Trockeneis- und CO 2 -Schneestrahlen. - Prinzip und Anwendungsmöglichkeiten -

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1 Trockeneis- und CO 2 -Schneestrahlen - Prinzip und Anwendungsmöglichkeiten -

2 Agenda Fraunhofer IPK CO 2 -Strahlen Allgemeines Anlagentechnik Anwendung Vergleich Trockeneis- und CO 2 -Schneestrahlen Kosten Seite 2 / 17

3 Fraunhofer IPK Gründung des IWF Gründung des IPK Bezug des PTZ Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb, IWF TU Berlin 441 Mitarbeiter (Wissenschaftler, Dienstleister, Studenten) Mehr als 7100 m² - Büros, Speziallabore und Versuchshalle ( 60 m) Seite 3 / 17

4 Fraunhofer IPK Forschungen zum Strahlen mit festem CO 2 als Strahlmedium am IPK seit 1996 Untersuchungen zu Strahlparametern Düsenentwicklung Theoretische / Analytische Untersuchung der Technologie Geschäftsstelle Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik Kontaktpunkt von 10 verbundenen Fraunhofer Instituten, die das gesamte Gebiet der Reinigungstechnik abdecken Kostengünstige, koordinierte Projektdurchführung durch Kooperation der einzelnen Institute Seite 4 / 17

5 Allgemeines - Eigenschaften von Kohlendioxid Ungefährlicher Stoff (GefStoffV) Nicht brennbar, nicht giftig, farblos, geruchlos (MAK-Wert 5000 ppm), nicht elektrisch leitend, bakteriostatisch, chemisch inert Temperatur (1 bar): - 78,3 C; Dampfdruck (20 C): 57,3 bar Bei Umgebungsdruck nur fest oder gasförmig Direkter Übergang von fest nach gasförmig (Sublimation) Keine Nässe Ł Trockeneis Seite 5 / 17

6 Allgemeines - Wirkmechanismen Trockeneispartikel Verunreinigung τ S Substrat Thermischer Effekt Lokale Abkühlung und Versprödung der Verunreinigung, Ablösung vom Substrat aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehungskoeffizienten Mechanischer Effekt Impulsübertragung durch Partikel und Druckluft auf die Oberfläche, mechanische Abtrennung Sublimationseffekt Schlagartige Volumenvergrößerung des CO 2 beim Wechsel vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand, Ablösung durch Druckstoß Seite 6 / 17

7 Allgemeines - Strahlmittelherstellung 10 mm Flüssiges CO 2 T = 20 C -20 C p = 57,3 bar; 20 bar CO 2 -Schnee T = - 78,3 C p = 1 bar Trockeneispellets T = -78,3 C p = 1 bar l P d P l P = 5-15 mm d P = 3,0 mm T P = - 78,3 C r P = 1100 kg/m³ r Schütt = 821 kg/m³ Härte = 1,5 Mohs Seite 7 / 17

8 Anlagentechnik - Einteilung der Reinigungsverfahren Reinigen mit Kohlendioxid Strahlen mit festem CO 2 Reinigen mit flüssigem CO 2 CO 2 -Strahlverfahren mit Druckluftbeschleunigung CO 2 -Strahlverfahren ohne Druckluftbeschleunigung Strahlen aus der fester Phase heraus (Trockeneisstrahlen ) Strahlen aus der flüssigen Phase heraus (Schneestrahlen ) Schleuderrad -Strahlen mit Trockeneis (aus der festen Phase ) CO 2 Snow Jet Cleaning (aus der flüssigen Phase ) Einschlauchanlage Agglomerationskammer Zweischlauchanlage Zweistoffringdüse Kombinationsanlage Seite 8 / 17

9 Anlagentechnik CO 2 -Strahlen mit Druckluftbeschleunigung Strahlen aus der festen Phase Strahlen aus der flüssigen Phase Druckstrahlanlage Einschlauch anlage Injektoranlage Zweischlauch anlage Kombination Zweischlauch anlage Entspannung in Umgebungsdruck Entspannung in Strahldruck B C 6 cm Seite 9 / 17

10 CO 2 -Strahlen Vorteile 25 mm Sublimation des Trockeneis Kein Eintrag von Sekundärverunreinigungen Geringe Entsorgungskosten aufgrund des geringen Abfallvolumens Anwendungsflexibel hinsichtlich Substrat und Verunreinigung Kurze Reinigungszeiten ohne Demontage Selektiver Reinigungsprozess mit geringer abrasiver und korrosiver Substratbeeinflussung Einfache Anlagentechnik Seite 10 / 17

11 CO 2 -Strahlen Nachteile Hoher Schalldruckpegel Trockeneispellets begrenzte Zeit in Isolierbehältern lagerfähig Hohe Betriebskosten (Druckluftaufbereitung, Trockeneispellets) Absaugtechnik erforderlich Quelle: acp Seite 11 / 17

12 Trockeneisstrahlen Anwendung Reinigen von Maschinen, Anlagen und Funktionsoberflächen Reinigen von Spritzgussformen in der Kunststoffindustrie Reinigen spannungsführender Anlagen und elektronischer Komponenten Entlacken, Entgraten, Entschichten Entfernen keramischer Wärmedämmschichten Seite 12 / 17

13 CO 2 -Schneestrahlen Anwendung Vorbehandeln vor dem Lackieren und Kleben Reinigen von Metall- und Kunststoffoberflächen Reinigung sensibler optischer Linsen Reinigung empfindlicher elektronischer Komponenten Seite 13 / 17

14 Vergleich Trockeneisstrahlen und CO 2 -Schneestrahlen Trockeneisstrahlen Nutzung von separat zuzuführendem Trockeneis (Trockeneispellets) Trockeneis in isolierten Behältern bis 5 Tagen lagerbar Beschleunigung durch Druckluftstrom und spezielle Strahldüsengeometrien Hoher Strahldruck erforderlich CO 2 -Schneestrahlen Nutzung von in Tanks lagerndem flüssigem CO 2 Unbegrenzte Lagerfähigkeit des Strahlmittels Entspannen in der Strahldüse, ggf. Beschleunigen durch Druckluft oder Schutzgas Hoher Strahldruck erforderlich Seite 14 / 17

15 Vergleich Trockeneisstrahlen und CO 2 -Schneestrahlen Trockeneisstrahlen Stark abrasive Wirkung Hoher Strahldruckpegel Automatisierung aufwendig CO 2 -Schneestrahlen Leicht abrasive Wirkung Hoher bis niedriger Strahldruckpegel Gute Automatisierbarkeit Anwendsungsbeispiele: Entschichten, Entgraten und Entlacken, Aufrauen, Reinigen Anwendungsbeispiele: Reinigen, Vorbehandlung vor dem Beschichten und Fügen Seite 15 / 17

16 Kostenüberblick Trockeneisstrahlen Anlage: T Pellets: 0,5 1 /kg CO 2 -Schneestrahlen Anlage: 10 T CO 2 -flüssig: 0,10 /kg Druckluft: 0,02 /m³ Automatisierung, Lohnkosten, etc. Seite 16 / 17

17 Kontakt Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) Pascalstraße Berlin Deutschland Dipl.-Ing. (FH) Martin Bilz M.Sc. fon: +49 (0) 30 / fax: +49 (0) 30 / mail: martin.bilz@ipk.fraunhofer.de web: Seite 17 / 17