Ofenreinigung

Die Reinigung im Schwelkammerofen erfolgt unter Sauerstoffabschluss bei 300 °C bis 470 °C. Dabei werden verschwelbare organische Stoffe, wie beispielsweise Lacke oder Kabelisolierungen, durch Ausgasen oder Verdampfen entfernt. Die entstehenden giftigen Schwelgase werden einer thermischen Nachverbrennung zugeführt. Der Reinigungsvorgang dauert meist mehrere Stunden.

Das Entfetten durch Abbrennen, wie es unter anderem in Emailierbetrieben oder vor dem Verzinken von Blechen angewendet wird, findet, im Gegensatz zur Reinigung im Schwelkammerofen, unter Frischluftzufuhr statt. Das Bauteil wird oftmals bis zur Rotglut (ca. 600 °C) aufgeheizt, wobei vorhandene fettige Rückstände thermisch zersetzt werden und in der sauerstoffreichen Atmosphäre verbrennen.

Bei der Reinigung mit Gasen, in der Literatur auch als "Gasbeizen" bezeichnet, werden rost- und zunderbehaftete Werkstücke aus Eisenwerkstoffen in einem Durchlaufofen bei 550 °C bis 750 °C einer Atmosphäre aus Chlorwasserstoff, Stickstoff und Kohlendioxid ausgesetzt. In der heißen, sauren Atmosphäre werden Rost und Zunder in Eisenchloride umgewandelt. Eventuell vorhandene organische Verschmutzungen verbrennen ebenfalls.

Physikalischer Hintergrund

Bei der Ofenreinigung können drei Verfahrensvarianten unterschieden werden. Die Reinigung im Schwelkammerofen, die Entfettung durch Abbrennen und die Reinigung mit Gasen, oftmals auch als Gasbeizen bezeichnet.

Reinigung im Schwelkammerofen

Im Schwelkammerofen werden die zu reinigenden Bauteile auf Temperaturen zwischen 300 °C und 470 °C erhitzt. Durch die Wärmezufuhr verflüssigen sich die Verschmutzungen, gasen aus oder verdampfen. Dieser Vorgang dauert meist mehrere Stunden. Oftmals müssen verbliebene anorganische Reste der Verschmutzungen, wie Asche, durch eine Folgebehandlungen durch Strahlen oder eine chemische Reinigung entfernt werden. Die thermische Reinigung im Ofen ist nur für entsprechend temperaturbeständige Werkstoffe geeignet, wobei sich auch hier Probleme aufgrund der hohen Temperaturen ergeben können. So kann es bei einigen Bauteilen aufgrund ihrer Geometrie zu Verzug kommen, bei anderen können die Werkstoffeigenschaften durch Effekte, wie Tempern oder Rekristallisation des Werkstoffes, beeinflusst werden. Schwelkammeröfen werden zumeist durch das Rauchgas eines öl- oder gasbetriebenen Heizbrenners befeuert. Das Rauchgas erfüllt in der Kammer zwei Funktionen: Es stellt die nötige Wärme für den Reinigungsvorgang zur Verfügung und inertisiert die Atmosphäre im Innern des Ofens, wirkt also als Schutzgas. Dies verhindert eine offene Verbrennung der Schmutzstoffe. Aus der Ofenkammer wird dann durch eine Entlüftung oder den Kamineffekt das Gemisch aus Schwelgasen und Brennergasen abgeführt. Um die diesbezüglichen Emissionsschutzbestimmungen einzuhalten, ist eine thermische Nachverbrennung (TNV) der entstehenden Schwelgase notwendig (siehe Umwelt- und Arbeitsschutz).

Strunz GmbH

Entfetten durch Abbrennen im Ofen

Das Verfahrensprinzip beim Abbrennen im Ofen ist wesentlich einfacher als das der Reinigung im Schwelkammerofen. Auch bei diesem Verfahren werden die kompletten Bauteile im Ofen oft bis zur Rotglut erhitzt. Im Gegensatz zum Schwelkammerofen ist hier jedoch eine Frischluftzufuhr gegeben. Vorhandene Fette, Öle und vergleichbare organische Verschmutzungen können so innerhalb der Ofenkammer verbrennen. Das Verfahren ist äußerst wirksam gegen fettige und organische Verschmutzungen, da diese durch die hohen Temperaturen und die Verbrennung restlos zersetzt und entfernt werden.

Reinigung mit aggressiven Gasen (Gasbeizen)

Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke in einem Durchlaufofen bei 550 °C bis 750 °C einer Atmosphäre aus Chlorwasserstoff, Stickstoff und Kohlendioxid ausgesetzt. Bei Eisenwerkstoffen wird vorhandener Zunder chemisch in Eisenchlorid umgewandelt. Die saure Atmosphäre und die thermische Energie entfernen des weiteren auch Fette, Öle und andere Verschmutzungen. Da die Kosten für dieses Verfahren sehr hoch liegen, kommt es nur in seltenen Sonderanwendungen zum Einsatz.

Haupteinsatzgebiete

Reinigung im Schwelkammerofen

Die Reinigung im Schwelkammerofen wird meist eingesetzt, um verschwelbare organische Schmutzstoffe, wie beispielsweise Lackreste, zu entfernen. Sie findet häufig ihre Anwendung in Wartung und Reparatur, wenn Lackierungen erneuert werden sollen oder fehllackierte Teile entlackt werden müssen. Oftmals werden auch Teile und Vorrichtungen, die beim Lackieren benötigt werden (Aufhängungen, Gitterroste aus Lackierkabinen usw.) nach diesem Verfahren entlackt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Entfernung von Isolierungen. Ein häufiges Beispiel hierfür ist die Entisolierung von Elektromotorspulen vor der Rückwicklung.

Entfetten durch Abbrennen im Ofen

Das Entfetten durch Abbrennen im Ofen wird in den letzten Jahren mehr und mehr durch die alkalische Reinigung verdrängt. Vielfach findet es jedoch in Emailbetrieben noch Anwendung, da hier leerstehende Öfen, die zeitweise nicht zum Emailieren benötigt werden, zum Reinigen der Bauteile genutzt werden können. Außerdem garantiert das Verfahren aufgrund seiner großen Wirksamkeit - auch gegen Fett- und Ölrückstände, die während des Umformvorganges in die Poren des Werkstoffes eingepresst wurden - ein gutes Reinigungsergebnis, was zum Aufbringen der Email unerlässlich ist. Aus dem gleichen Grund wird es oft auch vor dem Verzinken von Stahlblechen angewendet.

Reinigung mit aggressiven Gasen (Gasbeizen)

Aufgrund der hohen Kosten und der mit der Verwendung von aggressiven Gasen zusammenhängenden Umweltproblematik kommt dieses Verfahren nur in wenigen Sonderanwendungen zum Einsatz. Aufgrund der chemischen Umwandlung von Zunder in Eisenchloride und der hohen Prozesstemperaturen wird es ausschließlich für die Reinigung von Eisenwerkstoffen eingesetzt.

Schwelkammerofen mit Elektromotorenspule zur Entisolierung
Strunz GmbH

Bauteil aus einer Spritzgussanlage vor der thermischen Reinigung im Kammerofen

Bauteil nach der thermischen Reinigung im Kammerofen
Quelle: Schwing AG

Umwelt- und Arbeitsschutz

Da bei Schwelvorgängen im Kammerofen in starkem Maße umweltschädliche, giftige und explosive Gase (Kohlenmonoxid, Halogenwasserstoffe, Stickoxide, NOx) entstehen können, ist eine umfangreiche umwelttechnische Ausstattung der Anlage von Nöten. Üblicherweise wird hierzu die thermische Nachverbrennung (TNV) verwendet. Dabei werden die entstandenen Gase in einer weiteren Brennkammer nachverbrannt, wobei sie oxidieren und nahezu restlos in CO2 und H2O umgewandelt werden. Durch einen vorgeschalteten Wärmetauscher lässt sich die Abwärme der Nachverbrennung zum Vorheizen der Schwelgase vor der TNV sowie zur Vorbeheizung der Brennergase für den Ofen und die Nachverbrennung verwenden. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage soweit erhöht, dass zum Energieeintrag zur thermischen Nachverbrennung bereits ein relativ leistungsschwacher Gas- oder Ölbrenner ausreicht. Vorteile der TNV sind der relativ geringe Energiebedarf (bei Wärmerückführung) sowie die große Wirksamkeit bei der Entfernung von bedenklichen Gasen und Gerüchen. Üblicherweise darf der Schwelofen erst nach Anlaufen der Nachverbrennung und dem Erreichen der notwendigen Temperatur in der Brennkammer in Betrieb genommen werden. Werden lediglich Verschmutzungen wie Öle und Fette (beispielsweise nach dem Walzen von Blechen vor dem Verzinken) bereits unter ausreichender Sauerstoffzufuhr im Ofen verbrand, so ist eine thermische Nachverbrennung im Allgemeinen nicht mehr notwendig, da bei offener Verbrennung derartiger Stoffe normalerweise keine gefährlichen Gase entstehen.

Schema einer TNV: Oxytherm GmbH

Da die Verbrennung bzw. Verschwelung in geschlossenen Kammern stattfindet, sind für den Reinigungsvorgang selbst keine Schutzkleidung oder ähnliche Maßnahmen erforderlich. Es ist jedoch auf einen störfreien Betrieb der Öfen und Entlüftungsanlagen zu achten, um den Austritt von Abgasen oder die Verpuffung der Schwelgase durch Sauerstoffeintritt in die Kammer zu vermeiden. Des weiteren sind Öfen mit gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsvorkehrungen zu verwenden. Dazu gehören unter anderem Vorrichtungen zum Quetschschutz an den beweglichen Ofenteilen, wie Trenneinrichtungen oder fremdangetriebenen Schließeinrichtungen, eine Begrenzung der Oberflächentemperatur des Ofens auf 60 °C durch Wärmedämmung und entsprechend sichere elektrische Ausstattung. Die Öfen müssen so beschaffen sein, dass eine ausreichende Abfuhr der Abgase sowie die Verhinderung der Emission von gesundheitsschädlichen Gasen und Stäuben gewährleistet ist. Für sicherheitsrelevante Störungen muss ein Alarmsystem existieren, das diese optisch oder akustisch anzeigt. Typenschilder müssen Aufschluss über die Betriebsgrenzen, wie Höchstzuladung, zulässige Höchsttemperatur usw. geben. Außerdem ist mit den noch heißen, gereinigten Werkstücken entsprechend vorsichtig zu verfahren, um Verbrennungen der Mitarbeiter zu vermeiden.

Schwelkammerofen: Schwing AG

Anlagen und Kosten

In den meisten Fällen dienen zur Ofenreinigung verbrennungsgasbeheizte Schwelkammeröfen mit thermischer Nachverbrennung. Derartige Öfen sind auch in anderen Produktionsbereichen einsetzbar, beispielsweise zum Trocknen, Anlassen, Rekristallisationsglühen oder als Aushärteofen. Die Kosten für Anschaffung und Betrieb dieser Anlagen richten sich weitestgehend nach der gewünschten Größe des Ofen, sowie der gewünschten Temperatur und Heizleistung. Die Firma Strunz GmbH bietet beispielsweise spezielle Entisolierungs- und Entlackungsöfen in Baugrößen zwischen 1m*1m*1m und 3m*3m*10m (B/H/T) an. Die größten möglichen Chargen betragen dabei bis zu 25 t, wobei bis zu 800 kg Lacke oder Isolierstoffe pro Charge entfernt werden können.

Kammerofen mit TNV
ELHO Industrieofenbau

In Ausnahmefällen, wenn sich beispielsweise die Neuanschaffung von speziellen Öfen für die Reinigung nicht rechnet, werden auch elektrisch beheizte Öfen verwendet. Die Betriebskosten liegen bei diesen Anlagen deutlich höher als bei brennerbeheizten Öfen. Dies erklärt sich zum einen durch die hohen Stromkosten und zum anderen durch die Notwendigkeit einer separaten Schutzgasversorgung der Kammer bei thermischer Reinigung durch Verschwelen. Der Vorteil dieser Anlagen liegt jedoch in der großen Flexibilität der Einsatzbereiche. Oft lassen sie sich in weiten Bereichen der Wärme- und Oberflächentechnik einsetzen.

Elektrisch beheizter Kammerofen mit Schutzgaseinrichtung
Linn High Therm GmbH

Bei der Reinigung durch Abbrennen, beispielsweise von Walzblechen oder Metallteilen vor dem Emaillieren, kommen oft auch Durchlauföfen zum Einsatz. In diesen werden die Werkstücke während des Durchlaufes bis zur Rotglut erhitzt. In der Umgebungsatmosphäre, die Sauerstoff enthält, brennen Fette, Schmiermittel und organische Verschmutzungen weitestgehend ab. Diese Art der Reinigung tritt oft als gewünschter "Nebeneffekt" bei Wärmebehandlungen der Werkstücke im Durchlaufofen auf.

Durchlaufofen
David+Baader GmbH

Referenzen

U. Heffungs
Flexibles Konzept für die thermische Entlackung
JOT-Journal für Oberflächentechnik, Nr. 10 (1998), 1998

U. Hartmann, G. Glanz
Teileentlackung: Chemisch oder thermisch?
JOT-Journal für Oberflächentechnik, Nr. 8 (1997), 1997

Online-Magazin "JOT Journal für Oberflächentechnik"
JOT Journal für Oberflächentechnik

K. Mainord
Cleaning with Heat: Old Technology with a Bright New Future
The Magazine of Critical Cleaning Technology, Sept. 1994, S. 37 - 43; 1994

R. Mol
Ofen oder Wirbelbett?
JOT-Journal für Oberflächentechnik, Nr. 4 (1997), 1997

N. N.
Entlacken Von der Abbeizpaste bis zur Hochdruckentlackung
JOT-Journal für Oberflächentechnik, Nr. 6 (1998), 1998

Online-Magazin "Precision Cleaning Web"
www.precisioncleaningweb.com

Weiner, R.
"Metall-Entfettung und -Reinigung"
Eugen G. Leuze Verlag, 1969