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Reinigungsprozesse

Kontrollierte Prozesse sichern Reinigungsqualität

| Autor/ Redakteur: Doris Schulz / Stéphane Itasse

Um definierte Angaben für die Bauteilsauberkeit mit Soll- und Grenzwerten zu erfüllen, sind eine detaillierte Analyse der Prozesskette, ein abgestimmter Reinigungsprozess und kontinuierliche Kontrollen nötig, wie auch die Messe Parts2clean 2019 zeigt.

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Qualität und Ergebnis des Reinigungsprozesses hängen entscheidend von der Auswahl der material- und verunreinigungsspezifischen Chemie sowie der Anlagen- und Verfahrenstechnik ab.
Qualität und Ergebnis des Reinigungsprozesses hängen entscheidend von der Auswahl der material- und verunreinigungsspezifischen Chemie sowie der Anlagen- und Verfahrenstechnik ab.
(Bild: Surtec)
  • Um klar definierte Reinigungsziele zu erreichen, ist es sinnvoll, auch die Betriebsstoffe genauer zu untersuchen.
  • Der Reinigungsprozess muss für ein optimales Ergebnis genau auf die Aufgabe ausgelegt werden.
  • Die Veränderungen der Prozessmedien für die Teilereinigung im Laufe der Zeit sind für ein dauerhaft gutes Ergebnis entscheidend.
  • Grenzwerte können als zulässige Restverschmutzung definiert werden.

Bei allen klassischen Herstellungsverfahren kommen Betriebs- und Hilfsstoffe, beispielsweise Kühlschmiermittel, Zieh- und Umformöle sowie Trennmittel, zum Einsatz. Sie hinterlassen ebenso wie die Bearbeitung selbst Rückstände auf der Oberfläche – die abzureinigende Verschmutzung. Hier kann es durchaus sinnvoll sein, diese Stoffe unter die Lupe zu nehmen. Einerseits um deren Abreinigbarkeit zu überprüfen, andererseits um festzustellen, ob eine Vermischung von Betriebs- und Hilfsstoffen zu mehr Aufwand bei der Reinigung führen kann. Idealerweise wird versucht, schwierig zu entfernende Stoffe durch eine Prozessoptimierung der Fertigung zu eliminieren sowie die Zahl und Menge der Betriebs- und Hilfsstoffe möglichst zu begrenzen. Beachtenswert ist dabei auch, dass ein Wechsel von Betriebs- und Hilfsstoffen ebenso wie eine Veränderung der Rezeptur deren Abreinigbarkeit beeinträchtigen kann. Eine Information darüber sollte daher stets der Teilereinigung mitgeteilt werden.

Neben der Art spielt die Menge der Verschmutzung eine wichtige Rolle für einen stabilen Reinigungsprozess. Im Gegensatz zur Überwachung der erzielten Sauberkeit sind Verschmutzungs-Eingangskontrollen in der Praxis bisher die Ausnahme. Dies liegt einerseits daran, dass es dafür bisher nur wenig geeignete Messtechnik gibt, andererseits am vergleichsweise großen Aufwand.

Verbrauch von Betriebsstoffen liefert erste Informationen

Ein Ansatz, um zumindest gewisse Informationen über die Eingangsverschmutzung zu erhalten, ist die Überwachung des Verbrauchs von Betriebs- und Hilfsstoffen, der in Relation zur Anzahl der gefertigten Bauteile gesetzt werden kann. Ergänzend liefern Daten, die mit der Oberflächentextur zusammenhängen wie Werkzeugstandzeiten und Vorschubgeschwindigkeiten, sowie aus der Logistikkette – wie lange wurde das Bauteil vor der Reinigung gelagert? – Informationen, die Rückschlüsse auf den Eingangszustand ermöglichen.

Eine Grundvoraussetzung, um die Prozessqualität der nasschemischen Reinigung zu sichern, ist die Auslegung auf die Reinigungsaufgabe. Wesentlich dabei sind Material, Größe und Geometrie der Bauteile, Art und Menge der Verunreinigung, Durchsatzanforderungen, Flexibilität sowie die Spezifikationen hinsichtlich partikulärer und filmisch-chemischer Sauberkeit. Letztere ergeben sich aus den Anforderungen des nachfolgenden Prozesses, beispielsweise Verkleben, Abdichten, Beschichten, Wärmebehandlung, Montage oder der Endanwendung.

Basierend darauf erfolgt die Auswahl der material- und verunreinigungsspezifischen Chemie sowie der Anlagen- und Verfahrenstechnik, beispielsweise Spritz-, Tauch-, Ultraschall-, Druckumflutreinigung sowie die zyklische Nukleation (CNp). Häufig sind hier auch Konzepte, die aus einer Kombination unterschiedlicher Verfahren bestehen. Im nächsten Schritt werden die Prozessparameter festgelegt.

Eine wichtige Rolle spielen darüber hinaus die Trocknung sowie ein entsprechendes Umfeld. Dies kann die Einrichtung einer Sauberzone, eines Sauber- oder eines Reinraums beinhalten.

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Während der Reinigungsprozesse kommt es zu Veränderungen der Prozessmedien durch die verbrauchsbedingte Verringerung der Reinigerkonzentration, veränderte Eingangsverschmutzung und Abweichungen bei den technischen Parametern der Anlage. Dies kann dazu führen, dass die geforderte Bauteilsauberkeit und damit Produktqualität nicht mehr zuverlässig erreicht wird. Die Definition von Prozessfenstern, also von Soll- und Grenzwerten, ist daher unverzichtbar. Sie werden üblicherweise durch Sauberkeitskontrollen an definiert angeschmutzten Musterbauteilen ermittelt. Mithilfe entsprechender Probereihen lässt sich feststellen, ab welcher Restverschmutzung Störungen im Folgeprozess auftreten, zum Beispiel eine Beeinträchtigung der Haftfestigkeit einer Verklebung oder Beschichtung. Eine alternative Möglichkeit eröffnet die Digitalisierung durch ein Tracking von Bauteilen beziehungsweise Chargen mit einem System zur ganzheitlichen Prozessdatenerfassung. Dabei verknüpfen modulare Systeme die Prozesswerte der Reinigung eindeutig mit dem jeweiligen Bauteil innerhalb eines Prozessschrittes. Dadurch kann jederzeit nachvollzogen werden, bei welchen Parametern das Teil gereinigt wurde, sodass bei Störungen im Folgeprozess Rückschlüsse auf die Ursache sowie für die Ableitung von Sollwerten möglich sind.

Restverschmutzung braucht klar definierte Grenzwerte

Die Grenzwerte können als zulässige Restverschmutzung, beispielsweise durch die maximal erlaubte Partikelzahl in gewissen Größenklassen, festgelegt werden. Zulässige filmisch-chemische Restverschmutzungen sollten – unter Berücksichtigung des Messverfahrens – auf die Art oder bestimmte Gruppen der Verunreinigungen bezogen werden, beispielsweise bei Einsatz von Fluoreszenzmesstechnik die Menge der fluoreszierenden Verschmutzungen. Dabei ist zu beachten, dass nicht fluoreszierende Stoffe wie Silikonöle und Anorganika nicht erfasst und daher bei der Grenzwertangabe explizit ausgeklammert werden sollten.

Insbesondere bei der wässrigen Reinigung sind die kontinuierliche Überwachung und die Aufrechterhaltung der Prozessfähigkeit entscheidend für ein gleichbleibendes Ergebnis. Wässrige Reiniger bestehen aus den Komponenten Builder und Tensid, die sich in ihrer Reinigungswirkung ergänzen. Sie stehen kombiniert als Vollreiniger oder als modulare Reinigersysteme zur Verfügung. Im Reinigungsprozess werden beide Komponenten unterschiedlich stark verbraucht. Für eine zuverlässige Reinigung ist es daher erforderlich, beide Komponenten im vorgegebenen Konzentrationsbereich zu halten, diese also verbrauchsabhängig nachzudosieren.

Um die Konzentration von Tensid und Builder zu messen, kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Dazu zählen beispielsweise die Titration und Leitfähigkeitsmessung sowie für Builder die Messung der Schallgeschwindigkeit. Die Blasendrucktensiometrie wird für Tenside eingesetzt.

Für die kontinuierliche Überwachung der Qualität von Reinigungs- und Spülbädern stehen ebenfalls praktikable und automatisierbare Systeme zur Verfügung. So lässt sich fluoreszierende Organik beispielsweise mit der Fluoreszenzmesstechnik nachweisen. Darüber hinaus ist speziell für Reinigungsprozesse entwickelte Messtechnik verfügbar, mit der sich die die Badbelastung durch partikuläre sowie organische Verunreinigungen erfassen und dokumentieren lässt.

Auch Aufbereitung der Medien sichert die Qualität

Die Aufbereitung der Medien durch Filtration und Ölabscheidung ist ebenfalls ein wichtiger Schritt für eine qualitätssichernde und effiziente Prozessführung. Um partikuläre und filmische Kontaminationen zu entfernen, sind verschiedene Systeme erhältlich. Welches das richtige ist, hängt von den Sauberkeitsanforderungen, der Art und Menge der Verunreinigungen sowie vom Reinigungsmedium ab.

Neben den technischen Möglichkeiten für stabile Reinigungsprozesse beeinflusst das Personal die Qualität der Reinigung entscheidend. Nur wenn die Mitarbeiter über die Zeit und Qualifikation verfügen, um definierte Prozessführungs- und Wartungsmaßnahmen durchzuführen, lässt sich das Ziel auch erreichen.

* Doris Schulz ist freie Journalistin in 70825 Korntal.

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