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Wie funktioniert Trockeneisstrahlen?

Posted by Christiane Rach on 06.01.2020 03:29:10

Wie Trockeneisreinigung funktioniert

Viele fragen uns: "Wie funktioniert das Trockeneisstrahlen?" Unsere Antwort ist: "Es steckt mehr dahinter, als man auf den ersten Blick sieht!"

Andere Strahlverfahren basieren in erster Linie auf der kinetischen Kraft zur Entfernung von Verunreinigungen, die durch das auf die Oberfläche einwirkende Material erzeugt wird. Angesichts der einzigartigen Eigenschaften von Trockeneis basiert das Trockeneisstrahlverfahren auch auf der kinetischen Kraft, beinhaltet aber auch zwei weitere Faktoren, die zu einem effizienteren Reinigungsprozess führen.    
Bevor wir auf die Besonderheiten der Funktionsweise des Trockeneisstrahlens eingehen, lassen Sie uns diese vereinfachen und ein einprägsames Akronym erstellen, das es einfacher macht, sich an die drei Faktoren zu erinnern.  Bei Cold Jet verwenden wir gerne das Akronym ICE:

Impact - Auswirkung

Die Wirkung von Pellets erzeugt einen kinetischen Energieeffekt. Das weiche Trockeneis wird mittels Druckluft durch speziell entwickelte Düsen mit Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.

Cold - Kälte

Die kalte Temperatur von Trockeneispellets erzeugt einen thermischen Effekt. Die Temperatur von Trockeneis (-78.9°C) führt dazu, dass die Verunreinigung versprödet. Dies hilft, die Verbindung zwischen dem Substrat und der Verunreinigung zu lösen.

Expansion - Ausdehnung

Ausdehnung der Trockeneispellets. Trockeneispellets sublimieren beim Aufprall, dehnen sich volumetrisch aus und entfernen die Verunreinigungen. 

 

Lassen Sie uns die drei Hauptfaktoren, die zum Reinigungsprozess beitragen, näher untersuchen.  Das Trockeneisstrahlen kombiniert drei Hauptfaktoren, um Verunreinigungen zu entfernen:

1. Kinetische Energie der Pellets
2. Thermoschock-Effekt
3. Thermisch-kinetischer Effekt

 

1) Kinetische Energie

Trockeneis wird mittels Druckluft durch eine Düse mit Überschallgeschwindigkeit beschleunigt.  Wenn das Trockeneis mit dem zu reinigenden Substrat kollidiert, erzeugt es einen kinetischen Effekt

Dieser Effekt hat den größten Beitrag zum Reinigungsprozess, wenn die Substrate bei Umgebungstemperaturen oder darunter liegen.

Selbst bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten und direkten Aufprallwinkeln ist die kinetische Wirkung von festen CO2-Pellets im Vergleich zu anderen Medien (Granulat, Sand, PMB) minimal. Dies ist auf die relative Weichheit eines festen CO2-Partikels (1,5 - 2 auf der Mohs-Skala der Härte) zurückzuführen, das nicht so dicht und hart ist wie andere Medien.

Außerdem wechselt das Pellet beim Aufprall fast sofort die Phase von einem festen zu einem gasförmigen Zustand. Da nur sehr wenig Aufprallenergie in die Beschichtung oder das Substrat übertragen wird, gilt die Trockeneisreinigung als nicht abrasiv.

 

2) Thermoschock-Effekt

Die Temperatur (-78,9°C) des Trockeneises verursacht einen thermodynamischen Schock, der die Verunreinigung versprödet und schrumpft.  Die daraus resultierenden Mikrorisse helfen, die Verbindung zwischen der Oberfläche und der Verunreinigung zu lösen. 

Die sofortige Sublimation (Phasenwechsel von fest zu gasförmig) von Trockeneis beim Aufprall absorbiert maximale Wärme aus der sehr dünnen Oberschicht der Oberflächenverunreinigung. Die maximale Wärme wird durch die latente Wärme der Sublimation absorbiert.

Die sehr schnelle Wärmeübertragung der Deckschicht in das Trockeneis erzeugt einen extrem großen Temperaturunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Mikroschichten innerhalb der Verunreinigung. Dieser starke Wärmeverlauf erzeugt lokal hohe Schubspannungen zwischen den Mikroschichten. Die erzeugten Schubspannungen sind auch abhängig von der Wärmeleitfähigkeit und dem Wärmeausdehnungs-/Kontraktionskoeffizienten der Schadstoffe sowie der thermischen Masse des darunter liegenden Substrats.

Die hohe Schubkraft, die in sehr kurzer Zeit erzeugt wird, verursacht schnell Mikrorisse zwischen den Schichten, die zum Bruch der Verbindung zwischen der Verunreinigung und der Oberfläche des Substrats führen.

 

3) Thermisch-kinetischer Effekt

Beim Aufprall führt die kombinierte Schlagenergieabfuhr und der extrem schnelle Wärmeübergang zwischen dem Pellet und der Oberfläche dazu, dass die Trockeneispartikel sublimieren oder sich sofort ausdehnen und in den Gaszustand zurückkehren.

Während dieses Phasenübergangs von fest zu gasförmig expandiert das Volumen des Trockeneises in wenigen Millisekunden bis zu 800 Mal und hebt die Verunreinigung vom Substrat ab. Dies ist praktisch eine "Mikroexplosion" an der Kontaktstelle.

Die "Mikroexplosion" wird verstärkt, um thermisch gebrochene Beschichtungspartikel vom Substrat zu entfernen. Dies liegt an der fehlenden Rückprallenergie der Trockeneispartikel, die dazu neigen, ihre Masse während des Aufpralls über die Oberfläche zu verteilen.

Das CO2-Gas dehnt sich entlang der Oberfläche nach außen aus, und die daraus resultierende "Explosionsschockwelle" bietet effektiv einen Bereich mit hohem Druck, der zwischen der Oberfläche und den thermisch gebrochenen Schadstoffpartikeln fokussiert ist. Dies führt zu einer sehr effizienten Hebelkraft, um die Partikel von der Oberfläche zu entfernen.

 

 

Animation Trockeneisreinigung von Cold Jet auf Vimeo.

Grundlagen Trockeneisreinigung, Wie funktioniert Trockeneisstrahlen