Einleitung

Trockeneisstrahlen oder Trockeneisreinigung ähnelt dem Sand-, Perlen- und Sodastrahlen, da es Oberflächen mit einem Medium vorbereitet und reinigt, das in einem Druckluftstrom beschleunigt wird. Der Unterschied besteht darin, dass beim Trockeneisstrahlen feste Kohlendioxid (CO2)-Pellets oder Mikropartikel verwendet werden, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche auftreffen und diese reinigen. Die Partikel sublimieren beim Aufprall und heben Schmutz und Verunreinigungen vom darunter liegenden Substrat ab, ohne es zu beschädigen.

Das Trockeneisstrahlverfahren hat einzigartige Eigenschaften, die es von anderen Reinigungsmethoden und anderen Strahlmitteln unterscheiden.

Die Trockeneisreinigungsmethode ist:

• Nicht abrasiv
• Nicht leitfähig
• Nicht entzündlich
• Nicht giftig
• Umweltfreundlich

Beim Trockeneisstrahlen entsteht kein Sekundärabfall. Das Trockeneis sublimiert bzw. geht von festem CO2 in gasförmiges CO2 über, wenn es auf die zu reinigende Oberfläche trifft. Dadurch wird der Sekundärabfall, der bei anderen Strahltechniken anfällt, vermieden.  Die einzigen verbleibenden Abfallprodukte sind die abgelösten Verunreinigungen, die abgesaugt oder weggefegt werden können.

Trockeneisstrahlen wurde ursprünglich in den 1970er Jahren entwickelt, um Farbe und Beschichtung von Flugzeugen zu entfernen.  Die Technologie wird seit 1986 von Cold Jet kommerziell entwickelt. 

Trockeneisstrahlen ist auch als CO2-Strahlen oder kryogene Reinigung bekannt.

Oberflächenreinigung

Trockeneisstrahlen ist eine nicht abrasive, nicht leitende, nicht giftige Reinigungsmethode, bei der kein Sekundärabfall entsteht. Es wird zur Reinigung vieler Arten von Oberflächen in einer Vielzahl von Gewerbe- und Produktionsbetrieben eingesetzt. Oberflächen von Werkzeugen, Maschinen und Fertigteilen können alle mit Trockeneis gereinigt werden.

Die Trockeneisreinigung verfügt über ein breites Aggressionsspektrum (von sehr aggressiv bis hin zu empfindlicher Reinigung). Die Druckluft, die Größe der Trockeneispartikel und die Trockeneisdurchsatzmenge können eingestellt und heruntergeregelt werden, um sehr empfindliche und sensible Oberflächen wie weiche Legierungen, elektrische Drähte und Sensoren zu reinigen. Er kann auch erhöht werden, um schwere und hartnäckige Verunreinigungen wie Asphalt, Korrosion und Schweißschlacke zu reinigen.

Oberflächenvorbereitung

Die Trockeneisreinigung kann eine Vielzahl von Verunreinigungen wie Öl, Staub, Trennmittel, Fingerabdrücke und vieles mehr sicher von den Teilen entfernen, ohne die Oberfläche zu beschädigen.  Trockeneisreinigung ist ein trockenes Verfahren und macht den Einsatz von wässrigen oder chemischen Lösungen bei der Vorbereitung einer Oberfläche für die Lackierung überflüssig. Beschichtungen und Farben können unmittelbar nach der Reinigung aufgetragen werden, da die Oberfläche völlig trocken bleibt. 

Teileveredelung

Mit der Trockeneisreinigung lassen sich Grate von einer Vielzahl von Materialien sicher entfernen: PEEK, PBT, Acetal, Nylon, LCP, ABS, UHMWPE, Nitinol und mehr. Aufgrund seiner nicht-abrasiven Eigenschaften hinterlässt Trockeneis die Oberfläche unbeschädigt und frei von Medienrückständen. Trockeneisstrahlen ermöglicht außerdem eine schnellere und gleichmäßigere Entfernung von Graten als manuelle Methoden. 

1. Nicht abrasiv
2. Kein Sekundärabfall
3. Umweltfreundlich
4. Nicht giftig
5. Nicht leitfähig und nicht entflammbar

1) Nicht abrasiv

Trockeneis ist ein sehr weiches Medium und kann die meisten Oberflächen ohne Beschädigung reinigen. Es kann empfindliche Oberflächen, wie z. B. elektronisches Equipment, Leiterplatten und Kunststoffformen, ohne Ätzen, Profilierung oder Veränderung der Oberflächenabmessungen reinigen.

2) Kein Sekundärabfall

Trockeneis sublimiert beim Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche, so dass kein Sekundärabfall, keine Rückstände und keine Feuchtigkeit entstehen. Dadurch entfallen zusätzliche Reinigungsarbeiten, die Entsorgung sekundärer Abfallströme und zusätzliche Reinigungsvorbereitungen, wie das Abdecken empfindlicher Sensoren oder das Einwickeln elektronischer Komponenten vor der Reinigung. Durch den Wegfall von Sekundärabfällen können die Geräte gereinigt werden, während sie online und in Betrieb sind. 

3) Umweltfreundlich

Das Trockeneis, das bei der Trockeneisreinigung verwendet wird, besteht aus zurückgewonnenem CO2, das bei anderen industriellen Prozessen gesammelt und recycelt wird. Es erzeugt kein weiteres CO2 und fügt der Atmosphäre keine zusätzlichen Treibhausgase zu.

Außerdem kann auf umweltschädliche Reinigungschemikalien verzichtet werden, und die Mitarbeiter sind nicht mehr gefährlichen Reinigungsmitteln ausgesetzt. Es entstehen auch keine giftigen Abfälle, die entsorgt werden müssen.

4) Nicht giftig

Trockeneis ist ein lebensmitteltaugliches Medium und für die Verwendung in FDA- und USDA-geprüften Einrichtungen zugelassen. Es ist farblos, geschmacklos, geruchlos und ungiftig.

5) Nicht leitend und nicht entflammbar

Trockeneis ist nicht leitend und verursacht keine Korrosion oder Rost auf Oberflächen. Es ermöglicht auch die sichere Reinigung von elektrischem Equipment. CO2 ist außerdem ein nicht brennbares Gas und es besteht keine Verbrennungsgefahr.

Alternative Reinigungsmethoden sind zeitaufwändig, arbeitsintensiv und kostspielig. Manuelles Schaben oder Schrubben mit Drahtbürsten und Wasser oder Chemikalien kann viele Stunden in Anspruch nehmen und zu längeren Ausfallzeiten führen. Außerdem kann es zu Schäden an dem Equipment führen und die Lebensdauer der Anlagen verkürzen oder die Produktivität verringern.

Die einzigartigen Eigenschaften von Trockeneis machen es zum perfekten Reinigungsmedium.

Trockeneis ist nicht abrasiv und nicht leitfähig und beschädigt weder Oberflächen noch Equipment. Es sublimiert beim Aufprall und hinterlässt keine Sekundärabfälle. Außerdem ist es ungiftig und sicher für die Mitarbeiter.

Diese Eigenschaften machen die Trockeneisreinigung zu einer effizienten, kostengünstigen und umweltfreundlichen Reinigungslösung.

Trockeneisreinigung ermöglicht:

1. Reduzierte Kosten
2. Verbesserte Produktivität
3. Verlängerte Equipmentlebensdauer
4. Verbesserte Mitarbeitersicherheit
5. Verbesserte Nachhaltigkeitsbemühungen

1) Reduzierte Kosten

Die Trockeneisreinigung senkt die Arbeitskosten, da sie von einer Person in wesentlich kürzerer Zeit als herkömmliche manuelle Arbeit durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht eine sauberere Reinigung, selbst in Situationen, in denen eine Reinigung von Hand oder mit anderen herkömmlichen Methoden schwierig oder unpraktisch ist. In einigen Fällen wird die Reinigungszeit in Minuten statt in Stunden gemessen.

2) Verbesserte Produktivität

Beim Trockeneisstrahlen wird kein Wasser benötigt und es fallen keine Sekundärabfälle an, so dass das Equipment im laufenden Betrieb gereinigt werden kann. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, das Equipment zeitnah zu demontieren, und die Stillstandszeiten werden verkürzt.    

Da das Equipment in kürzerer Zeit gereinigt werden kann, sind die Betriebe in der Lage, mehr Produktionszyklen aus dem vorhandenen Equipment herauszuholen. Vorbeugende Wartungsarbeiten oder Spot-Reinigungen können ebenfalls häufiger durchgeführt werden, ohne die Produktion zu beeinträchtigen. Dadurch erhöht sich die Betriebszeit der Werkzeuge, was die Produktionsläufe verlängert und die mit der Reinigung verbundenen Ausfallzeiten verringert.

3) Verlängerte Equipmentlebensdauer

Trockeneisreinigung ist ein trockenes Verfahren, das nicht-abrasiv und nicht-leitend ist, d. h. es beschädigt das Equipment nicht und ist für die meisten Oberflächen, einschließlich elektrischer Komponenten, sicher. Andere Reinigungsmethoden, wie manuelles Schaben oder Schrubben mit chemischen Lösungsmitteln, sind abrasiv und korrosiv und können das Equipment beschädigen oder es abnutzen. Durch die Verlängerung der Lebensdauer wichtiger Anlagen kann das Trockeneisstrahlen beträchtliche Summen einsparen.

4) Verbesserte Mitarbeitersicherheit

Bei der Trockeneisreinigung werden keine giftigen Reinigungsmittel verwendet. Außerdem entfallen bei diesem Verfahren die sich wiederholenden Bewegungen des Reinigens von Hand, des Schrubbens, des Stemmens oder der Tätigkeiten, die Hämmern, Schleifen oder Schaben erfordern.

5) Verbesserte Nachhaltigkeitsbemühungen

Bei der Verwendung von festen Streumitteln oder Wasser zur Reinigung von Gefahrstoffen werden auch die Reinigungsmittel zu Gefahrstoffen, die eine besondere Handhabung, Entsorgung und behördliche Meldung erfordern. Der entstehende Abfall kann auch zu einer nachgeschalteten Kontamination führen, die sich auf die umliegenden Anlagen auswirkt. Trockeneis führt nicht zu zusätzlichen Abfallströmen.

Beim Vergleich des Trockeneisstrahlens mit anderen Reinigungsmethoden, wie z. B. Sandstrahlen (Sand, Perlen usw.), Sodastrahlen, Hochdruckreinigung, Waschen mit chemischen Lösungsmitteln und manuellen Handwerkzeugen, ist es wichtig, jedem die folgenden Fragen zu stellen:

1. Ist es abrasiv?
2. Entstehen dabei sekundäre Abfallströme?
3. Ist es umweltfreundlich?
4. Ist es giftig?
5. Ist es elektrisch leitfähig?

Die Eigenschaften jeder Reinigungsmethode beeinflussen nicht nur das Reinigungsergebnis, sondern wirken sich auch dramatisch auf die zu reinigende Fläche, die Umgebung und die Sicherheit der die Reinigung durchführenden Person aus.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über Trockeneisstrahlen im Vergleich zu alternativen Reinigungsmethoden.

* Bei Kontakt werden die Medien kontaminiert, wenn sie zur Reinigung gefährlicher Substanzen und Gegenstände verwendet werden. Diese Strahlmittel werden dann ebenfalls als giftiger Abfall eingestuft und müssen entsprechend sicher entsorgt werden.

Trockeneisstrahlen wird für eine Vielzahl von Reinigungs-, Oberflächenvorbereitungs-und Teileveredelungsanwendungen in einer Vielzahl von Industrien eingesetzt.

Trockeneisreinigung wird in den folgenden Industrien erfolgreich eingesetzt:

• Allgemeine Wartung & Einrichtungen
• Automobilindustrie
• Brandsanierung
• Druckindustrie
• Elektrische Motoren
• Gießereiindustrie
• Herstellung medizinischer Geräte
• Historische Restauration
• Holzwerkstoffe
• Kunststoffindustrie
• Lebensmittel und Getränke
• Luft- & Raumfahrt
• Öl und Gas
• Reinigungsdienstleistung
• Schimmelpilzsanierung
• Stromerzeugung
• Textilindustrie
• Verbundwerkstoff-Werkzeugreinigung
• Verpackung

• Druckluft (entweder Anlagenluft oder Luftkompressor)
• Elektrische Energiequelle
• Trockeneis

Woher bekomme ich Trockeneis?

Trockeneispellets oder -blöcke können bei Industriegaslieferanten, Schweißversorgungs-unternehmen und anderen regionalen Anbietern bestellt werden. Trockeneis kann direkt bei den Lieferanten abgeholt werden, die meisten großen Ballungsgebiete verfügen aber über regelmäßige Lieferdienste, die einen Radius von ca. 160 Kilometern abdecken. Trockeneis kann auch mit einem gewöhnlichen Spediteur verschickt werden und wird in isolierten Behältern geliefert.

Wie lagere ich Trockeneis und wie lange hält es?

Trockeneis sollte in einem isolierten Behälter gelagert werden, der von Ihrem Trockeneislieferanten bereitgestellt und bei Bedarf von diesem abgeholt wird. Je dicker die Isolierung, desto langsamer sublimiert es. Je nach Klima und Dicke Ihres Containers beträgt die typische Trockeneissublimation etwa 2 bis 10 % pro Tag.

Wie viel Trockeneis brauch ich?

Die Menge an Trockeneis, die für eine effektive Reinigung benötigt wird, variiert von Anwendung zu Anwendung und kann auch mit jedem Trockeneisstrahlsystem stark variieren.
Der durchschnittliche Trockeneisverbrauch für Trockeneisstrahl-systeme reicht von etwa 0,32 kg pro Minute für ein Mikropartikel-System bis zu 1,1 kg pro Minute für ein Pellet-System.

Wie viel kostet Trockeneis?

Die Größe und Dichte des Trockeneispartikels hat großen Einfluss auf die resultierende Reinheit. Für verschiedene Reinigungsanwendungen werden Partikel unterschiedlicher Größe verwendet.  

Es gibt zwei Arten von Trockeneismedien, die beim Trockeneisstrahlen verwendet werden:

1. Pellets
2. Mikropartikel

1) Trockeneis-Pellets

• 3mm groß (ca. Reiskorngröße)
  
• Hohe Dichte
• Wird für aggressivere Reinigung verwendet, bei der die hartnäckigsten Verunreinigungen entfernt werden

2) Trockeneis-Mikropartikel

• Zuckerkorngroße Partikel (~0,3 mm)
  
• Zur Reinigung empfindlicher und sensibler Oberflächen
• Weniger aggressiv als Pellets
• Mehr Medien treffen pro Sekunde und pro Quadratzentimeter auf die Oberfläche
• Erhöhter Abdeckungsbereich
• Zur Beschleunigung von Trockeneis wird weniger Luftleistung benötigt (weniger Lärm)

 *Mikropartikel sind das Ergebnis von Abschaben des Trockeneises (Pellets, Blöcken, etc.)

Integrierte Trockeneisstrahlsysteme kombinieren die Trockeneisproduktion und ein oder mehrere Strahlsysteme in einer Einheit und ermöglichen ein kontinuierliches, vollständig automatisiertes Strahlen.

Von der einfachen kundenspezifischen Ausführung bis hin zur Vollautomatisierung kann jedes integrierte System so konstruiert werden, dass es die spezifischen Kundenanforderungen erfüllt.

Diese Systeme werden häufig eingesetzt, um kosteneffektive Reinigungs-und Oberflächenvorbereitungslösungen zu bieten, und werden in großem Umfang in der Automobil-OEM-, Reifen-, Luftfahrt-, Halbleiter-und vielen anderen Industrien verwendet.

Die Systeme können eine Reihe verschiedener Reinigungsanwendungen durchführen:

• Oberflächenvorbereitung - Kunststoff-, Metall- und Verbundstoffteile 
• Kunststoff-Spritzgussformen und dauerhafte Aluminiumformen
• Entgraten und Abgraten
• Reifenformen (komplette Systeme)
• Lackiervorrichtungen / Lackierkabinen / Lackierstraßen
• Schweißroboter und Vorrichtungen
• Reinigung von Halbleiterkomponenten

Trockeneisstrahlen kombiniert drei primäre Faktoren zur Entfernung von Verunreinigungen:

1. Pellet-kinetischer-Effekt
2. Thermoschock-Effekt
3. Thermisch-kinetischer-Effekt

Pellet-kinetischer Effekt

Trockeneis wird mittels Druckluft durch eine Düse mit Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Wenn das Trockeneis mit dem zu reinigenden Substrat kollidiert, entsteht ein kinetischer Effekt. Dieser Effekt trägt am meisten zum Reinigungsprozess bei, wenn sich die Substrate bei Umgebungstemperaturen oder darunter befinden.

Selbst bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten und direkten Frontalaufprallwinkeln ist der kinetische Effekt von festen CO2-Pellets im Vergleich zu anderen Medien (Splitt, Sand, PMB) minimal. Dies ist auf die relative Weichheit eines festen CO₂-Partikels (1,5 -2 auf der Mohs'schen Härteskala) zurückzuführen, das nicht so dicht und hart wie andere Strahlmittel ist.

Außerdem ändert das Pellet beim Aufprall fast augenblicklich seine Phase von einem Feststoff in ein Gas. Es wird nur sehr wenig Aufprallenergie in die Beschichtung oder das Substrat übertragen, sodass der Trockeneisreinigungsprozess als nicht abrasiv angesehen wird.

Thermoschock-Effekt

Die Temperatur (-78,5°C) des Trockeneises verursacht einen thermodynamischen Schock, der die Verunreinigung verspröden und schrumpfen lässt. Die daraus resultierende Mikrorissbildung trägt dazu bei, die Bindung zwischen der Oberfläche und der Verunreinigung aufzubrechen. 

Die augenblickliche Sublimation (Phasenübergang von fest zu gasförmig) von Trockeneis beim Aufprall absorbiert ein Maximum an Wärme von der sehr dünnen oberen Schicht der Oberflächenverunreinigung. Die maximale Wärme wird aufgrund der latenten Sublimationswärme absorbiert.

Die sehr schnelle Übertragung von Wärme in das Trockeneis von der obersten Schicht der Beschichtung erzeugt eine extrem große Temperaturdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Mikroschichten innerhalb der Verunreinigung. Dieser scharfe Temperaturgradient erzeugt lokalisierte hohe Scherspannungen zwischen den Mikroschichten. Die erzeugten Scherspannungen hängen auch von der Wärmeleitfähigkeit und dem thermischen Ausdehnungs-/Kontraktionskoeffizienten der Verunreinigung sowie von der thermischen Masse des darunter liegenden Substrats ab. Die hohe Scherung, die über einen sehr kurzen Zeitraum erzeugt wird, verursacht schnelle Mikrorisse zwischen den Schichten, die zum Versagen der Verbindung zwischen der Verunreinigung und der Oberfläche des Substrats führen.

Thermisch-kinetischer-Effekt

Beim Aufprall bewirkt die kombinierte Verteilung der Aufprallenergie und die extrem schnelle Wärmeübertragung zwischen dem Pellet und der Oberfläche, dass die Trockeneispartikel sublimieren oder sich augenblicklich ausdehnen und in den Gaszustand zurückkehren. Während dieses Phasenübergangs vom festen in den gasförmigen Zustand dehnt sich das Volumen des Trockeneises in wenigen Millisekunden bis zu 800 Mal aus und hebt die Verunreinigung vom Substrat ab. Dies ist effektiv eine "Mikro-Explosion" an der Kontaktstelle.

Die "Mikro-Explosion" hilft beim Abheben von thermisch gebrochenen Beschichtungs-partikeln vom Substrat. Dies ist auf die fehlende Rückprallenergie des Trockeneispartikels zurückzuführen, die dazu neigt, seine Masse während des Aufpralls entlang der Oberfläche zu verteilen. Das CO₂ -Gas dehnt sich entlang der Oberfläche nach außen aus, und die daraus resultierende "Explosionsschockfront" sorgt effektiv für einen Hochdruckbereich, der zwischen der Oberfläche und den thermisch gebrochenen Verunreinigungspartikeln fokussiert ist. Dies führt zu einer sehr effizienten Auftriebskraft, um die Partikel von der Oberfläche wegzutragen.

Wie funktioniert Trockeneisstrahlen zusammengefasst: