Suchen

Teilereinigung Bei Reinigen von Serienteilen im Automotive-Bereich wird auf das Mehrkammerprinzip gesetzt

| Autor/ Redakteur: Thomas Isenburg / Josef-Martin Kraus

Entscheidenden Einfluss auf die Anlagentechnik zur Teilereinigung hat die Taktzeit, der Reinigungsanlagen in Fertigungslinien unterworfen sind. Daher wird bei Anlagen mit zylindrischen Arbeitskammern auf das Mehrkammerprinzip gesetzt, um Serienteile im Automotive-Bereich zu reinigen. Die Taktzeit einer Charge ist dadurch auf ein Bruchteil der Reinigungsdauer reduziert.

Firmen zum Thema

Doppel-Kammer-Anlage mit nebeneinander liegenden Reinigungskammern im Aufbau. Die Aufteilung der Teilereinigung auf mehrere Chargen verkürzt die Taktzeit, was bei Anlagenintegration in Fertigungslinien vorteilhaft ist. Bild: Dürr Ecocelan
Doppel-Kammer-Anlage mit nebeneinander liegenden Reinigungskammern im Aufbau. Die Aufteilung der Teilereinigung auf mehrere Chargen verkürzt die Taktzeit, was bei Anlagenintegration in Fertigungslinien vorteilhaft ist. Bild: Dürr Ecocelan
( Archiv: Vogel Business Media )

Vom notwendigen Übel zum wertschöpfenden Faktor – kaum ein anderer Prozessschritt in der Fertigungskette hat in den vergangenen Jahren eine so steile Karriere gemacht wie die industrielle Teilereinigung. Entsprechend hoch sind in weiten Bereichen der Industrie – allen voran die Automobilindustrie – die Ansprüche an das Reinigungsergebnis. Sie werden weiter steigen. Da stellt sich zwangsläufig die Frage, welche Prozesse, Verfahren, Medien und Maßnahmen zukünftig notwendig sind, um die geforderte Reinigungsqualität zu erzielen und nachzuweisen.

Dieser Herausforderung, die mehr als nur den Reinigungsschritt umfasst, müssen sich die Hersteller und Anwender industrieller Reinigungstechnik stellen. So ist ein optimaler Workflow nur gewährleistet, wenn die verschiedenen Fertigungsschritte und die dazwischen liegende Teilereinigung exakt aufeinander abgestimmt werden. Dabei darf die Reinigungstechnik in der Regel nur einen möglichst geringen Anteil an den Fertigungskosten eines Werkstücks haben.

Bildergalerie

Zylindrische Arbeitskammer ist zentrales Bauteil der Reinigungsanlage

Für ein großes Werkstückspektrum aus dem Fahrzeugbereich setzt man schon seit längerer Zeit auf Reinigungsanlagen mit einer zylinderförmigen Arbeitskammer als zentrales Bauteil. In der Arbeitskammer führt die Reinigungsanlage verfahrenstechnische Prozesse durch. Als Reinigungsschritte verwendet man häufig eine Mischung aus sorgfältig projektierten Spritz- und Flutverfahren mit Drücken bis zu 25 bar unter Verwendung von 40 bis 95 °C warmen Fluids. Die Waschlaugen bestehen aus einer Tensidreinigerkombination und einer anorganisch-chemischen Komponente. Sie sind abgestimmt auf den Werkstoff der Werkstücke und den Reinigungsprozess.

Zur Entfernung der Verunreinigungen behandelt man das zu reinigende Werkstückspektrum mit Flut- und Spritzprozessen. Auch diese sind auf den Fertigungsprozess – das heißt: auf Werkstoff, Geometrie, Taktzeit und Reinheitsgrad – abzustimmen. Am Prozessende setzt man Trocknungsprozesse ein. Die Trocknung erfolgt überwiegend mit Heißluft bei Atmosphärendruck (Lufttrocknung) oder bei deutlichem Unterdruck und somit im Vakuum. Bei der Strahlungstrocknung heizt Wärmestrahlung, die von Strahlungskörpern (Infrarotstrahlern) abgestrahlt wird, die Werkstücke auf. Zur nachhaltigen Sicherung der Qualität der Reinigungsmedien und somit der Partikelentfernung vom Werkstückspektrum werden die Medien entweder über Beutelfilter oder Spezialkomponenten, die an die Anforderungen angepasst sind, zum Beispiel Kerzenfilter, aufbereitet.

Das Werkstückhandling managt eine manuelle oder automatische Be- und Entladeeinrichtung. Für den Gesamtprozess befinden sich die Werkstücke auf Warenträgern oder in Körben. Sie werden in dreh- oder schwenkbaren Korbaufnahmen in die Arbeitskammer eingebracht. Das Behandlungsmedium wird aus Vorlege-Tanks über Pumpen zum Werkstück geführt. Mit Behandlungsmedium beaufschlagte Komponenten der Waschanlage sind aus Edelstahl gefertigt. Das Volumen der Arbeitskammer richtet sich nach der geforderten Taktzeit und der Werkstückgröße.

Einen entscheidenden Einfluss auf die Anlagentechnik hat die Taktzeit der Fertigungsschritte in der Prozesskette. Sie steuert damit die Investitions- und Betriebskosten. Bei Taktzeiten länger als 4 bis 8 min dominieren Ein-Kammer-Anlagen. Alle Schritte laufen in einer Kammer ab. Verkürzt man die Taktzeit auf Werte von 2 bis 4 min, findet die Reinigung in zwei Kammern statt. In der ersten Kammer wird das Werkstückspektrum mit Waschmedium beaufschlagt.

Gleichzeitig laufen in der zweiten Kammer die Schritte Spülen und Trocknen ab. Eine weitere Verkürzung der Taktzeit unterteilt die Teilereinigung in einen Drei-Kammer-Prozess: Kammer 1 Waschen, Kammer 2 Spülen und Kammer 3 Trocknen mit simultaner Verfahrensführung. Das Taktzeitmanagement diktiert Investitions- und Betriebskosten, denn diese sind umso höher, je mehr Kammern verwendet werden.

Bei höheren Durchsätzen von Korb- oder Gestellware – zum Beispiel von zwölf bis 24 Chargen in der Stunde – bieten sich als Alternative auch Mehrkammeranlagen nach dem Umsetzer-Prinzip an. Vorteil dabei ist, dass einerseits durch spätere Aufrüstung mit weiteren Warenträgern oder Fahrwägen eine Durchsatzsteigerung möglich ist, andererseits unterschiedlichste Prozesszeiten und über Vier-Stufen-Verfahren hinausgehende Prozesse realisierbar sind. Solche Prozesse enthalten zum Beispiel die alkalische Vor- und die anschließende saure Nachreinigung als zusätzliche Stufen.

Reinigen von Aluminiumteilen in Mehrkammeranlagen

Am Markt werden die beschriebenen Anlagen von den Herstellern Pero, Höckh, Roll, Dürr Ecoclean, LPW, Mafac und MTM angeboten. Besonderheit der LPW- und MTM-Anlage ist es, dass die zylindrischen Kammern geradlinig hintereinander angeordnet sind. Bei den anderen Herstellern liegen die Behandlungskammern nebeneinander. Sie haben eine parallele Anordnung. Um potenziellen Kunden eine transparente Beurteilung zu ermöglichen, wurde den oben genannten Herstellern die folgende Aufgabe gestellt: Bei einem international aufgestellten Hersteller von Bremssystemen im LKW- und Baumaschinenbereich müssen spanend bearbeitete Metallteile aus einer Aluminiumlegierung gereinigt werden.

Die jetzt zu beschaffende neue An-lage soll mit wässrigen Medien arbeiten und eine Lösemittel-Waschanlage ersetzen, bei der in diesem Jahr die Betriebsgenehmigung erlischt. Eine Neubeschaffung ist somit sichergestellt. Für die Schritte Teilehandling, Korbhandling und Reinigung wurden folgende Bedingungen festgelegt:

  • Die Metallteile werden in Standardkörben mit Spanndeckel oder starrem Deckel der Firma Drathschnee gereinigt – teilweise als Schüttgut, teilweise positioniert. Die Korbgröße beträgt 600 mm × 400 mm × 300 mm, das Chargengewicht 60 kg.
  • Die Beladung der Waschkörbe erfolgt manuell von einem Werker an den Bearbeitungszentren. Der Korbtransport wird über eine bauseitige Rollenbahn durchgeführt. Die Rollenbahnförderhöhe beträgt 960 mm. Die Körbe sind in beide Richtungen auf der Rollenbahn transportfähig. Der Werker übernimmt auch den Rücktransport der gewaschenen Körbe aus dem Montagebereich. Jeder Maschinenbediener holt sich händisch die für ihn erforderlichen Körbe von einem Korbpuffer.
  • Wegen Sacklochbohrungen und schöpfenden Partien muss eine Rotation des Waschguts erfolgen. Es ist eine Vakuumtrocknung vorzusehen. Der Verfahrensablauf sollte sein: Waschen mit Flutinjektion, Spülen mit Flutinjektion, abschließendes Spritzen und Vakuumtrocknen. Optional sollte noch angeboten werden: Spülen mit DI-Wasser. Zu beachten ist eine möglichst geringe Medienverschleppung und standzeitverlängernde Maßnahmen. Die Taktzeit darf 180 s nicht übersteigen.

Mehrstufiges Tauchverfahren nach dem Umsetzer-Prinzip

Auf diese Reinigungsaufgabe reagierten die Hersteller Dürr Ecoclean, LPW und MTM mit einem detaillierten Angebot. So schlägt Karl Heinz Schechinger, Marketingleiter bei der Dürr Ecoclean GmbH, Filderstadt, zwei Anlagenkonzepte vor: die der Anlagentypen 86 W und 95 W. Beim Anlagentyp 86 W sind vier Tauchbäder hintereinander angeordnet, um ein mehrstufiges Tauchverfahren nach dem Umsetzerprinzip durchzuführen (Bild 1 und Tabelle 1).

Die Warenkörbe befinden sich in Drehgestellen und werden auf einem Fahrwagensystem mit Lineareinrichtung durch die Anlage transportiert. Das Transportsystem ist mit einer Hub-Senk-Einrichtung für die Warenträger ausgestattet. Zur Trocknung kann in dieser Anlage eine kombinierte Vakuum-Heißluft-Trocknung integriert werden. Zur Anlagenausstattung gehört auch ein Ölabscheider- und Verdampfersystem für die Badpflege. Die Filtration erfolgt über kontinuierliche Kreislaufführung der Wasch- und Spülmedien. Die Anlagemaße sind 8600 mm × 2600 mm × 3200 mm. Die elektrische Anschlussleistung liegt bei 140 bis 180 kW und der Frischwasserverbrauch bei 20 l/h. Das Anlagengewicht beträgt 7500 kg. Der Anlagenpreis wurde mit 268000 bis 342000 Euro angegeben – je nach Ausstattung.

Beim Anlagentyp 95 W verweist man bei Dürr Ecoclean auf die Möglichkeiten des modularen Anlagenkonzepts (Tabelle 2). Konzeptmodule sind eine zwei- oder dreistufige Tauchreinigung, Passivierung, Vakuum- oder Heißlufttrocknung, abwasserfreier Betrieb, Wasch- und Spülwasseraufbereitung, reinigungsunterstützende Systeme wie Ultraschall und Injektionsflutwaschen sowie ein komplett automatischer Prozessablauf. Die Verfahrenstechnik besteht aus zwei Arbeitskammern und zwei bis drei Vorlagetanks für die Prozessmedien. Zur Durchsatzsteigerung werden die Prozesse auf die beiden Kammern aufgeteilt, die jeweils zur Aufnahme von zwei Körben ausgelegt sind.

Prozesse laufen gleichzeitig ab

Die Prozesse laufen somit gleichzeitig ab. Beide Kammern befinden sich in einer parallelen Anordnung. Für die Badpflege ist ein Ölabscheidersystem integriert. Die Filtration erfolgt über kontinuierliche Kreislaufführung der Medien. Die Anlagenmaße betragen 4200 mm × 5500 mm × 3200 mm. Die elektrische Anschlussleistung liegt bei 135 bis 170 kW und der Frischwasserverbrauch bei 20 l/h. Das Anlagengewicht beträgt 12 000 kg. Der Anlagenpreis wird in Abhängigkeit von der Ausstattung mit 415 500 bis 449 500 Euro angegeben.

Für weitere Reinigungsprozesse von Serienteilen im Fahrzeugbereich hat Dürr Ecoclean verschiedene bauteilabhängige Reinigungssysteme im Programm. Zum einen handelt es sich dabei um so genannte Transferanlagen des Typs Eco-C-Trans, bei dem die Prozessschritte nacheinander in Einzelmodulen durchgeführt werden. Dazu erfolgt der Transport der Werkstücke durch die Anlage auf Warenträgern oder in Gestellen mit einem Hubschritt-Förderer. Zum anderen hat man die Anlagen des Typs Eco-C-Flex am Markt eingeführt. Bei diesen Anlagen werden die Werkstücke von einem Roboter den notwendigen Prozessschritten zugeführt. Beide Systeme wurden in der Ausarbeitung nicht näher betrachtet.

Arbeitskammern hintereinander angeordnet

Auch Werner Meißner, Geschäftsführer der MTM GmbH, Marienheide, schlägt für den Hersteller von Bremssystemen ein Zwei-Kammer-Konzept zur Reinigung der spanend hergestellten Aluminiumteile vor: vom Typ Mehrkammerflutautomat (MFR II) (Bild 2 und Tabelle 3). Auch bei diesem Konzept sind die Reinigungsprozesse auf zwei Kammern verteilt und laufen gleichzeitig ab, um die maximale Taktzeit von 180 s einzuhalten. Besonderheit der Maschine ist die Anordnung der beiden Kammern direkt hintereinander.

Kammer 1 ist für Reinigungs- und Spülprozesse vorgesehen, Kammer 2 dem Trocknen vorbehalten. Dieses Konzept reduziert den Transport innerhalb der Anlage auf den kürzesten Weg – und hat Potenzial zur Energieeinsparung. In den Kammern sind ebenfalls vielfältige Applikationen wie Spritz-, Ultraschall- und Flutinjektionsreinigung sowie Warmluft- und Vakuumtrocknung möglich. Optional lassen sich die Anlagen dieses Typs mit Badpflegeeinrichtungen wie Vollstromfiltration und Ölabscheidersystem ausrüsten. Das Spülenmedium kann einer Destille zugeführt werden. Das Destillat regeniert die Prozessmedien. Die Anlagenmaße sind 4300 mm × 3000 mm × 3340 mm. Das Anlagengewicht beträgt 6200 kg. Je nach Ausstattung liegt der Anlagenpreis laut MTM bei 250000 bis 300000 Euro.

Auch Thomas Daiber, Vertriebsleiter der LPW Reinigungssysteme GmbH, Riederich, schlägt eine Zwei-Kammer-Flutanlage im Lineardurchlauf vor. Das Konzept ist für einen Anlagendurchsatz von 15 Körben in der Stunde ausgelegt. Die Prozessschritte sind: Waschen, Spülen, Warmlufttrocknung. Die Anlagenmaße betragen 3000 mm × 2500 mm × 3200 mm. Der Anlagenpreis wird mit etwa 290000 Euro angegeben (Bild 3).

Die drei befragten Anlagenhersteller stellen drei Konzepte zur Problemlösung vor. Dabei bewegt sich das Preisniveau von 250000 bis 450000 Euro. Ähnlich groß ist die Bandbreite des Maschinengewichtes und damit der verbauten Materialmenge. Es variiert von 6200 bis 12 000 kg und spiegelt somit das unterschiedliche Preisniveau wider. Verfahrenstechnisch führen alle Hersteller einen in unterschiedliche Stationen gesplitteten Prozess aus Waschen (meist Injektionsflutwaschen) mit anschließendem Spritzspülen und Warmluft und/oder Vakuumtrocknung durch.

Interessant ist die Bewegung des Waschguts in der Reinigungsanlage. Entweder hat man einen linearen Hub-Senk-Prozess mit der Möglichkeit vieler modularer Stationen bei einem attraktiven Preisniveau oder die parallele Anordnung von zwei bis drei Kammern zur gleichzeitigen Durchführung unterschiedlicher Prozessschritte.

Vereinfachter Transport contra kürzere Baulänge

Alternativ lassen sich dazu die Arbeitskammern auch linear anordnen. Das heißt: Die einzelnen Kammern können hintereinander angeordnet werden. Wesentlicher Vorteil der linearen Anordnung ist es, dass weniger Bewegungen beim Werkstück- oder Korbhandling von der ersten zur nächsten Kammer notwendig sind. Jedoch kann das auf Kosten der Baulänge einer Anlage gehen. Braucht man bei der parallelen Anordnung drei Änderungen hinsichtlich der Bewegungsrichtung (aus Kammer A heraus, von Kammer A zu Kammer B, in Kammer B hinein), ist bei der linearen Anordnung die Bewegung geradlinig (aus Kammer A in Kammer B). Beim linearen Transport ist somit – physikalisch betrachtet – weniger Arbeit zu verrichten. Er verspricht daher, energetisch günstiger zu sein.

Dr. Thomas Isenburg ist wissenschaftlich-technischer Journalist in Kierspe. Der Fachartikel entstand mit Unterstützung von Karl Heinz Schechinger, Dürr Ecoclean GmbH, 70794 Filderstadt, Tel. (0711) 7006-0, info.filderstadt@ecoclean.durr.com, Wer-ner Meißner, MTM Meißner Technik Müllenbach GmbH, 51709 Marienheide, Tel. (0226) 44560-0, info@mtm-gmbh.com und Thomas Daiber, LPW Reinigungssysteme GmbH, 72585 Riederich, Tel. (07123) 3804-0, info@lpw-reinigungssysteme.de

Artikelfiles und Artikellinks

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 232641)