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Sauberes Hemd, saubere Umwelt

Technik. Die Umweltschutzauflagen für Industrie-Waschanlagen steigen ständig, aber auch die Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit. Und so wird dann nicht nur mit herkömmlichen Lösungsmitteln gereinigt, sondern beispielsweise auch mit Ultraschall und mit Schnee aus Kohlendioxid.

Von Thomas Wagner |
    Das obere Ende des Roboterarms zischt wie eine Schneekanone. Und tatsächlich: Das, was da aus einer Düse auf eine Reihe von Metallwerkstücken gesprüht wird, verwandelt sich in Sekundenschnelle in eine Art Schnee.

    "Wenn wir jetzt von Schnee sprechen, sprechen wir von CO2-Schnee. Das hat mit dem Wasser-Eis oder Wasserschnee erst einmal gar nichts zu tun, weil CO2 und Wasser ja ganz verschiedene Produkte sind. Schnee ist es nur, weil es so ähnlich aussieht und weil es auch kalt ist,"

    so Mark Krieg vom Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik in Berlin. Auf der Fachmesse parts2clean in Friedrichshafen stellt das Institut optimierte CO-2-Strahler vor, die selbst die kleinsten Schmutzpartikeln abtrennen. Immer häufiger, so Krieg, tritt flüssiges, auf minus 78 Grad abgekühltes Kohlendioxid als Konkurrenz zu chemischen Lösungsmitteln auf.

    "In den meisten Fällen werden Teile wässrig oder nass-chemisch gereinigt, entweder mit einem Lösungsmittel oder mit Wasser und Seifen, sprich Tensiden. Das hat natürlich den Nachteil, dass ich immer meine Prozessmedien wie das Wasser aufbereiten und entsorgen muss und die Lösemittel immer einen umweltgefährdenden Charakter haben."

    Anders dagegen das flüssige CO2, das beim Aufprall auf die Reinigungsfläche verdampft und einfach als Gas entweicht. Der Reinigungseffekt beruht auf thermischen Spannungen, die beim Auftreffen des ultrakühlen Kohlendioxids zwischen der Beschichtung und den Schmutzpartikeln auftreten. Darüber hinaus führt die kinetische Energie, mit der das CO2 aufprallt, zu zusätzlichen mechanischen Abtrennungsprozessen. Die CO2-Bilanz der Atmosphäre verändert sich dabei nicht. Das CO2 wird schließlich nicht neu erzeugt, sondern nur in einen anderen Aggregatzustand, nämlich in den gasförmigen, überführt.

    "Im Gegensatz zu einem anderen Strahlmittel trifft mein CO2 auf, verdampft und wird wieder in seine Ursprungsform, den gasförmigen Zustand versetzt und kann als natürlicher Bestandteil der Atmosphäre entlassen werden."

    Die Entsorgungsproblematik erübrigt sich bei diesem Reinigungsverfahren. Und um dem Entsorgungsaufwand von herkömmlichen chemischen Lösungsmitteln zu minimieren, hat die Maschinenfabrik Zippel im bayerischen Neutraubing ein neues Verfahren vorgestellt. PWT - das steht für Physical Water Treatment. Dabei wird mit Lösungsmitteln angereichertes Wasser so aufbereitet, dass es zehn Mal so häufig bis zur Entsorgung verwendet werden kann als ohne Aufbereitung. Feinste Düsen verwirbeln das Wasser in einem speziellen Kessel, in den auch Ozon und Sauerstoff geleitet wird.

    "Anhand dessen treten Share-Kräfte auf, wo Wasser sich an Wasser reibt und dadurch die H2O-Dreiecks-Molekülstruktur aufgeweitet wird und somit weiter zum Reagieren kommt. Sie dehnen quasi die Dreiecke des H2O-Moleküls auf, haben dann noch Kohlenstoff-Verbindungen, egal ob es Fette, Öle oder sonst was in ihrem Reiniger sind. Diese reagieren mit Sauerstoff oder Ozon. Daraus resultiert CO2 und H2O","

    erklärt Daniel Schnarr, Mitarbeiter des Unternehmens. Das CO2 entweicht in die Atmosphäre oder kann heruntergekühlt für die CO2-Kanone des Fraunhofer-Institutes verwendet werden.

    Mehrere nebeneinander liegende Stahlröhren geben dieses Geräusch ab - ein Oberton einer Ultraschall-Frequenz im Bereich von 40 Kilohertz, die selbst nicht mehr hörbar ist. Seit Jahrzehnten wird Ultraschall zur Reinigung benutzt. Durch die hochfrequenten mechanischen Schwingungen lösen sich Schmutzpartikel von der Oberfläche eines Werkstückes ab. Dabei gilt, so Markus Weber, Konstrukteur von Ultraschall-Reingungssystemen aus Karlsbad, ein physikalisches Gesetz:

    ""Also grundsätzlich ist es so, dass wir für verschiedene Partikelgrößen unterschiedliche Frequenzen einsetzen, für große Partikelgrößen häufig tiefe Frequenzen und je kleiner die Partikelgröße wird höhere Frequenzen."

    Deshalb konnten Ultraschall-Reinigungsgeräte bislang nur für eine bestimmte Schmutzpartikelgröße eingesetzt werden. Denn im Gegensatz zu einem Lautsprecher ist es im Ultraschall-Bereich ungleich schwieriger, so genannte Schwinger zu bauen, die unterschiedliche Frequenzen erzeugen. Hier stießen die Hersteller vor allem auf mechanische Grenzen. Mit neuen Materialien kann Weber mit einem einzigen Schwingkörper nicht mehr nur eine einzige Ultraschall-Frequenz, sondern gleich drei Resonanzfrequenzen erzeugen - und das in fast gleichet Amplitude. Das heißt: Dieser Mehrfrequenz-Schwinger lässt sich zur Behandlung von unterschiedlich großen Schmutzpartikeln einsetzen. Markus Weber:

    "Der Vorteil: Geringer Platzbedarf, reduzierte Kosten bei den Generatoren, sie sind flexibler in der Gestaltung der verschiedenen Partikelgrößen."