Ausdrücken

Die Handhabung von Kleinstteilen mit Hauptabmessungen im Bereich einiger weniger Millimeter erfolgt zumeist als Schüttgut. Werden bei der Fertigung Bearbeitungsfluide, wie Läppmittel, Kühlschmierstoffe oder Spanöle, eingesetzt, kann eine erhebliche Menge dieser Flüssigkeiten in den inneren Hohlräumen der Kleinstteilschüttung aufgenommen und dort durch Kapillarkräfte gehalten werden. Modellrechnungen an kugelförmigen Bauteilen haben z. B. eine Flüssigkeitsaufnahme von 40 Volumenprozent ergeben. Wird diese große Schmutzmenge in ein Reinigungsbad eingetragen, sind nur sehr kurze Standzeiten realisierbar. Es empfiehlt sich daher, in solchen Fällen eine Vorentölung vorzuschalten. Dies kann bei Schüttungen sehr kleiner Bauteile durch Ausdrücken oder durch Schleudern erfolgen. Bei größeren Bauteilen kann das Ausdrücken in der Regel nicht angewendet werden.

Prinzip des Ausdrückens

Physikalischer Hintergrund

Die auszudrückenden Bauteile befinden sich in einem Behälter, der mit einem Siebboden ausgestattet ist. Der Siebboden muss dabei eine Maschenweite haben, die deutlich unter dem kleinsten Projektionsquerschnitt der zu reinigenden Bauteile liegt. Der Behälter wird mit einem Deckel verschlossen, und es wird ein Überdruck aufgebracht. Alternativ kann auch unter dem Siebboden ein Unterdruck angelegt werden. Im Anfangszustand ist das Porensystem der Schüttung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeit wird durch die Kapillarkraft am Ausfließen gehindert. Wirkt auf die Schüttung nun eine äußere Kraft in Form eines höheren Drucks auf einer Seite, wird die Kapillarkraft durch den Überdruck überwunden und die Flüssigkeitssäulen in den einzelnen Kapillaren der Schüttung werden zurückgedrängt. Es fließt nun so lange Flüssigkeit auf der Seite mit dem niedrigeren Druck aus, bis die hydraulischen Flüssigkeitsverbindungen im Inneren der Schüttung abreißen und der Überdruck ungehindert auf die andere Seite entweichen kann. Nach diesem, nur einige wenige Sekunden dauernden Vorgang liegen in der Schüttung nur noch isolierte Flüssigkeitsinseln und an den Bauteilen adsorbierte Flüssigkeit vor. Der Restfeuchtegehalt, der sich nach dem Ausdrücken ergibt, beträgt nach Modellrechnungen für Kugelschüttungen ca. 8 %. Das heißt, die ursprüngliche Schmutzmenge konnte um ca. 92 % verringert werden. Die noch verbleibende Restverschmutzung muss dann in einem nachgeschalteten Reinigungsschritt, zumeist einem Nassverfahren, entfernt werden. Nach der Endreinigung kann erneut ein Ausdrücken erfolgen, um die in die nachfolgende Trocknungsstufe eingetragene Reinigungsflüssigkeitsmenge zu reduzieren.
















Bild: Prinzip des Ausdrückens

Haupteinsatzgebiete

Das Ausdrücken wird, genauso wie das Schleudern, dem Hauptreinigungsprozess vorgeschaltet, um die Menge der mit den Bauteilen verschleppten flüssigen Verunreinigungen zu reduzieren und so nachfolgende Reinigungsbäder zu entlasten. Im Gegensatz zu dem Schleudern ist das Ausdrücken jedoch nur bei als Schüttgut gehandhabten Kleinstteilen anwendbar. Da beim Ausdrücken keine Relativbewegung der Bauteile untereinander stattfindet und nur kleine Drücke (< 1 bar) eingesetzt werden, handelt es sich im Vergleich zum Schleudern um ein sehr bauteilschonendes Verfahren.

Bereits ein geringer Überdruck führt zum Herauspressen eines großen Teils der in den Hohlräumen der Schüttung befindlichen Flüssigkeit. Diese kann, nach einer Filterung, zumeist wiederverwendet werden. Der Restschmutzgehalt beträgt zumeist ca. 8 - 10 % des Ausgangszustandes. Diese Restverschmutzung muss in einem nachgeschalteten Reinigungsschritt entfernt werden.

Durch Ausdrücken können nur flüssige Verunreinigungen sowie in der Flüssigkeit dispergierte Kleinstpartikel entfernt werden.

Umwelt- und Arbeitsschutz

Das Verfahren Ausdrücken erlaubt, sofern es dem Hauptreinigungsprozess als Vorentölungsschritt vorgeschaltet wird, eine weitgehende Ölrückgewinnung. Ein typischer Anwendungsfall ist das Vorentölen von spanend gefertigten Kleinstteilen. Die ausgedrückte Bearbeitungsflüssigkeit, z. B. Läppmittel, Spanöl oder Kühlschmierstoff, kann, nach einer Ausfilterung der Späne, meist direkt in den vorgeschalteten spanenden Bearbeitungsprozess rückgeführt werden. Die Rückgewinnungsrate hängt dabei von der Größe und Form der Bauteile ab. Voraussetzung ist eine hydraulische Verbindung der in den Hohlräumen der Schüttung befindlichen Flüssigkeit. Grundlagenuntersuchungen an feuchten Sandschüttungen haben gezeigt, dass die Rückgewinnungsrate dort über 90 % beträgt.

Anlagen und Kosten

Zum Ausdrücken werden Behälter mit Siebboden verwendet. Die Maschen des Siebes müssen dabei deutlich kleiner sein, als die kleinste projizierte Fläche der Werkstücke, so dass die Werkstücke nicht in das Sieb gedrückt werden können. Auf den Behälter wird ein dichtender Deckel gesetzt und es wird ein Überdruck, z. B. durch die Einleitung von Pressluft, erzeugt. Sollte der Eintrittsluftstrahl zu scharf sein, müssen Einbauten zur Verwirbelung vorgesehen werden. Zum Herausdrücken eines großen Teils der Flüssigkeit ist lediglich ein Überdruck von einigen Zehntel bar erforderlich. Alternativ kann die Flüssigkeit auch durch den Siebboden mit einem Unterdruck abgesaugt werden.

Da es sich beim Ausdrücken um ein Verfahren mit sehr engen Einsatzgrenzen handelt, werden entsprechende Anlagen als Sonderbauformen für den spezifischen Einzelfall entwickelt. Standardanlagen sind nicht erhältlich.

Referenzen

N. Schadler
Untersuchungen zur Trocknung und Entwicklung eines Modells für die Berechnung des Trocknungsverlaufes kapillarporöser lösungsmittelfeuchter Körper
Diss. TH Darmstadt, 1983

H. Schubert
Kapillarität in porösen Feststoffsystemen
Springer Verlag, 1982

S. Whitaker
Moisture transport mechanisms during the drying of granular porous media
DRYING 1985, Proc. Of 4^th International Drying Symposium
Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1985