Dampfentfetten

Bei der Dampfentfettung wird in einem geschlossenen oder oben offenen Behältnis ein Lösemittel in einem Sumpf durch eine Heizeinrichtung zum Sieden gebracht. Der entstehende Lösemitteldampf ist schwerer als Luft und sammelt sich über dem Siedesumpf. Das zu reinigende Bauteil wird in die Dampfzone gehängt. Durch den Temperaturunterschied zwischen dem heißen Dampf und dem kalten Bauteil kondensiert das Lösemittel auf der Bauteiloberfläche. Dort löst es die Verunreinigungen und tropft zurück in den Siedesumpf. Da die Verdampfungstemperatur des Lösemittels unterhalb der Verdampfungstemperatur der gelösten Verschmutzungen liegt, kondensiert stets reines Lösemittel auf dem Bauteil, während sich die Verschmutzungen im Becken sammeln.

Schematische Darstellung der Dampfentfettung (Konstruktionsatlas)

Durch Dampfentfetten können Öle, Fette, Emulsionen, Staub, Polierpasten usw. vollständig entfernt werden. Hierbei muss jedoch bei sehr starker oder hartnäckiger Verschmutzung eine Kombination mit einem anderen Verfahren, wie der Tauch-, Flut-, Ultraschall- oder Spritzreinigung erfolgen.

Physikalischer Hintergrund

Bauteilen, während sich die Verschmutzungen im Becken sammeln (Prinzip der Destillation). Um bei oben offenen Behältnissen ein Entweichen des Dampfes zu verhindern, werden im oberen Bereich der Behälterwandung Kühler installiert, die den Lösemitteldampf rückkondensieren. Werden die Kühler so angeordnet, dass das kondensierte Lösemittel auf das zu reinigende Bauteil tropft, kann hierdurch die Reinigungswirkung zusätzlich verstärkt werden.

Schematische Darstellung der Dampfentfettung

Das Ende des Reinigungsvorganges ist erreicht, wenn das zu reinigende Bauteil den gewünschten Reinheitsgrad erreicht hat oder wenn es die Temperatur des umgebenden Dampfes angenommen hat, da von nun an kein Lösemittel mehr auf der Oberfläche kondensieren kann. Das Bauteil wird langsam aus der Dampfzone gezogen, um diese möglichst wenig zu verwirbeln. Aufgrund der hohen Temperatur verdampfen die Reinigerreste, die sich noch auf dem Bauteil befinden, sehr schnell und das Bauteil ist nach dem Entfernen aus der Dampfzone in der Regel trocken (Trocknung durch Eigenwärme). Da stets reines Lösemittel auf dem Bauteil kondensiert, kann ein sehr hoher Reinheitsgrad und eine fleckenfreie Trocknung erreicht werden.

Bei stark verschmutzten Bauteilen, geometrisch kompliziert geformten Bauteilen mit engen Spalten und Bohrungen oder Bauteilen mit einer geringen Wärmekapazität erfolgt der Temperaturausgleich zwischen Bauteil und Lösemitteldampf bevor ein ausreichender Reinheitsgrad erreicht werden kann. In diesen Fällen muss die Dampfentfettung mit anderen Verfahren kombiniert werden. In der Praxis haben sich folgende Kombinationen als günstig erwiesen:

Dampfentfetten-Spritzen-Dampfentfetten

Zunächst wird das zu reinigende Bauteil in die Dampfzone gehängt, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat und kein Lösemittel mehr auf dem Bauteil kondensiert. Bei dieser Vorreinigung werden hartnäckige Verschmutzungen angelöst und ein großer Teil der weniger stark anhaftenden Verschmutzungen bereits entfernt. Danach wird das Bauteil, das weiterhin in der Dampfzone verbleibt, mit kaltem oder warmem Lösemittel abgespritzt. Durch die mechanische Spülwirkung des Spritzstrahls werden auch fester anhaftende Verschmutzungen abgelöst und Schmutz aus engen Spalten und Bohrungen gespült. Der Spritzdruck sollte dabei 0,5 bar nicht überschreiten, da es sonst zu einer zu starken Verwirbelung der Dampfzone kommt und zu viel Lösemitteldampf in die Umwelt entweichen kann. Durch den Spritzvorgang wird die Bauteiltemperatur abgesenkt, so dass nach dem Abstellen des Spritzstrahls erneut eine Kondensation von Lösemitteldampf auf der Bauteiloberfläche erfolgen kann. In diesem dritten Reinigungsschritt können zumeist fettfreie Oberflächen erzeugt werden.

Tauchen-Dampfentfetten

Diese Verfahrensvariante wird zumeist bei Bauteilen mit geringer Wärmekapazität und für Schüttgüter eingesetzt. Die Bauteile werden in einem ersten Reinigungsschritt in ein sich ebenfalls in der Dampfkammer befindliches Tauchbecken getaucht. Schüttgüter werden dazu in entsprechende Warenkörbe gegeben. Die Tauchreinigung erfolgt in kaltem oder warmem Lösemittel ohne oder mit mechanischer Unterstützung durch Druckumfluten, Ultraschall oder eine oszillierende Warenkorbbewegung. Anschließend werden die Bauteile aus dem Tauchbecken gehoben und in der über dem Becken befindlichen Dampfzone erfolgt die Dampfentfettung, bei der erheblich höhere Reinheitsgrade erreicht werden können, als durch die Tauchreinigung. Bei besonders hartnäckigen Verschmutzungen können die beiden Reinigungsschritte mehrmals wiederholt werden.

Dampfentfetten-Abkochen-Tauchen-Dampfentfetten

Hierbei handelt es sich um die aufwendigste Verfahrensvariante, die nur bei sehr hartnäckigen Verschmutzungen oder bei sehr kleinen, als Schüttgut gehandhabten Bauteile angewendet wird. Zunächst werden die Bauteile in die Dampfzone eingebracht und es erfolgt eine erste Reinigung durch Dampfentfetten. Sobald die Kondensation stoppt, werden die Bauteile in ein Becken mit siedendem Lösemittel getaucht. In dem Siedebecken werden aufgrund der hohen Temperatur und der starken Verwirbelung durch die aufsteigenden Siedeblasen hartnäckige Verschmutzungen gelöst und nichtlösliche Anhaftungen, wie z. B. Späne, abgespült. Als nächstes erfolgt ein Tauchen in kaltem oder warmem Lösemittel, wodurch zum einen weiterer Schmutz abgelöst und zum anderen die Bauteiltemperatur abgesenkt wird. Im letzten Schritt kann dann eine erneute Reinigung in der Dampfzone erfolgen.

Haupteinsatzgebiete

Durch das Dampfentfetten können eine Vielzahl von Verschmutzungen entfernt werden. Dies umfasst sowohl im Lösemittel lösliche Verunreinigungen, wie Öle und Fette, als auch unlösliche Anhaftungen, wie Staub, Späne oder Partikel, die nach dem Entfernen der sie an die Oberfläche bindenden Öle und Fette durch den kondensierenden Lösemitteldampf abgespült werden können. Bei stark verschmutzten Bauteilen, geometrisch kompliziert geformten Bauteilen mit engen Spalten und Bohrungen oder Bauteilen mit einer geringen Wärmekapazität erfolgt der Temperaturausgleich zwischen Bauteil und Lösemitteldampf bevor ein ausreichender Reinheitsgrad erreicht werden kann. In diesen Fällen muss die Dampfentfettung mit Tauch- oder Spritzverfahren kombiniert werden (siehe Physikalischer Hintergrund).

Konkrete Einsatzbeispiele zu den einzelnen Verfahrensvarianten sind in den folgenden Tabellen zusammengestellt, die aus dem ASM Handbook „Guide to Vapor Degreasing and Solvent Cold Cleaning“ (ASM International, 1996) entnommen und ins Deutsche übersetzt wurden:

Dampfentfetten-Spritzen-Dampfentfetten

Gereinigte Teile	Material	Durchsatz in kg/h	Entfernte Verunreinigung	Nachfolgender Prozessschritt	Handhabung
Zündkerzen	Stahl	270	Maschinenöl	...	Fließband mit speziellen Aufnahmen
Küchenutensilien	Aluminium	450	Poliermittel	Qualitätsprüfung	Fließband mit speziellen Aufnahmen
Ventile (Automobilindustrie)	Stahl	540	Maschinenöl	Nitrieren	Fließband
Ventile (Luftfahrtindustrie)	Stahl	590	Maschinenöl	Aluminium- Beschichtung	Fließband
Rohre mit kleinem Durchmesser	Aluminium	680	Fließpressmittel	Wärmebehandlung	Hebezug
Lärmdämmplatten	Stahl	2.720	Leichtöl	Lackieren	Kreisförderer
Gaszähler	...	4.540	Leichtöl	Lackieren	Kreisförderer
Endlos-Blech (0,25-4,1 mm)	Titan; kaltgewalzter, rostfreier Stahl	13.600	Stahl: Ölemulsionen Titan: Palmöl	Wärmebehandlung	kontinuierlich, mit bis zu 0,6 m/s
Komponenten von Automatikgetrieben	Stahl	18.100	Maschinenöl, Späne, Werkstattschmutz	Montage	zweischieniger Kreisförderer

Dampfentfetten-Tauchen-Dampfentfetten

Gereinigte Teile	Material	Durchsatz in kg/h	Entfernte Verunreinigung	Nachfolgender Prozessschritt	Handhabung
Gussteile (Luftfahrtindustrie)	Magnesium- Legierung	230	Polyesterrückstände	Aushärten
Wellen und Zahnräder für Geschwindigkeitsmesser	Stahl, Messing	340	Maschinenöl, Späne	Qualitätsprüfung, Montage	Schleuder-Körbe
Schrauben	Stahl, Messing	680	Maschinenöl, Späne	Lackieren, Veredelung	Schleuder-Körbe, automatisiert
Druckgussteile (Automobilindustrie)	Zink- Legierungen	910	Leichtöle, Fette, Schmiermittel, Späne	Montage	Schleuder-Körbe, automatisiert
Getriebeteile für Traktoren	Stahl	910	Maschinenöl, Späne, Härteöl	Nitrieren	automatisiert, in Härtegestellen
Schlauch- Schnellverbinder	Stahl, Messing	1.250	Maschinenöl, Späne	Montage	Fließband
Draht, Durchmesser 0,8-3,2 mm	Aluminium	1.810	Ziehhilfsmittel, Leichtöl	Versendung	kontinuierlich mit 3 m/s
Rohre, Durchm. 6-76 mm, Länge 762-1270 mm	Gusseisen, Aluminium	5.670	Ziehhilfsmittel	Wärmebehandlung	Hebezug, 1134 kg pro Charge

Dampfentfetten-Abkochen-Tauchen-Dampfentfetten

Gereinigte Teile	Material	Durchsatz in kg/h	Entfernte Verunreinigung	Nachfolgender Prozessschritt	Handhabung
Transistoren	gold- und zinnbeschichtet	25	Silikonöle, Leichtöle	Lackieren, Kennzeichnen	manuell, in Körben
Stanzteile	Stahl	450	Stanzöl	Lackieren	manuelle Umsetzung
Ventile (Automobil/ Luftfahrtindustrie)	Stahl	450	Maschinenöl	Schweißen	manuelle Umsetzung
Messerklingen	Stahl	820	Öl, Schmirgelreste	Polieren	manuelle Umsetzung
Werkzeughalter	Stahl	910	Schmierstoffe, Späne	Fräsen	automatisiert
Rohre (Länge 60 cm)	Aluminium	910	Ziehmittel	Polieren, Bürsten	automatisiert, Rohre vertikal
Stanzteile für Rechenmaschinen	Stahl	1.360	Stanzöl	Beschichtung	automatisiert, Fließband
Druckgussteile	Zinklegierung	1.360	Schneidöl, Späne	Montage	automatisiert, in Warengestellen
Schrauben	Stahl, Messing	1.360	Schneidöl, Späne	Montage	automatisiert, Schleuder-Körbe
Kabelverbinder	Stahl	1.810	Leichtöl	Qualitätsprüfung	automatisierte Fördereinheit
Verschiedene Stanzteile	Stahl	2.270	Leichtöl, Späne	Hartlöten	Handhabung in Körben
Wafer	Silicium	...	Paraffin, Wax	Ätzen	manuell, in Halterungen

Der mit diesen Verfahren erreichbare Reinheitsgrad ist sehr hoch und es können vollständig fettfreie Oberflächen erzeugt werden. Bauteile aus nicht rostfreien Stählen neigen daher nach der Dampfentfettung sehr stark zur Korrosion und müssen sofort weiterverarbeitet oder mit einem Rostschutzmittel imprägniert werden.

Die Dampfentfettung kann aufgrund der hohen Temperaturen in der Dampfzone bei Kunststoffen oftmals nicht angewendet werden. Bei Bauteile aus gehärtetem Stahl können unter Umständen bereits unerwünschte Anlassvorgänge erfolgen. Bei derartigen wärmeempfindlichen Bauteilen kann jedoch eine Dampfentfettung im Teilvakuum erfolgen, da bei niedrigerem Druck eine Verdampfung bei geringen Temperaturen möglich ist. Glas- und Keramikteile sind aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit zum Teil schlecht zu reinigen. Problematisch ist die Reinigung von Bauteile aus Titan/Zirkon-Legierungen mit CKW, da es hier zu Spannungsrisskorrosion kommen kann. Bei dem gleichzeitigen Auftreten von Aluminiumspänen und Feuchtigkeit in einer CKW-Dampfentfettungsanlage besteht Feuergefahr. Ansonsten können alle gebräuchlichen Werkstoffe mit diesem Verfahren problemlos gereinigt werden.

Umwelt- und Arbeitsschutz

Die beim Dampfentfetten zu beachtenden Umwelt- und Arbeitsschutzauflagen sind von dem verwendeten Reiniger abhängig. Am häufigsten werden die Chlorkohlenwasserstoffe Perchlorethylen und Trichlorethylen eingesetzt. Da es sich hierbei um nicht brennbare Stoffe handelt, müssen keine besonderen Brand- oder Explosionsschutzmaßnahmen getroffen werden. Die Emission von CKW in die Umwelt ist hingegen streng reglementiert. Alternativ zu den CKW können auch nichtchlorierte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz kommen. Dabei kann es sich entweder um unpolare Kohlenwasserstoffe oder um polare bzw. teilpolare sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe handeln. Bei diesen sind die Emissionsschutzauflagen zwar deutlich geringer, dafür muss hier jedoch ein hoher Aufwand bezüglich des Brand- und Explosionsschutzes getrieben werden. Wässrige Reiniger und Pflanzenölester können für die Dampfentfettung in der Regel nicht eingesetzt werden.

Energiesparend wirkt die Verwendung von Lösemittel mit einem niedrigen Verdampfungspunkt, da dann die Betriebstemperatur und damit die Heizleistung gering gehalten werden kann. Zudem wird so gewährleistet, dass die Betriebstemperatur deutlich unter der Verdampfungstemperatur der im Reiniger gelösten Verunreinigungen liegt. Dies verhindert, dass die Verunreinigungen verdampfen, auf dem Bauteil kondensieren und somit das Reinigungsergebnis erheblich verschlechtern. Um den Siedepunkt weiter herabzusetzen, kann die Dampfentfettung bei geschlossenen Anlagen auch in einem Teilvakuum erfolgen.

Durch das Verdampfen des Lösemittels in dem Siedesumpf ist die Reinigeraufbereitung ein integraler Bestandteil des Reinigungsverfahrens. Lediglich die sich im Siedesumpf ansammelnden Verschmutzungen müssen von Zeit zu Zeit entnommen und entsorgt werden. Die dabei zu beachtenden Entsorgungsbestimmungen sind von der Art und Zusammensetzung der Verschmutzungen abhängig.

Anlagen und Kosten

Die grundlegenden Bestandteile einer Dampfentfettungsanlage sind eine Reinigungskammer mit einem Siedesumpf, in dem das Lösemittel verdampft wird, und eine entsprechende Heizeinrichtung. Um die zu reinigenden Bauteile in die Dampfzone einbringen zu können, müssen zudem entsprechende Handhabungseinrichtungen vorgesehen werden. Kleine Bauteile werden zumeist in Warenkörben aus Drahtgeflecht zugeführt, größere Bauteile werden mit Hebezügen oder mit Hängefördersystemen eingebracht.

Es können generell zwei Hauptanlagenvarianten unterschieden werden: Dies sind zum einen die geschlossenen Anlagen, bei denen die zu reinigenden Bauteile chargenweise durch Schleusen in die Reinigungskammer eingebracht werden und zum anderen die oben offenen Anlagen, die sowohl für einen chargenweisen Betrieb, als auch für einen Betrieb im Durchlaufverfahren geeignet sind. Bei den oben offenen Anlagen wird am oberen Ende der Dampfzone eine Kühlzone vorgesehen, in der aufsteigender Lösemitteldampf rückkondensiert und zurück in das Vorratsbecken tropft. In Anlagen mit großem Teiledurchsatz wird dabei meist ein Kühlwasserkreislauf realisiert. In kleineren Anlagen werden oftmals auch Kühlakkus eingesetzt, die regelmäßig ausgetauscht und wieder heruntergekühlt werden müssen. Für den Betrieb mit CKW ist in Deutschland nur die geschlossene Bauform zugelassen. Die Beheizung des Siedesumpfes erfolgt bei kleineren Anlagen zumeist durch Widerstandserwärmung, bei größeren Anlagen durch Heißdampf, durch Gasbrenner oder durch Widerstandserwärmung.

Die Kosten einer Dampfentfettungsanlage hängen stark von den verwendbaren Reinigern (Explosionsschutzmaßnahmen, Umweltauflagen usw.) und von der Anlagengröße und den Handhabungs- und Zusatzeinrichtung ab. Das Anlagenspektrum reicht von einfachen, oben offenen Dampfentfettungsbecken, bei denen Warenkörbe mit dem zu reinigenden Gut von Hand eingehängt werden, bis zu vollautomatisch arbeitenden Anlagen, in denen verschiedenartige Waschprogramme mit unterstützenden Spritz- und Tauchreinigungsschritten sowie einer anschließenden Trocknung ablaufen.

Anlagenbeispiele

Spritzen und Dampfentfetten	Eiberger Pföhler	Multimatic Oberflächen	Eiberger Pföhler
Tauchen und Dampfentfetten	PERO	PERO	Eiberger Pföhler
Spritzen, Tauchen und Dampfentfetten	Multimatic Oberflächen	Multimatic Oberflächen	Multimatic Oberflächen

Referenzen

„Guide to Vapor Degreasing and Solvent Cold Cleaning“
ASM Handbook (ASM International), 1996

Online-Artikel des US-Amerikanischen "PrecisionCleaningWeb"
http://www.precisioncleaningweb.com

Online-Artikel der Zeitschrift "JOT - Journal für Oberflächentechnik"
www.jot-oberflaeche.de

Name des Autors: team