Optimal reinigen

Technik/Oberflächen und Kanten

Verunreinigungen gefährden die Produktqualität, was optisch oder funktional stören und Ausschuss zur Folge haben kann. Für jedes Fertigungsteil definieren die Folgeprozesse die Anforderungen an die Technische Sauberkeit.

02. Oktober 2018
© Pero
Bild 1: Optimal reinigen (© Pero)

Es gibt kein Reinigungsmedium, das für alle Reinigungsaufgaben geeignet ist, denn es geht neben ›sauber‹ auch um ›bezahlbar‹. Zur Auslegung eines wirtschaftlichen Reinigungsverfahrens müssen der gesamte Fertigungs-Prozess, die Bearbeitungsmedien und die Transport- und Lagergebinde betrachtet werden. 

Lösungen werden von Projektteams erarbeitet, in die unterschiedliche Experten Wissen und Erfahrungen einbringen. Im Ergebnis sollen die Reinigungsvorgaben zuverlässig erfüllt werden – mit einer flexiblen Reinigungsanlage und einem pflegeleichten Medium zu minimalen Kosten. Darum ist am Anfang aller Aktivitäten der Ist-Zustand zu erfassen – umfassend und präzise: Welches Teil aus welchem Werkstoff, mit welcher Geometrie, mit welcher zu erwartenden Verschmutzung soll wie sauber aus welchem Fertigungsprozess herauskommen? Was soll mit dem gereinigten Teil passieren?

Film bildende Verunreinigungen werden in zwei Kategorien eingeteilt: unpolar und polar. Als unpolar werden etwa Bearbeitungs-Öle oder Fette eingestuft; Emulsionen und andere meist wassergebundene Hilfsmittel dagegen sind polare Verunreinigungen. Schon unter diesen Kriterien lassen sich Reinigungsmedien zuordnen oder ausschließen.

Sauber oder rein?

Wenn ›Technische Sauberkeit‹ gefordert wird, sind klare Definitionen erforderlich, wie die Partikelanzahl (pro Bauteil oder pro definierter Fläche) in Abhängigkeit von der Partikelgröße (gemessen in Mikrometern), die Gravimetrie (gemessen in Milligramm pro definierter Fläche) sowie die Oberflächenspannung (gemessen in Millimewton pro Meter). In der ISO 16232 und in der VDA-Richtlinie 19 sind die Rahmenbedingungen der Technischen Sauberkeit und deren Prüfmethoden beschrieben.

Wer nach dieser Systematik vorgeht, hat klare Vorstellungen entwickelt: Er weiß, worauf es über die gesamte Prozesskette hinweg ankommt. Eine gute Dokumentation beschreibt den Gesamtzusammenhang Fertigen-Reinigen. Beim Bestimmen des bestmöglichen Reinigungsmediums bringen praktische Reinigungstests mit realen Reinigungsanlagen Sicherheit. Stehen dazu Standardanlagen unterschiedlichen Typs zur Verfügung, so ist der individuell beste Reinigungsprozess mit dem optimalen Reinigungsmedium schnell ermittelt.

Folgendes Praxis-Beispiel betrachtet den Energie-, Kosten- und Medieneinsatz beim Reinigen von Fließpresshülsen nach dem Umformen und wurde zum Projektierungszeitpunkt sorgfältig nachgerechnet:

Reinigungsgut: Fließpresshülsen, gefertigt aus Aluminiumbutzen

Material: Aluminium

Verunreinigung: Zinkbehenat (Hilfsstoff zum Fließpressen)

Reinigungsziel: keine Partikel größer 200 µm auf dem Teil.

Wird die Aufgabe ergebnisoffen betrachtet, so werden unterschiedliche Reinigungsnachweise durchgeführt und deshalb Tests mit beiden Medientypen – Lösemittel und wasserbasierender Reiniger – gemacht. Erarbeitet werden die Unterschiede an technischen Voraussetzungen und Kosten zwischen den möglichen unterschiedlichen Reinigungsmedien.

Verfahren A – Reinigung auf wässriger Basis: Reinigung auf wässriger Basis in einer Pero-TWT, einer Einkammerreinigungsanlage mit zwei Medientanks und der Möglichkeit, zu spritzen, zu fluten und optional Ultraschall einzusetzen. Es wird mit einem sauren Reiniger (pH 5) gearbeitet. Ergebnis: Ein Reinigen ohne Ultraschallunterstützung bleibt erfolglos. Ultraschall ist also bei dieser Anwendung im wässrigen Medium ein klares Muss. Die Betriebskosten mit dieser wasserbasierenden Anlage belaufen sich auf 4,48 Euro pro Charge.

Verfahren B – Reinigung mit Lösemittel: Die Reinigung mit Lösemittel erfolgt in einer Pero-R2-Vollvakuum-Anlage, einer Einkammerreinigungsanlage mit zwei Medientanks und der Möglichkeit, zu fluten und optional Ultraschall einzusetzen. Es wird mit Perchlorethylen (Per) als Reinigungsmedium gearbeitet. Es zeigt sich, dass hier auf Ultraschall verzichtet werden kann. Daraus ergeben sich kürzere Taktzeiten, die in der Betriebskostenrechnung berücksichtigt werden und zu Reinigungskosten von nur 3,18 Euro pro Charge führen.

Die Reinigung mit Per verbraucht nur 3,3 Kilowatt pro Charge, während bei der Reinigung mit wässrigem Medium 6,0 Kilowatt pro Charge ermittelt werden.

Kombinierte Anforderungen – kombinierte Reinigungsmedien

Aufwendiger wird es, wenn neben den üblichen Restschmutzbedingungen auch noch Fleckenfreiheit gefordert wird. Die Entfernung von Salzen, Kalkseifen oder Fingerabdrücken erfordert ein wasserbasierendes Medium, aus dem jedoch beim Trocknen wieder Flecken entstehen können. Hier eignet sich ein Kombiverfahren mit Lösemittel und wasserbasierendem Medium. Das heißt beispielsweise: Vorreinigen mit Lösemittel und Nachreinigen mit einer wässrigen Lösung. Machbar ist das in einer oder in zwei Anlagen, je nach Anwendungsfall.

Starke Medien

Wasserbasierende Medien sind ›die starken Reiniger‹ mit einer etwas aufwendigeren Aufbereitung, aber mit einer breiten Verfahrensvielfalt. Nur mit wasserbasierenden Medien lassen sich Veränderungen der Oberfläche erreichen, wie beim Beizen, mit dem ein Material-Abtrag erreicht wird.

Lösemittel werden als rein chemischer Stoff zur Reinigung eingesetzt. Sie sind ›die starken Entfetter‹ mit einer einfachen Aufbereitung des Reinigungsmediums über Destillation. Sie eignen sich sehr gut bei komplexen Geometrien.

Euroblech Halle 13, Stand B81

Erschienen in Ausgabe: 06/2018