Hohe Sauberkeitswerte für enorme Teilevielfalt

Wie die 2012 bei Trumpf Laser installierte Anlage ist auch die zweite innerhalb der Prozesskette aufgestellt. Dort werden bis zu 10 000 verschiedene Werkstückarten in vielen Größen, Werkstoffen und Geometrien ausnahmslos unter Reinraumbedingungen montiert. Diese feinmechanischen Bauteile kommen vorab in die Mafac Palma zur Reinigung, bis sie schließlich zu Festkörperlasern verbaut werden. Da dies auch für die zweite Reinigungsanlage eine extreme Teilevielfalt mit hochkomplexen Geometrien und vielen Werkstoff-Varianten bedeutet, wurde das neue Reinigungssystem individuell an den Bedarf von Trumpf Laser angepasst und speziell auf die Bedingungen der Reinraumproduktion ausgerichtet.

„Reinigen ist bei uns ein wichtiger Schlüsselprozess. Wenn der nicht funktioniert, dann funktionieren unsere Laser auch nicht“, sagt Christof Fehrenbach, Prozessentwicklung bei Trumpf Laser. Aufgrund der optischen Elemente im Laser werden immer höhere Anforderungen an die Bauteilsauberkeit gestellt, sowohl filmisch als auch partikulär. „Dies gilt vor allem für unsere laserstrahlführenden Komponenten, die absolut rückstandsfrei sein müssen“, so Fehrenbach.

Aus diesem Grund werden die Festkörperlaser unter Reinraumbedingungen gefertigt. Die Reinigungsanlage wird dadurch Teil eines sensiblen Fertigungsbereichs, in dem sie zusätzlich eine extreme Teilevielfalt abdecken muss. Die Teilegrößen liegen bei einem Durchmesser von 1 mm bis hin zu einer Teilegröße von 500 mal 300 mal 250 mm. Viele der zu reinigenden Werkstücke weisen hochkomplexe Geometrien wie kleinste Bohrungen auf und sind aus unterschiedlichen Materialien wie Aluminium, Messing, Kupfer, Bronze, Edelstahl, NE-Metall und hochwertigen Kunststoffen.

Diesen hohen Anforderungen hält die Mafac Palma seit ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2012 überdurchschnittlich Stand. Die Entscheidung für die Anschaffung einer Zweitanlage derselben Ausführung fiel daher leicht: „Seit über acht Jahren arbeitet die Reinigungsmaschine äußerst zuverlässig und bewältigt einen hohen Durchlauf bei gleichbleibend hoher Reinigungsqualität“, erklärt Fehrenbach. Auch die Erkenntnisse, die das Fertigungsteam in Schramberg aus den vielen Sauberkeitsanalysen der letzten Jahre und Monate gesammelt hat, sprachen wieder für ein System auf wässriger Basis.

Auf guten Erfahrungen aufgebaut

So baute man bei der Zweitanschaffung schließlich auf den Erfahrungen von 2012 auf und war in der Lage, der neuen Anlage Prozessschritte hinzuzufügen, mit denen eine noch höhere Bauteilsauberkeit erreicht werden kann. Dies betrifft vor allem kleine und tiefe Gewindebohrungen: „Die Prozessverifizierung war dieses Mal wesentlich einfacher als im Jahr 2012, da wir die erreichbare Teilesauberkeit sowohl partikulär wie auch filmisch bereits kannten“, so Fehrenbach. Darüber hinaus schätzt man die räumliche Nähe zu Mafac in Alpirsbach und hat zudem die hohe Fachkompetenz der Anwendungstechniker in positiver Erinnerung.

Wie die erste Anlage ist auch die neue Palma keine Maschine von der Stange. Sie wurde baugleich zu der im Jahr 2012 Beschafften konzipiert und fällt ebenfalls höher, länger und schwerer als das Grundmodell aus. „Die identische Bauweise der zweiten Anlage verschafft uns den Vorteil, dass wir nur ein Ersatzteilpaket bevorraten müssen. Ebenso sind die Verbrauchsmaterialien wie Filter und anderes Zubehör dieselben, was uns den technischen Unterhalt enorm erleichtert“, erklärt Fehrenbach. Wegen des hohen Teileaufkommens und den unterschiedlichen Chargen wurde die Reinigungszelle vergrößert, so dass zwei Aufnahmekörbe nebeneinander Platz finden. Das Reinigungsgut wird manuell in mehreren Kleinchargen sauber nebeneinander aufgestapelt. Dabei sind die Teile in den Körben mithilfe eines ausgefeilten Kennungssystems markiert, damit sie nach der Reinigung dem jeweiligen Bearbeitungsschritt korrekt zugeordnet werden können.

„Es ist eine hohe Teilevielfalt, die am ‚Knotenpunkt Reinigungsmaschine‘ zusammenkommt. Unsere Mitarbeiter müssen sehr genau arbeiten, damit sich der nächste Prozessschritt reibungslos anschließen kann“, weiß der Trumpf Experte. Genauso gründlich muss der Reinigungsprozess erfolgen. Damit die Teileoberflächen die hohen Reinheitswerte erfüllen, ist die Anlage zugunsten der Pflege des Reinigungs- und Spülwassers mit vier Mediumtanks ausgestattet. Die Kaskadierung der ersten drei Tanks reduziert die Medienverschleppung und vermeidet dadurch die Rückverschmutzung durch abgelöste Partikel und Verunreinigungen im Medienkreislauf. Zu diesem Zweck sind alle drei Mediumtanks mit mehreren abgestuften Kerzenfiltern im Vollstrom sowie im Bypass ausgestattet. Dadurch werden die Medien permanent filtriert und die Mafac Palma verfügt über nahezu beliebig lange Badstandzeiten, in denen die hohe Reinigungsqualität im Dauerbetrieb gewährleistet bleibt.

Ebenfalls Teil der permanenten Wasseraufbereitung ist der eingebaute Koaleszenzölabscheider. Durch ihn werden eingetragene Fremdstoffe vom Medium abgeschieden und in einem separaten Behälter gesammelt. Zusätzlich sind für die Heißluft- und Drucklufttrocknung hochwertige Luftfilter eingebaut. Einen weiteren Beitrag leisten eine Wasseraufbereitungs- und eine Umkehrosmoseanlage, über die die Frischwasserbefüllung und Bypass-Wasseraufbereitung erfolgt. Das in Tank zwei und drei befindliche VE-Wasser weist somit einen extrem niedrigen Leitwert auf. Mediumtank vier sorgt abschließend für eine weitere Wasseraufbereitung.

Von besonderer Bedeutung für die Reinraumumgebung ist das vollautomatische Transfersystem der Maschine. Es enthält einen Aufzug, über den die Beschickungskörbe in die Reinigungszelle der Maschine transportiert werden. Die Befüllung der Beschickungskörbe erfolgt auf Tischhöhe. „Das war aus ergonomischen Gründen eine der Vorgaben von Trumpf“, sagt Sascha Klos, Außendienstmitarbeiter bei Mafac.

Nach Abschluss der Reinigung gelangen die Teile über Aufzug und geschlossenes Transfersystem in eine Pufferzone mit Mini-Flowboxen für bis zu sechs Körbe. Dort wird das Reinigungsgut mit Reinraumluft durchströmt, so dass die gereinigten Teile bis zur Weiterverarbeitung unter Reinraumbedingungen zwischengelagert sind.

Ein Programm für höchste Anforderungen

„Da jede Korbcharge Werkstücke mit höchsten Sauberkeitsanforderungen enthält, läuft im Grunde immer nur ein Programm, nämlich das für die höchste Sauberkeitsstufe. Falls erforderlich, ist es selbstverständlich möglich, eine Vielzahl von Programmen in der Mafac Palma zu hinterlegen und anzuwählen, zum Beispiel bei sortenreinen Chargen mit speziellen empfindlichen Beschichtungen oder Legierungen“, erläutert Fehrenbach.

Konkret sieht der Ablauf des Reinigungsprozesses und der Einsatz der drei Reinigungstanks wie folgt aus: Die Reinigung der Bauteile erfolgt durch ein Spritzfluten mit dem Medium aus Tank eins, dem ein hochkonzentrierter Reinigungszusatz zugegeben ist. Dabei kommt der optional erhältliche Ultraschall zum Einsatz. Es folgt ein Spülprozess mit dem Medium aus Bad zwei. Das Spülwasser wird anschließend in Bad eins abgeleitet.

Um den hohen Sauberkeitsanforderungen gerecht zu werden, folgen verschiedene weitere Spülprozesse. Bei allen Nassprozessen kann die Reinigungskammer komplett geflutet werden. Während der gesamten Programmphase ist das Korbaufnahmesystem in einer leichten Wippbewegung bei rotierendem Spritzsystem. In der Palma wird die von Mafac entwickelte patentierte Verfahrenstechnik des Spritzflutens in vollem Umfang genutzt.

An die Reinigungsphase schließt sich die Trocknung an. Dabei kommt das Impuls- und Heißblassystem zum Einsatz. Die Werkstücke werden über ein rotierendes Blassystem impulsartig mit hochreiner Druckluft abgeblasen und gleichzeitig oder wahlweise mit feinstgefilterter Heißluft beaufschlagt. Die finale Trocknung der Teile erfolgt mit einer ebenfalls vom Standard abweichenden sehr leistungsstarken Vakuumpumpe. Als weitere Sonderausstattung wurde die Anlage mit einer Düsensteuerung des Spritz- und des Trocknungsarms ausgestattet. Dadurch kann nicht nur die Bewegung des Korbes, sondern auch die des Spritz-Trocknungsarmes frei programmiert werden.

Hohe Sauberkeitswerte für die Teile, Entlastung für die Mitarbeiter

Mit der Mafac Palma haben die Prozessverantwortlichen bei Trumpf ein Grundlagenmodell gefunden, das in Serie bereits sehr viele Optionen und Ausstattungsmöglichkeiten anbietet. Diese wurden teils vollständig ausgeschöpft und durch weitere Extras ergänzt. Das Ergebnis ist eine hochwertige Lösung zur Feinstreinigung. Mit der Neuanschaffung werden auch die Mitarbeiter stark entlastet: Die ältere Mafac-Reinigungsanlage von Trumpf lief durch das hohe Auftragsvolumen in den letzten Monaten im Zwei-Schicht-Betrieb. Durch die Beschaffung einer zweiten, baugleichen Anlage kann vorerst wieder in den Ein-Schicht-Betrieb zurückgekehrt werden, womit die dort tätigen Mitarbeiter sehr zufrieden sind.

Mafac – E. Schwarz GmbH & Co. KG
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