Reinigungsprozesse stabil und wirtschaftlich auslegen Mit Sicherheit sauber

Autor / Redakteur: Doris Schulz / M.A. Frauke Finus

Wann ist ein Werkstück sauber? Die Antwort ist so vielfältig wie das Einsatzspektrum von Blechkomponenten. Unabhängig davon, dass die Sauberkeitsvorgaben variieren, erfordert ihre Einhaltung häufig einen hohen Aufwand - und das bei steigendem Kostendruck.

Firma zum Thema

„Gleiches löst Gleiches“ – dieser chemische Grundsatz bietet bei der Auswahl des optimalen Reinigungsmediums eine Orientierungshilfe. Wässrige Medien sollten für die eingesetzte Verfahrenstechnik, Spritz- oder Ultraschallreinigung geeignet sein.
„Gleiches löst Gleiches“ – dieser chemische Grundsatz bietet bei der Auswahl des optimalen Reinigungsmediums eine Orientierungshilfe. Wässrige Medien sollten für die eingesetzte Verfahrenstechnik, Spritz- oder Ultraschallreinigung geeignet sein.
(Bild: Mafac Ernst Schwarz Maschinenfabrik)

Ob Stanzbiege-, Tiefzieh- oder Umformteil – häufig hängt die Qualität nachfolgender Prozesse wie Härten, Schweißen, Beschichten, Verkleben oder Montieren beziehungsweise des fertigen Produkts von der Bauteilsauberkeit ab. Kein Wunder also, dass Spezifikationen zur partikulären und/oder filmischen Sauberkeit in vielen Branchen ebenso selbstverständlich auf Konstruktionszeichnungen zu finden sind wie Angaben zu Maßen und Toleranzen. Die Einhaltung dieser Vorgaben ist nicht selten nachzuweisen und zu dokumentieren, beispielsweise bei Teilen für die Automobilindustrie nach VDA 19. Reinigung und Sauberkeitskontrolle haben sich daher zu einem qualitätskritischen Fertigungsschritt entwickelt, der bei zunehmend komplexeren Teilegeometrien einen hohen technischen und finanziellen Aufwand erfordert. Und das bei gleichzeitig steigendem Kostendruck im internationalen Markt. Um hier wettbewerbsfähig zu bleiben, sind Reinigungslösungen erforderlich, mit denen sich definierte Sauberkeitsanforderungen nicht nur stabil, sondern auch kosteneffizient erfüllen lassen.

Nasschemische Reinigung – Prozesse optimal abstimmen

Die Reinigung von Blech-, Stanz- und Umformteilen erfolgt üblicherweise in nasschemischen Reinigungsverfahren in Batchprozessen als Schüttgut oder gesetzte Ware sowie als Einzelteil. Um dabei eine qualitätssichernde und wirtschaftliche Prozessführung zu erreichen, sind in Chemie, Anlage, Verfahren und Medienaufbereitung abgestimmte Lösungen erforderlich. Wesentliche Kriterien dabei sind die zu reinigenden Materialien, Größe und Geometrie des Bauteils, Art und Menge der Verschmutzung, der Durchsatz, die erforderliche Flexibilität sowie die Spezifikation zur partikulären beziehungsweise filmischen Sauberkeit.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Für die Auswahl des geeigneten Reinigungsmediums bietet der chemische Grundsatz „Gleiches löst Gleiches“ eine Orientierungshilfe:

Wässrige Reiniger werden üblicherweise bei wasserbasierten (polaren) Verunreinigungen wie Schmieremulsionen, Additive, Salze, Polierpasten, Späne, Abrieb und anderen Feststoffe eingesetzt. Sie stehen als pH-neutrale, alkalische und saure Formulierungen zur Verfügung. Es empfiehlt sich die Materialverträglichkeit und das erzielbare Ergebnis durch Reinigungsversuche abzuklären. Wichtig ist darüber hinaus, dass der Reiniger für die eingesetzte Verfahrenstechnik wie etwa Spritzen oder Ultraschall geeignet ist, ansonsten kann es im Prozess beispielsweise zu einer störenden Schaumbildung kommen. Um eine konstant gute Reinigungsqualität sicherzustellen, ist die Überwachung wässriger Reinigungs- und Spülbäder unverzichtbar. Für die kontinuierliche Kontrolle und Erfassung der Reinigerkonzentration wurden spezielle Messsysteme entwickelt. Sie ermöglichen nicht nur die exakte Erfassung und Dokumentation während der Reinigung, sondern lassen sich auch nutzen, um eine bedarfsgerechte Nachdosierung von Reinigungsmedium automatisch auszulösen. Partikuläre und flüssige Verunreinigungen in den Medien können ebenfalls durch Messgeräte erfasst und dokumentiert werden. Dies ermöglicht, einen erforderlichen Badwechsel geplant und bedarfsgerecht durchzuführen, was Kosten spart. Je nach Reinigungsaufgabe und Spezifikation kann es auch erforderlich sein, weitere, für den Prozess relevante Parameter, beispielsweise Druck, Temperatur, pH- und Leitwert zu erfassen. Dafür stehen ebenfalls Messsysteme zur Verfügung. Zum Einsatz kommen wässrige Reinigungsmedien sowohl in Kammeranlagen als auch Durchlauf- und Reihentauchanlagen.

Das Reinigungsmedium – Gleiches löst Gleiches

Bei unpolaren Verschmutzungen wie Stanz- und Ziehölen ist meist ein Lösemittel die richtige Wahl. Sie kommen häufig auch bei der Reinigung nach Wärmebehandlungen zum Einsatz, um Abschrecköle zu entfernen. Je nach abzureinigenden Verschmutzungen stellt ein Chlorkohlenwasserstoff, nicht-halogenierter Kohlenwasserstoff oder modifizierter Alkohol die optimale Lösung dar. Letztere verfügen über lipophile und hydrophile Eigenschaften, so dass sie unpolare und bis zu einem gewissen Grad auch polare Kontaminationen entfernen können. Bei der Reinigung mit Lösemitteln bilden sich durch eingeschleppte Emulsionen und Öle, insbesondere chlorhaltige Öle, im Destillationsprozess im Laufe der Zeit freie Säuren. Diese setzen nicht nur die Reinigungsqualität und Standzeit der Medien herab, es kann auch zu einer Korrosionsbildung an den gereinigten Teilen und der Anlage kommen. Für eine regelmäßige Kontrolle von Lösemitteln stehen entsprechende Testsets sowie Stabilisatoren zur Nachstabilisierung der Medien zur Verfügung. Lösemittel werden in geschlossenen Kammeranlagen eingesetzt, die für eine kontinuierliche Aufbereitung und Kreislaufführung des Mediums mit einer Destillationseinrichtung ausgestattet sind. Je nach Anforderung werden Kammer-Reinigungssysteme mit mehreren Medientanks, beispielsweise für eine Vor- und Feinreinigung sowie Konservierung, ausgestattet. Reinigung und Trocknung finden üblicherweise unter Vakuum statt.

Weiterlesen auf der nächsten Seite

Ein weiterer Aspekt, um Sauberkeitsvorgaben prozesssicher und wirtschaftlich zu erfüllen, ist der kontinuierliche Austrag der gelösten Verschmutzungen aus dem Reinigungsbad, damit sie sich nicht wieder auf den gereinigten Bauteilen absetzen. Dies erfolgt durch auf die Partikelgröße abgestimmte Filtrationssysteme sowie Abscheidesysteme beziehungsweise Destillationseinrichtungen.

Das Reinigungsbehältnis – häufig unterschätzt

Die Wirkung des Mediums wird durch unterschiedlich stark wirkende physikalische Verfahrenstechnik unterstützt. Häufig eingesetzte Verfahren dabei sind Spritzen, Tauchen, Ultraschall und Druckumfluten. Ein in der industriellen Bauteilreinigung relativ neues Sonderverfahren ist die zyklische Nukleation (CNp). Es basiert wie die Ultraschallreinigung auf dem physikalischen Effekt der Kavitation, die hier mit einem asymmetrischen Volumenstrom kombiniert ist. Dieses Zusammenspiel ermöglicht, partikuläre und filmische Verunreinigungen materialschonend selbst aus sehr feinen Kapillaren, 3D-Strukturen und Bohrungen reproduzierbar zu entfernen.

Neben Chemie und Anlagentechnik beeinflusst das eingesetzte Behältnis Dauer, Ergebnis und Wirtschaftlichkeit des Reinigungsprozesses entscheidend. Unabhängig davon, ob die Teile als Schüttgut oder gesetzte Ware gereinigt werden, empfehlen sich Reinigungsbehältnisse aus rostfreiem Edelstahl-Runddraht. Sie gewährleisten eine gute und allseitige Zugänglichkeit für das Reinigungsmedium und die Verfahrenstechnik wie Ultraschall oder Spritzstrahl zu den Teilen. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist die Positionierung des Bauteils im Werkstückträger. Dabei sollte gewährleistetet sein, dass kritische Bereiche gezielt behandelt werden können.

Nachdem die Teile die Reinigungsanlage verlassen, gilt es, die erzielte Sauberkeit in den nachfolgenden Schritten wie Entnahme, Kontrolle, Transport, Lagerung und Verpackung zu erhalten. Eine einfache Kapselung oder Abdeckung des Entladebereiches schützt die Teile vor einer Rückkontamination durch Umgebungsschmutz. Bei Werkstücken mit hohen Sauberkeitsanforderungen empfiehlt es sich, Ausgabe, Kontrolle und Verpackung in einem Sauberbereich oder Sauberraum durchzuführen – und das von entsprechend geschultem und ausgestattetem Personal.

Qualität sichern – die erzielte Sauberkeit kontrollieren

Geht es um die Kontrolle der partikulären Sauberkeit, ist die VDA Band 19, Teil 1 insbesondere bei Teilen für die Automobilindustrie das Maß der Dinge. Ziel ist, die technische Sauberkeit eines Bauteils objektiv beurteilen und vergleichen zu können. Dies erfordert, dass der definierte Sauberkeitswert grundsätzlich mit einer Prüfspezifikation verknüpft ist. Sie enthält Angaben über die Prüfreinigungsparameter und die Partikelmesstechnik. Außerdem, dass die Parameter der Prüfreinigung für den betrachteten Bauteiltyp in Form so genannter Abklingmessungen ausgetestet und optimiert werden, um eine möglichst vollständige Abreinigung vorhandener Partikel zu erreichen ohne die Bauteilsubstanz anzugreifen. Die Extraktion, also das Abreinigen der Partikel vom Bauteil, erfolgt in verschiedenen Verfahren. Dafür enthält die überarbeitete Version 19.1 des Regelwerks Startparameter. Nach der Filtration der Extraktionsflüssigkeit und Trocknung des Analysefilters erfolgt die Auswertung der Proben. Um auch hier die Vergleichbarkeit zu erhöhen, beinhaltet die VDA 19.1 System- und Einstellungskonventionen für Standardanalysen mit Gravimetrie und/oder lichtoptischem Mikroskop und neu – auch mit Flachbettscanner. Aufgenommen wurde auch die verkürzte Analyse, beispielsweise mit einem Flüssigkeitspartikelzähler.

Für den Nachweis filmischer Rückstände stehen unterschiedliche Lösungen wie Testtinten, Kontaktwinkelmessung und Fluoreszenzmessung zur Verfügung. Sie liefern ein qualitatives beziehungsweise semi-quantitatives (vergleichendes) Ergebnis. Ein relativ neues Messverfahren auf Basis vakuuminduzierter Desorption ermöglicht, filmische Verunreinigungen sowohl qualitativ als auch quantitativ nachzuweisen.

(ID:44493651)