„Prozessoptimierung erkennen“

Quelle: Parts2Clean

 

1. Reinigen / Anlage

Für eine Wirtschaftliche, reproduzierbare und umweltgerechte Teilereinigung ist eine auf die Anforderungen abgestimmte, moderne Reinigungslösung unverzichtbar. Wesentliche Kriterien bei der Auswahl sind: Bauteilgeometrie, Werkstoff, Art und Grad der Verschmutzung, Bearbeitungszustand und der geforderte Reinheitsgrad.

Nasschemische Reinigung

Die Wirkung nasschemischer Reinigungsverfahren wird in erster Linie durch das Lösevermögen des eingesetzten Reinigers bestimmt. Gängige Reinigungsmedien sind wässrige Reiniger und Lösemittel, letztere werden grob in nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW), Chlorkohlenwasserstoffe (CKW) und polare Lösemittel unterschieden. Je nach gewähltem Reiniger sind unterschiedliche gesetzliche Vorgaben zum Arbeitsschutz, Umweltschutz (z. B. VOC-Richtlinie, 2. BimSchV, Detergenzienverordnung) und Explosionsschutz zu beachten.

Die Wirkung des Reinigungsmediums wird durch unterschiedliche physikalische Verfahrenstechniken unterstützt.

Bei der Spritzreinigung, die überwiegend bei großen und flächigen Werkstücken zum Einsatz kommt, werden Verschmutzungen teils vom Reinigungsmedium (meist wässrige Reiniger) gelöst beziehungsweise emulgiert,teils durch die kinetische Energie des Spritzstrahls fortgeschwemmt. Eine zusätzliche Bewegung des Waschgutes und/oder der Düsen sorgt für ein gleichmäßiges Reinigungsergebnis.

Tauchreinigungsverfahren werden bevorzugt, wenn Teile mit komplexer Geometrie, beispielsweise mit Sacklochbohrungen, Hinterschneidungen, zu reinigen sind. Beim Eintauchen des Werkstücks in das Reinigungsbad lösen sich anhaftende Verschmutzungen durch die chemische Wirkung des Reinigungsmediums, Drehen oder Schwenken der Teile im Bad verstärkt die Reinigungswirkung.

Die Reinigungswirkung der Ultraschallreinigung basiert auf Kavitation: Durch einen Ultraschallgenerator und ein abgestimmtes Schwingsystem wird die Badflüssigkeit beschallt. Die dabei entstehenden Schwingungen verursachen in der Flüssigkeit kleinste Hohlräume, die sofort wieder kollabieren. Dabei entstehen starke Strömungen und Turbulenzen, die den am Reinigungsgut vorhandenen Schmutz „absprengen”.

Druckumflutreinigung steht für ein Verfahren, bei dem Pumpen Flüssigkeit aus dem Reinigungsbad ansaugen, um sie anschließend mit hohem Druck durch ein unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnetes Düsensystem zu pumpen. Dabei entstehen starke Strömungen, die an den Bauteilkanten Turbulenzen verursachen, die den Schmutz ablösen. Beim Vorbeiströmen an Sacklöchern und Vertiefungen bildet sich außerdem eine Sogwirkung, die darin befindliche Verunreinigungen „herauszieht’.

Biologische Reinigung

Zahlreiche in der Natur vorkommende Mikroorganismen sind in der Lage, komplexe organische Moleküle in weniger komplexes, ungefährliches Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln. Solche speziell gezüchteten Organismen kommen bei der biologischen Reinigung zum Einsatz. Dabei werden, wie bei der wässrigen Reinigung, Öle und Fette unter Mitwirken von Tensiden und Emulgatoren von der Bauteiloberfläche gelöst und im Reinigungsbad verteilt. Die Emulsion gelangt in einen vom Reinigungsbad getrennten Bioreaktor, in dem die Mikroorganismen die kontinuierliche Aufbereitung des Reinigungsbades übernehmen.

Strahlreinigung

Hohe Oberflächen- Reinheitsgrade lassen sich auch durch Strahlverfahren erzielen. Diese mechanischen Verfahren kommen häufig zum Einsatz, wenn neben Sauberkeit weitere Eigenschaften wie beispielsweise Gratfreiheit, Glätten, Aufrauen oder Mattieren gefragt sind. Zu den Strahlverfahren zählen z. B. Druckluftstrahlen, Schleuderradstrahlen, Wasserstrahlen, CO2-Schnee- und Pelletstrahlen sowie Laserstrahlen.

Die CO2- Schneestrahlreinigung verwendet flüssiges Kohlendioxid als Strahlmittel. Durch die Kombination mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften entfernt der CO2-Schnee beim Auftreffen auf die Oberfläche feste und filmische Verunreinigungen trocken, rückstands- und chemikalienfrei von nahezu allen Materialien. Definierte Funktionsbereiche von Bauteilen wie beispielsweise Dicht- und Klebeflächen lassen sich mit diesem Verfahren gezielt behandeln, ohne dass das komplette Bauteil gereinigt werden muss. Es kann einfach automatisiert werden und die Anwendungsbereiche werden durch die Entwicklung neuer Werkzeuge kontinuierlich erweitert.

Beim Trockeneisstrahlen kommen statt flüssigem Kohlendioxid etwa reiskorngroße Eis-Pellets aus Kohlendioxid als Strahlmittel zum Einsatz. Einsatzgebiete des Trockeneisstrahlens ist die Reinigung von Werkzeugen, Formen, Maschinen und Anlagen.

Die Laserstrahlreinigung nutzt einen leistungsstarken, fokussierten Laserstrahl als Reinigungsmedium. Er wird über die zu reinigenden Oberfläche geführt, wobei die Lichtenergie des Laserstrahls direkt in thermische Energie umgewandelt wird und auf der Schmutzschicht schlagartig verdampft. Dabei entsteht eine Plasmaschockwelle, durch die auch nicht verdampfbare Partikel entfernt werden.

Plasmareinigung

Die Plasmatechnik bietet durch den Einsatz verschiedener Reaktionsgase ein breites Anwendungsspektrum bei Stück- und Schüttgütern aller Art aus Stahl, NE- Metallen, Kunststoffen, Glas und Keramik. Am effektivsten sind diese Verfahren, wenn dünnschichtige organische Verschmutzungen entfernt werden müssen.

Ziele / Anforderungen:

? Erfüllen von Anforderungen an Bauteil-Sauberkeit, Durchsatzanforderungen
?
Gesetzeskonform (WHG, BlmSchG, MRL, BG, ATEX …)
? Umweltverträglich (insbesondere resourcenschonend)
?
Wartungsarm und preiswert (Invest und Betriebskosten)

Überblick

Verfahren:

Spritzreinigen im Durchlauf oder in Kammern (z. T. mit Hochdruck), Tauchreinigen in offenen Becken oder in Kammern (z. T. mit Ultraschall), Flutreinigen in Kammern, Bürstreinigen im Durchlauf oder in Kammern, Sonstige

Einflussfaktoren:

? Bauteil (Material, Art und Menge der Verunreinigung, Geometrie, Menge, Reinigungszeit)
? Reinigungsmedium
? Badpflegemaßnahmen (Medienaufbereitung)
? Anspruch an die Oberflächengüte und die Sauberkeit des Bauteils

Qualitätssicherung:

? Überwachung anlagenspezifischer Prozessparameter (Druck, Temperatur, Reinigerzustand)
? Indirekt durch Prüfung der resultierenden Bauteilsauberkeit
 

Sonstige Anmerkungen:

Online-Messsysteme zur Überwachung der Qualität der Reinigungsmedien in der Anlage sind verfügbar, jedoch noch nicht etabliert (z. B. Messgeräte zur Bestimmung des Tensidgehaltes wässriger Reinigungsbäder, Online-Partikelzähler, …)

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2. Medien

Die Wirkung nasschemischer Reinigungsverfahren wird in erster Linie durch das Lösevermögen des eingesetzten Reinigers bestimmt Dabei gilt: Polare Verschmutzungen (wässrige Kühl- und Schmierstoffe, Polierpasten, Additive, Salze sowie Späne, Abrieb und andere Feststoffe) sind in polaren Medien (Wasser) gut, in unpolaren dagegen schlecht löslich. Unpolare Substanzen wie Fette und Öle lösen sich wiederum in unpolaren Lösungsmittel gut und in polaren schlecht. Bei konventionellen Nassreinigungsverfahren am häufigsten eingesetzte Reinigungsmedien sind wässrige Reiniger, Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW), polare Lösemittel und pflanzenölbasierte Reiniger.

Wässrige Medien, die als alkalische, neutrale und saure Reiniger zur Verfügung stehen, kommen bevorzugt zum Einsatz, wenn ein sehr hohes Reinigungsaufkommen zu bewältigen ist und/oder Aufgaben in der Feinreinigung zu erfüllen sind.

Nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW) verfügen über ein gutes Lösevermögen für tierische, pflanzliche sowie mineralische Fette und Öle sowie eine hohe Werkstoffverträglichkeit. Mit diesen Reinigern lässt sich daher ein Großteil der in modernen Fertigungsprozessen eingesetzten Bearbeitungsöle und -fette zuverlässig abreinigen. Eigentlich im Lösemittel unlösliche Partikel wie Späne werden mit dem Öl entfernt, da sie die Haftung zur Oberfläche verlieren. Chlorkohlenwasserstoffe (CKW) bieten auch bei Bauteilen mit komplexer Geometrie eine besonders effektive Metallentfettung und Trocknung. Eingesetzt werden sie bevorzugt, wenn Werkstücke mit chlorhaltigen Ölen bearbeitet werden.

Polare Lösemittel verbinden die Vorteile der wässrigen und Lösemitteilreinigung. Durch ausgewogene fett- und wasserlösende Eigenschaften lassen sich mit diesen Reinigern unpolare Verschmutzungen wie Fette und Öle gleichzeitig mit polaren Verunreinigungen entfernen.

Pflanzenölbasierte Reiniger, die bspw. aus Sojaöl, Rapsöl oder Kokosöl hergestellt werden, kommen in Form von Fettsäureester als Ersatz für Kohlenwasserstoffreiniger zum Einsatz. Sie eignen sich für verschiedene Verfahren wie die Tauch-, Sprüh-, und Wischreinigung.

Feststoffe, Dispersionen, flüssiges, pellettförmiges und überkritisches Kohlendioxid sowie Plasma- und Laserenergie kommen seltener und in Verbindung mit speziellen Reinigungsverfahren zum Einsatz. Um im Reinigungsprozess die geforderte Sauberkeit möglichst effizient herzustellen, ist ein auf die Verschmutzung (polar— unpolar) abgestimmtes Reinigungsmedium erforderlich. Die Palette der Reinigungsmedien wird kontinuierlich durch neue Produkte ergänzt, deren Entwicklung sich an den steigenden Anforderungen orientiert.

 

Aufgabe:

? Verunreinigungen entfernen und abtransportieren
? Lösung, Verdünnung, Emulgierung, Verdrängung und Wegspülen von (unerwünschten) physikalisch adsorbierten Stoffen an der
? (Metall)-Oberfläche

 

Ziele / Anforderungen:

? Erfüllen der Reinheitsanforderungen an die Oberfläche d. h. Abwesenheit störender Verunreinigungen wie Öle, Fette, Staub, Rost,
? Oxidschichten, lösliche Salze, andere Partikelverschmutzungen, usw.
?
Verträglich mit Werkstoffen
?
Keine Nebenreaktionen mit den Verunreinigungen
?
Umweltverträglich, geringe Toxizität (Arbeitssicherheit)
?
Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: VOC, Gefahrstoff-VO, Tensid-Richtlinie, u.v. m.

 

Verfahren:

? Wässrige Reinigung
? Reinigen mit Lösemitteln: KW, CKW, Sonstige
? Sonderverfahren

 

Einflussfaktoren:

? Art der Verunreinigung: Öle, Fette, Wachse, Emulsionen, Stäube, Strahlmittel, u. v. m.
? Zu reinigende Werkstoffe:
? Stahl, Guss, Buntmetalle, Glas, Kunststoffe, usw.
? Geometrie der Bauteile: Bohrungen, Gewinde, Hinterschneidungen, geschliffene oder gedrehte Oberflächen, usw.
? Behandlungstemperatur und -dauer, Konzentration Anlagen- und Prozesstechnik
? Umfang und Qualität der Badpflegemaßnahmen

 

Qualitätssicherung:

? Sauberkeits-Analyse (z.B. nach VDA 19)
? Optische Beurteilung
? Nutzung instrumenteller Analytik, wie REM-EDX

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3. Wässrige Medien

Die Reinigungswirkung wässriger Reiniger basiert auf zwei Komponentengruppen — Builder und Tenside.

Bei den Tensiden handelt es sich um oberflächenaktive Stoffe, die die Grenzflächeneigenschaften von Oberflächen verändern. Als grenzflächenaktive Komponente können sich Tenside zwischen Schmutz und Material „schieben”, Verunreinigungen ablösen und in der Waschflotte dispergieren. Builder sind anorganische Salze, die den pH-Wert des Wassers erhöhen, das Entfernen von Feststoffpartikeln erleichtern und die Reinigungswirkung der Tenside in einer Art Synergieeffekt erhöhen. Darüber hinaus enthalten wässrige Reiniger Inhaltsstoffe, die in die Gruppe der Komplexbildner, Konservierungsmittel und Korrosionsinhibitoren fallen. Sie dienen dazu die Wasserhärte zu kontrollieren, die Bildung fester Metallseifen zu verhindern und den Korrosionsschutz der gereinigten Teile sowie der Reinigungsanlage zu gewährleisten.

Wässrige Reiniger kommen in der Bauteilreinigung als Neutralreiniger, alkalische und saure Reiniger zum Einsatz: Neutralreiniger, deren pH-Wert im Bereich 6-9 liegt, kommen für die Zwischen- und Endreinigung von Stahl, Gusseisen, Leichtmetalllegierungen, Buntmetallen, Glas, Keramik und der meisten Kunststoffe zum Einsatz. Polare Verschmutzungen wie Salze oder Pigmente lassen sich damit problemlos entfernen. Unpolare Verunreinigung (Fette, Öle) werden überwiegend durch die Prinzipien des Dispergierens und Emulgierens abgelöst. Die Entfettungswirkung ist daher deutlich geringer als die von alkalischen Reinigern.

Als alkalisch werden wässrige Medien mit einem pH-Wert >7 bezeichnet. Die industrielle Teilereinigung unterscheidet dabei zwischen schwach alkalischen Reinigern (pH-Wert 9 bis 12) und stark alkalischen Medien, deren pH-Wert über 12 liegt. Die Reiniger werden durch Zugabe von Alkalien wie beispielsweise Alkalihydroxide, Alkalikarbonate, Phosphate, Borax und Silikate auf die jeweilige Reinigungsaufgabe abgestimmt.

Alkalische Reiniger sind die in der Metallverarbeitung am häufigsten eingesetzten wässrigen Medien und können sowohl polare als auch unpolare Verschmutzungen entfernen. Stark alkalische Lösungen sind darüber hinaus in der Lage, Oberflächenoxide zu lösen. Ihr Einsatz erfordert jedoch eine Prüfung der Materialverträglichkeit.

Saure Reiniger, die meist aus einem sauren Bestandteil in Form von anorganischer oder organischer Säure beziehungsweise saurer Salze, aus wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln (Alkohole, Ester) und oberflächenaktiven Substanzen bestehen, entfernen anorganische Verschmutzungen wie Metallabrieb, Staub, Pigmente sehr wirkungsvoll. Die Entfernung von Rost oder Zunder ist ebenfalls ein typischer Einsatzfall. Fett und Öl können mit sauren Reinigern dagegen nur bedingt entfernt werden.

Aufgabe: Reinigung der Oberfläche

? Schritt 1:

Tenside aus der wässrigen Phase diffundieren in die Öl-Wasser-Grenzschicht und schieben durch den von ihnen ausgehenden Spreitungsdruck die mehr oder weniger gleichmäßige Ölschicht zusammen, bis Tropfen entstehen, die nur noch lose an der Oberfläche haften und leicht abgeschwemmt werden können. Im Öl gelöste und dispergierte Verunreinigungen werden mit den „abrollenden” Öltröpfchen ebenfalls entfernt.

? Schritt 2:

Im Folgeschritt wird die verbliebene dünne Ölschicht durch eine Verdrängungsreaktion von Tensiden und Buildersubstanzen entfernt, und Pigmente werden dispergiert. Die durch Adsorptions- Desorptions- Mechanismen bestimmten, bis zur Einstellung des Gleichgewichtszustands langsam verlaufenden Vorgänge, werden durch den Einsatz anorganischer Buildersubstanzen stark beschleunigt (BuilderTensid-Synergismus). Als Ergebnis der beiden Reinigungsschritte liegt nun eine hydrophile Metalloberfläche vor, die durch weitere Inhaltsstoffe des Reinigers aktiviert bzw. passiviert werden kann.

Anforderungen:

? Ökonomie:

Durch Aufbereitung der wässrigen Reinigungsmedien (Filtration, Ölabscheider, Mikro- und Ultrafiltration, Adsorptionsfiltration) können lange Badstandzeiten erreicht werden, wodurch Kosten reduziert werden können. Dadurch Einsparung von Ressourcen – Wasser (Spül-Kaskade, Verdampfertechnik), Reinigungsmittel (Recycling), Energie.

? Ökologie:

Vollständige aerobe biologische Abbaubarkeit gemäß Detergenzienverordnung (EG) Nr. 648 /2004. Substitution von Stoffen, die Komplexe mit Metallkationen im Reinigungsbad bilden können und damit Vermeidung der Remobilisierung von Schwermetallen aus Böden, Klärschlämmen etc.

? Materialverträglichkeit

Anpassung des Reinigungsmediums an die zu reinigenden Materialien — optimales Reinigungsergebnis bei minimalem Materialangriff. Eine Prüfung der Materialverträglichkeit muss vor Festlegung des Verfahrens durchgeführt werden.

Einflussfaktoren:

? Werkstoffe:

Das wässrige Medium muss auf die zu reinigenden Werkstoffe abgestimmt sein (Alkalität, Ausstattung mit Inhibitoren, Salzgehalt etc.). Für unterschiedliche Werkstoffe stehen speziell geeignete Medien zur Verfügung. Universell einsetzbare wässrige Medien sind geeignet für die Reinigung von kombinierten Werkstoffen und Verfahren, in denen unterschiedliche Werkstoffe (z. B. Aluminium und Messing) in einer Reinigungsanlage gereinigt werden sollen (Materialmix).

? Verunreinigung:

Pigment und Späne / Emulsionen-Fette / Öle und Wachse

? Teilegeometrie:

Einsatzmöglichkeit der wässrigen Medien wird durch komplexe Teilegeometrien (tiefe Sacklochbohrungen, Hinterschneidungen etc.) limitiert. Unterstützende Mechanik (Druckumfluten, Spritzen) kann das Reinigungsergebnis bei schwierigen Teilegeometrien verbessern. Auch eine günstige Packung der Teile kann die Wirkung der wässrigen Medien erhöhen.

 

Qualitätssicherung:

? Prozessüberwachung:

Zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Reinigungsqualität empfiehlt sich die Kontrolle der Verfahrensparameter — Temperatur, Spritzdruck bzw. Leistung des Ultraschalls, Spülwasserqualität — in festgelegten Intervallen. Weiterhin muss die Konzentration der Reinigerkomponenten Builder und Tensid gemessen werden — Festlegen von Warn- und Aktionsgrenzen, Führen von Badkarten.

? Badaufbereitung:

Durch den Einsatz eines demulgierenden Tensidgemisches kann das Öl aus dem Reinigungsbad leichter entfernt und der Tensidverbrauch verringert werden. Sinnvoller und kostenreduzierender Einsatz von Recyclingtechnik wie Ölabscheider, Mikro- oder Ultrafiltration ist nur bei Einsatz demulgierender Tensidgemische möglich. (Anlagentechnische Voraussetzung: Skimmer für die Badoberfläche von Tauchanlagen)

? Bewertung:

Die Kontrolle der Reinigungsqualität bezüglich Partikelverunreinigung kann durch optische Verfahren (Mikroskope) erfolgen. Zur Bewertung der Entfernung filmischer Rückstände kann die Messung der Oberflächenspannung (z. B. Testtinten) herangezogen werden.

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4. Badpflege

Wesentlichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit industrieller Reinigungsprozesse hat die Standzeit der Bäder. Durch verschiedene Maßnahmen und Verfahren lässt sich der Badzustand deutlich länger stabil halten. Neben der Effizienz erhöht dies die Anlagenverfügbarkeit und leistet ein Beitrag zum Umweltschutz. Welche Komponenten für die Badaufbereitung eingesetzt werden, hängt von den Sauberkeitsanforderungen, Art und Menge der Verunreinigungen sowie vom Reiniger ab.

Feststoffe (z. B. Späne, Partikel, Schleifstaub) werden durch Filtration aus den Bädern entfernt. Während bei der Haupt- oder Vollstromfiltration jeweils das gesamte Badvolumen filtriert wird, durchläuft bei der Teilstromfiltration nur ein Teil der Reinigungs- oder Spülflüssigkeit den Filtrationsprozess. Zum Einsatz kommen dafür Beutelfilter, Kerzenfilter, Bandfilter sowie Zyklonfilter.

Öle und Fette, die nicht emulgiert in der Flüssigkeit vorliegen sowie feine partikuläre Verunreinigungen, lassen sich bei der wässrigen Reinigung durch einen an das Reinigungssystem angeschlossenen Schwerkraftabscheider austragen. In der Praxis haben sich verschiedene Schwerkraftverfahren wie z. B. Skimmer und Koaleszenzabscheider bzw. Plattenphasentrenner etabliert. Separatoren und Zentrifugen ermöglichen den Austrag von Feststoffen bis zu einer Partikelgröße von 2 µm wie etwa Läppschlamm sowie freien Ölen und Fetten.

Verdampfung und Vakuumdestillation werden sowohl bei der wässrigen als auch der Lösemittelreinigung zur Abscheidung von Ölen und Fetten eingesetzt.

Die Wirkung basiert darauf, dass Reinigungsflüssigkeit und das darin befindliche Öl bzw. Fett unterschiedliche Siedepunkte haben. Bei der Vakuumdestillation laufen die Verdampfungsprozesse unter Vakuum bei deutlich geringen Temperaturen ab.

Membranfiltration steht als Überbegriff verschiedener Verfahren zum Austrag sehr feiner Verunreinigungen sowie zur Frischwasserbehandlung. Die Wirkung beruht auf Druck und unterschiedlichen Membranmaterialien. Unterschieden wird zwischen Mikro- und Ultrafiltration.

Für eine lange Badstandzeit und hohe Prozesssicherheit spielt die kontinuierliche Kontrolle der Bäder eine wichtige Rolle. Die Industrie bietet dafür Messsysteme zur Off- und Online-Erfassung des Badzustands, die einfach handhabbar sind.

 

Aufgabe:

? Entfernung der abgereinigten Kontaminationen aus den Reinigungs-, Spül- und Konservierungsbädern
? Analytische Überwachung der Badparameter z. B. Konzentration, Spülwasserqualität, Partikelgehalt, Ölgehalt usw.

 

Ziele / Anforderungen:

Standzeitverlängerung der Bäder, Aufrechterhaltung der Reinigungs-, Spül- und Korrosionsschutzwirkung der Bäder wie beim Neuansatz

 

Verfahren:

Ölabscheider, Koalisierplattenabscheider, Absorptionsfiltration, Mikrofiltration, Ultrafiltration, Partikelfiltration, Magnetabscheider, Absetzbecken, Badskimmer, Verdampfer, Seperator, Aktivkohlefilter, lonenaustauscher, Nanofiltration, Umkehrosmose, Spülbadkaskadierung

 

Einflussfaktoren:

? Wasserqualität
? Wartung und Überwachung der Anlagen
? Nachdosierung von Reiniger und Korrosionsschutzmittel

 

Qualitätssicherung:

? Konzentrationsüberwachung: Titration, Photometrie, Blasendrucktensiometrie, pH-Wert- und Leitfähigkeitsmessung
?
Partikelgehalt: VDA Band 19
?
Ölgehalt
?
Korrosionsschutz: Spänetest nach DIN 51360 II
?
Spülwassergehalt: CSB-Wertmessung, Leitfähigkeitsmessung

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5. Werkstückträger

Wie sauber, trocken und makellos Werkstücke aus der Reinigungsanlage kommen, hängt nicht nur vom Reinigungsprozess, sondern auch vom Werkstückträger ab. Wesentliche Einflussgrößen für ein bestmögliches Reinigungsergebnis sind die Verfahrenstechnik, die Behandlungszeit, die Temperatur sowie die Chemie. Die Wirkung jedes dieser Faktoren hinsichtlich Teilesauberkeit und Betriebskosten wird durch den Werkstückträger beeinflusst. Denn Voraussetzung für eine zuverlässige und schnelle Abreinigung von Verschmutzungen ist eine gute Zugänglichkeit der Teile im Behältnis. Denn nur dann werden die Werkstücke gleichmäßig vom Reinigungsmedium erreicht, so dass die Waschmechanik ihre Wirkung voll entfalten und filmischen wie partikulären Schmutz bestmöglich ausschwemmen kann. Unverzichtbar ist die optimale Zugänglichkeit auch bei der Trocknung. Insgesamt ermöglicht ein Werkstückträger mit maximaler Teilezugänglichkeit, dass die für den Waschprozess erforderliche Zeit deutlich verkürzt beziehungsweise der Durchsatz entsprechend erhöht werden kann.

Das Ziel einer optimalen Teilezugänglichkeit lässt sich erreichen, wenn große zusammenhängende Flächen am Reinigungsbehältnis vermieden werden. Dies ist durch den Einsatz von Runddraht möglich. Denn im Gegensatz zu geschlossenen oder perforierten Blechkisten werden die Werkstücke in einem Drahtkorb von allen Seiten mit Reinigungsmedium umspült. Das runde Material reduziert außerdem die Kontaktflächen zwischen Reinigungsgut und Behältnis. Und damit das Risiko, dass Verschmutzungen oder Reinigungsmedium am Teil haften bleiben beziehungsweise die Teile an den Kontaktpunkten nicht vollständig abtrocknen und sich Flecken bilden. Drahtbehältnisse zeichnen sich außerdem durch ein erheblich besseres Abtropfverhalten aus, es wird weniger Schmutz und Reinigungsmedium verschleppt. Vorteil ist eine längere Badstandzeit und damit eine höhere Verfügbarkeit der Reinigungsanlage.

Geht es um das Material, hat sich Edelstahl bewährt. Das hochwertige, langlebige Material ist für alle Reinigungsmedien geeignet und schließt Rückverschmutzungen vom Warenträger auf das Bauteil ebenso aus wie Verunreinigungen der Bäder durch Korrosion und Zinkabscheidungen.

Der Werkstückträger bietet daher nicht selten das Potenzial für einen ergebnis-, zeit- und kostenoptimierten Waschprozess.

 

Aufgabe:

Aufnahme und Fixierung der Bauteile beim Reinigen, aber eventuell auch beim Transport und der Lagerung

 

Ziele / Anforderungen:

? Optimale Gestaltung:

Maximale Durchlässigkeit, Möglichkeit der Teilefixierung, ergonomischer Aufbau, Stabilität bei niedrigem Gewicht, optimale Oberflächenbeschaffenheit, optimales Ablaufverhalten, Anpassungsmöglichkeit an zukünftige Anforderungen

? Flexibilität

 

Einflussfaktoren:

? Art der Werkstücke: Schüttgut, Setzware, Einzelteile
?
Handling: automatisch oder manuell
?
Werkstoffauswahl: abhängig von der Art der Reinigung und dem Werkstoff der Werkstücke
?
Art der Warenbewegung im Reinigungsprozess: Badhub, Schwenken, Rotation
?
Verbindung mit vorhandenen Trägersystemen: Einsetzbarkeit in vorhandene Lagerbehälter, Anpassung an kundenspezifische
? Transportgebinde

Qualitätssicherung:

? Beitrag zur Sicherung der Reinigungsqualität
?
Schutz der Bauteile vor Beschädigungen

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6. Trocknen

Absolut trockene Teile sind in modernen Fertigungsprozessen ein Muss. Denn bei wässrigen Medien kann bereits minimale Restfeuchte Korrosionsschäden am fertigen Produkt und dadurch hohe Folgekosten verursachen. Auch für nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie Beschichten, Verkleben oder Laserschweißen, ist eine restlos trockene Oberfläche Voraussetzung für dauerhaft einwandfreie Verbindungen. Nicht vollständig aufgetrocknete Lösemittel können Ursache für einen Lösemittelfilm auf der Bauteiloberfläche sein, der zu Zersetzungsprodukten am Werkstück führt. Außerdem können nachfolgende Prozesse beeinträchtigt werden. Das Spektrum dabei reicht von nicht haftenden Klebe- und Schweißverbindungen über Veränderungen der Teileoberfläche bis hin zu Bränden und Explosionen durch brennbare Kohlenwasserstoffe. Neben qualitativen Gesichtspunkten hat die Trocknung bei der Lösemittelreinigung auch unter Umweltaspekten eine große Bedeutung. So muss sichergestellt sein, dass die Lösemittel im Trocknungsprozess restlos von den Teilen entfernt werden und nicht mit ihnen in die Umwelt gelangen.

Für die Bauteiltrocknung stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Entscheidend bei der Auswahl sind neben dem verwendeten Reinigungsmedium die Geometrie und Materialbeschaffenheit der Werkstücke. Einfachste Variante bei der wässrigen Reinigung ist die Konvektionstrocknung. Sie nutzt die Eigenwärme der durch den Waschprozess auf 70 bis 80 Grad Celsius erwärmten Teile. Bei der Umlufttrocknung mit Heißluft wird das Wasser mit einem regelbaren heißen Luftstrom mit hoher Luftleistung verdampft. Dabei gilt üblicherweise: Werden für die vollständige Trocknung der Teile mehr als drei Minuten benötigt, ist das vorhandene Wasservolumen meist zu groß. Es entsteht, wenn Teile z. B. als Schüttgüter gereinigt werden oder eine feine Struktur die Oberfläche vergrößert.

Eine effektive und schnelle Trocknung von Teilen mit komplizierter Geometrie gewährleistet die Vakuumtrocknung, die sowohl bei der wässrigen als auch der Lösemittelreinigung eingesetzt wird. Die Siedetemperatur der auf den Teilen befindlichen Flüssigkeit sinkt mit fallendem Druck, so dass sie bereits bei niedrigen Temperaturen restlos verdampft. Flüssigkeit, die sich in Sacklochbohrungen oder tiefer liegenden Schichten von Wicklungen befindet, wird durch den Unterdruck ebenfalls herausgesogen und verdampft.

 

Aufgabe:

Trocknen von gereinigten Bauteilen, ohne dabei das Reinigungsgut zu beschädigen (z. B. durch thermische Einwirkungen)

 

Ziele / Anforderungen:

? Vollständige Trocknung
? Energiesparend
? Rückgewinnung des abgedampften Reinigungsmediums
? Durchsatzanforderungen

 

Verfahren:

? Abblasen mit Druckluft (Trocknen durch Eigenwärme)
? Vakuumtrocknung
? Heißlufttrocknung
? Niedertemperaturtrocknung

 

Einflussfaktoren:

? Bauteil (Material, Temperaturbeständigkeit, Geometrie)
? Aufzutrocknender Flüssigkeitsfilm (i. d. R. Reinigungsmedium aus vorangehendem Prozessschritt)

 

Qualitätssicherung:

? Überwachung anlagenspezifischer Prozessparameter (Druck, Temperatur, Zeit)
?
Indirekt durch Prüfung des resultierenden Bauteilzustandes

 

Sonstige Anmerkungen:

Trocknungseinrichtungen sind oftmals (bei Lösemittelanlagen immer) in die Reinigungsanlage integriert, bei wässrigen Reinigungsanlagen z. T. aber auch nachgeschaltet.

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7. Verpackung, Lagerung, Transport

Erfüllen die Teile nach dem Reinigungsprozess die vorgegebene Reinheitsspezifikation, heißt es, die erzielte Sauberkeit bis zur Anlieferung beziehungsweise der Montage zu erhalten. Erforderlich dafür ist eine detaillierte Betrachtung der folgenden Prozesse wie Transport und Verpackung sowie der Umgebungsbedingungen, beispielsweise die Fahrwege. Verschmutzungen durch Transportbehälter lassen sich vermeiden, wenn diese parallel gereinigt und bis zum Gebrauch staubdicht verpackt werden. Sind Reinigungs- und Transportbehältnis identisch, sorgt ein staubdichter Verschluss für bestmöglichen Schutz der gereinigten Teile.

Um Partikelverschmutzungen aus der Umgebung zu verhindern, kann es auch erforderlich sein, Kontrolle, Lagerung und Verpackung in einem von der Fertigung abgegrenzten Bereich durchzuführen und das Personal mit entsprechender Kleidung und Handschuhen auszustatten.

Öl, Kühlschmiermittel oder Emulsion, das auf den Bauteilen als Korrosionsschutz verbleibt, wirkt wie ein Schmutzmagnet. Diese Funktion übernehmen z. B. so genannte VCI-Verpackungen (Volatile Corrosion Inhibitor). Es handelt sich dabei um Verpackungsmaterialien, die innerhalb der Verpackung eine korrosionsgeschützte Atmosphäre bilden, so dass auf eine explizite Beölung/Konservierung der Teile verzichtet werden kann. Gleichzeitig bieten diese Verpackungen Schutz vor Schmutz von außen.

 

Sauberkeitsgerechte Montage

Eine Rückverschmutzung gereinigter Bauteile erfolgt häufig auch in Montageprozessen. So können Partikel beispielsweise beim Verstemmen, Verschrauben und selbst beim Fein justieren entstehen und dabei direkt auf Funktionsoberflächen gelangen beziehungsweise in Funktionsbereiche eingeschlossen werden. Eine sauberkeitsgerechte Ausrichtung der Montage ist daher ebenfalls unverzichtbar. Ein Aspekt dabei sind auch Handlingeinrichtungen, deren mechanische Komponenten Abrieb erzeugen, der auf die Bauteile gelangen und es verschmutzen kann.

 

Aufgabe:

? Isolierung der Oberflächen von den Einflüssen aus der Umgebung, z. B. Klima, Feuchte, aggressive Stoffe
? Bewahrung der Oberflächeneigenschaften und damit der gewünschten Forderungen oder Spezifikationen bezüglich
? Korrosionsschutz, Oberflächensauberkeit
? Schutz von Funktionsflächen gegen mechanische Beschädigungen
? Überprüfung der logistischen Prozesse auf technischen Sinn und betriebswirtschaftlich akzeptable Durchführbarkeit; gegebenenfalls
? vollautomatische Prozesse mit Robotern
? Kompatibilität mit Systemen anderer Anwender

 

Ziele / Anforderungen:

? Einfaches und sicheres Handling
? Je nach Anforderung langfristig wiederverwendbar, gut reinigbar, recyclefähig, umweltschonend, frei von Schadstoffen
? Freisetzung von möglichstwenig Partikeln

 

Verfahren:

? KLT aus Kunststoff oder Metall; Blister, Trays
? Gitterboxen, Metallboxen
? Holzkisten, Paletten
? CKD-Gestelle
? Container

 

Einflussfaktoren:

? Qualität der ausgewählten Werkstoffe und deren Verarbeitung, z. B. Stahl oder Edelstahl-Boxen, abriebfeste Blister und Trays,
? trockenes Vollholz oder Spanplatten
?
Lagerung der Verpackungsmittel: offen im Regen oder in klimatisiertem Innenlager, sorgfältig verschlossen bis zur Verwendung
?
Klima und Verschmutzung; Lagertechnik und -führung; Sorgfalt beim Umgang;

 

Qualitätssicherung:

? Keine allgemeinen Richtlinien bekannt
?
Jeweils Unternehmens-spezifische Regelungen

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8. Konservierung

Durch zunehmend filigranere Bauteile steigen nicht nur die Anforderungen an die Teilereinigung, sondern auch an die Konservierung. Denn in den minimalen Abstände zwischen sich bewegenden Teilen oder den extrem feinen Hohlräumen beispielsweise bei Düsen und Injektoren können Partikel und Korrosion zu erheblichen Schäden durch Ausschuss führen. Der Schutz vor Korrosion spielt daher auch im Produktionsprozess eine wichtige Rolle. Speziell vor dem Hintergrund, dass während der Fertigung, beispielsweise nach dem Entfetten, häufig sehr reine und damit besonders korrosionsempfindliche Oberflächen vorliegen. Eine temporäre Konservierung wird daher zu einem festen Bestandteil im Gesamtprozess.

Die heute eingesetzten Reiniger enthalten Additive, die die Werkstücke während des Reinigungsprozesses vor Korrosion schützen. Um auch einen Schutz während der nachfolgenden Lagerung und dem Transport zu gewährleisten, ist eine temporäre Konservierung erforderlich. Diese sollte sinnvollerweise gleich in der Reinigungsanlage erfolgen. Eingesetzt werden dafür in der Regel ölige, wässrige sowie wachsartige Substanzen, es lassen sich aber auch Verfahren, wie beispielsweise eine Phosphatierung in der Reinigungsanlage durchführen.

Je nach ausgewähltem Korrosionsschutzmedium und aufgetragener Schichtdicke schützt die temporäre Konservierung das Bauteil für einen bestimmten Zeitraum. Dieser liegt üblicherweise zwischen wenigen Stunden bis zu zwei Jahren. Ausschlaggebend bei der Auswahl ist, welche Prozesse sich an die Reinigung und Konservierung des Bauteils anschließen.

Ein weiteres Kriterium ist, dass der Korrosionsschutz vor der Weiterverarbeitung des Werkstückes einfach wieder entfernt werden kann, da er bei nachfolgenden Oberflächenbehandlungen häufig störend wirkt.

Geht das Bauteil sofort in einen weiteren Prozess oder in die Montage, reicht meist eine dünne, eventuell sogar flüchtige Schutzschicht aus. Zu beachten ist dabei, dass bei dieser Art der Konservierung schon ein Fingerabdruck ausreichen kann, um Korrosion auszulösen. Ist eine längere Lagerzeit bzw. ein Transport vorgesehen, wird ein längerfristig wirkender Schutz erforderlich. Dazu zählen beispielsweise die so genannten VCI-Materialien (Volatile Corrosion Inhibitoren). Sie bestehen aus Pulvern, Flüssigkeiten sowie imprägnierten Folien und Papieren. Da sich die korrosionsschützenden Inhibitoren dieser Materialien an der Umgebungsluft verflüchtigen, müssen die Teile, wenn sie nicht in VCI-Folien verpackt sind, in möglichst luftdicht verschlossenen Behältnissen gelagert bzw. transportiert werden.

 

Aufgabe:

? Korrosionsschutz auf den Oberflächen
? Isolierung der Oberflächen von den Einflüssen aus der Umgebung, z. B. Klima, Feuchte, aggressive Stoffe

 

Ziele / Anforderungen:

? Verträglichkeit mit verschiedenen Werkstoffen
? Keine Nebenreaktionen mit Materialien, die nicht gegen Korrosion geschützt werden müssen, wie z. B. Kunststoffen, Glas,
? Elektrik / Elektronik, usw.

 

Verfahren:

? Wässrig, ölig, wachsartig
? VCI-Methode (flüssig und / oder trocken)

 

Einflussfaktoren:

? Korrosionsempfindlichkeit des zu konservierenden Werkstoffes
?
Sauberkeit der Oberflächen, Reste anderer Stoffe oder Partikel auf den Oberflächen
?
Applikationsverfahren: Tauchen, Sprühen, Pinseln, usw.
?
Applikationstechnik: per Hand oder in automatischer Anlage
?
Art des Mediums, Schichtdicke
?
Umgebungsbedingungen, klimatische Belastungen

 

Qualitätssicherung:

? Korrosionsschutz-Tests: Späne-Filter-Test, Auslagerung
?
Klimawechseltest, Salzsprühnebel-Prüfung usw.
?
Schichtdicken-Bestimmung

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9. Qualitätssicherung / Sauberkeitsanalyse

Steigende Anforderungen an die Qualität und Zuverlässigkeit von Bauteilen machen die Sauberkeitskontrolle von Materialoberflächen zu einem unverzichtbaren Bestandteil im Fertigungsprozess. Für die Bewertung der Sauberkeit von Oberflächen steht eine Vielzahl von Testmethoden und Analyseverfahren zur Verfügung.

Zu den einfachen, nicht automatisierbaren Testmethoden zählen beispielsweise Testtinten, Wasserablaufprobe, Sprühnebeltest, Nigrosintest, Wischtest, Randwinkelmessung und Tesafilm-Test. Sie ermöglichen lediglich eine qualitative Bewertung des Reinigungsergebnisses, das je nach Methode und Durchführung variieren kann. Um einheitliche Standards zu schaffen, wurden in der Automobilindustrie die VDA Band 19 bzw. ISO 16232 eingeführt, die Verfahren zur Prüfung der Partikelverunreinigung funktionsrelevanter Automobilteile vorgeben. Da der Nachweis von Partikeln beim überwiegenden Teil der relevanten Komponenten geometriebedingt nicht direkt auf der Produktoberfläche erfolgen kann, ist ein Reinigungsschritt erforderlich. Partikel werden vom Bauteil durch gezieltes Abspritzen, Abreinigen mit Ultraschall, Abspülen und Schütteln abgelöst.

Die Auswertung der Partikel erfolgt durch verschiedene Verfahren mit unterschiedlicher Aussagekraft: Das gravimetrische Verfahren gibt durch das Differenzgewicht Auskunft über die Gesamtmasse der abgelösten Partikel und ermöglicht damit Rückschlüsse über das Sauberkeitsniveau. Mit der Mikroskopie lassen sich Partikelgrößen und -verteilungen ermitteln und so feststellen, ob bestimmte Spezifikationen, z. B. kein Partikel >15 Mikrometer, eingehalten werden.

Die automatisierte Mikroskopie mit Bildverarbeitung ermöglicht darüber hinaus Rückschlüsse auf das Schädigungspotenzial einzelner Partikel. Die Rasterelektronenmikroskopie bietet neben Größe und Verteilung auch Informationen über die enthaltenen chemischen Elemente in Partikeln. Dies ermöglicht Aussagen über deren Herkunft und Schädigungspotenzial. Die Prüfung von Bauteilen erfolgt hier stichprobenartig, eine 100-Prozentkontrolle ist praktisch nicht möglich. Automatisierbare Flüssigkeitspartikelzähler, bei denen Partikel in einem Ultraschallbad vom zu prüfenden Bauteil abgereinigt und Flüssigkeitsproben ausgewertet werden, ermöglichen eine deutlich höhere Stichprobenzahl. Um brauchbare Messdaten zu erhalten, dürfen die Bauteile keine filmischen Verschmutzungen aufweisen.

Die Entwicklung geht inzwischen zu Messsystemen beziehungsweise Sensoren mit relativ einfachen und robusten Detektionsmethoden, die prozessnah oder in die Fertigungslinie integriert, eine möglichst kontinuierliche Kontrolle der Bauteile erlauben.

Aufgabe:

Kontrolle der Sauberkeit der gereinigten Bauteile

Ziele / Anforderungen:

Qualitätssicherung der Sauberkeit des gereinigten Bauteils mit dem Ziel der Freigabe von Bauteilen für den nächsten Arbeitsschritt

Einflussfaktoren:

? Art der abgereinigten Verschmutzung 19 Art der Filtrierung
?
Art des Filtersubstrats
?
Art und Qualität der Abbildung
?
Genauigkeit des Messsystems

Qualitätssicherung:

? Überprüfung der verschiedenen Einstellparameter
?
Messung eines Referenzfilters