Inline-Sauberkeit für kritische Teile

Metallteile vor dem Beschichten oder Vermessen zuverlässig inline und trocken reinigen

Schneestrahl-Reinigungsanlage acp
Die mit rund 150 Teilen bestückten Werkstückträger werden durch in der Größe angepasste Schotts in die Reinigungskabine ein- und ausgeschleust. (Bild: acp)

Bauteile, die nach einer spanenden Bearbeitung beschichtet oder vermessen werden, benötigen sehr saubere Oberflächen. CO2-Schneestrahlen kann diese Anforderungen auch bei sehr kleinen Werkstücken wie etwa Ventilkomponenten oder Wendeschneidplatten als integrierter Prozess sicherstellen.

Die Forderung nach Präzision, Prozesssicherheit und hoher Effizienz führt in vielen Unternehmen dazu, dass bisher genutzte Prozesse und Technologien auf den Prüfstand gestellt werden. Die Bauteilereinigung ist davon nicht ausgenommen. Einerseits gilts es, die für folgende Fertigungsschritte erforderliche Sauberkeit stabil und bei verringerten Betriebskosten sicherzustellen. Andererseits werden automatisierte und digitalisierte Prozesse immer wichtiger. Für kleinere Werkstücke bietet sich eine trockene und vollautomatisierte Reinigungslösung wie die quattroClean-Schneestrahltechnologie der acp systems AG an.
Dies war auch bei einem Hersteller von Ventilen der Fall. Hier wird ein rotationssymmetrisches Bauteil aus Stahl mit einem Durchmesser von fünf Millimetern und fünf Millimetern Länge in einem PVD-Prozess partiell beschichtet. Nach der spanenden Bearbeitung, während der es zu einer Wärmeentwicklung kommt, ist die Oberfläche mit einem angetrockneten und daher schwierig zu entfernenden Gemisch aus Bearbeitungsmedium (Öl) und Partikeln verunreinigt. Diese vergleichsweise geringe Schmutzmenge muss in einem definierten Bereich entfernt werden, um eine optimale Haftfestigkeit und Lebensdauer der Beschichtung sicherzustellen. Aufgrund eines hohen Aufwands, Platzbedarfs und Energieverbrauchs für die Trocknung schied ein nasschemischer Reinigungsprozess aus.

 

Reinigungseinheit acp
Während des Prozesses führt ein Roboter die Reinigungseinheit in definiertem Abstand und Bewegungsablauf über die Ventilkomponenten. Ein Sensorsystem überwacht kontinuierlich die Strahlkonsistenz (Bild: acp)

Schneestrahl-Reinigung im Test mit zuverlässigstem Ergebnis

Umfangreiche Reinigungsversuche im Technikum der acp systems AG belegten, dass durch eine selektive Reinigung mit der quattroClean-Schneestrahlreinigung die für ein optimales Beschichtungsergebnis erforderliche Sauberkeit erzielt wird. Das Reinigungsverfahren nutzt flüssiges Kohlendioxid als Medium. Da das CO2 als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht, ist es klimaneutral. Für den Reinigungsprozess wird das flüssige Kohlendioxid durch den inneren Ring einer verschleißfreien Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinsten CO2-Partikeln. Dieser Schneestrahl wird durch einen separaten Druckluft-Mantelstrahl (zweiter Ring) gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Trifft der minus 78,5°C kalte und gut fokussierbare Schnee-Druckluftstrahl auf die Oberfläche, kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Sublimations- und Lösemitteleffekt. Der durch das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen erzeugte Reinigungseffekt entfernt das angetrocknete Gemisch aus Öl und Partikeln prozesssicher und reproduzierbar. Die abgelösten Verunreinigungen werden durch die aerodynamische Kraft des Druckluftstrahls von den Teilen weggeströmt und gemeinsam mit dem in die gasförmige Phase sublimierten CO2 aus der Reinigungszelle abgesaugt. Eine Rekontamination der Teile wird somit zuverlässig verhindert.

 

Ein angepasster vollautomatisierter Prozess

Für die Reinigung der Ventilkomponenten konzipierte acp das auf die Applikation und die Produktionsbedingungen des Herstellers zugeschnittene, vollautomatisierte Reinigungssystem Jetcell aus standardisierten
Modulen. In diesem werden für die Reinigung jene Werkstückträger verwendet, in denen die partielle PVD-Beschichtung erfolgt. Die Auslegung der Prozessparameter – etwa Volumenströme für Druckluft und Kohlendioxid, Art der strahlenden Düsen, Strahlbereich und -zeit sowie Bewegungsablauf – gewährleisten, dass die geforderte Taktzeit von sechs Minuten für die Reinigung eines mit rund 150 Teilen komplett bestückten Werkstückträgers eingehalten wird. Um das Reinigungssystem in den bestehenden Workflow einzubinden, befindet sich auf der Belade- und Ausgabeseite ein Puffer für fünf Werkstückträger. In die Reinigungskabine wird jeweils ein Behältnis eingeschleust, das für eine lückenlose Dokumentation der Reinigung über einen digitalen Matrixcode verfügt. Ist die Schleuse geschlossen, startet der Reinigungsprozess: Ein Roboter führt die Reinigungseinheit mit einer Strahldüse in definiertem Abstand und Bewegungsablauf über die Ventilkomponenten. Ein Sensorsystem überwacht kontinuierlich die Strahlkonsistenz. Sobald alle Teile gereinigt sind, öffnet die Schleuse und der Werkstückträger wird in den gekapselten Entnahmebereich transportiert.

 

quattroClean-Modul acp
Für die Reinigung der Wendeschneidplatten wurde ein quattroClean-Modul in die Messzelle integriert. Die Handhabung der Teile erfolgt durch den vorhandenen Roboter (Bild: acp)

CO2-Reinigung in die Messzelle integriert

Bei Wendeschneidplatten, die in geringen Stückzahlen mit individuellen Geometrien und Maßen zwischen zehn und 25 Millimetern gefertigt werden, sind Toleranzen von einem bis zwei Mikrometern zuverlässig einzuhalten. Um die hohe Genauigkeit sicherzustellen, wird die Kontur der aus Hartmetall gefertigten Teile beim Hersteller nach dem Schleifen zu hundert Prozent vermessen. Da auf der Oberfläche vorhandene Verunreinigungen aus Resten des Bearbeitungsmediums und Schleifstaub Messfehler verursachen können, wurden die Wendeschneidplatten bisher aufwendig manuell gereinigt. Dieser Prozess sollte nun in die automatisierte Fertigung integriert werden. Auch hier fiel die Entscheidung nach Reinigungsversuchen und der Definition der Prozessparameter für das quattroClean-Verfahren. In diesem Fall wurde die Reinigung als Modul in die Messzelle integriert, die direkt an die Schleifmaschine angedockt ist. Diese Lösung ermöglicht, dass der vorhandene Roboter die Wendeschneidplatten durch eine Schleuse aus der Schleifmaschine entnimmt, für kurze Zeit definiert unter dem Schneestrahl bewegt und dann sauber im Messbereich platziert. Bewegungsabläufe und Strahlzeiten für die unterschiedlichen Wendeschneidplatten sind ebenso wie Volumenströme als teilespezifische Programme in der Steuerung hinterlegt. Durch die Möglichkeit, die Reinigung exakt auf die Anwendung und Taktzeitvorgaben abzustimmen, als Standalone-Anlage sowie in fertigungsintegrierten und verketteten Produktionsumgebungen zu betreiben, kann die Industrie-4.0-fähige quattroClean-Schneestrahltechnologie einen wichtigen Beitrag zur Automatisierung und Digitalisierung der Fertigung leisten. Das Reinigungssystem lässt sich durch standardisierte Schnittstellen einfach in übergeordnete Leitrechner einbinden und über diese steuern. Für eine lückenlose Dokumentation und Nachverfolgbarkeit werden sämtliche Prozessparameter automatisch erfasst und an den Leitrechner übergeben.

acp systems AG
www.acp-systems.com

parts2clean Halle 4, Stand B04

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