Bei der Blitzlampen-Reinigung handelt es sich um ein relativ neues, in den USA entwickeltes Präzisionsreinigungsverfahren, das sich noch in der Entwicklungsphase befindet. Daher ist noch nicht viel über Anwendungsbeispiele, Kosten und Anlagenvarianten bekannt.
Bei der Blitzlampen-Reinigung handelt es sich um ein relativ neues, in den USA entwickeltes Präzisionsreinigungsverfahren, das sich noch in der Entwicklungsphase befindet. Daher ist noch nicht viel über Anwendungsbeispiele, Kosten und Anlagenvarianten bekannt.
Bei der Reinigung erzeugt eine Xenon-Blitzlampe einen kurzen Lichtblitz hoher Energie, der mittels eines Parabolspiegels auf die zu reinigende Oberfläche fokussiert wird. Verschmutzungen und Beschichtungen werden dabei aufgrund der hohen Energiedichte verdampft. Nicht verdampfte Bestandteile werden durch einen auf die Bauteiloberfläche gerichteten Luftstrahl entfernt.
Oftmals wird dieses Reinigungsverfahren auch mit dem CO2-Pellet-Strahlen oder dem CO2-Schnee-Strahlen kombiniert. Dabei wechseln sich kurze Blitzlichtimpulse und kurzes Strahlen ab. Der schnelle Temperaturwechsel verstärkt dabei den Reinigungseffekt.
Gereinigt werden können sämtliche Materialien, die unempfindlich gegenüber schnellen Temperaturwechseln sind. So können sämtliche Metalle aber auch Verbundstoffe gereinigt werden. Probleme können Kunststoffe bereiten. Bislang wird dieses Verfahrens vornehmlich zur Entlackung von Flugzeugen, Schiffsrümpfen oder ähnlichem eingesetzt.
Physikalischer Hintergrund
In einer sogenannten Flashlamp (Blitzlampe) wird ein in einer Quarzröhre befindliches Gas (Xenon oder Quecksilberdampf) mit einer Frequenz von 4 - 6 Hz elektrisch angeregt, was jedes mal zur Abstrahlung eines hochenergetischen ultravioletten Lichtblitzes führt. Dieser Lichtblitz wird mittels eines Parabolspiegels auf die zu reinigende oder zu entschichtende Oberfläche fokussiert. Die Verschmutzungsschicht bzw. die Beschichtung nimmt die Energie des Lichtes auf, erwärmt sich lokal sehr stark und verdampft teilweise. Ein auf die Oberfläche gerichteter Luftstrahl bläst die verdampften Bestandteile und noch verbliebenen Überreste fort. Das Bauteil wird abwechselnd mit einem UV-Blitz und mit einem scharfen Luftstrahl bestrahlt, was zu einem ständigen Temperaturwechsel und einem sehr steilen Temperaturgradienten an der Oberfläche führt.
Um den Reinigungseffekt zu verstärken, kann statt eines Luftstrahls auch ein
CO2-Schnee-Strahl oder ein
CO2-Pellet-Strahl eingesetzt werden. Der Temperaturgradient an der Bauteiloberfläche verstärkt sich bei dem Einsatz gefrorenen Kohlendioxids, was den Reinigungseffekt zusätzlich verstärkt. Die Kombination dieser mit sehr stark unterschiedlichen Temperaturen arbeitenden Verfahren führt zu einer sehr starken Reinigungswirkung. Auf diese Weise können auch schwerste Verschmutzungen oder Lackschichten abgetragen werden. Auch möglich, allerdings weniger üblich, ist die Verwendung eines Wasserstrahls oder eines Druckluftstrahls mit gefrorenem Wasser (Schnee).
Schematische Darstellung der kombinierten Reinigung mit Xenon Flashlamp und CO2
-Schnee-Strahlen
Die Prozessparameter müssen sehr genau auf die Randbedingungen eingestellt werden, um eine vollständige Reinigung oder eine selektive Entschichtung (Abtrag einzelner Lackschichten) zu gewährleisten. Die dazu erforderliche Überwachung des Reinigungsverlaufs kann mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems erfolgen. Dabei entsteht jedoch häufig das Problem, dass sich fortgeblasene Verschmutzungsreste auf dem Objektiv ablagern. Das hat zur Folge, dass die Bildqualität im Laufe der Zeit stark abnimmt. Um dieses Problem zu vermeiden, kann die Überwachung des Reinigungsprozesses durch ein foto-akustisches System erfolgen.
Haupteinsatzgebiete
Da sich dieses Verfahren noch in der Entwicklungsphase befindet, sind noch nicht viele Anwendungsbeispiele bekannt. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sind bislang noch nicht vollständig ergründet worden.
Die Besonderheit dieses Präzisionsreinigungsverfahrens liegt darin, dass die gereinigten Oberflächen unbeschädigt bleiben und ein sehr hoher Reinheitsgrad erreicht werden kann. Bei computergestützter Überwachung der Prozessparameter kann sogar eine selektive Entschichtung erfolgen, das heißt, von mehreren übereinander liegenden Schichten (z. B. Korrosionsschutzgrundierung und Lacksystem) kann die oberste Schicht entfernt werden, ohne die darunter liegende zu beschädigen.
Gereinigt werden können sämtliche Materialien, die unempfindlich gegenüber starken Temperaturschwankungen sind. Dies trifft auf nahezu alle Metalle aber auch auf viele Verbundstoffe zu. Probleme können Kunststoffe bereiten.
Entfernt werden können sowohl leichthaftende Verschmutzungen als auch festhaftende Beschichtungen wie z. B. Lacke, Fotolacke oder Farben.
Konkrete Einsatzbeispiele sind bislang vor allem in den USA bei der Entlackung von Flugzeugen, Schiffen und Brücken zu finden. In einem Anwendungsfall wurden Wafer von den zur Herstellung verwendeten Fotolacken gereinigt.
Umwelt- /Arbeitsschutz
Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein sehr umweltfreundliches Verfahren. Als Abfallprodukte fallen nur die entfernten Verschmutzungs- bzw. Beschichtungsstoffe an. Diese werden direkt abgesaugt und können durch entsprechende Filteranlagen gesammelt und entsorgt werden. Daher sind die anfallenden Entsorgungskosten gering.
Bei Kombination mit einem CO2-Pellet-Strahlgerät oder einem CO2-Schnee-Strahlgerät ist aufgrund des Hochgeschwindigkeits-Gasstrahls mit einem Lärmpegel von 60 bis 130 dB(A) zu rechnen. Dementsprechend sollte die Anlage nach Möglichkeit gekapselt werden oder es ist ein geeigneter Gehörschutz zu tragen.
Der MAK-Wert für Kohlendioxid liegt bei 5000 ppm, da sonst Erstickungsgefahr besteht. Ansonsten ist die Verwendung von Kohlendioxid ungefährlich, denn es handelt sich um ein nichtbrennbares, nichtgiftiges Gas, das mit Luft keine explosiven Gemische bildet. Das verwendete Kohlendioxid wird durch Verflüssigung der Luft gewonnen und nicht eigens für dieses Verfahren produziert. Es trägt daher nicht zum Treibhauseffekt bei.
Anlagen und Kosten
Da sich das Verfahren noch in der Entwicklung befindet, existieren bislang zumeist nur Labor- oder Versuchsanlagen. Standardanlagen sind am Markt noch nicht erhältlich (Stand 2001). Generell handelt es sich um ein hochpräzises aber auch sehr teures Verfahren. Die Kosten für einfache Anlagen liegt derzeit zwischen 20.000 $ und 250.000 $ (Stand 2001). Eine leistungsstärkere Anlage, die die Reinigung durch die Xenon-Flashlamp mit der durch CO2-Pellet-Strahlen verbindet, ist dementsprechend teurer und kostet um 1.500.000 $ (Stand 2001).
Referenzen
US-Amerikanische Wissensbasis "Sage: Solvent Alternatives Guide"
US-Amerikanische Patentschriften
Veröffentlichungsnr. US5613509 (1997), US6028316 (2000)
