Unabhängig davon, wie das Rohmetall zu einem Rohr oder Rohr verarbeitet wird, hinterlässt der Herstellungsprozess eine erhebliche Menge an Restmaterial auf der Oberfläche.Das Formen und Schweißen auf einem Walzwerk, das Ziehen auf einem Zeichentisch oder die Verwendung eines Pilers oder Extruders mit anschließendem Ablängen kann dazu führen, dass sich das Rohr oder die Rohroberfläche mit Fett überzieht und durch Rückstände verstopft wird.Zu den üblichen Verunreinigungen, die von Innen- und Außenflächen entfernt werden müssen, gehören öl- und wasserbasierte Schmiermittel aus Zieh- und Schneidprozessen, Metallrückstände aus Schneidvorgängen sowie Fabrikstaub und -rückstände.
Typische Methoden zur Reinigung von Sanitäranlagen und Luftkanälen in Innenräumen, sei es mit wässrigen Lösungen oder Lösungsmitteln, ähneln denen zur Reinigung von Außenflächen.Dazu gehören Spülen, Verstopfen und Ultraschallkavitation.Alle diese Methoden sind wirksam und werden seit Jahrzehnten eingesetzt.
Natürlich hat jeder Prozess seine Grenzen und diese Bereinigungsmethoden bilden da keine Ausnahme.Das Spülen erfordert typischerweise einen manuellen Verteiler und verliert seine Wirksamkeit, da die Spülflüssigkeitsgeschwindigkeit abnimmt, je mehr sich die Flüssigkeit der Rohroberfläche nähert (Grenzschichteffekt) (siehe Abbildung 1).Das Verpacken funktioniert gut, ist jedoch bei sehr kleinen Durchmessern, wie sie in medizinischen Anwendungen (subkutane oder luminale Schläuche) verwendet werden, sehr aufwändig und unpraktisch.Ultraschallenergie ist bei der Reinigung von Außenflächen wirksam, kann jedoch harte Oberflächen nicht durchdringen und hat Schwierigkeiten, das Innere des Rohrs zu erreichen, insbesondere wenn das Produkt gebündelt ist.Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Ultraschallenergie zu Schäden an der Oberfläche führen kann.Die Schallblasen werden durch Kavitation beseitigt, wodurch in der Nähe der Oberfläche eine große Energiemenge freigesetzt wird.
Eine Alternative zu diesen Prozessen ist die zyklische Vakuumkeimbildung (VCN), die dazu führt, dass Gasblasen wachsen und kollabieren, um Flüssigkeit zu bewegen.Grundsätzlich besteht im Gegensatz zum Ultraschallverfahren keine Gefahr, Metalloberflächen zu beschädigen.
VCN verwendet Luftblasen, um Flüssigkeit aus dem Rohrinneren zu bewegen und zu entfernen.Hierbei handelt es sich um ein Tauchverfahren, das im Vakuum arbeitet und sowohl mit wasserbasierten als auch lösungsmittelbasierten Flüssigkeiten eingesetzt werden kann.
Es funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie Blasen, die entstehen, wenn Wasser in einem Topf zu kochen beginnt.Vor allem in stark genutzten Töpfen bilden sich an bestimmten Stellen die ersten Blasen.Eine sorgfältige Untersuchung dieser Bereiche zeigt häufig Rauheiten oder andere Oberflächenfehler in diesen Bereichen.In diesen Bereichen hat die Oberfläche der Pfanne mehr Kontakt mit einer bestimmten Flüssigkeitsmenge.Da diese Bereiche außerdem keiner natürlichen Konvektionskühlung unterliegen, können sich leicht Luftblasen bilden.
Bei der Siedewärmeübertragung wird Wärme auf eine Flüssigkeit übertragen, um deren Temperatur bis zum Siedepunkt zu erhöhen.Wenn der Siedepunkt erreicht ist, steigt die Temperatur nicht mehr an;Bei weiterer Wärmezufuhr entsteht Dampf, zunächst in Form von Dampfblasen.Bei schneller Erhitzung verwandelt sich die gesamte Flüssigkeit an der Oberfläche in Dampf, was als Filmsieden bezeichnet wird.
Folgendes passiert, wenn Sie einen Topf mit Wasser zum Kochen bringen: Zuerst bilden sich an bestimmten Stellen der Topfoberfläche Luftblasen, und wenn das Wasser dann bewegt und gerührt wird, verdunstet das Wasser schnell von der Oberfläche.Nahe der Oberfläche ist es ein unsichtbarer Dampf;Wenn der Dampf durch den Kontakt mit der Umgebungsluft abkühlt, kondensiert er zu Wasserdampf, der deutlich sichtbar ist, wenn er sich über dem Topf bildet.
Jeder weiß, dass dies bei 100 Grad Celsius passieren wird, aber das ist noch nicht alles.Dies geschieht bei dieser Temperatur und dem normalen atmosphärischen Druck, der 14,7 Pfund pro Quadratzoll (PSI [1 bar]) beträgt.Mit anderen Worten: An einem Tag, an dem der Luftdruck auf Meereshöhe 14,7 psi beträgt, beträgt der Siedepunkt von Wasser auf Meereshöhe 212 Grad Fahrenheit;Am selben Tag beträgt der Luftdruck in den Bergen auf 5.000 Fuß Höhe in dieser Region 12,2 Pfund pro Quadratzoll, wobei das Wasser einen Siedepunkt von 203 Grad Fahrenheit hätte.
Anstatt die Temperatur der Flüssigkeit auf ihren Siedepunkt zu erhöhen, senkt der VCN-Prozess den Druck in der Kammer auf den Siedepunkt der Flüssigkeit bei Umgebungstemperatur.Ähnlich wie bei der Siedewärmeübertragung bleiben Temperatur und Druck konstant, wenn der Druck den Siedepunkt erreicht.Dieser Druck wird Dampfdruck genannt.Wenn die Innenfläche des Rohrs oder Rohrs mit Dampf gefüllt ist, füllt die Außenfläche den Dampf wieder auf, der zur Aufrechterhaltung des Dampfdrucks in der Kammer erforderlich ist.
Obwohl die Siedewärmeübertragung das Prinzip von VCN veranschaulicht, funktioniert der VCN-Prozess umgekehrt zum Sieden.
Selektiver Reinigungsprozess.Die Blasenbildung ist ein selektiver Prozess, der darauf abzielt, bestimmte Bereiche zu reinigen.Durch das Entfernen der gesamten Luft wird der atmosphärische Druck auf 0 psi reduziert, was dem Dampfdruck entspricht, wodurch sich Dampf auf der Oberfläche bildet.Wachsende Luftblasen verdrängen Flüssigkeit von der Oberfläche des Rohrs oder der Düse.Wenn das Vakuum aufgehoben wird, kehrt die Kammer auf Atmosphärendruck zurück und wird gespült, wobei frische Flüssigkeit das Rohr für den nächsten Vakuumzyklus füllt.Vakuum-/Druckzyklen sind typischerweise auf 1 bis 3 Sekunden eingestellt und können je nach Größe und Verschmutzung des Werkstücks auf eine beliebige Anzahl von Zyklen eingestellt werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Rohroberfläche ausgehend vom kontaminierten Bereich gereinigt wird.Wenn der Dampf wächst, wird die Flüssigkeit an die Oberfläche des Rohrs gedrückt und beschleunigt, wodurch eine starke Welle an den Wänden des Rohrs entsteht.Die größte Aufregung herrscht an den Wänden, wo der Dampf wächst.Im Wesentlichen zerstört dieser Prozess die Grenzschicht und hält die Flüssigkeit nahe an der Oberfläche mit hohem chemischem Potenzial.Auf Abb.2 zeigt zwei Prozessschritte unter Verwendung einer 0,1 %igen wässrigen Tensidlösung.
Damit sich Dampf bilden kann, müssen sich auf einer festen Oberfläche Blasen bilden.Das bedeutet, dass der Reinigungsprozess von der Oberfläche bis zur Flüssigkeit reicht.Ebenso wichtig ist, dass die Blasenkeimbildung mit winzigen Blasen beginnt, die an der Oberfläche zusammenwachsen und schließlich stabile Blasen bilden.Daher begünstigt die Keimbildung Regionen mit einer größeren Oberfläche gegenüber dem Flüssigkeitsvolumen, wie beispielsweise Rohre und Rohrinnendurchmesser.
Durch die konkave Krümmung des Rohres ist es wahrscheinlicher, dass sich Dampf im Rohrinneren bildet.Da sich am Innendurchmesser leicht Luftblasen bilden, bildet sich dort zuerst Dampf, und zwar schnell genug, um typischerweise 70 bis 80 % der Flüssigkeit zu verdrängen.Die Flüssigkeit an der Oberfläche besteht am Höhepunkt der Vakuumphase zu fast 100 % aus Dampf, was das Filmsieden bei der Siedewärmeübertragung nachahmt.
Der Keimbildungsprozess ist auf gerade, gebogene oder gedrehte Produkte nahezu jeder Länge und Konfiguration anwendbar.
Finden Sie versteckte Einsparungen.Wassersysteme mit VCNs können die Kosten erheblich senken.Da der Prozess aufgrund der stärkeren Vermischung in der Nähe der Rohroberfläche hohe Konzentrationen an Chemikalien aufrechterhält (siehe Abbildung 1), sind keine hohen Konzentrationen an Chemikalien erforderlich, um die chemische Diffusion zu erleichtern.Eine schnellere Verarbeitung und Reinigung führt auch zu einer höheren Produktivität einer bestimmten Maschine und erhöht somit die Kosten der Ausrüstung.
Schließlich können sowohl wasserbasierte als auch lösungsmittelbasierte VCN-Prozesse die Produktivität durch Vakuumtrocknung steigern.Dafür ist keine zusätzliche Ausrüstung erforderlich, es ist nur ein Teil des Prozesses.
Aufgrund des geschlossenen Kammerdesigns und der thermischen Flexibilität kann das VCN-System auf vielfältige Weise konfiguriert werden.
Der Vakuumzyklus-Keimbildungsprozess wird zur Reinigung röhrenförmiger Komponenten unterschiedlicher Größe und Anwendung eingesetzt, beispielsweise medizinische Geräte mit kleinem Durchmesser (links) und Funkwellenleiter mit großem Durchmesser (rechts).
Bei lösungsmittelbasierten Systemen können neben VCN auch andere Reinigungsmethoden wie Dampf und Sprühen eingesetzt werden.Bei einigen einzigartigen Anwendungen kann ein Ultraschallsystem hinzugefügt werden, um die VCN zu verbessern.Bei der Verwendung von Lösungsmitteln wird das VCN-Verfahren durch ein Vakuum-zu-Vakuum-Verfahren (oder Airless-Verfahren) unterstützt, das erstmals 1991 patentiert wurde. Das Verfahren begrenzt Emissionen und Lösungsmittelverbrauch auf 97 % oder mehr.Das Verfahren wurde von der Environmental Protection Agency und dem California District of South Coast Air Quality Management für seine Wirksamkeit bei der Begrenzung der Exposition und Verwendung anerkannt.
Lösungsmittelsysteme mit VCNs sind kosteneffizient, da jedes System eine Vakuumdestillation durchführen kann, wodurch die Lösungsmittelrückgewinnung maximiert wird.Dies reduziert den Einkauf von Lösungsmitteln und die Abfallentsorgung.Dieser Prozess selbst verlängert die Lebensdauer des Lösungsmittels;Die Geschwindigkeit der Lösungsmittelzersetzung nimmt mit sinkender Betriebstemperatur ab.
Diese Systeme eignen sich bei Bedarf für Nachbehandlungen wie Passivierung mit Säurelösungen oder Sterilisation mit Wasserstoffperoxid oder anderen Chemikalien.Die Oberflächenaktivität des VCN-Verfahrens macht diese Behandlungen schnell und kostengünstig und kann im gleichen Gerätedesign kombiniert werden.
Bisher verarbeiten VCN-Maschinen vor Ort Rohre mit einem Durchmesser von nur 0,25 mm und Rohre mit einem Verhältnis von Durchmesser zu Wandstärke von mehr als 1000:1.In Laborstudien war VCN wirksam bei der Entfernung interner Schadstoffspiralen mit einer Länge von bis zu 1 Meter und einem Durchmesser von 0,08 mm;In der Praxis konnten Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von bis zu 0,15 mm gereinigt werden.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. Januar 2023