Bauteilsauberkeit – eine Aufgabe entlang der Fertigungskette

Ob kleinste Partikel oder nur wenige Mikrometer messende filmische Restkontaminationen – sie stören üblicherweise in Nachfolgeprozessen und können die Qualität und Funktionalität des fertigen Produkts beeinträchtigen. Die «technische Sauberkeit» ist daher ein Qualitätskriterium bei zahlreichen Bauteilen. Entsprechend finden sich auf vielen Konstruktionszeichnungen Sauberkeitsspezifikationen. Diese Vorgaben lassen sich häufig nur durch hohe Investitionen in Technik für die industrielle Teilereinigung erfüllen. Doch moderne Anlagentechnik allein ist kein Granat für eine prozesssichere und wirtschaftliche Reinigung.

 

Eine Veränderung beim Schmutzeintrag, beispielsweise eine geänderte Zusammensetzung des Bearbeitungsmediums oder eine höhere Schmutzmenge, kann zu einer unzureichenden Aufbereitung der Reinigungslösung führen. (Bild: Roll)

Sauberkeit beginnt eigentlich schon in der Bauteilkonstruktion. Hier werden die Geometrie und die einzelnen Schritte der Fertigungskette wie beispielsweise das Drehen, Fräsen, Umformen oder auch Montageprozesse festgelegt. Dies entscheidet auch über den erforderlichen Reinigungsaufwand: So ist eine durchgehende Bohrung einfacher zu reinigen als eine Sacklochbohrung. Schmutzansammlungen in Ecken und Kanten von Bauteilen lassen sich durch eine verrundete Innenkontur entgegenwirken. Sie ermöglicht zudem eine laminare Durchströmung des Werkstücks während des Reinigungsprozesses, die so genanntes Kehrwasser und damit ein Absetzen von Partikeln verhindert. Die Oberflächenbeschaffenheit der Teile beeinflusst die Reinigbarkeit ebenfalls. An einer glatten Oberfläche bleibt einfach nicht so viel Schmutz hängen wie an einer rauen oder porösen.

 

Lösemittel-Reinigungsanlagen, die üblicherweise für die Entfernung unpolarer Verunreinigungen eingesetzt werden, verfügen über eine integrierte Destillationseinrichtung zur Aufbereitung der Lösemittel. (Bild: Höckh)

Ein anderer wesentlicher Punkt ist die Verschmutzungsmenge. Je weniger Öl, Fett, Partikel und andere Verunreinigungen an den Teilen haften, desto schneller und einfacher wird das geforderte Reinigungsergebnis erreicht. Bei mehrstufigen Bearbeitungsprozessen verhindern Zwischenreinigungsschritte eine Schmutzanreicherung, Medienvermischung oder ein Antrocknen, was zu Problemen bei der Reinigung führen kann. In spanenden Prozessen lassen sich beispielsweise schwer zu entfernende Klemmspäne, die häufig aufgrund nicht mehr ausreichend scharfer Werkzeuge entstehen, durch einen rechtzeitigen Werkzeugwechsel vermeiden. Nicht zuletzt verhindert eine gute Aufbereitung beziehungsweise Filtrierung des Bearbeitungsmediums, dass bereits abgespülter Schmutz wieder auf die Bauteile gelangt.

 

Durch stehend angeordnete und strömungsoptimiert ausgelegte Flutbehälter lässt sich bei wässrigen Reinigungsanlagen die Bildung von Späne- und Schmutznestern im Tank verhindern. (Bild: Dürr Ecoclean)

Den Reinigungsprozess optimal anpassen

In der metallbearbeitenden lassen sich nahezu alle Aufgabenstellungen mit nasschemischen Reinigungsverfahren erfüllen. Die Wirkung des Verfahrens und damit die Qualität, Wirtschaftlichkeit und Stabilität des Reinigungsprozesses hängen dabei entscheidend vom Lösevermögen des eingesetzten Reinigungsmediums ab. Üblich sind wässrige Reiniger und Lösemittel. Wasserbasierte Medien stehen in pH-neutralen, alkalischen und sauren Formulierungen zur Verfügung. Bei Lösemitteln wird üblicherweise zwischen chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW), nicht halogenierten Kohlenwasserstoffen (KW) und modifizierten Alkoholen unterschieden. Letztere verfügen über fett- und wasserlösliche Eigenschaften.

Bei der Auswahl des richtigen Reinigungsmediums gilt der Grundsatz «Gleiches löst Gleiches». Dies bedeutet: Bei einer mineralölbasierten (unpolaren) Verschmutzung, beispielsweise Bearbeitungsöle, Fette und Wachse, ist meistens ein Lösemittel die richtige Wahl. Späne und Partikel verlieren durch die Entfernung des Öls die Haftung zur Oberfläche.

 

Reinigungsbehältnisse aus Edelstahl-Runddraht sorgen für eine gute und allseitige Zugänglichkeit für das Reinigungsmedium und die Waschmechanik zu den Teilen. (Bild: Metallform)

Lösemittel werden in geschlossenen, VOC-konformen (Volatile Organic Compound) Anlagen eingesetzt. Der Reinigungsprozess lässt sich mehrstufig auslegen, beispielsweise Reinigen, Dampfentfetten, Spülen, Trocknen. Eine Integration mehrerer Lösemitteltanks ist ebenfalls möglich, zum Beispiel für eine Grob- und Feinreinigung sowie Konservierung der Teile. Die Aufbereitung des Lösemittels erfolgt durch eine integrierte Destillationseinrichtung sowie entsprechend ausgelegte Filtersysteme.

Für wasserbasierte (polare) Verunreinigungen wie Kühl- und Schmieremulsionen, Polierpasten, Additive, Salze, Abrieb und andere Feststoffe kommen üblicherweise wässrige Reiniger zum Einsatz. Es empfiehlt sich, die Materialverträglichkeit und das erzielbare Ergebnis durch Reinigungsversuche abzuklären. Um bei wässrigen Prozessen eine gleichbleibende Reinigungsqualität zu gewährleisten, ist eine regelmässige Prozessüberwachung mit Kontrolle wichtiger Verfahrensparameter wie Reinigerkonzentration, Temperatur, Spülwasserqualität und Filterzustand erforderlich. Zudem ist ein kontinuierlicher Austrag der gelösten Verschmutzungen aus dem Reinigungsbad erforderlich, damit sie sich nicht wieder auf den gereinigten Bauteilen absetzen. Dies erfolgt durch entsprechende Badpflegemassnahmen, die auf die Verunreinigungsart und -menge abgestimmt werden. Eine Veränderung beim Schmutzeintrag, etwa durch eine geänderte Zusammensetzung des Kühlschmiermittels, ein anderes Bearbeitungsmedium oder eine höhere Schmutzmenge, kann daher zu einer unzureichenden Aufbereitung der Reinigungslösung und damit zu nicht bedarfsgerecht gereinigten Teilen führen.

 

In geschlossenen Verpackungen bauen VCI-Materialien, die aus Pulvern, Granulaten, Flüssigkeiten oder imprägnierten Folien, Schaumstoffen und Papieren bestehen, eine vor Korrosion schützende Gasphase auf. (Bild: Hermann Bantleon)

Das richtige Reinigungsbehältnis einsetzen

Einen entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis und die Wirtschaftlichkeit des Reinigungsprozesses hat auch das eingesetzte Behältnis. 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 Waschmechanik wie Ultraschall oder Spritzen 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.

 

Dieses Messsystem ermöglicht die kontinuierliche Überwachung der Reinigerkonzentration und Badverschmutzung während des gesamten Produktionszyklus. (Bild: SensAction)

Teile sauberkeitsgerecht handeln und verpacken

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.

Zum Schutz gereinigter Bauteile vor Korrosion sind so genannte VCI-Verpackungen (Volatile Corrosion Inhibitor) verfügbar. Es handelt sich dabei um Verpackungsmaterialien, die innerhalb der Verpackung eine korrosionsgeschützte Atmosphäre bilden und gleichzeitig Schutz vor Schmutz von aussen bieten.

 

Sauberkeitsbereiche sollten als solche gekennzeichnet sein. Dafür stehen entsprechende Produkte zur Verfügung. (Bild: Clean Controlling)

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