06 Novembre 2018  |  Nettoyage
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 03/2018

Bauteilsauberkeit mit höherer Effizienz erzielen

Doris Schulz

Die Bauteilreinigung ist ein teilweise nicht unerheblicher Kostenfaktor in der Fertigung, als qualitätsentscheidender Schritt aber unverzichtbar. Eine verbesserte Effizienz bei stabiler Reinigungsqualität hat daher eine hohe Priorität. Möglichkeiten dafür ergeben sich in verschiedenen Bereichen.

Le nettoyage des pièces est parfois un facteur de coûts moins négligeable dans la fabrication, que les phases essentielles pour la qualité, mais il est néanmoins indispensable. Une meilleure efficacité dans la constance de la qualité du nettoyage est donc une priorité. Il existe pour cela des possibilités dans différents domaines.

Die Grundvoraussetzung eines effizienten Reinigungsprozesses ist dessen optimale Auslegung auf die jeweilige Reinigungsaufgabe. Wesentliche Faktoren dabei sind Material, Grösse und Geometrie der Bauteile, Art und Menge der Verunreinigung, Durchsatzanforderungen, erforderliche Flexibilität sowie die Spezifikationen hinsichtlich partikulärer und filmischer Sauberkeit. Da die Kosten der Bauteilreinigung überproportional zu den Sauberkeitsanforderungen steigen, ist es sinnvoll zu hinterfragen, ob die geforderte Sauberkeitsspezifikation für das jeweilige Bauteil beziehungsweise den nachfolgenden Fertigungsschritt wirklich erforderlich ist.
Ein Aspekt, der bei einer Effizienzbetrachtung ebenfalls nicht ausser Acht gelassen werden sollte, ist die eingebrachte Schmutzmenge: Lässt sie sich verringern? Alles was nicht abgereinigt werden muss, verursacht keine Kosten. Dazu zählt, dass die Teile – besonders vor einer End- oder Feinreinigung – entgratet sind. Auch ein Blick auf die Bauteilkonstruktion kann hier lohnenswert sein. Weisen die Bauteile Ecken, Kanten und Bohrungen auf, aus den sich Partikel und Bearbeitungsrückstände nur schwer entfernen lassen, sind der Reinigungsaufwand und damit die Kosten höher.
 
Mit der neu entwickelten Simulationssoftware «Simkor» lassen sich unter anderem reinigungskritische Bereiche bereits im konstruktiven Entwicklungsprozess erkennen und berücksichtigen. Dies erhöht die Kalkulationssicherheit und ermöglicht Zeit- sowie Kosteneinsparungen bei der Anlagenplanung. (Bild: Fraunhofer IVV)
 
 
Nasschemische Reinigungsprozesse optimal anpassen
Bei der überwiegenden Zahl zu reinigender Bauteile lässt sich die geforderte Sauberkeit mit nasschemischen Reinigungsverfahren erzielen. Um dabei eine hohe Prozessqualität stabil zu erreichen, sind abgestimmte Lösungen in Chemie, Anlage, Verfahren, Medienaufbereitung sowie Mess- und Prüftechnik erforderlich.
Der chemische Grundsatz «Gleiches löst Gleiches» bietet bei der Auswahl des Reinigungsmediums eine Orientierungshilfe: Wässrige Reiniger werden üblicherweise bei wasserbasierten (polaren) Verunreinigungen wie Kühlemulsionen, Polierpasten, Salzen, Abrieb und anderen Feststoffe eingesetzt. Die Materialverträglichkeit und das erzielbare Ergebnis sollten durch Reinigungsversuche abgeklärt werden. Die Eignung des Reinigers für die eingesetzte Verfahrenstechnik wie etwa Spritzen oder Ultraschall ist ebenfalls zu beachten, ansonsten kann es im Prozess beispielsweise zu einer störenden Schaumbildung kommen. Bei unpolaren Verschmutzungen wie Ölen und Fetten ist meistens ein Lösemittel die richtige Wahl. Je nach abzureinigenden Verschmutzungen ist ein Chlorkohlenwasserstoff, nicht-halogenierter Kohlenwasserstoff oder modifizierter Alkohol die beste Lösung. Letztere verfügen über lipophile und hydrophile Eigenschaften, so dass sie unpolare und bis zu einem gewissen Grad auch polare Verunreinigungen entfernen.
 
Die gute und allseitige Zugänglichkeit der Verfahrenstechnik zu den Teilen im Reinigungsbehältnis trägt dazu bei, dass das Reinigungsergebnis schnell und effizient erreicht wird. (Bild: Metallform Wächter GmbH)
 
 
Kürzere Reinigungsprozesse durch abgestimmte Verfahrenstechnik
Je schneller die geforderte Sauberkeit im Reinigungsprozess erreicht wird, desto geringer sind die Reinigungskosten pro Teil. Die Reinigungswirkung des Mediums wird daher durch verschiedene physikalische Verfahrenstechnik unterstützt. Häufig eingesetzte Verfahren sind beispielsweise Spritzen, Tauchen und Ultraschall.
Die Spritzreinigung kommt überwiegend bei geometrisch einfacheren Bauteilen und/oder geringeren Sauberkeitsanforderungen zum Einsatz. Massgebend für die Wirkung des Spritzverfahrens sind Form und Anordnung der Düsen sowie der Spritzdruck. Eine Neuentwicklung bei der Simulationssoftware mit einer Vielzahl an virtuellen statischen und dynamischen Spritzdüsen ermöglicht bei der Auslegung von Spritzreinigungssystemen, schnellere und effizientere Prozesse. Bei der Simulation wird neben dem direkten Strahlaufprallbereich auch die durch das abfliessende Medium verursachte Reinigungswirkung berücksichtigt. Die zu erwartende Reinigungswirkung lässt sich so bereits im konstruktiven Entwicklungsprozess vorhersagen. Reinigungskritische Bauteilbereiche können dabei frühzeitig erkannt und berücksichtigt werden.
Die Tauchreinigung mit Ultraschall wird sowohl bei der wässrigen als auch der Lösemittelreinigung bevorzugt bei Bauteilen mit komplexen Geometrien wie Hinterschneidungen, Nuten und Sacklochbohrungen eingesetzt. Es lassen sich damit innerhalb verhältnismässig kurzer Behandlungszeiten hohe Sauberkeitsgrade erzielen und Reinigungschemie einsparen. Neben der passenden Frequenz und Leistung haben die Ausrichtung des Ultraschalls und die Bewegung der Bauteile in der Arbeitskammer beziehungsweise im Becken einen entscheidenden Einfluss auf die Reinigungswirkung und damit auf die erzielbare Sauberkeit sowie die erforderliche Behandlungsdauer.
 
Das so genannte Beutel-Kerzenfiltergehäuse lässt sich mit Beutelfiltern und ohne Umbauten mit Standardkerzenfiltern bestücken. (Bild: Wolftechnik Filtersysteme GmbH & Co. KG)
 
 
Offen gestaltete Reinigungsbehältnisse einsetzen
In nasschemischen Batchprozessen spielt das Reinigungsbehältnis eine wichtige Rolle. Nur in Schüttgutkörben und Warenträgern, die eine gute, allseitige Zugänglichkeit der Verfahrenstechnik zu den Teilen ermöglichen, lässt sich das Reinigungsergebnis schnell und effizient erreichen. Die Positionierung der Teile im Warenträger ist bei gesetzten Werkstücken ein weiterer Aspekt. Sie sollte so gewählt werden, dass kritische Bereiche gezielt behandelt werden können.
 
Kontinuierliche Reiniger- und Badüberwachung
Einen nicht unerheblichen Beitrag zur Effizienz von Reinigungsprozessen leisten die Überwachung und Pflege der Reinigungs- und Spülbäder. Dadurch lassen sich kostspielige Reinigerüberdosierungen oder qualitätsmindernde -unterdosierungen ebenso vermeiden wie unnötig häufige Badwechsel.
Wässrige Reiniger bestehen aus den Komponenten Builder und Tensid, die sich in ihrer Reinigungswirkung ergänzen und im Reinigungsprozess unterschiedlich stark verbraucht werden. Um beide Komponenten stabil im vorgegebenen Konzentrationsbereich zu halten, ist eine verbrauchsabhängige Nachdosierung erforderlich. Dies gelingt am besten bei so genannten modularen Reinigersystemen, bei denen die Konzentration von Builder und Tensid separat überwacht werden kann. Es gibt dafür entsprechende Messsysteme, die sowohl manuelle als auch automatisierte Kontrollen und die Nachdosierung der Komponenten ermöglichen.
Dies trifft auch für die kontinuierliche Überwachung der Qualität von Reinigungs- und Spülbädern zu. Dabei kommen üblicherweise speziell für Reinigungsprozesse entwickelte Sensoren zum Einsatz. Sie erfassen und dokumentieren die Badbelastung durch partikuläre sowie organische Verunreinigungen und zeigen einen erforderlichen Badwechsel an.
 
Speziell für den Einsatz in Teilereinigungsanlagen entwickelte und entsprechend abgedichtete Roboter lassen sich bei der Reinigung von Einzelteilen für unterschiedliche Prozesse wie Entgraten, Tauch- und Spritzreinigung sowie Trocknen einsetzen. (Bild: Stäubli)
 
 
Pflege des Reinigungsmediums
Die Aufbereitung der Medien durch Filtration und Ölabscheidung ist ebenfalls ein wichtiger Schritt für eine qualitätssichernde und effiziente Prozessführung in der Teilereinigung. Um partikuläre und filmische Kontaminationen zu entfernen, stehen verschiedene Lösungen zur Verfügung. Welche die richtige ist, hängt von den Sauberkeitsanforderungen, der Art und Menge der einbrachten Verunreinigungen sowie vom Reinigungsmedium ab.
Flexible Filtergehäuse ermöglichen, dass zunächst mit Beutelfiltern gearbeitet werden kann. Bei gestiegenen Ansprüchen an die Bauteilsauberkeit lässt sich das so genannte Beutel-Kerzenfiltergehäuse ohne Umbauten mit Standardkerzenfilter bestücken.
 
Automatisierung von Reinigungsprozessen
Weiteres Potential die Effizienz von Reinigungsprozessen zu verbessern, liegt in der Automatisierung. So sorgen beispielsweise Roboter beim Bürst- und Hochdruck-Wasserstahlentgraten, dem Dampfentfetten, der Tauch- und Sprühreinigung sowie der Trocknung unterschiedlichster, als Einzelteile behandelter Werkstücke für eine erhöhte Produktivität und Produktqualität sowie reduzierte Betriebskosten. Der Roboter kann dabei entweder das Werkstück handhaben oder den Wasserstrahl leiten. Die speziell für den Einsatz in Teilereinigungsanlagen entwickelten und entsprechend abgedichteten Roboter zeichnen sich auch durch eine einfachere Programmierung aus.
Zum Einsatz kommen Roboter inzwischen auch für das Teilehandling in Batchprozessen, um einen mannlosen Betrieb zu ermöglichen. Ein weiteres Anwendungsfeld der Automatisierung mit Robotern sowie Linear- und Portalsystemen ist die in eine Linienfertigung integrierte oder als Standalone-Lösung realisierte Funktionsflächenreinigung mit beispielsweise CO2-Schnee, Plasma oder Laser.


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