Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt zielt auf Entwicklungen zur Oberfl\u00e4chenreinigung mit Plasmatechnik. Ende 1994 sind die \u00dcbergangsfristen der 2.BImSchV von 1990 f\u00fcr Altanlagen zur Oberfl\u00e4chenreinigung abgelaufen. Es wurden verschiedene umweltvertr\u00e4gliche Technologien zur Metalloberfl\u00e4chenreinigung neu entwickelt. Diese Systeme der Oberfl\u00e4chenreinigung nach dem Stand der Technik arbeiten weiterhin mit umweltsch\u00e4dlichen Zus\u00e4tzen wie Waschlaugen, CKW oder KW und erfordern einen gro\u00dfen Anlagenaufwand. Es wurde untersucht, ob sich Formen dielektrisch behinderter Entladungen (DBE) als Plasmaquelle bei Normalbedingungen (1 bar, Raumtemperatur) zur Erzeugung reaktiver Teilchen nutzen lassen, welche die organische Verschmutzung einer Oberfl\u00e4che in ihre Komponenten fragmentieren und durch aktiven Sauerstoff in CO2 und Wasser weiteroxidieren und damit die Oberfl\u00e4che reinigen. Ziel des Projektes war f\u00fcr die verfahrenstechnische Untersuchung entsprechende flexible Plasmageneratoren als Untersuchungswerkzeuge zu entwickeln und aufzubauen und mittels betriebstechnischer Ver\u00e4nderungen die Reinigungswirkung zu optimieren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten orientieren sich an der Absicht, einen Beitrag zur umweltfreundlichen Oberfl\u00e4chenreinigung mittels dielektrisch behinderter Entladungen bei Normalbedingungen in der Form zu leisten, dass auf herk\u00f6mmliche, die Umwelt sch\u00e4digende Reinigungsmittel verzichtet werden kann. Im Hinblick auf diese Anwendung wird dabei angestrebt, ein variables Plasmasystem zu entwickeln, mit dessen Hilfe die Zusammenh\u00e4nge zwischen der Reinigungswirkung einerseits und den entsprechenden Entladungsparametern andererseits herauszuarbeiten sind, um auf Basis dieser Erkenntnisse einen Prototypen f\u00fcr eine effiziente, schadstoffarme Oberfl\u00e4chenreinigung bspw. von ESP-Sensoren, Airbag-Sensoren, Flugzeug- bzw. Kontaktstanzteilen aufzubauen. F\u00fcr die Beurteilung der Reinigungswirkung wurde als Messgr\u00f6\u00dfe die Benetzbarkeit der Oberfl\u00e4che herangezogen. Das im Verlauf des Projektes aufgebaute Laborsystem sollte einer industriellen Erprobung zun\u00e4chst f\u00fcr Bandmaterial (Kontaktstanzteile, Flugzeugbau) und f\u00fcr die Bauteil-Feinreinigung unterzogen werden. Dabei wurde im Hinblick auf die geforderte Sauberkeit die Reinheit der Oberfl\u00e4che anhand der geforderten Funktionalit\u00e4t – hier Haftung eines Dichtpolymer? anhand von Abziehtests analysiert. Das Verfahren wird schlie\u00dflich anhand einer \u00d6kobilanz bewertet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das flexible Plasmasystem wurde modular konzipiert. Die Energieversorgung gliedert sich in folgende drei Einzelkomponenten: a) Funktionsgenerator, b) Leistungsnetzteil und c) Leistungsverst\u00e4rker. An das Leistungsnetzteil werden wegen der erheblichen Impulslast des Verbrauchers besondere Forderungen in Bezug auf Stabilit\u00e4t bzw. Konstanz gestellt. Hierzu mussten das Leistungsnetzteil mit gro\u00dfen Pufferkondensatoren in T-Schaltung ausgef\u00fchrt werden und die Stromleitungen einen niedrigen Wellenwiderstand aufweisen. Zur Untersuchung der Auswirkung der elektrischen Anregungsform auf die Oberfl\u00e4chenreinigung des Plasmasystems wurde ein Funktionsgenerator entwickelt, der in seiner Frequenz sehr breit variiert werden kann, gen\u00fcgend Stabilit\u00e4t hat und verschiedene Spannungskurvenverl\u00e4ufe ohne externe Manipulation zur Verf\u00fcgung stellt: die einzelnen Kurvenformen Sinus, Dreieck, Rechteck und Impuls k\u00f6nnen durch das ver\u00e4nderte Tastverh\u00e4ltnis noch ge\u00e4ndert werden. Beim Leistungsverst\u00e4rker wurde nicht ein nur plasmatechnisch einsetzbares Unikat entwickelt, sondern ein flexibel einsetzbares Verst\u00e4rkersystem f\u00fcr industriellen Forschung und Entwicklung. Die Hauptschwierigkeiten bestehen in der Verf\u00fcgbarkeit der Halbleiter-Bauelemente. F\u00fcr die Hochspannungsseite des flexiblen Plasmasystems wurden Trafos gefertigt und mit Rechteckspannung getestet. Es stehen nun Prototypen f\u00fcr den Frequenzbereich von 0,1 bis 10 kHz, von 10 bis 100 kHz und von 100 kHz-10 Mhz zur Verf\u00fcgung. Die erreichte Spitzenamplitude betr\u00e4gt rund 10kVp. Einschl\u00e4gigen Normen und Sicherheitsvorschriften waren zu beachten. Mit einem ebenfalls entwickelten Impuls-EVG (1 – 5 Mikrosekunden-Impulse, 10 kV bei 100 Watt) an einer Gasentladungslampe wurden Strahlungsmessungen zur Elektromagnetischen Vertr\u00e4glichkeit durchgef\u00fchrt. Netzst\u00f6rungen k\u00f6nnen generell verhindert werden. Strahlung im Bereich von 30 MHz \u00fcberschreiten jedoch die zul\u00e4ssigen Grenzwerte. Das weiterentwickelte EVG wird inzwischen in der Lampenforschung erfolgreich eingesetzt. Weitere Anwendungspotentiale bestehen im Bereich der Ultraschallgeneratoren, der Auslegung von kapazitiv oder induktiv anzusteuernden Ventilen oder der Qualit\u00e4tssicherung bei Mikrosystemen. Im Bereich Oberfl\u00e4chenreinigung erfolgt bei \u00d6lfilmen unter 5 Mikrometer Schichtdicke eine quasi r\u00fcckstandsfreie Reinigung, sofern es sich um organische Verschmutzungen handelt, die keine Silicate oder Derivate davon enthalten. Bei dickeren \u00d6lschichten nimmt die Reinigungswirkung ab und die Bildung von Polymeren zu, was letztlich in einer Verharzung m\u00fcndet. Solche schwer zu entfernenden Verunreinigungen k\u00f6nnen nur in einem reinen Sauerstoffplasma bei reduziertem Druck oder mittels harter UV-Strahlung erfolgreich zersetzt werden. Deshalb wurde auch die Reinigung mit UV weiter verfolgt. In Labortests und bei der industriellen Erprobung des UV-Reinigungssystems im Luftfahrzeugbau wurden bei einer Betriebstemperatur von rund 50\u00b0C und einem Unterdruck von ca. 600 mbar Behandlungszeiten f\u00fcr die Entfernung dicker \u00d6lschichten unter einer Minute erreicht. Neben dem problemloseren Betrieb (Sicherheitsvorschriften, EMV, CE-Norm) entf\u00e4llt der direkte Kontakt des Reinigungsguts mit Hochspannung. Versuche zur Inline-Reinigung von gestanzten Bandmaterial haben klar erbracht, dass eine Behandlungsdauer bei geringer Befettung (nach Stanzautomat) von mindestens 20 Sekunden, bei starker Befettung von mindestens einer Minute notwendig ist. Dies bedeutet f\u00fcr ein Inline-Plasmasystem Entladungsmodule von mindestens 100cm aktiver L\u00e4nge. Deshalb hat sich das Thema Plasmareinigung in diesem Anwendungsfall als nicht geeignet erwiesen. Demgegen\u00fcber war die industrielle Feinreinigung von ESP-Sensoren oder Airbag-Sensoren erfolgreich.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Verfahren selbst sowie die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse wurden einer Reihe von Institutionen bzw. Firmen pr\u00e4sentiert, z.B. aus dem Bereich Halbleitertechnik, Automobilbauer, Luftfahrtindustrie sowie Lampenhersteller. Ver\u00f6ffentlichungen in der Zeitschrift Metalloberfl\u00e4che MO – Hauserverlag, M\u00fcnchen (Heft 7\/2000). System- und Posterpr\u00e4sentation anl\u00e4sslich der Tagung zur Oberfl\u00e4chereinigung – Steinbeisszentrum Oberfl\u00e4chetechnik an der Fachhochschule Esslingen\/G\u00f6ppingen, 2001. Kooperationen mit Fachhochschulen und Universit\u00e4ten.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Oberfl\u00e4chereinigung mittels Dielektrisch behinderter Entladungen durch geeignete betriebstechnische Ma\u00dfnahmen erfolgreich bewerkstelligt werden kann. Es konnte nachgewiesen werden, dass die UV-Oberfl\u00e4chenreinigung eine vielversprechende Alternative bzw. Erg\u00e4nzung darstellt. Die umweltrelevanten Auswirkungen der entwickelten Technologie sind gegen\u00fcber Verfahren nach dem Stand der Technik sehr gering. Im wirtschaftlichen Kontext zeichnet sich ab, dass das atmosph\u00e4rische Plasmasystem zur Feinreinigung sowohl im Bereich der Betriebskosten als auch der Investitionskosten potentiell gro\u00dfe Vorteile hat, wie bspw. die Absch\u00e4tzungen f\u00fcr die ESP-Sensorreinigung zeigen. Anzumerken ist, dass die technische Bereitstellung eines innovativen Reinigungssystems alleine f\u00fcr eine erfolgreiche Marktdiffusion nicht ausreicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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