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Trockeneis

1. Was ist Trockeneis ?

Trockeneis ist Kohlendioxid (CO₂, handelsüblich auch „Kohlensäure“ genannt) in verfestigter Form und wird auch als in Form gepresster Kohlensäure/Trockeneis-Schnee bezeichnet.

Die Bezeichnung trocken beruht auf der Eigenschaftes des CO₂ unter Normaldruck bei -79°C zu sublimieren, also direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand überzugehen, ohne vorher zu schmelzen.

2. Eigenschaften von Trockeneis:

3. Wie wird Trockeneis hergestellt?

Im Produktionsprozess wird gasförmiges Kohlendioxid zunächst unter Druck verflüssigt und anschließend schnell auf Umgebungsdruck entspannt. Dabei verdampft ein Teil des CO₂ und kühlt den Rest durch Verdunstungskälte ab, wodurch dieser bei -78,5°C zu Trockeneisschnee gefriert. Der Trockeneisschnee wird im Hydraulikzylinder verdichtet und anschließend in die gewünschte Form gepresst (Blöcke, Pellets).

4. Wofür wird Trockeneis eingesetzt?

Trockeneis wird eingesetzt

zur Kühlung und Gefrierung in der Lebensmittel,- Chemischen-, Biologischen-, Medizinischen Industrie, Gastronomie und Catering,

zur Erzeugung von Bodennebeleffekten bei Events und Bühnentechnik,

zur Reinigung im Trockeneisstrahlverfahren in verschiedenen Industriezweigen,

zur Kühlung beim Versand sensibler und verderblicher Produkte

uvm.

Trockeneisstrahlverfahren

1. Grundlagen

Als Strahlmittel dient hier Trockeneis in Form von reiskorngroßem Granulat (Pellets), das mit hoher Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) auf die zu reinigende Fläche gestrahlt wird.

Hierbei werden drei Effekte genutzt:

Thermischer Effekt
Temperaturunterschied (Kälteschock -79 ° C) zwischen Schmutzschicht und Oberfläche.
Erzeugung von thermischen Spannungen.

Kinetischer/Mechanischer Effekt
Impulsübertragung durch Partikel und Druckluft auf die Oberfläche.
Erzeugung von mechanische Spannungen.

Sublimationseffekt
Unterstützung des thermischen Effekts durch Wärmeentzug durch Sublimation.
Unterstützung des mechanischen Effekts durch Druckwelle bei Volumenvergrößerung während Sublimation.
Erzeugung von thermischen und mechanischen Zusatzspannungen.

Bild 1	Bild 2	Bild 3
Die beschleunigten Pellets treffen auf die zu reinigende Oberfläche, kühlen diese punktuell sehr schnell und stark ab und führen zur Versprödung der Verunreinigung. Da Trägermaterial und Verunreinigung aus verschiedenen Materialien bestehen und somit unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, bilden sich thermische Spannungen an den Grenzflächen. In der versprödeten Verunreinigung entstehen durch diese Thermospannungen Mikrorisse und lösen diese von der Trägeroberfläche. (Bild 1)	Auftreffende Pellets lockern den Verbund der Verunreinigung weiter durch mechanische Spannungen, die durch Impulsübertragung der kinetischen Energie der druckluftbeschleunigten Partikel entstehen. Die Pelletpartikel dringen tief in die Mikrorisse ein und unterwandern die Verunreinigung. Da die Partikel nur eine geringe Härte (2 Mohs) haben, beschädigen sie die Oberfläche nicht. (Bild 2)	Die Pellets werden durch die hohe Geschwindigkeit beim Aufprall sofort in den gasförmigen Zustand überführt (Sublimation). Der dabei stattfindende Wärmeentzug erzeugt zusätzliche thermische Spannungen und erhöht die mechanischen Spannungen durch Erzeugung von Druckwellen ("Miniexplosionen") aufgrund schneller und extremer Volumenzunahme des CO₂ (bis zu 700fache Vergrößerung). Dies führt zum vollständigen Abtragen der Verunreinigung. (Bild 3)

2. Vergleich mit anderen Strahlverfahren

Herkömmliche Verfahren wie die Reinigung mit Chemie, Wasser, Dampf, Sand oder Glaskorund werden zunehmend durch das innovative Trockeneisstrahlverfahren ersetzt. Die Reinigung mit Trockeneis wird den verschärften Umweltauflagen sowie den gestiegenen Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Produktivität gerecht.

Bei der Reinigung mit toxischen Lösungsmitteln
müssen diese extra entsorgt und oft auch aufbereitet werden. Reinigungszusätze sind oft gesundheits- und umweltschädlich und werden vom Gesetzgeber schrittweise oder mit hohen Auflagen untersagt.

Das Strahlen mit Glasperlen, Kunststoff oder Glas- und Granulatelementen
wirkt abrasiv und beschädigt die Oberfläche der zu reinigenden Teile. Die Strahlmittelreste bleiben zurück und beeinflussen den Produktionsablauf. Auch bei dieser Methode müssen die Rückstände und das Strahlgut getrennt, entsorgt oder aufbereitet werden, was wiederum mit hohen Kosten verbunden ist.

Bei Hochdruckwasserstrahlen
schadet der hohe Druck sowohl den Oberflächen als auch den Materialien. Elektrische Systeme müssen wasserdicht geschützt werden. Eine getrennte Entsorgung von Wasser und den darin gelösten Rückständen ist zwingend erforderlich. Durch dieses Reinigungsverfahren ergeben sich nach der Reinigung lange Trocknungszeiten der Räumlichkeiten und Geräte.

Herkömmliche Verfahren	Sekundärabfälle	elektrisch leitend	beschädigend	giftig	Effektivität

Trockeneis	nein	nein	nein	nein	hervorragend
Sand- und Sodastrahlen	ja	nein	ja	*	gut
Wasserstrahlen	ja	ja	nein	*	ausreichend
Lösungsmittel/Chemikalien	ja	k.A.	nein	ja	begrenzt
Elektro- & Handwerkzeuge	nein	k.A.	ja	k.A.	begrenzt

*Bei der Reinigung mit toxischen Lösungsmitteln müssen diese extra entsorgt und oft auch aufbereitet werden. Reinigungszusätze sind oft gesundheits- und umweltschädlich und werden vom Gesetzgeber schrittweise oder mit hohen Auflagen untersagt.

Vorteile vom Trockeneisstrahlverfahren

Reinigen ohne Vorarbeit
Trockeneis ist nicht elektrisch leitend, nicht korrosiv und nicht abrasiv. Somit ist keine mühsame Zerlegung von Maschinen zur Reinigung nötig, Pellets gelangen auch in kleinste Winkel.

Produktionssteigernd
Minimale Maschinenstillstandzeiten dank schneller und effektiver Reinigung von Maschinen im eingebauten Zustand mit Trockeneis.

Umweltfreundliches Reinigen
ohne zusätzliche giftige und umweltschädliche Chemikalien, Strahlmittel oder Trinkwasser.

Oberflächen werden nicht beschädigt
Beim Trockeneisstrahlen handelt es sich um ein abrasivfreies Strahlverfahren, da Trockeneis ein weiches Strahlmittel (2 Mohs) ist und die Grundoberfläche nicht beschädigt.

Keine Rückstände
Das Trockeneis als Strahlmittel sublimiert (verdampft) restlos zu CO₂ und übrig bleibt nur der abgetragene Schmutz. Es entstehen keine Sekundärabfälle durch Strahlmittel oder Abwasser. Abfall wird reduziert und Zeit gespart.

Schnelligkeit
Schnell und mobil einsatzbereit. Kein aufwändiges Nachbehandeln notwendig.

Geringer Energieverbrauch
Die Strahlanlagen werden pneumatisch und elektrisch betrieben. CO₂ STrahlen ist also überall möglich.

Vielseitigkeit
Zahlreiche Düsen machen die Arbeiten an unzugänglichen oder großflächigen Stellen möglich.

CO₂ neutral
Verwendet wird CO₂, welches als Abfallprodukt aus anderen Verarbeitungsprozessen der Industrie wie z.B. Methanolsynthese, Gärprozesse usw. anfällt.

Hygienische Sauberkeit
Keimfreie Oberflächen durch desinfizierende und keimtötende Wirkung.
Somit auch in der Lebensmittelindustrie risikolos einsetzbar.

Reinigungsleistung

1. Beeinflussung der Reinigungsleistung

Die Reinigungsleistung (Fläche pro Zeit) hängt maßgeblich von folgenden Faktoren ab:

der Eigenschaft
der Verunreinigung (Material, Schichtdicke, Härte, Viskosität und Versprödbarkeit),

der Ausdehnung,
Unterschied der Reaktion auf Kälteeinwirkung (Versprödung) zwischen Trägermaterial und Verunreinigung,

der Beschaffenheit
der Oberflächenstruktur und Materialstärke unter der Verschmutzung,

der Zugänglichkeit
der Verschmutzung,
(Beim Trockeneisstrahlen handelt es sich um ein Sichtstrahlverfahren, d.h. die Strahldüse muss direkt auf die Verunreinigung gerichtet werden können)

und der Qualität des Trockeneises.
Frisch produzierte Trockeneispellets sind effizienter in der Reinigung, da älteres Trockeneis an Dichte verliert und sich die Reinigungsleistung somit verringert. Des Weiteren sublimieren 2-20 % Trockeneis pro Tag (abhängig von Temperatur und Isolierung Transportbehälter).

2. Entfernbare Verunreinigungen von A-Z

und vieles mehr

3. Anwendungsbereiche

Automobilindustrie und Flugzeugbau	Teile und Werkstücke bei Autoherstellung Autoaufbereitung (Autoinnenraum, Bodenbeläge, Polster und Sitze, Kunststoffe, Unterbodenschutz, Felgen, Fahrwerk, Radaufhängung Motorraum)
Gießereien und Kunststoffspritzereien	Kunststoffformen, Spritzgussformen, Kunststoffblasmaschinen, Spritzgussmaschinen
Druckereien und Papierindustrie	Druckzylinder, Werkzeuge, Druckmaschinen, Papiermaschinen
Verpackungsindustrie	Fließ-und Förderbänder
Holz- und Elektroindustrie	Elektrische Anlagen, Elektronische Bauteile, Motoren, Schaltschränke, Generatoren, Turbinen, Holzbearbeitungsmaschinen
Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie	Reinigung von Backblechen, Öfen, Tanks, Mehlsilos, Backformen, Teig und Knetmaschinen, Flaschenabfertigung, Sortieranlagen, Etikettiermaschinen, Abfüllanlagen, Förderbänder, Fahrzeuge und Maschinen
Stahl-, Metall- und Maschinenbau	Werkzeuge, Metallformen, Produktionsmaschinen, Förderbänder, Schweißroboter, Lackieranlagen
Kommunen und Gemeinden	Brandsanierung, Holzfachwerk, Dächer, Decken, Denkmäler, Fassaden, Steintreppen, Schwimmbäder, Graffiti-Entfernung

Ausrüstung

Zur Trockeneisreinigung benötigt man:

Trockeneispellets
Druckluft (fahrbare - oder stationäre Kompressoren)
Trockeneisstrahlanlage (ICS-Systeme)
Arbeitsschutzmaßnahmen (Gehör- und Gesichtschutz, Handschuhe etc.)

Sicherheitsausrüstung

Gehörschutz	zum Schutz der Ohren vor dem Geräuschpegel beim Trockeneisstrahlen z. T. deutlich über 85 dB(A)
Schutzbrille	zum Schutz der Augen vor herumfliegenden Teilchen
Kälteschutzhandschuhe	zum Schutz vor Erfrierungen durch Trockeneispellets
Atemschutz	zum Schutz vor Staubentwicklung
Kohlendioxid-Warner	zur Detektion der CO₂-Konzentration in der Atemluft, schlägt Alarm bei kritischer Konzentration

Folgende Hinweise beim Umgang mit Trockeneis sind zu beachten:

Trockeneis nur mit Kälteschutzhandschuhen oder Spezialwerkzeugen anfassen um Erfrierungen zu vermeiden (Gefrierbrand durch Temperatur von -78,6°C)

Tragen von Augenschutz zum Schutz vor herumfliegenden Teilen

Trockeneis kindersicher aufbewahren, Verzehr gefährlich

Verwenden Sie Trockeneis nur bei guter Be- und Entlüftung bis zum Boden, evtl. technische Lüftungen und Gaswarngeräte erforderlich (Erstickungsgefahr bei hoher CO₂-Konzentration)

Verwenden Sie nur geeignete Vorratsbehälter für Trockeneis (keine luftdichten Behälter, müssen atmen können)

Transportieren Sie Trockeneis immer räumlich getrennt vom Fahrer, bei Aufbewahrung im geschlossenen Raum (Auto, Kofferraum, Container) vor Ausladen gut durchlüften