Spanende Fertigung erfordert bedarfsgerecht abgestimmte Lösungen

Teilereinigung als wertschöpfender Faktor

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In der spanenden Fertigung ist die Teilesauberkeit zu einem Qualitätskriterium geworden. Definiert wird es immer häufiger über exakt vorgegebene Restschmutzwerte. Um sie bei steigendem Kostendruck zu erreichen, ist eine effiziente Teilereinigung unverzichtbar.

Autorin: Doris Schulz

Die in den letzten Jahren in nahezu allen Industriebereichen rasant gestiegenen Anforderungen an die technische Sauberkeit von Bauteilen haben die industrielle Teilereinigung zum wertschöpfenden Fertigungsschritt gemacht. Ein Patentrezept, wie sich vorgegebene Restschmutzwerte in der spanenden Fertigung wirtschaftlich erzielen lassen, gibt es nicht. Jede Reinigungsaufgabe erfordert eine individuell abgestimmte Lösung.
Nasschemische Reinigung
Die Reinigung mit wässrigen Medien und Lösemitteln – hier wird grob zwischen nicht halogenierten Kohlenwasserstoffen (KW) und modifizierten Alkoholen, Chlorkohlenwasserstoffe (CKW) sowie polaren Lösemitteln unterschieden – ist die bei spanend hergestellten Bauteilen am häufigsten eingesetzte Technologie. Das Reinigungsergebnis wird in erster Linie durch die Auswahl des Reinigers bestimmt.
  • Die Wirkung wässriger Medien, die als alkalische, neutrale und saure Reiniger zur Verfügung stehen, basiert auf einem organischen beziehungsweise anorganischen Reinigergerüst (Builder) und Tensiden. Letztere haben die Fähigkeit, sich als grenzflächenaktive Stoffe zwischen Schmutz und Material zu „schieben“, und lösen sowohl unpolare Verschmutzungen wie Öle und Fette als auch polare Verunreinigungen wie Emulsionen, Salze oder Partikel ab. Für ein gleich bleibend gutes Ergebnis müssen die Reinigungsbäder permanent überwacht und regelmäßig gewechselt werden.
  • Nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW) bieten 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. Im Lösemittel eigentlich unlösliche Partikel wie Späne werden mit dem Öl entfernt, da sie die Haftung zur Oberfläche verlieren. Die Abreinigung polarer Verschmutzungen wie Salzen aus Emulsionen ist mit unpolaren Kohlenwasserstoffen allerdings nicht möglich.
  • Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), die als klassische Entfetter gelten, 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 (wässrigen Kühl- und Schmierstoffen, Polierpasten, Salzen, Spänen und anderen Feststoffen) entfernen.
Stand der Technik bei der Reinigung mit Lösemitteln sind geschlossene Anlagensysteme, die gesetzliche Vorgaben zur Reduzierung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (z. B. VOC-Richtlinie) erfüllen. Sie werden üblicherweise als Einkammer-Anlagen angeboten und sind für einen mehrstufigen Reinigungsprozess wie etwa Reinigen, Dampfentfetten, Spülen, Trocknen ausgelegt.
Um innerhalb kurzer Zeit das geforderte Reinigungsergebnis zu erzielen, wird die Wirkung des Reinigungsmediums durch unterschiedlich stark wirkende physikalische Verfahrenstechnik unterstützt. Häufig eingesetzte Technologien dabei sind Spritzen, Tauchen, Druckumfluten und Ultraschall.
Wesentliche Faktoren bei der Auswahl des optimalen nasschemischen Reinigungsprozesses sind: Bauteilgeometrie, Werkstoff, Art und Grad der Verschmutzung, Reinigungsmedium, Verfahren Behandlungsdauer, Anzahl der Verfahrensschritte, Durchsatz und Sauberkeitsanforderungen. Reinigungsversuche im Technikum der Anlagen- oder Medienhersteller mit originalverschmutzten Teilen ermöglichen eine exakte Abstimmung der Parameter.
Plasma bietet Zusatzeffekte
Mit der Plasmatechnik lassen sich spanend hergestellte Teile aus unterschiedlichen Materialien wie Stahl, NE-Metallen und Kunststoffen im Batchprozess und als Einzelteile effektiv behandeln. Dabei werden Verschmutzungen auch aus komplizierten Geometrien mit engen Radien, Hinterschneidungen, Bohrungen und Schlitzen zuverlässig entfernt.
Bei einem Plasma handelt es sich um ein gasförmiges Gemisch aus Atomen, Molekülen, Ionen und freien Elektronen. Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Plasmagase eingesetzt werden, durch die die Oberfläche gleichzeitig gereinigt und aktiviert wird. Diese Doppelfunktion beruht auf einer physikalischen und chemischen Reaktion des Verfahrens: Die im Plasma frei gewordenen Atome „bombardieren“ die Oberfläche des zu reinigenden Zahnrads. Dies wirkt wie ein Mikrostandstrahlen im Nanometerbereich, wodurch dünnschichtige, organische Verschmutzungen wie Öle und Fette entfernt werden.
Gleichzeitig setzen sich freie Ionen und Elektronen auf der Oberfläche ab und gehen mit dieser eine chemische Bindung ein. Dies führt dazu, dass die Oberflächenspannung auf einen für beispielsweise nachfolgende Beschichtungs-, Klebe oder Veredelungsprozesse optimalen Wert gebracht wird.
CO2 reinigt trocken und rückstandsfrei
Die CO2-Schneestrahlreinigung verwendet flüssiges Kohlendioxid als Reinigungsmedium, das durch eine Düse entspannt und mit Druckluft auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Durch die Kombination mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften entfernt der CO2-Schnee beim Auftreffen auf die Oberfläche teilchenförmige und filmische Verunreinigungen trocken und rückstandsfrei von nahezu allen Materialien.
Mit diesem Verfahren lassen sich auch definierte Funktionsbereiche wie beispielsweise Dicht-, Beschichtungs-, Klebe- und Laserschweißflächen gezielt behandeln, ohne dass das komplette Bauteil aufwendig auf den für die Funktionsfläche erforderlichen Reinheitsgrad „gebracht“ wird. Da sich die CO2-Schneestrahlreinigung einfach in automatisierte Fertigungsabläufe integrieren lässt, können die sauberen Oberflächen „just in time“ zur Verfügung gestellt werden. Dies macht separate Maßnahmen zur Reinhaltung während Lagerung und Transport überflüssig.
Badüberwachung und Medienaufbereitung
Einen wesentlichen Beitrag zur prozesssicheren und wirtschaftlichen Reinigung leistet auch die Badüberwachung und Medienaufbereitung. Für die kontinuierliche Kontrolle wässriger Reinigungsbäder werden unter anderem Blasendrucktensiometer angeboten, die die aktuell vorhandene Reinigungskraft ermitteln und eine verbrauchsabhängige Nachdosierung der Reinigerkomponenten ermöglichen. Ein anderes System überwacht und analysiert die Waschflüssigkeit durch ein optisches Verfahren. Auf Basis der ermittelten Werte zeigt es einen erforderlichen Badwechsel an.
Neue Entwicklungen und Produktverbesserungen bei Filtrations- und Abscheidesystemen ermöglichen immer höhere Abscheideraten und damit verlängerte Badstandzeiten.
Restschmutzanalyse
In den letzten Jahren hat sich die Reinheitskontrolle von Materialoberflächen zu einem wesentlichen Bestandteil der qualitätsorientierten Fertigung entwickelt. Für die Prüfung der Oberflächenreinheit von Bauteilen und Funktionsbereichen bieten Unternehmen aus der industriellen Reinigungstechnik unterschiedlichste Verfahren und Methoden. Das Spektrum reicht von Testtinten über zerstörungsfrei arbeitende Analysemethoden, die in den Fertigungsprozess integriert werden können, bis hin zu mikroskopischen Systemen für die Sauberkeitskontrolle entsprechend unterschiedlicher Normen, beispielsweise nach VDA 19 beziehungsweise ISO 16232.
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