden werden:Manuelle Spritzbecken
Manuelle Spritzbecken
Bei einem manuellen Spritzbecken handelt es sich um die einfachste Form einer Spritzreinigungsanlage. Die Reinigungsflüssigkeit, in der Regel ein wässriger Reiniger, wird aus einem Vorratsbehälter gepumpt und über eine
Bild: ASM International
Einkammersysteme
In Einkammersystemen wird das Waschgut in ein und derselben Kammer abgespritzt, gespült und anschließend getrocknet. Derartige Systeme eignen sich besonders für einen diskontinuierlichen Betrieb bei geringem und unregelmäßig auftretendem Reinigungsbedarf. Einkammersysteme sind in der Regel nur für leicht lösliche Verschmutzungen und einfache Teilegeometrien geeignet, da ansonsten die
Reinigungszeiten unwirtschaftlich hoch werden. Ist nur ein
Düsensystem für den Reinigungs-, Spül- und Trockenvorgang vorhanden, ist ein
Durchblasen der Düsen mit Pressluft im Anschluss an den jeweiligen Vorgang von
entscheidendem Einfluss auf das Waschergebnis. Nur so kann das Verschleppen von
Reinigerlösung und abgewaschenen Verunreinigungen auf ein Minimum reduziert
werden. Einkammeranlagen sind in der Regel durch eine einfache und
kostengünstige Bauweise gekennzeichnet. Bild: MEA
Mehrkammersysteme
In Mehrkammersystemen werden mehrere Waschvorgänge und dahinter geschaltete Spül- und Trocknungsvorgänge in verschiedenen, aufeinanderfolgenden Kammern durchlaufen. Der Warentransport von einer Kammer in die nächste erfolgt dabei zeitlich getaktet. Durch die Hintereinanderschaltung der einzelnen Arbeitsschritte können auch bei hohem Teiledurchsatz wirtschaftliche Reinigungszeiten eingehalten werden. Die Anzahl der Kammern kann an die Verschmutzung angepasst werden. Hartnäckige Verschmutzungen können
durch die
Zwischenschaltung zusätzlicher Spritzstufen, ohne Einschränkung des Durchsatzes
der Anlage, effektiv entfernt werden. Bei Umsetzer-Anlagen werden die zu
reinigenden Bauteile in Warenkörben oder absetzbaren Gestellen, zumeist linear,
von einer Kammer in die nächste umgesetzt. Bei Karussellanlagen sind die
einzelnen Spritzstationen konzentrisch um ein Dreh-Hub-Kreuz angeordnet, welches
die Warenkörbe durch Drehung um einen festgelegten Teilungswinkel weiter
transportiert. Bild: Egaclean
Durchlaufsysteme
Bei Durchlaufsystemen durchläuft das Waschgut mit kontinuierlichem Vorschub, z. B. auf einem Transportband, oder auch mit einem getaktetem Vorschub, z. B. durch Transportketten, nacheinander mehrere Stationen, die sich in einer gemeinsamen Kammer befinden. Neben mehreren Waschstationen können dabei auch Spül- und Trocknungsstufen integriert werden. Durchlaufsysteme sind für die in den Fertigungsprozess integrierte Reinigung von in großer Stückzahl gefertigten Bauteilen geeignet. Oftmals werden auch einfache Durchlaufanlagen zur dezentralen Reinigung eingesetzt. Bei leicht löslichen Verunreinigungen und einfachen Teilegeometrien können dabei kurze
Durchlaufzeiten realisiert werden.
Bei einem kontinuierlichen Vorschub müssen zwischen den einzelnen
Behandlungszonen zusätzliche Neutralzonen vorgesehen werden, die die
Verschleppungen von Stufe zu Stufe verringern. Bei einem getakteten Vorschub
können die einzelnen Zonen durch Hubtüren voneinander getrennt werden, wodurch
Neutralzonen entfallen können und kürzere Baulängen möglich werden. Bild: MEA
Bei dem Betrieb einer Spritzanlage werden zumeist Zusatzeinrichtungen für die Aufbereitung der Reiniger eingesetzt. Zumindest ist ein Filtersystem vorzusehen, damit keine Partikel in die Pumpe oder das Düsensystem gelangen können. Die Reinigeraufbereitung gehört bei der Planung einer Waschanlage zu den vordringlichsten Aufgaben.
Referenzen
T. W. Jelinek
Reinigen und Entfetten in der Metallindustrie
1. Auflage, Eugen G. Leuze Verlag, 1999
N. N.
"Guide to Acid, Alkaline, Emulsion and Ultrasonic Cleaning"
ASM Handbook, Volume 5, Surface Engineering, ASM International, 1996
Online-Artikel des US-Amerikanischen "Parts Cleaning Web"
http://www.partscleaningweb.com
Online-Artikel der Zeitschrift "JOT - Journal für Oberflächentechnik"
www.jot-oberflaeche.de
Peterson, D."Practical Guide to Industrial Metal Cleaning"
Hanser Gardner Publications, 1997
US-Amerikanische Wissensbasis "Sage: Solvent Alternatives Guide"
http://sage.rti.org
Weiner, R.
"Metall-Entfettung und –Reinigung"
Eugen G. Leuze Verlag, 1969
Name des Autors: team

die Qualität der Reinigung
haben
der Spritzdruck, die Form der eingesetzten Düsen sowie deren Anordnung
im Arbeitsraum. Damit alle Bauteiloberflächen gleichmäßig gereinigt
werden, ist eventuell eine
zusätzliche Bewegung des Waschgutes und der Düsen (z. B. senkrecht oder waagerecht
drehend) vorzusehen.Eine
Spritzreinigung erfolgt in den meisten Fällen mit wässrigen Reinigern,
seltener mit organischen Lösemitteln. Da die Bauteiloberfläche nach der
Reinigung in der Regel rückstandsfrei und trocken sein soll, sind der
Spritzreinigung ein
Ein zusätzlicher Vorteil der Spritzreinigung ist, dass die Anordnung der
Düsen an die zu reinigenden Bauteile angepasst werden kann. So können z. B.
schwer zu reinigende Sacklöcher oder Hohlräume gezielt ausgespritzt werden. Für
die Reinigung von Sacklöchern können Anfahrdüsen eingesetzt werden, welche eine
definierte Distanz zwischen Düsen und Werkstück einhalten. Für durchgehende,
lange Bohrungen, wie beispielsweise Ölkanäle, werden Anlegdüsen direkt an die
Werkstücke angepresst, wobei ein Zwangdurchlauf des Reinigungsmediums durch die
Kanäle erzielt wird. Besonders wenn dieser Vorgang wechselseitig erfolgt, wird
ein guter Reinigungseffekt in den Kanälen erreicht. Die Betätigung der
beweglichen Spritzsysteme erfolgt zumeist pneumatisch oder hydraulisch.