CH305341A - Verfahren zur Reinigung von Bestandteilen für Erzeugnisse der Präzisionsindustrie. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Reinigung von Bestandteilen für Erzeugnisse der     Präzisionsindus       Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah  ren zur     Reinigung    von Bestandteilen für Er  zeugnisse der     Präzisionsindustrie,    namentlich  der Uhrenindustrie, bei dem die zu reinigen  den Teile in ein Flüssigkeitsbad eingetaucht  werden und dieses einer     Ultrasehallschwin-          gung    unterworfen wird.  



  Bestandteile der erwähnten Art erfordern  vielfach eine besonders     gründliche    Reinigung.  Dies ist beispielsweise der Fall, wenn es sich  um feinste     Bohrungen    aufweisende Teile han  delt, die nach dem Bohren poliert     wurden,    wo  bei Polierpaste in die Bohrungen gelangte und  durch die Reinigung aus ihnen entfernt wer  den muss, oder wenn solche Teile mit feinsten  Bohrungen aus einem     Vernicklungsbad    kom  men und die Bohrungen durch ein Häutchen  von Nickelsalzen verschlossen sind, das eben  falls entfernt werden muss.

   Teile mit feinen  Lagerbohrungen müssen ebenfalls äusserst  gründlich gereinigt werden, damit in diese  Lagerbohrungen     eingebrachte        öltröpfchen     nicht auslaufen.  



  Es hat sich nun gezeigt, dass sich eine zur       Erfüllung    dieser hohen Anforderungen ge  nügend wirksame Reinigung der Teile bei ge  ringem Energieaufwand erzielen lässt, wenn  gemäss der vorliegenden     Erfindung    das Flüs  sigkeitsbad von einer Flüssigkeitssäule gebil  det wird, deren Höhe mindestens das     Zehn-          und    höchstens das Fünfzigfache und deren  grösste Breite mindestens das Drei- und höch  stens das Zehnfache der grössten Abmessung  des grössten der im gleichen Arbeitsgang zu    reinigenden Teile beträgt,

   wobei die     Beschik-          kun'g    dieser Flüssigkeitssäule mit der Ultra  schallschwingung von deren unterer Grund  fläche her     erfolgt.    Zweckmässig wird hierbei  eine Ultraschallschwingung angewendet, die   eine Frequenz von mindestens 1.00 Kilohertz  und höchstens 2000 Kilohertz aufweist. Vor  zugsweise wird diese Ultraschallschwingung in  Form periodischer     Schwingungsimpulse    auf  die Flüssigkeitssäule zur     -Wirkung    gebracht,  wobei diese Impulse mit einer Frequenz von  <U>min</U>destens 30 und höchstens 300     Hertz    erfol  gen können.

      In der Zeichnung sind eine Einrichtung  sowie verschiedene zur Durchführung des Ver  fahrens geeignete Formen der     Ulträsehall-          schwingung    beispielsweise dargestellt. An  Hand der     Zeichnung    werden im nachstehen  den auch Ausführungsarten des Verfahrens  erläutert.

           Fig.    1 zeigt im Vertikalschnitt einen ersten  Teil der Einrichtung, bestehend aus einem  Behälter für das Flüssigkeitsbad einen     Trans-          duktor    zur Umwandlung elektrischer in me  chanische     Schwingtmgen    von Ultraschallfre  quenz und Mittel zur     Übertragung    der mecha  nischen Ultraschallschwingung vom Trans  duktor auf das Flüssigkeitsbad.  



       Fig.    2 zeigt das     Schaltungsschema    eines  zweiten Teils der     Einrichtung,        nämlich    eines  Erzeugers für elektrische Schwingungen     mit          Ultraschallfrequenz    und der in     Fig.    3 gezeig  ten     Schwingungsform.              Fig.    3 bis 6 zeigen verschiedene Formen  von     Ultraschwingungen,    wobei die vom  Schwingungserzeuger gelieferte, den Trans  duktor erregende elektrische Spannung über  der Zeit aufgetragen     ist.     



  In     Fig.    1 bezeichnet 1 einen Topf mit  einem Aussenflansch 2 zur Abstützung des  Topfes auf dem Gehäuse 3 eines Schwingungs  erzeugers. Im Boden des Topfes 1 befindet  sich eine von einem Rand 6     -umgebene    Öff  nung 5. Der Topf 1 trägt eine Anzahl Stift  schrauben 7, die eine Druckplatte 8 durchdrin  gen und auf welche Muttern 9     geschraubt.     sind.     Zwischen    diese Muttern und die Druck  platte 8     eingelegte    Federn 10 pressen die  Druckplatte nach oben.

   Letztere weist einen  dem Rand 6 gegenüberstehenden Ringvor  sprung 11 auf; zwischen diesem und dem  Rand 6 ist der aus einer     piezoelektrischen     Quarzplatte 12 bestehende     Transduktor    ge  halten. Die beiden Seiten dieser Quarzplatte  sind mit Metallbelägen versehen, zwischen  denen und dem Rand 6 bzw. dem Vorsprung  1.1 Bleiringe 13 bzw. 14 liegen. Diese Blei  ringe dienen zur Zuführung elektrischen Stro  mes zur Quarzplatte 12, wobei der obere, 13,  die Fuge zwischen dem Rand 6 des Topfes 1  und der Quarzplatte abdichtet. Der obere Ring  13 ist bei 15 geerdet, der untere 14 durch eine  Leitung 17, die durch einen     Isolierstoffeinsatz     18 in der     Druckplatte    8 hindurchgeht, an eine       Klemme    16 angeschlossen.

   Der Topf 1 ist mit  Öl 19     gefüllt@und    durch einen Deckel 20 ge  schlossen.  



  In diesen Deckel 20 ist     ein    Metallrohr 21  eingesetzt, das die Seitenwand eines Behälters  bildet. Dessen Boden besteht aus einer Mem  bran 22 aus     Silber,    die über das untere Ende  des Rohres 21 gespannt. und     aussen    durch  einen Ring 23 festgeklemmt ist.  



  Soll die -Einrichtung zur     Reinigung    von  Bestandteilen dienen, deren grösste Abmes  sung zwischen 5     und    20     mm    beträgt, so wird       zweckmässig    ein Rohr 21 von 60     min.    lichter  Weite und 250 mm Höhe verwendet. Die Mem  bran 22 kann eine Dicke von 0,05 mm haben.  



  Der vom     Rohr    21     und    der Membran 22  gebildete Behälter enthält ein Bad 24 von    Alkohol oder einer andern schmutzlösenden  organischen Flüssigkeit, in das die zu reini  genden Teile 26 eingetaucht, z. B. mittels eines  Stahldrahtes 25, eingehängt werden.  



  Der im Gehäuse 3 untergebrachte     LTl-          traschalfrequenz-Spannungserzeuger,    dessen  Schaltung in     Fig.2    dargestellt ist, umfasst  eine     Triodenröhre    27, deren Glühfaden 28 vom  Netz 29 über einen Transformator 30 mit  Wechselstrom gespeist wird; die Frequenz  dieses Wechselstromes kann die übliche Netz  frequenz von 50 Hertz sein. Das Gitter 31 der  Röhre 27 ist über einen Polarisationswider  stand 32 parallel zu einem Kondensator 33 mit  einer Gitterwicklung 34 verbunden. Letztere  ist mit einer Anodenwicklung 35 gekoppelt,  die über ein     Variometer    36 mit der Anode 37  der Röhre     verbunden    ist.

   Im Anodenstrom  kreis liegt ferner die Sekundärwicklung eines  zweiten Transformators 38, dessen     Primär-          wickliLng    mit einem Strom von derjenigen  Frequenz beschickt wird, mit der sich die       Ultraschall.schwingungsimpLilse    folgen sollen;  das kann die Frequenz von 50 Hertz im Netz  29 sein, so dass im vorliegenden Beispiel der  Transformator     38,au    dieses Netz     angeschlossen     ist.

   Die     Sekundärwicklung    dieses Transforma  tors ist durch einen Kondensator 39     entkop-          pelt.    Die ultraschallfrequente Schwingung  selbst ist bestimmt durch die     Kennwerte    der  Organe 34, 35, 36 und durch die Kapazitäten  der Spulen, der Röhrenelektroden und der       Verbindungsleitungen;    diese Kapazitäten sind  insgesamt dargestellt durch eine nur gedachte  und daher gestrichelt     eingezeichnete    Kapazi  tät 40. Die erwähnten Organe sind so abge  stimmt, dass die Frequenz der erzeugten       Schwingung    zwischen 100 und 2000 Hertz  liegt.

   Schliesslich ist mit der     Gitterwicklung    34  und der     Anodenwicklung    35 eine     )NTicklung    41  gekoppelt, die zur     LTbertragung    der     hochfre-          quenten    elektrischen Schwingung auf den       TransdLLktor    12     (Fig.1)    an die     Klemme    16  angeschlossen ist. Die     Reaktanz    des     Transduk-          tors    wird durch einen regelbaren     Kondensator     42 ausgeglichen.  



  Der Verlauf der ultraschallfrequenten  Schwingung, die mit dieser     Schaltung    erzielt      wird, ist in     Fig.3    dargestellt. Durch den  Transformator 38 wird die Polarität der An  ode 37 jeweils für die Hälfte der Periode der  impulserzeugenden     Schwingung    umgekehrt, so  dass die Ultraschallschwingung nur jeweils  während der einen Hälfte jeder Periode der  impulserzeugenden Schwingung stattfindet,  also in     Form    einzelner Impulse erfolgt. Die  Amplitude der     Ultraschallschwingung        nimmt     bei jedem Impuls erst zu, dann ab.  



  Eine fortlaufende Ultraschallschwingung  von gleichbleibender Amplitude der in     Fig.    4  dargestellten Form liesse sich dadurch     errei-          clien,_    dass der Transformator 38 durch eine in  den Anodenstromkreis eingeschaltete Gleich  stromquelle ersetzt würden. Andere an sich  bekannte Schaltungen würden erlauben, eine  Folge von     Ultraschallschwingungsimpulsen    zu  erhalten, bei denen die Amplitude der Ultra  schallschwingung innerhalb jedes Impulses  gemäss     Fig.    5 konstant bleibt oder derart ge  dämpft ist,     dass    sie gemäss     Fig.    6 von einem  anfänglichen Höchstwert auf Null abklingt.  



  Die elektrischen Schwingungen von     Ultra-          ee.hallfrequenz,    die auf die     Tr        ansduktor-          Quar7platte    12     übertragen    werden, erzeugen  in dieser mechanische     Schwingungen    gleicher       Frequenz    und entsprechender Amplitude. Die  Quarzplatte 12 teilt diese Ultraschallschwin  gungen dem Öl 19 im Topf 1 mit, das sie sei  nerseits auf die Membran 22 und durch diese  auf das Flüssigkeitsbad 24 überträgt.

   Dessen       Schwingungen        bewirken    die Ablösung der am  Bestandteil 26 anhaftenden     Schmiutzteilchen.     Diese werden dann vom Bad 24 aufgelöst oder  bleiben, wenn sie unlösbar sind, in diesem in  Suspension und lagern sich nach Aufhören  der Schwingung an den Wänden des Rohres  21 und auf der Membran 22 ab. Um deren  erneute Ablagerung auf dem Bestandteil 26  zu vermeiden, wird die Schwingung bis nach  der Wegnahme des gereinigten Bestandteils  aufrechterhalten.     Zweckmässigerweise    wird sie  nach beendeter Reinigung eines Bestandteils  bis nach dem Einbringen des nächstfolgenden  in das Bad nicht. unterbrochen, sondern mit  verminderter     Amplitude    aufrechterhalten.

      Durch diese Verminderung der Amplitude  lässt sich Strom sparen und werden empfind  liche Teile der     Einrichtung    geschont.  



  Um eine     gute    Übertragung der     Ultraschall-          schwingung    vom Öl 19 auf das Flüssigkeitsbad  24 zu gewährleisten, ist die Dicke der Mem  bran 22 zweckmässig klein im Vergleich zur  Wellenlänge der     Schwinguuig    im     Metall    der  Membran,     beispielsweise        kleiner    als ein Zehn  tel dieser Wellenlänge.

   Da die Schallgeschwin  digkeit im Silber von der Grössenordnung  3000     m/Sek.    ist, ist die genannte Wellenlänge  von der     Grössenordnung        zwischen    30 und  1,5 mm für Frequenzen zwischen 100 und  2000     Kilohertz.    Eine Membran 22 von 0,05 mm  Dicke entspricht also dieser Anforderung für  den betrachteten Frequenzbereich sehr     gut.     



  Gemäss einer     Ausführungsvariante,    die  dann brauchbar ist,     wenn    sich die Frequenz  der     Ultraschallschwingung    genügend genau  bestimmen oder regeln lässt, kann die Mem  bran 22 durch eine     beispielsweise    aus rost  freiem Stahl bestehende Bodenplatte ersetzt  sein, die am Rohr 21 dicht befestigt ist oder  mit ihm aus einem Stück besteht, wobei diese  Bodenplatte eine Dicke von<I>n</I> 2,12 aufweist;

    n     ist    hierin eine ganze Zahl     und        d    bezeichnet  die     -Wellenlänge    der     Ultraschallschwingung.     Wenn die Dicke der Bodenplatte diesem Wert  entspricht, hat die     Ultraschallschwingung    an  ihrer obern Begrenzungsfläche     annähernd    die  gleiche Amplitude wie an     ihrer    untern Be  grenzungsfläche.

   Da die     Schallgeschwindigkeit     im Stahl ungefähr 5000     m/Sek.    beträgt,     kann     die Bodenplatte somit beispielsweise für eine  Ultraschallschwingung mit einer Frequenz  von 500     Kilohertz,    bei der die Wellenlänge im  Stahl 10 mm     beträgt,    wahlweise 5, 10 oder  15 mm dick sein:

   Hätte die Bodenplatte da  gegen eine Dicke von (n     A/2        -I-        A/4)    2,5; 7,5  oder 12,5 mm, so ist leicht ersichtlich, dass die  durch das Öl 19 auf die Platte übertragenen       Ultraschallschwingungen    an deren oberer Be  grenzungsfläche total reflektiert und nicht an  das Flüssigkeitsbad 24 weitergegeben würden.  



  Wegen der Reflexion der Ultraschallwellen  am zu     reinigenden    Bestandteils an     dQn    Wän-      den des Rohres 21. und am Flüssigkeitsspiegel  24     hängt    die     Reinigungswirkung    auch von den       Abmessungen    und vom Verhältnis     zwischen     Breite     und    Höhe der das Bad 24 bildenden       Flüssigkeitssäule    sowie vom Verhältnis dieser       Abmessungen    zur grössten Abmessung des zu  reinigenden Bestandteils ab.

   Es hat sich ge  zeigt, dass die oben erwähnten Abmessungen  des Rohres 21 vorteilhaft sind, wenn die  grösste     Abmessung    des zu     reinigenden    Teils  etwa zwischen 5 mm und 20 mm liegt. Befrie  digende Ergebnisse lassen sich allgemein er  zielen, wenn die Höhe des Flüssigkeitsbades  mindestens gleich gross und höchstens zehnmal  so gross ist wie die grösste horizontale Abmes  sung der Flüssigkeitssäule.

   Zur Reinigung von  Bestandteilen von bestimmter Grösse ist eine  Flüssigkeitssäule     verwendbar,    deren Höhe  zwischen dem Zehn- und dem Fünfzigfachen  und deren grösste Breite     zwischen    dem     Drei-          und    dem Zehnfachen des     grössten    der im glei  chen Arbeitsgang zu reinigenden Teile be  trägt. Bei diesen     Abmessungen    der Flüssig  keitssäule     trifft    ein grosser Anteil der durch  die Membran 22 auf das Flüssigkeitsbad 24  übertragenen Ultraschallwellen entweder di  rekt von der Membran aus oder nachdem sie  nur ein bis wenige Male reflektiert wurden,  von allen Seiten auf den zu reinigenden Be  standteil.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Reinigung von Bestandtei len für Erzeugnisse der Präzisionsindustrie, bei dem die zu reinigenden Teile in ein Flüs sigkeitsbad eingetaucht werden und dieses einer Ultraschallschwingung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüs sigkeitsbad von einer Flüssigkeitssäule gebil det wird, deren Höhe mindestens das Zehn und höchstens das Fünfzigfache und deren grösste Breite mindestens das Drei- und höch stens das Zehnfaehe der grössten Abmessung des grössten der im gleichen Arbeitsgang zu reinigenden Teile beträgt,

   wobei die Beschik- kung dieser Flüssigkeitssäule mit der Ultra- schallschwingung von deren unterer Grund fläche her erfolgt. _ UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ultraschall- schwingung eine Frequenz von mindestens 100 Kilohertz und höchstens 2000 Kilohertz auf weist. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ultraschall schwingung ' in Form periodischer Schwin gungsimpulse auf die Flüssigkeitssäule zur Wirkung gebracht wird. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die periodischen Schwingungsimpulse mit einer Frequenz von mindestens 30 und höchstens 300 Hertz er folgen. 4. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass jeder Schwin gungsimpuls in Form einer gedämpften Schwingung erfolgt. 5. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass jeder Schwin- gungsimpuls in Form einer ungedämpften Schwingung von zu- und abnehmender Ampli tude erfolgt. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ultraschall schwingung der Flüssigkeitssäule durch eine Membran vermittelt wird, deren Dicke höch stens einen Zehntel der Wellenlänge der Ul- traschallschwingung im Material beträgt, aus dem die Membran besteht. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ultraschall- schwingung. der Flüssigkeitssäule durch einen Boden vermittelt wird, dessen Dicke ein ganz- zahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der Ultraschallschwingung im Material be trägt, aus dem der Boden besteht. S. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ultraschall schwingung nach der Reinigung jedes Be standteils mindestens bis nach dessen Entfer nung aus dem Flüssigkeitsbad aufrechterhal ten wird, J.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Ultraschallschwingung nach der Reinigung jedes Bestandteils herab gesetzt und nach dessen-Entfernung aus dem Flüssigkeitsbad und nach Einbringen eines neuen zu reinigenden Bestandteils wieder er höht wird.