EP0241749A1 - Verfahren zum Entfernen von auf der Oberfläche von Werkstücken haftenden Materialresten - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Definitions
- the invention relates to a method for removing material residues adhering to the surface of workpieces, such as adhesives, paints and resins.
- material residues can be removed relatively easily and effectively if they are embrittled by a low-boiling liquefied gas and then subjected to mechanical stress.
- the mechanical loading can, for. B. done by irradiation with a granulate, but in many cases the use of a scraper or similar tool is sufficient.
- a corresponding prior art is shown in DE-OS 33 09 941 and US Pat. No. 1 978 204.
- optical lenses to be processed are glued to a lens holder. From DE-OS 20 34 496 it is known to blow off the finished lenses from the lens holder by cooling them to low temperatures with the help of liquid nitrogen. Shellacs, resins, plastics and mixtures of these substances are used as adhesives. Parts of the adhesive bond so strongly to the surface of the lens that they stick to the surface even after the lens has been detached from the lens holder. Any mechanical action to remove these adhesive residues would damage the lens.
- the lenses are therefore placed in cleaning baths made of an aggressive chemical solvent and are simultaneously subjected to an ultrasound treatment.
- the adhesive residues can be completely removed in this way, but a long exposure time of the ultrasound is required, namely approximately one to three hours.
- the use of chemically aggressive solvents is a fundamental disadvantage of this cleaning process. The described problem can be found in all workpieces with sensitive surfaces.
- the invention is therefore based on the object of providing a method for removing material residues adhering to the surface of workpieces by exposure to ultrasound in a cleaning bath, in which only a short exposure time of the ultrasound is required and no aggressive solvents are required for the cleaning bath.
- microcracks form in the material residues by cooling to low temperatures, into which the liquid of the cleaning bath can penetrate. These microcracks optically close again immediately after heating in the area or in the cleaning bath. On the surface, therefore, the material hardly seems to be covered with cracks. However, the microcracks once formed are retained even if they are not recognizable from the outside. It is by no means necessary to immediately put the workpieces cooled to low temperatures into the cleaning bath, although this has the advantage that additional tensions arise. The cooled workpieces can rather be stored for a longer period of time so that they warm up again to ambient temperature. This is of no importance for the effectiveness of the method according to the invention. In practice, however, this is of considerable advantage since the process steps "cooling" and "ultrasound treatment" can be separated from one another at any time.
- the liquid in the cleaning bath immediately penetrates into the microcracks as a result of the ultrasound. This allows the force of ultrasound to penetrate into the fine hairline cracks remove the material residues from the workpiece.
- the cleaning liquid only has to have the property of being able to easily penetrate into the microcracks, but in no way does it have to act as a chemical solvent.
- a highly suitable cleaning liquid is therefore water, to which surfactants can be added to reduce the surface tension.
- Other suitable liquids are fluorinated hydrocarbons and alcohols, which offer the possibility of being able to carry out the process according to the invention even at temperatures below the freezing point of water.
- the method according to the invention has the advantage that the workpieces to be cleaned do not come into contact with any aggressive solvents or other chemicals.
- the process is very gentle on the surface since there is no mechanical impact, such as shot peening or tapping with additives or sandblasting.
- the separated material residues are not mixed with chemicals or additives and can easily be separated from the cleaning liquid.
- the workpieces can also be treated in a shock wave bath with the same procedure.
- the workpieces will be cooled with the help of liquid nitrogen.
- the most extreme cooling is achieved by immersing the workpieces in liquid nitrogen, whereby the workpieces assume a final temperature of approx. -196 ° C.
- cooling can also take place in the gas phase with liquid nitrogen, with final temperatures of approximately -180 ° C. being reached.
- Another possibility is immersion cooling in a heat transfer medium, which uses liquid nitrogen is cooled. Final temperatures of approx. -150 ° C can be reached.
- which of these cooling methods is optimal for the workpiece in question must be determined on a case-by-case basis and determined empirically. The material combinations behave differently with each cooling process. There is currently a satisfactory explanation for this different behavior. Not. In some cases, cooling to higher temperatures is sufficient, for example to temperatures around -70 ° C. In such cases, cooling can also be done with sublimating carbon dioxide.
- the current procedure is to apply the lenses to a steel support using an adhesive and to mechanically process the lens after the adhesive has hardened.
- the lens with the steel support is then placed in a cooling chamber for 12 hours and cooled to temperatures between -20 ° C and -30 ° C.
- the various shrinkage factors of adhesive, carrier and lens cause stress cracks that lead to the lens becoming detached.
- parts of the adhesive remain firmly attached to the surface of the lens.
- These residues must be removed with a solvent, for example with trichlorethylene.
- the dissolution time of the adhesive in the trichlorethylene bath is between 12 and 24 hours. In order to shorten this long dissolution time, the lenses are subjected to ultrasound in the trichlorethylene bath. Nevertheless, a processing time of 1 to 3 hours is still required in the trichlorethylene bath under ultrasound. After cleaning with trichlorethylene, the lenses are neutralized with soapy water and then rinsed with ultrasound in various cleaning processes.
- the lenses are glued to the beam holder in a deep-freeze chamber with cryogenic nitrogen gas in 5 min. Cooled to -100 ° C, it shows that the ultrasonic processing in the trichlorethylene bath is no longer necessary. Adhesive residues are still on the surface of the lens, but they can be removed within 5 to 8 minutes. can be completely removed from soap suds using ultrasound in a cleaning bath.
- the method according to the invention therefore does not require an aggressive chemical solvent, considerably reduces the working time and permits problem-free separation of the detached adhesive material from the cleaning liquid.
- the method according to the invention is not limited to the cleaning of optical lenses, but can be used successfully wherever cold-embrittling coatings or impurities are to be removed from workpieces, the surfaces of which are sensitive and therefore must not be subjected to strong mechanical stress.
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Abstract
Auf der Oberfläche von Werkstücken haftende Materialreste, beispielsweise Klebstoffe, Lacke und Harze, können durch Verspröden bei kryogenen Temperaturren und anschließende mechanische Beaufschlagung beseitigt werden. Empfindliche Oberflächen werden hierdurch aber geschädigt. Von emfpindlichen Oberflächen lassen sich derartige Materialreste durch Eintauchen in chemisch wirksame Lösungsmittel und Beaufschlagung mit Ultraschall entfernen.
Um die Verwendung der aggressiven Lösungsmittel zu vermeiden, werden die Werkstücke auf kryogene Temperaturen abgekühlt und anschließend durch Ultraschall in einem Reinigungsbad beaufschlagt, welches die Materialreste nicht löst, beispielsweise Wasser.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von auf der Oberfläche von Werkstücken haftenden Materialresten, wie beispielsweise Klebstoffe, Lacke und Harze. Derartige Materialreste können verhältnismäßig einfach und wirksam entfernt werden, wenn man sie durch ein tiefsiedendes verflüssigtes Gas versprödet und anschließend mechanisch beaufschlagt. Die mechanische Beaufschlagung kann z. B. durch Bestrahlen mit einem Granulat erfolgen, vielfach genügt aber bereits die Anwendung eines Schabers oder ähnlichen Werkzeuges. Einen entsprechenden Stand der Technik zeigen die DE-OS 33 09 941 und die US-PS 1 978 204.
- Diese bekannte Verfahrensweise kann jedoch nicht durchgeführt werden, wenn es sich um empfindliche Oberflächen handelt. Diese wüurden durch die mechanische Beaufschlagung beschädigt. So werden z.B. zu bearbeitende optische Linsen auf einen Linsenhalter aufgeklebt. Aus der DE-OS 20 34 496 ist es bekannt, die fertig bearbeiteten Linsen vom Linsenhalter abzusprengen, indem sie mit Hilfe von flüssigem Stickstoff auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden. Als Kleber werden Schellacke, Harze, Kunststoffe und Gemische aus diesen Stoffen verwendet. Teile des Klebers verbinden sich mit der Oberfläche der Linse so stark, daß sie auch nach dem Absprengen der Linse vom Linsenhalter auf der Oberfläche haften bleiben. Jegliche mechanische Beaufschlagung zwecks Entfernung dieser Kleberreste würde die Linse schädigen. Man legt die Linsen daher in Reinigungsbäder aus einem aggressiven chemischen Lösungsmittel und setzt sie gleichzeitig einer Ultraschallbehandlung aus. Die Kleberreste lassen sich hierdurch zwar vollständig entfernen, jedoch ist eine lange Einwirkungsdauer des Ultraschalls erforderlich, nämlich etwa ein bis drei Stunden. Außerdem ist die Verwendung von chemisch aggressiven Lösungsmitteln ein grundsätzlicher Nachteil dieses Reinigungsprozesses. Die geschilderte Problematik findet sich bei allen Werkstücken mit empfindlichen Oberflächen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen von auf der Oberfläche von Werkstücken haftenden Materialresten durch Beaufschlagen mit Ultraschall in einem Reinigungsbad zu schaffen, bei dem nur eine kurze Einwirkungsdauer des Ultraschalls erfoderlich ist und für das Reinigungsbad keine aggressiven Lösungsmttel nötig sind.
- Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darauf zurückzuführen, daß sich in den Materialresten durch die Abkühlung auf tiefe Temperaturen Mikrorisse bilden, in welche die Flüssigkeit des Reinigungsbades eindringen kann. Diese Mikrorisse schließen sich nach dem Erwärmen in der Umgebung oder im Reinigungsbad optisch sofort wieder. Oberflächlich scheint daher das Material kaum mit Rissen überzogen zu sein. Die einmal gebildeten Mikrorisse bleiben jedoch erhalten, auch wenn sie äußerlich nicht erkennbar sind. Es ist keineswegs erforderlich, die auf tiefe Temperaturen abgekühlten Werkstücke sofort in das Reinigungsbad zu geben, obwohl dies den Vorteil hat, daß zusätzliche Spannungen entstehen. Die abgekühlten Werkstücke können vielmehr auch längere Zeit gelagert werden, so daß sie sich wieder auf Umgebungstemperatur anwärmen. Für die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies ohne Bedeutung. Für die Praxis ist dies jedoch von erheblichen Vorteil, da die Verfahrensschritte "Abkühlen" und "Ultraschallbehandlung" zeitlich beliebig voneinander getrennt werden können.
- Wenn die erfindungsgemäß abgekühlten und gegebenenfalls wieder erwärmten Werkstücke in das Reinigungsbad gelegt und mit Ultraschall beaufschlagt werden, dringt die Flüssigkeit des Reinigungsbades infolge des Ultraschalls sofort in die Mikrorisse ein. Dadurch kann die Kraft des Ultraschalls in die feinen Haarrisse eindringen und die Materialreste vom Werkstück lösen. Die Reinigungsflüssigkeit muß lediglich die Eigenschaft haben, leicht in die Mikrorisse eindringen zu können, keineswegs muß sie jedoch als chemisches Lösungsmittel wirken. Eine gut geeignete Reinigungsflüssigkeit ist daher Wasser, dem zur Verringerung der Oberflächenspannung Tenside zugesetzt werden können. Andere geeignete Flüssigkeiten sind fluorierte Kohlenwasserstoffe und Alkohole, welche die Möglichkeit bieten, das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser durchführen zu können.
- Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die zu reinigenden Werkstücke mit keinem aggressiven Lösungsmittel oder sonstigen Chemikalien in Berührung kommen. Das Verfahren ist sehr oberflächenschonend, da keine mechanische Einwirkung, wie Kugelstrahlen oder Klopfen mit Beischlagmitteln oder Sandbestrahlen erfolgt. Die abgetrennten Materialreste sind nicht mit Chemikalien oder Beischlag vermengt und können leicht von der Reinigungsflüssigkeit abgetrennt werden.
- Statt in einem Ultraschallbad können die Werkstücke auch in einem Stoßwellenbad bei sonst gleicher Verfahrensführung behandelt werden.
- In der Regel wird man die Werkstücke mit Hilfe von flüssigem Stickstoff abkühlen. Die extremste Abkühlung erreicht man hierbei durch Eintauchen der Werkstücke in flüssigen Stickstoff, wobei die Werkstücke eine Endtemperatur von ca. -196°C annehmen. Die Abkühlung kann aber auch in der Gasphase mit flüssigem Stickstoff erfolgen, wobei Endtemperaturen von ca. -180°C erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Tauchkühlung in einem Wärmeträger, welcher mit flüssigem Stickstoff abgekühlt wird. Hierbei lassen sich Endtemperaturen von ca. -150°C erreichen. Welches dieser Abkühlverfahren für das betreffende Werkstück optimal ist, muß von Fall zu Fall festgelegt werden und empirisch ermittelt werden. Die Materialkombinationen verhalten sich nämlich bei jedem Abkühlverfahren unterschiedlich. Eine befriedigende Erklärung für dieses unterschiedliche Verhalten gibt es z.Zt. nicht. In manchen Fällen ist auch eine Abkühlung auf höhere Temperaturen ausreichend, beispielsweise auf Temperaturen um -70°C. In solchen Fällen kann die Abkühlung auch mit sublimierendem Kohlendioxid erfolgen.
- Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Bei der Bearbeitung von optischen Linsen geht man derzeit so vor, daß man die Linsen mit Hilfe eines Klebers auf einem Stahlträger aufbringt und nach dem Aushärten des Klebers die Linse mechanisch bearbeitet. Anschließend wird die Linse mit dem Stahlträger für 12 Stunden in eine Kühlkammer gelegt und auf Temperaturen zwischen -20°C und -30°C abgekühlt. Durch die verschiedenen Schrumpffaktoren von Kleber, Träger und Linse entstehen Spannungsrisse, die zum Lösen der Linse führen. Teile des Klebers bleiben jedoch mit der Oberfläche der Linse festverbunden. Diese Reste müssen mit einem Lösungsmittel entfernt werden, beispielsweise mit Trichloräthylen. Die Auflösungszeit des Klebers in dem Bad aus Trichloräthylen beträgt zwischen 12 und 24 Stunden. Um diese lange Auflösungszeit zu verkürzen, setzt man die Linsen im Trichloräthylenbad Ultraschall aus. Dennoch ist im Trichloräthylenbad unter Ultraschall noch immer eine Bearbeitungszeit von 1 bis 3 Stunden erfoderlich. Nach dem Reinigen mit Trichloräthylen werden die Linsen mit Seifenlauge neutra lisiert und anschließend in verschiedenen Reinigungsverfahren unter Ultraschall klargespült.
- Werden die auf den Strahlträger geklebten Linsen dagegen in einer Tiefkühlkammer mit tiefkaltem gasförmigen Stickstoff in 5 min. auf -100°C abgekühlt, so zeigt sich, daß die Ultraschallbearbeitung im Trichloräthylenbad nicht mehr erforderlich ist. Zwar befinden sich immer noch Kleberreste auf der Oberfläche der Linse, diese können jedoch innerhalb von 5 bis 8 min. in einem Reinigungsbad aus Seifenlauge unter Anwendung von Ultraschall vollständig entfernt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt daher kein aggressives chemisches Lösungsmittel, reduziert die Arbeitszeit erheblich und gestattet eine problemlose Trennung des abgesprengten Klebermaterials von der Reinigungsflüssigkeit.
- Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Reinigung von optischen Linsen beschränkt, sondern kann überall dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo kälteversprödbare Beschichtungen oder Verunreinigungen von Werkstücken entfernt werden sollen, deren Oberflächen empfindlich sind und daher keiner starken mechanischen Beanspruchung ausgesetzt werden dürfen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Entfernen von auf der Oberfläche von Werkstücken haftenden Materialresten, wie Klebstoffe, Lacke und Harze, durch Beaufschlagen mit Ultraschall in einem Reinigungsbad,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke vor dem Eintauchen in das Reinigungsbad mit Hilfe kryogener Medien auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke vor dem Eintauchen in das Reinigungsbad mit Hilfe kryogener Medien auf tiefe Temperaturen abgekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke unmittelbar nach dem Abkühlen in das Reinigungsbad eingetaucht werden.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke unmittelbar nach dem Abkühlen in das Reinigungsbad eingetaucht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke durch flüssigen Stickstoff abgekühlt werden.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke durch flüssigen Stickstoff abgekühlt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Reinigungsbad Wasser mit einem Zusatz von Tensiden verwendet wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß als Reinigungsbad Wasser mit einem Zusatz von Tensiden verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Reinigungsbad Alkohole verwendet werden.
dadurch gekennzeichnet,
daß als Reinigungsbad Alkohole verwendet werden.
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