DE10027068C1

DE10027068C1 - Cleaning of a mold used to produce elastomer moldings, comprises passing a pulsed beam from a laser containing an erbium-doped crystal over its walls to loosen and evaporate adhered material

Info

Publication number: DE10027068C1
Application number: DE2000127068
Authority: DE
Inventors: Heinz L Dr Jetter
Original assignee: JET LASER SYSTEME GES fur OBE
Current assignee: R&M HIMA GMBH, 52525 HEINSBERG, DE
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2020-06-01

Abstract

Cleaning of a mold used to produce elastomer moldings, comprises passing a pulsed laser beam over its walls to loosen and evaporate material adhering to them. The laser contains an erbium-doped crystal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer Form zur Herstellung von Bauteilen, die aus elastomerem Material bestehen, wobei die Reinigung mittels gepulster Laserstrahlung erfolgt, die auf die zu reinigenden Oberflächen der Form ausgerichtet wird, wodurch an den Oberflächen anhaftendes Material abgelöst und/oder verdampft wird.The invention relates to a method for cleaning a mold for the production of components, which are made of elastomeric material, with cleaning using pulsed laser radiation is carried out, which is aligned with the surfaces of the mold to be cleaned, whereby on the Surface adhering material is detached and / or evaporated.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 0 689 492 B1 bekannt. Der Vorteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß die zu reinigenden Formen nicht aus der Ge samtvorrichtung ausgebaut werden müssen, sondern daß die zu reinigenden Formenoberflä chen im geöffneten Zustand der Form der Laserstrahlung ausgesetzt werden. Des weiteren ist es bei diesem Reinigungsverfahren sehr vorteilhaft, daß im Gegensatz zu abrasiven Verfah ren, beispielsweise in Form einer Reinigung mittels partikelförmiger Strahlmittel, keine Schä digung der Oberfläche der Form eintritt.Such a method is known for example from EP 0 689 492 B1. The advantage Such a method is that the molds to be cleaned are not from the Ge velvet device must be removed, but that the mold surface to be cleaned Chen are exposed to the shape of the laser radiation in the open state. Furthermore is it is very advantageous in this cleaning process that, in contrast to abrasive processes ren, for example in the form of cleaning using particulate abrasives, no damage damage to the surface of the mold.

In der Praxis wird das bekannte Verfahren insbesondere zur Reinigung von Vulkanisierfor men in der Reifenindustrie angewendet. Dabei handelt es sich um große Formen, die in ver gleichsweise kurzer Zeit gereinigt werden müssen. Hierbei kommt ein gepulster CO₂-Laser zum Einsatz, der eine durchschnittliche Leistung von ca. 300 W aufweist und Pulse mit einer Dauer von 1-10 µs und einer Energie von 2-3 J emittiert. Die Wellenlänge der Strahlung liegt bei ca. 10 µm.In practice, the known method is used in particular for cleaning Vulkanisierfor men in the tire industry. These are large shapes that have to be cleaned in a comparatively short time. Here, a pulsed CO ₂ laser is used, which has an average output of approx. 300 W and emits pulses with a duration of 1-10 µs and an energy of 2-3 J. The wavelength of the radiation is approximately 10 µm.

Ein Nachteil des bekannten Verfahrens und der darauf basierenden Reinigungsvorrichtungen ist darin zu sehen, daß diese aufgrund des CO₂-Lasers bauartbedingt vergleichsweise groß sind. Da Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von ca. 10 µm nicht mit Hilfe von Glasfa sern übertragen werden kann, kommt bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik ein Gelenkarm mit Spiegeloptik zur Anwendung. Der Bauaufwand und auch die Baugröße sowie die Hexibilität werden hierdurch wiederum negativ beeinflußt.A disadvantage of the known method and the cleaning devices based thereon can be seen in the fact that these are comparatively large due to the design of the CO ₂ laser. Since laser radiation in the wavelength range of approx. 10 µm cannot be transmitted with the aid of glass fibers, an articulated arm with mirror optics is used in the device according to the prior art. The construction effort and also the size as well as the hexeability are in turn adversely affected by this.

Zum Stand der Technik zählen des weiteren sogenannte Nd-YAG-Laser, die sich durch ihre sehr kompakte Bauform auszeichnen. Die von einem derartigen Laser emittierte Strahlung weist eine Wellenlänge von ca. 1 µm auf, weshalb eine Übertragung durch Glasfasern möglich ist. Die Eignung des Nd-YAG-Lasers zur Reinigung von Formen ist jedoch nur sehr be schränkt gegeben, da insbesondere zwei Problempunkte existieren:
Zum einen sind - wie nahezu alle organischen Materialien - auch die Komponenten von Ela stomerrezepturen durchlässig für Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 1 µm, sofern sie keine Pigmente oder Füllstoffe (z. B. Ruß) enthalten. Die von einem Nd-YAG-Laser emittierte Strahlung wird somit von den zu entfernenden Rückständen nicht oder nur sehr unzureichend absorbiert, so daß die beabsichtigte Reinigungswirkung nicht eintreten kann.The state of the art also includes so-called Nd-YAG lasers, which are characterized by their very compact design. The radiation emitted by such a laser has a wavelength of approximately 1 μm, which is why transmission through glass fibers is possible. However, the suitability of the Nd-YAG laser for cleaning molds is very limited, since there are two problem areas in particular:
On the one hand - like almost all organic materials - the components of elastomer formulations are transparent to radiation in the wavelength range of approx. 1 µm, provided that they do not contain pigments or fillers (e.g. soot). The radiation emitted by an Nd-YAG laser is thus not or only very insufficiently absorbed by the residues to be removed, so that the intended cleaning action cannot occur.

Zum anderen ist der Einsatz von Nd-YAG-Lasern aus Gründen der Arbeitssicherheit recht problematisch. Das von diesem Lasertyp emittierte Licht einer Wellenlänge von ca. 1 µm durchdringt nämlich die Hornhaut und die Linse des Auges und wird auf der Netzhaut fokus siert. Bereits geringe Mengen von Streulicht können daher zu irreparablen Schädigungen des Auges führen. Der Einsatz eines solchen Lasers kann daher nur unter extremen Sicherheits vorkehrungen erfolgen, was in aller Regel während der laufenden Produktion in den betref fenden Herstellungsstätten unmöglich ist.On the other hand, the use of Nd-YAG lasers is right for reasons of occupational safety problematic. The light emitted by this type of laser with a wavelength of approx. 1 µm it penetrates the cornea and the lens of the eye and is focused on the retina Siert. Even small amounts of scattered light can therefore cause irreparable damage to the Eye. The use of such a laser can therefore only under extreme security precautions are taken, which as a rule relates to the ongoing production manufacturing facilities is impossible.

Aus der US 5,951,778 A1 ist es ferner bekannt, Kunstgegenstände mit einer lackierten oder mit einer Patina versehenen Oberfläche von Verschmutzungen zu befreien. Zu diesem Zweck wird ein gepulster Laser mit einer Wellenlänge zwischen 2, 3 und 3,3 µm, beispielsweise ein Er:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 2,94 µm, benutzt. Um freie OH-Radikale in der Schmutzschicht zu erzeugen, wird ein OH-enthaltendes Mittel mit einer Bürste aufgebracht oder aufgesprüht. Bei der anschließenden Beaufschlagung der zu behandelnden Oberfläche mit Laserstrahlung kommt es zu einer Wechselwirkung mit dem OH-Radikal, wodurch es zu einem Aufbrechen der Molekülbindungen in der Schmutzschicht und zu deren Ablösung kommt. Die darunterliegende Lackschicht oder Patina des Kunstgegenstandes soll dabei nicht angegriffen werden.From US 5,951,778 A1 it is also known to art objects with a painted or with to remove dirt from a patina surface. To this end is a pulsed laser with a wavelength between 2, 3 and 3.3 microns, for example He: YAG laser with a wavelength of 2.94 µm, used. To free OH radicals in the To create a layer of dirt, an OH-containing agent is applied with a brush or sprayed on. Subsequent exposure to the surface to be treated With laser radiation there is an interaction with the OH radical, causing it to breaking of the molecular bonds in the dirt layer and their detachment comes. The underlying layer of varnish or patina of the art object should not to be attacked.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsverfahren unter Verwendung von Laserlicht vorzuschlagen, das sich unter Verwendung einer kompakten und flexibel zu handhabenden Vorrichtung ausführen läßt und das sich ohne das Erfordernis strenger Sicherheits vorkehrungen auch bei der Herstellung kleiner elastomerer Bauteile, d. h. der Reinigung klei ner Formen, wirtschaftlich anwenden läßt.The invention has for its object a cleaning method using To propose laser light that can be used using a compact and flexible Device can be carried out and that without the need for strict security precautions also in the manufacture of small elastomeric components, d. H. of cleaning small ner forms, can be used economically.

Ausgehend von den Verfahren der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe erfin dungsgemäß dadurch gelöst, daß als Lichtquelle ein Laser verwendet wird, der einen mit Er bium (Er) dotierten Kristall aufweist.This task is invented on the basis of the methods of the type described at the beginning solved according to the invention in that a laser is used as the light source, one with Er bium (Er) doped crystal.

Ein solcher Laser weist einen Aufbau auf, der mit dem des bereits zuvor erwähnten Nd-YAG- Lasers vergleichbar ist. Die Wellenlänge derartiger Laser, die bisher insbesondere im medizi nischen Bereich angewendet werden, liegt im Bereich von wenig unter 3 µm, was dazu führt, daß derartige Strahlung von organischen, insbesondere von elastomeren Materialien sehr gut absorbiert wird. In diesem Wellenlängenbereich besitzt nämlich die chemische Bindung zwi schen Kohlenstoff und Wasserstoff ihre prominente Absorptionsbande. Im Vergleich mit ei nem Nd-YAG-Laser ist die Absorption der von einem Laser mit einem mit Erbium dotierten Kristall abgegebenen Strahlung um eine bis mehrere Größenordnungen stärker, so daß eine sichere Entfernung der an den Oberflächen anhaftenden Rückstände erreicht wird.Such a laser has a structure that matches that of the previously mentioned Nd-YAG Lasers is comparable. The wavelength of such lasers, which have so far been used particularly in medicine range is a little less than 3 µm, which leads to that such radiation from organic, especially from elastomeric materials is very good is absorbed. In this wavelength range, the chemical bond between carbon and hydrogen their prominent absorption band. Compared to egg A Nd-YAG laser is the absorption of a laser doped with an erbium Radiation emitted radiation one to several orders of magnitude stronger, so that a safe removal of the residues adhering to the surfaces is achieved.

Des weiteren gilt ein Er-Laser als "augensicher", da seine Strahlung aufgrund der Wellenlän ge nicht bis zur Netzhaut des Auges vordringen kann. Allenfalls kann es zu einer Schädigung an der Oberfläche der Augenhornhaut kommen, wenn derartiges Laserlicht auf das menschli che Auge auftrifft. Derartige Hornhautverletzungen sind jedoch in der Regel weniger gefähr lich, da sie sehr schnell wieder ausheilen. Aus diesem Grunde kann ein Er-Laser auch in Pro duktionsbereichen beispielsweise der Elastomer-Materialien verarbeitenden Industrie sehr vorteilhaft eingesetzt werden.An Er laser is also considered to be "eye-safe" because its radiation is due to the wavelength cannot reach the retina of the eye. At most, it can cause damage come to the surface of the cornea when such laser light hits the human eye che eye strikes. However, such corneal injuries are generally less dangerous Lich, since they heal very quickly. For this reason, an Er laser can also be used in Pro production areas, for example in the elastomer materials processing industry can be used advantageously.

Ein weiterer Vorteil des Er-Lasers gegenüber dem CO₂-Laser besteht darin, daß sich sein Licht durch optische Fasern übertragen läßt. Daher lassen sich vergleichsweise kompakte und kostengünstig herstellbare Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens verwirklichen, die sich durch eine flexible und unproblematische Anwendungsweise aus zeichnen. Während grundsätzlich auch die Verwendung eines Er-YSGG-Lasers möglich ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt ein Er-YAG-Laser benutzt. Dieser Laser besitzt einen mit Erbium dotierten Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) als Kristall. Als optische Faser kommt in diesem Fall sinnvollerweise eine Saphirfaser bzw. eine Glasfaser aus einem sogenannten Fluoridglas in Frage.Another advantage of the Er laser over the CO ₂ laser is that its light can be transmitted through optical fibers. Therefore, comparatively compact and inexpensive to produce devices for performing the method according to the invention can be realized, which are characterized by a flexible and unproblematic application. While the use of an Er-YSGG laser is also possible in principle, an Er-YAG laser is preferably used in the method according to the invention. This laser has an erbium-doped yttrium aluminum garnet (YAG) as a crystal. In this case, a sapphire fiber or a glass fiber made of a so-called fluoride glass is suitable as the optical fiber.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Laser bei einer Wellenlänge von 2,94 µm betrieben. Die Absorption des Laserlichts in den zu entfernenden Rückständen ist hierbei besonders gut, so daß die Reinigungswirkung sehr sicher eintritt. In a preferred embodiment of the invention, the laser is at one wavelength of 2.94 µm operated. The absorption of the laser light in the residues to be removed is particularly good here, so that the cleaning effect occurs very safely.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Laser bei einer Wellenlänge von 1,5 µm zu betrei ben. In diesem Wellenlängenbereich können auch einfach und günstig herstellbare optische Fasern aus einem Quarzglas zur Übertragung des Laserlichts verwendet werden. Allerdings ist die Absorption des elastomeren Materials in diesem Wellenlängenbereich geringer.Alternatively, it is also possible to operate the laser at a wavelength of 1.5 µm ben. In this wavelength range it is also easy and inexpensive to manufacture optical Fibers made of quartz glass are used to transmit the laser light. Indeed the absorption of the elastomeric material is lower in this wavelength range.

Schließlich wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, die Laserstrahlung von der Licht quelle zu der zu reinigenden Oberfläche mittels einer optischen Faser zu übertragen. Hier durch lassen sich insbesondere in Verbindung mit dem kompakten Laser sehr flexibel und einfach zu handhabende Reinigungsvorrichtungen realisieren. Diese eignen sich besonders gut zur Reinigung von Formen, die in der gummiverarbeitenden Industrie, beispielsweise zur Herstellung von Dichtringen, Ventilen oder medizinischen und pharmazeutischen Hilfsmitteln und Verpackungen, verwendet werden.Finally, according to the invention, the laser radiation from the light is also proposed source to the surface to be cleaned by means of an optical fiber. here can be very flexible and especially in connection with the compact laser realize easy-to-use cleaning devices. These are particularly suitable good for cleaning molds used in the rubber processing industry, for example Manufacture of sealing rings, valves or medical and pharmaceutical aids and packaging.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist typischerweise eine Leistung im Bereich von 20-200 W auf. Die Energie der einzelnen Pulse liegt in den häufigsten Fällen in der Größenordnung von 2-3 J.A device for performing the method according to the invention typically has a power in the range of 20-200 W. The energy of the individual pulses lies in the most common cases in the order of 2-3 years

Claims

1. Verfahren zur Reinigung einer Form zur Herstellung von Bauteilen, die aus elastome rem Material bestehen, wobei die Reinigung mittels gepulster Laserstrahlung erfolgt, die auf die zu reinigenden Oberflächen der Form ausgerichtet wird, wodurch an den Oberflächen anhaftendes Material abgelöst und/oder verdampft wird, dadurch gekenn zeichnet, daß als Lichtquelle ein Laser verwendet wird, der einen mit Erbium dotierten Kristall aufweist.1. A method for cleaning a mold for the production of components which consist of elastomeric material, the cleaning being carried out by means of pulsed laser radiation which is aligned with the surfaces of the mold to be cleaned, as a result of which material adhering to the surfaces is detached and / or evaporated , characterized in that a laser is used as the light source, which has an erbium-doped crystal.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kristall ein Yttrium- Aluminium-Granat (YAG) verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an yttrium as crystal Aluminum garnet (YAG) is used.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser bei einer Wellen länge von 2,94 µm betrieben wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the laser at a wave length of 2.94 µm is operated.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser bei einer Wellen länge von 1,5 µm betrieben wird.4. The method according to claim 2, characterized in that the laser at a wave length of 1.5 µm is operated.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser strahlung von der Lichtquelle zu den zu reinigenden Oberflächen mittels optischer Fa sern übertragen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the laser radiation from the light source to the surfaces to be cleaned by means of an optical company is transmitted.