Zwischenreinigung Vibration versetzt Werkstücke in einen sauberen Zustand

Werden Werkstücke Vibrationen ausgesetzt, löst sich der Schmutz. Dieser Effekt wird zur Zwischenreinigung genutzt. Das Ergebnis ist eine dem jeweiligen Fertigungsstand angemessene Sauberkeit, die eine Weiterbearbeitung der Werkstücke ermöglicht. Dafür sorgt ein System, das an eine Fertigungsstation gekoppelt werden und die Werkstücke einzeln in gewünschter Lage der nächsten Station zuführen kann.

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Ossberger GmbH & Co.

Der Trend zur dezentralen Teilereinigung hat die Planung automatischer Fertigungslinien entscheidend beeinflusst. Seitdem wird bei der Zwischenreinigung von Werkstücken nach dem Motto „So sauber wie nötig, so wirtschaftlich wie möglich“ gehandelt.

Für die Weiterbearbeitung der Teile ist häufig eine definierte Sauberkeit ausreichend, die nicht zwingend den Einsatz von Chemie nötig macht. Das hat im Anlagenbau zur Entwicklung einer chemiefreien Reinigungstechnik geführt – wie dem System Coli-Cleaner, das durch Vibration feste und flüssige Verunreinigungen von den Werkstücken schleudert (Bild 1). Die gelöste Verschmutzung wird von Düsen abgesaugt.

Das Ergebnis ist eine der jeweiligen Fertigungsstufe angemessene Sauberkeit. Der auf den Werkstücken verbleibende Restschmutz stört die Weiterbearbeitung nicht.

Bei der zentralen Teilereinigung wird dagegen ein Ergebnis erzielt, das häufig besser als erforderlich ist. Schließlich reinigt eine Zentralanlage Werkstücke aus unterschiedlichen Fertigungsstufen.

Zentrale Teilereinigung erfüllt oft höchste Anforderungen

Folglich ist sie für die Anforderungen einer Endreinigung ausgelegt: Vor der Montage oder dem Verpacken wird nicht selten höchste Sauberkeit verlangt. Die Werkstücke müssen frei von Schmutzpartikeln und Ölrückständen sein. Das verlangt eine zeitlich und technisch aufwändigere Reinigungstechnik.

Die Zwischenreinigung in einer Zentralanlage ist daher nicht gerade wirtschaftlich. Jedoch wird sie gerade an den Kosten gemessen. Die Zwischenreinigung soll zeitlich und wirtschaftlich die Fertigung nicht stören.

Zwischenreinigung muss in erster Linie wirtschaftlich sein

Die Wirtschaftlichkeit erhielt bei der Entwicklung des Reinigungssystems Coli-Cleaner höchste Priorität. Es kann daher direkt an eine Fertigungsstation gekoppelt werden. Z

usätzliche Transportwege entfallen. Aufgrund der Konzeption können die Werkstücke vereinzelt und somit in einer bestimmten Ordnung der nachfolgenden Fertigungs- oder Kontrollstation zugeführt werden. Dazu befinden sich rund um das System standardisierte Handlingsysteme, die Ossberger speziell für das System Coli-Cleaner konzipierte.

So können die Werkstücke über eine Rutsche oder ein Förderband zur Reinigung gelangen. Ein Schieber oder Greifer legt sie in die Werkstückaufnahme des Reinigungssystems. Dort werden die Werkstücke weder festgeklemmt noch -geschraubt. Sie befinden sich lose in der Aufnahme. Beide zusammen werden Schwingungen ausgesetzt (Bild 2 – siehe Bildergalerie).

Reinigung von Einzelteilen bei Beschleunigung bis 30 g

Im System findet eine Einzelteilreinigung statt. Die Schwingungserzeugung erfolgt verschleißfrei. Zur Anwendung kommt dabei ein elektromagnetischer Vibrator auf Basis zweier Magnete. Er erzeugt eine frequenzmodulierte Sinusschwingung, die sich mathematisch mit einer inhomogenen Differenzialgleichung zweiter Ordnung beschreiben und nummerisch lösen lässt.

Danach ergibt sich eine Werkstückbeschleunigung bis zu 30 g im Umkehrpunkt. Im eingeschwungenen Zustand werden bis zu 25 g erreicht. Sie reichen aus, um die Adhäsionskräfte der an den Werkstücken haftenden flüssigen und festen Verunreinigungen zu überwinden. Generell wird beim Reinigungssystem Coli-Cleaner ausschließlich im Frequenzbereich von 200 bis 600 Hz gearbeitet.

Das Reinigungssystem Coli-Cleaner setzt sich im Wesentlichen aus fünf Baugruppen zusammen:

• dem Frequenzumrichter,
• den Schwingmagneten,
• der Schwingplatte,
• der Werkstückaufnahme (Formdüse) und
• der Absaugung.

Vom Stromnetz steht Wechselspannung mit 50 oder 60 Hz zur Verfügung. Der Frequenzumrichter wandelt sie in Schwingungsfrequenzen von 200 in 600 Hz um und überträgt diese an die Schwingmagneten. Dort erfolgt die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie.

Die Übertragung der mechanischen Energie an die Schwingplatte erfolgt mit Hilfe besonderer Druckfedern. Das Reinigungssystem der aktuellen Generation kann Werkstücke mit einer Masse bis zu 25 kg bewegen.

Teilereinigungs-System für vielfältige Werkstücke geeignet

Aufgrund der Möglichkeit, die Schwingungsfrequenz und -amplitude der Reinigung anzupassen, wird mit dem Teilereinigungs-System ein breites Werkstückspektrum abgedeckt. So lassen sich damit zum Beispiel Motor- und Getriebeteile, Türgriffe und Backenhalter reinigen (Bilder 3 und 4 mit Tabellen).

Als ein Schwerpunkt haben sich dabei rotationssymmetrische Werkstücke für die Fahrzeugindustrie herauskristallisiert. Sie werden meist spanend gefertigt und sind folglich mit Spänen oder Bearbeitungsöl verschmutzt. Haben sich die Späne nicht in Durchbrüchen, Bohrungen oder Hinterschneidungen extrem verhakt, findet eine komplette Abreinigung statt.

Daher kommt das System teilweise auch zur Reinigung von Werkstücken vor der Montage oder dem Versand zur Anwendung. Es verbleibt ein minimaler Ölfilm, der aufgrund des erforderlichen Korrosionsschutzes in der Regel gerne in Kauf genommen wird.

Das Reinigungsergebnis hängt wesentlich von der Werkstückaufnahme ab. Sie muss der Werkstückgeometrie entsprechen, so dass die Luftströmung während des Vibrationsvorgangs alle an den Werkstücken haftenden Verunreinigungen mitreißen kann. Dazu sind in der Werkstückaufnahme kleine Bohrungen eingearbeitet, die beim Ansaugen zusätzliche Luftwirbel erzeugen.

Diese Turbulenzen unterstützen den Reinigungseffekt. Eine geschickte Anordnung der Zuluft- und Absaugbohrungen kann gerade bei rotationssymmetrischen Werkstücken zusätzlich eine gewollte, definierte Drehung des Bauteils auslösen.

Werkstückaufnahmen für unterschiedliche Teile

Die Werkstückaufnahme gibt es daher in verschiedenen Varianten. So wird längliches Reinigungsgut durch einen Tunnel geschoben oder gezogen – zum Beispiel bei der Kettenreinigung. Für rotationssymmetrische Werkstücke haben sich vor allem Revolver-Aufnahmen bewährt. Sie stehen als stehende Doppelrevolver oder als liegende Revolver zur Verfügung.

Für größere, geometrisch komplexe Werkstücke kommen meist konturspezifische Aufnahmen zur Anwendung. Bei diesen Werkstücken hat sich die Bestückung mit Hilfe eines Greifers durchgesetzt.

Kernstück der Absaugung ist ein gängiger Industriesauger mit Filter- und Abscheidevorrichtung. Die entfernte Öl- oder Emulsionsmenge wird in der Qualität nicht beeinflusst und lässt sich somit direkt der vorgeschalteten Fertigungsstation wieder zuführen. Eine Aufbereitung entfällt.

Die vereinfachte Reinigungstechnik im Vergleich zur konventionellen Nassreinigung schlägt sich in den Betriebskosten nieder, wie eine vergleichende Berechnung für die Automobilindustrie zeigt (Tabelle – siehe Bildergalerie). Sie wurde von Ossberger zusammen mit einem Automobilzulieferer erstellt.

Abgeschätzt wurden die Kosten für die Reinigung der fünf wichtigsten mechanischen Bestandteile eines Motors. In die Berechnung ging auch die Reinigungsdauer ein, die in der Regel wenige Sekunden bis zu einer halben Minute beträgt. Die genaue Dauer hängt von der Werkstückgeometrie, dem Verschmutzungsgrad und dem gewünschten Reinigungsergebnis ab.

Helmut Erdmannsdörfer ist leitend im Geschäftsbereich Werkstückreinigung bei der Ossberger GmbH+Co., 91781 Weissenburg, tätig.

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