13 Novembre 2018  |  Optimisation des processus
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 03/2018

Prozessoptimierung in der wässrigen Teilereinigung

Thomas Gutmann

Die Bauteilreinigung gewinnt als qualitätssichernder Fertigungsschritt zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig unterliegt sie einem hohen Optimierungsdruck, da immer knapper werdende Zeit- und Budgetvorgaben einen ressourcenschonenden Reinigungsbetrieb erfordern. Doch wie geht man bei der Prozessoptimierung am besten vor ?

En tant qu’étape de fabrication assurant la qualité, le nettoyage des pièces prend toujours plus d’importance. Il est également soumis à une pression d’optimisation élevée, car des contraintes temporelles et budgétaires toujours plus serrées exigent un nettoyage préservant les ressources. Alors, comment faire pour optimiser les procédés ?

Wässrige Teilereinigungssysteme erweisen sich dank ihrer variablen Stellgrössen wie Wasser, Temperatur, Reiniger und Mechanik als sehr vielseitig und flexibel. Selbst komplexe Anforderungsprofile können sie effektiv und wirtschaftlich erfüllen. Ändern sich produktions- und sauberkeitsrelevante Vorzeichen, bieten sie eine Vielzahl weiterführender Optimierungsmöglichkeiten. Um inmitten dieser Gestaltungsvielfalt die richtige Stellschraube zu finden, sollten Produktionsverantwortliche dem in der Grafik gezeigten Suchraster «Prozessoptimierung» folgen.
 
Eine systematische Prozessanalyse nach klassifiziertem Suchraster führt zu einer effektiven Prozessoptimierung in der wässrigen Teilereinigung.
 
 
Beobachtung und Dokumentation: Potenziale erkennen
Unumgänglicher Ausgangspunkt für eine systematische Prozessanalyse ist die ständige und sorgfältige Beobachtung der Teilereinigung. Ist diese als fester Bestandteil im Reinigungsgeschehen implementiert, können Fehlerquellen und Potenziale leichter identifiziert und nachvollzogen werden.
Der prüfende Blick sollte sich nicht nur auf die Reinigung beschränken, sondern die gesamte Fertigungsumgebung unter die Lupe nehmen. Denn schon kleinste Veränderungen in der Teilegeometrie, im Bauteilspektrum oder in den vorhergehenden und nachfolgenden Fertigungsschritten können die Reinigung und ihre Wirksamkeit sensibel beeinflussen.
Mittels allumfassender Beobachtung lässt sich aufdecken, ob die Sauberkeitsanforderungen noch ausreichend erfüllt werden und dies innerhalb der vorgegebenen Zeit wirtschaftlich und effektiv erfolgt oder ob eine Verbesserung notwendig ist. Je früher man dem Optimierungsbedarf auf der Spur ist, desto schneller lassen sich neue Lösungen erarbeiten und eine wirtschaftliche Teilereinigung fortführen.
 
Die Anpassung der Düsenwinkel sowie der Pumpendrücke können die Reinigung massgeblich bestimmen. Mittels anforderungsgerechter Düseneinstellung lässt sich der Reinigungsprozess optimieren.
 
 
Anforderungsprofil und Problemanalyse: Sauberkeitswerte definieren und korrigieren
Eine weitere unumstössliche Voraussetzung für die Prozessgestaltung ist die Definition der erforderlichen Bauteilsauberkeit. Wer hier dem Grundsatz «so sauber wie nötig» folgt, hat bereits den Grundstein für eine effektive und wirtschaftliche Reinigung gelegt. Dennoch kann es sein, dass sich die Sauberkeitsanforderungen ändern oder trotz sorgfältiger Prozessaufstellung Mängel vorliegen.
In diesem Fall sollte die notwendige Sauberkeit erneut bestimmt werden und gleichzeitig sichergestellt sein, dass alle beteiligten Abteilungen von diesem Sauberkeitsbegriff ausgehen. Dies wiederum setzt eine genaue Problembeschreibung und Zielvorgabe voraus. Sind die Sauberkeitswerte einvernehmlich definiert, liefern sie schliesslich den Gestaltungsrahmen für spätere Optimierungsmöglichkeiten.
 
Erfolgt die Problemanalyse nach einem systematischen Suchraster, werden Optimierungsmöglichkeiten schnell gefunden und wirksam umgesetzt.
 
 
Klassifizierung: Suchraster ordnen
Da es sich bei der wässrigen Teilereinigung um ein komplex ineinandergreifendes System verschiedener Verfahrensparameter handelt, sollte die Suche nach Optimierungsmöglichkeiten anhand von Clustern erfolgen. Empfehlenswert ist eine Gruppierung entlang folgender Einflussgrössen: Teile, Verschmutzung, Reiniger, Temperatur, Anlagen- und Verfahrenstechnik. Dabei sollten die einzelnen Cluster nicht isoliert, sondern auch wechselseitig betrachtet werden.
 
Cluster 1: Bauteilbeschaffenheit, Material und Verunreinigung
Ausschlaggebend für die Zusammenstellung eines Reinigungsprozesses sind die Beschaffenheit von Bauteil, Werkstoff und Verschmutzung. Diese Parameter sollten daher auch bei der Nachjustierung eine grundlegende Rolle spielen. Gab es Veränderungen im Teilespektrum oder in der Geometrie ? Wird nach wie vor dasselbe Material gereinigt ? Handelt es sich noch immer um eine filmische oder partikuläre Verunreinigung oder etwa um eine Kombination aus beidem ? Haben sich Grad und Zusammensetzung der Verunreinigung verändert ? Wenn ja, wie ?
Je nach Antwort fädelt sich die Fahndungskette an mehreren Strängen weiter auf. Passt etwa das Reinigungsergebnis bei filmischen Verunreinigungen nicht mehr, kann dies an Temperatur, Reiniger oder an der Spülwasserqualität liegen. Ist das Ergebnis bei partikulären Verunreinigungen unzureichend, ist der prozesssichere Abtransport abgelöster Späne und Grate nicht mehr gewährleistet. In diesem Fall sollte neben dem gesamten Spülprozess auch die Hardware wie Reinigungskammer, Filtration oder das Teileaufnahmesystem unter die Lupe genommen werden.
Allenfalls steht ein Filterwechsel oder die Nachreinigung der Reinigungskammer an. Ebenso kann eine andere Positionierung der Werkstücke Spritzschatten vermeiden oder den Verbleib abgelöster Partikel reduzieren und Rückverschmutzungen verhindern.
 
Cluster 2: Reiniger und Reinigerkonzentration
Mängel an der Reinigungsleistung führen zu einer näheren Betrachtung des Handlungsstrangs «Reinigungsmittel». Passt die Zusammensetzung des Reinigers noch zur Verschmutzungsart gemäss dem Grundsatz «Gleiches löst Gleiches» ? Allenfalls stimmt auch neben der Konzentration die Zusammensetzung des Reinigers nicht mit den Anforderungen überein, so dass eine Neuzusammenstellung oder Nachdosierung erforderlich sein kann.
Auch sollte die Temperatur des Reinigungsmediums hinterfragt werden. Ist die festgelegte Prozesswärme ausreichend oder notwendig ? Können dieselben Ergebnisse auch unter geringerer Energiezufuhr erzielt werden ? In manchen Fällen erweist es sich als wirtschaftlicher, den Reinigungsprozess unter niedrigerem Energieeinsatz, aber mit höherer Taktzeit zu führen.
Was die Qualität des Reinigungsmediums betrifft, sollten die vom Hersteller empfohlenen Badstandzeiten eingehalten werden. Anlagenbetreiber gehen auf Nummer sicher, wenn sie ein Badpflegesystem installieren. Das Reinigungsbad wird mit dessen Hilfe ständig überwacht und bei Bedarf wird nachdosiert, worüber sich Standzeiten verlängern und Rüstzeiten wie Personalkosten senken lassen. Ebenso reduziert sich der Wasser- und Energieverbrauch.
Die Nachrüstung mit einer Ausspritzgarnitur oder einer leistungsfähigen Pumpe zur schnellen Entleerung der Medientanks bietet zusätzliches Optimierungspotenzial. Hat sich der Schmutzeintrag erhöht oder das zu reinigende Bauteil deutlich verkleinert, führt die Erweiterung der Medientanks sowie deren kaskadierter Aufbau zu mehr Reinigungssicherheit.
 
Cluster 3: Anlagentechnik und Verfahren
Weitere Stellschrauben zur Behebung von Reinigungsfehlern oder zur Optimierung des gesamten Vorgangs bietet die Untersuchung von Anlagentechnik, Verfahren und Prozessabfolge. So lässt sich beispielsweise die Leistung des Reinigungsmittels durch gezieltes Kombinieren mechanischer Vorgänge wie Spritzen, Fluten oder Spritzfluten unter Hinzunahme von Temperatur und Zeit deutlich verstärken. Folgen diese Phasen geplant aufeinander, lässt sich der Eintrag von Verwirbelungen flexibel auf die jeweilige Anwendung einstellen und optimieren.
Konkrete Anpassungen sind über die Positionierung und Art der Düsen, den Düsendruck, zusätzliche Bewegungsabläufe von Spritzrahmen und Korbaufnahmesystem oder die Taktzeit möglich. Verstärkt werden kann dieses Zusammenspiel durch den Einsatz von Ultraschalltechnik, die je nach Schallfrequenz, -intensität und -dauer selbst hartnäckigen Schmutz materialschonend in kürzerer Zeit und unter geringerem Energieaufkommen entfernen kann. Weiteres Optimierungspotenzial findet sich in der Trocknungsphase: auch hier lässt sich eine individuelle Anpassung hinsichtlich Temperatur, Intervall und Dauer finden.
 
Cluster 4: Maschinenaggregate
Der vierte Strang der Fahndungskette führt zu den Maschinenaggregaten. Dort sollten Verschleissteile wie Pumpen, Filter und Sensoren auf Herz und Nieren geprüft und gegebenenfalls durch neuere Standards ersetzt werden. Auf diese Weise lassen sich Leistungsmängel ausschliessen und ein ressourcenschonenderes Verhalten der Reinigungsmaschine erzielen. Besonders die Ölabscheidung, der schmutzigste Punkt der Maschine, sollte regelmässig kontrolliert und gewartet werden. Findet eine Aufrahmung des abgeschiedenen Fettes statt, reicht der Ölaustrag nicht aus und die Pflegeintervalle müssen erhöht werden.
Ein weiterer Punkt zur Verbesserung der Maschinenökologie stellt die allseitige Dämmung der Medientanks, des Maschinengehäuses und der Aggregate dar. Ebenso liefert die energieoptimierte Strömungsführung von Luft und Wasser oder die Integration von Wärmetauschern weiteres Potenzial.
 
Bereits festgelegte Parameter wie Abfolge und Dauer der Reinigungsphasen und der Prozesstemperatur sollten stets hinterfragt werden. Oft reicht ein geringerer Ressourceneinsatz aus.
 
 
Subtile Lehrmeister: Fehler erkennen und richtig zuordnen
Die vorstehend genannten Optimierungsmöglichkeiten entfalten dann ihre vollständige Wirkung, wenn Reinigungsprobleme rechtzeitig erkannt und den richtigen Ursachen zugeordnet werden. Doch genau an dieser Stelle fehlt in den Betrieben oftmals die notwendige Routine und Systematik. Besonders wenn sich Fehlerbilder überlagern, werden Situationen gern falsch eingeschätzt oder falsche Rückschlüsse gezogen. Dies liegt mitunter daran, dass Reinigungsfachwissen bisher noch nicht im Rahmen einer Berufsausbildung oder eines Studiums erworben werden kann, sondern in den Betrieben auf einer Reihe von Erfahrungswerten beruht. Daher ist es umso wichtiger, Reinigungsmängel methodisch aufzuarbeiten und jede kleine Veränderung präzise zu dokumentieren.
Fortlaufende Weiterbildungen liefern den verantwortlichen Mitarbeitern das notwendige Handwerkszeug und sind daher eine grundlegende Massnahme, um das Know-how im Unternehmen aufzubauen und zu verankern. Hier bilden die erfahrenen Anwendungstechniker und Ingenieure der Maschinenhersteller eine wichtige Brücke, über die das Reinigungswissen in die Unternehmen gelangt. Sie können über regelmässige Wartungen, Beratungsgespräche und Schulungen wichtiges Grundlagenwissen vermitteln oder bei konkreten Störfeldern als Projektleiter agieren und die Fehlersuche systematisch anleiten.
Dafür ist auch ein Blick über den Tellerrand notwendig. Das heisst, Vertreter aller relevanten Fachabteilungen wie Qualitätsmanagement, Konstruktion, Fertigung und Vertrieb in einem Unternehmen sollten miteinbezogen und mit den notwendigen Informationen versorgt werden. Dies erfordert an diesen Stellen bisweilen auch die Bereitschaft, unbequeme Wege zu gehen und im Haus die notwendigen Kapazitäten aufzubauen. Die enge Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller eröffnet dabei die Chance, stets auf dem neusten Stand der Technik zu sein und Nachrüstungen zugunsten einer optimalen Reinigungsleistung rechtzeitig zu veranlassen.
 
In der Prozessoptimierung spielt die regelmässige Kontrolle und Wartung der Maschinenaggregate eine wichtige Rolle: Befinden sich die Reinigungsmaschinen auf dem neusten Stand der Technik, ist die Voraussetzung für den ressourcenschonenderen Betrieb geschaffen.
 
 
 
Checkliste Prozessoptimierung
 
Beobachtung/Dokumentation
  • Implementierung
  • Reinigungsprozess und Fertigungsumgebung
 
Sauberkeitswerte
  • Definition («so sauber wie nötig»)
  • Zielvorgabe und Gestaltungsrahmen
  • Gegebenenfalls Anpassung
 
Klassifizierung
  • Suchraster für Problemanalyse (Cluster)
  • Einflussgrössen: Teile, Verschmutzung, Reiniger, Temperatur, Anlagentechnik
  • Wechselseitige Betrachtung
 
Cluster 1: Bauteilbeschaffenheit, Material, Verunreinigung
  • Teilespektrum und Geometrie
  • Werkstoff(e)
  • Filmische, partikuläre oder filmisch-partikuläre Verunreinigung
  • Anforderungsprofil erstellen
 
Cluster 2: Reiniger/Reinigerkonzentration
  • Richtige Wahl des Reinigers («Gleiches löst Gleiches»)
  • Ausreichende Dosierung und Konzentration
  • Temperatur
  • Badstandzeit zu gering → Schmutzeintrag überprüfen → Zusammensetzung des Reinigungsbades überprüfen → Nachdosierung → gegebenenfalls Badpflegesystem einsetzen → gegebenenfalls Baderweiterung und Kaskadierung
 
Cluster 3: Anlagentechnik und Verfahren
  • Mechanik: Passt Eintrag von Verwirbelungen zu Anforderung ? → Kombination Spritzen, Fluten, Spritz-Fluten anpassen
  • Düsen: Art und Positionierung / Düsendruck / Spritzrahmen (gegen- und gleichläufige Bewegung)
  • Korbaufnahmesystem: Rotation / Wippen / Stehen
  • Behandlungskammer: Rückverschmutzung ? → zusätzliche Pflege
  • Trocknung: Temperatur / Intervalle / Dauer prüfen → gegebenenfalls Impulswechsel oder Warmluft-/Heissblassystem
  • Ultraschall: Schallfrequenz, -intensität und -dauer prüfen
  • Durchsatz: Packungsdichte (Spritzschatten) → Warenträger prüfen / Taktzeit → Reinigungsprogramm überprüfen → gegebenenfalls Abfolge ändern
 
Cluster 4: Maschinenaggregate
  • Pumpen: Dimensionierung / gegebenenfalls Wechsel zu neueren Standards
  • Sensoren: Zuverlässigkeit / gegebenenfalls Austausch
  • Filtersystem: Standzeit prüfen / Schmutzeintrag prüfen / Filtertausch beziehungsweise Wechsel zu höherem System
  • Ölabscheidung: Austrag Ölabscheider prüfen / emulgieren, demulgieren Verunreinigungen → Additive hinzufügen
  • Ressourcenschonung: Vollwärmedämmung, optimierte Strömungsführung, Wärmetauscher
 
In Kürze
MAFAC ist einer der führenden Hersteller in der wässrigen Teilereinigung. Das Unternehmen bietet ein breites Spektrum an kompakten Serienmaschinen, die je nach Kundenbedarf vielfältige Reinigungsanforderungen erfüllen können, zum Beispiel in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, im Maschinenbau, in der spanabhebenden Fertigung, der Hydraulik- und Medizintechnik sowie der Elektroindustrie. Alle Maschinen werden am Standort Alpirsbach im Schwarzwald von über 85 Mitarbeitern entwickelt und produziert.
Das Unternehmen wurde 1968 gegründet. Es beschäftigt sich seit 1974 mit der industriellen Bauteilreinigung und hat sich 1990 darauf spezialisiert. Dabei setzt das patentierte Reinigungsverfahren der gegen- beziehungsweise gleichläufigen Rotation von Spritzdüsen- und Korbaufnahmesystem Massstäbe hinsichtlich Sauberkeit und Effizienz. Aktuell ist das Unternehmen mit einem weltweiten Netzwerk technischer Vertriebspartner und einer eigenen Niederlassung in Frankreich in über 20 Ländern aktiv, darunter auch in Asien, Südamerika und den USA.
 
 
Thomas Gutmann
Leiter Customer Support und Mitglied der Geschäftsführung
MAFAC – E. Schwarz GmbH & Co. KG
D-72275 Alpirsbach
parts2clean: Halle 5, Stand D14
 
CH-Vertretung:
Elma Schmidbauer Suisse AG
Feldstrasse 4
5506 Mägenwil
Tel. 062 887 25 00
Fax 062 887 25 09
beat.huerst@elma-suisse.ch
www.elma-suisse.ch


Polymedia Meichtry SA | Chemin de la Caroline 26 | 1213 Petit-Lancy | Genève | T: +41 22 879 88 20 | F: +41 22 879 88 25 | info@polymedia.ch