Pulsierender Spritzstrahl erhöht die Bauteilsauberkeit

Auf die steigenden Anforderungen der Automobilindustrie an die Bauteilsauberkeit antwortet der Anlagenhersteller BVL Oberflächentechnik, Emsbüren, mit der Impulstechnik System Specht. Herzstück ist eine Edelstahldüse zum Spritzreinigen, in der eine Turbine den Spritzstrahl mit einer Frequenz im zweistelligen Hertzbereich unterbricht.

Das schlägt sich in einer Verbesserung der mechanischen Reinigungswirkung nieder. Das Ergebnis ist laut BVL Oberflächentechnik eine erhöhte Bauteilsauberkeit bei reduziertem Energieverbrauch und verkürzter Reinigungsdauer.

Hochfrequenz-Impulsverfahren stammt aus der Leiterplattenindustrie

Die Entwicklung basiert auf dem Verfahren HF-Impulse-Etch des Prozessspezialisten LP Chemie, Schechingen bei Schwäbisch Gmünd. Dieses Hochfrequenz-Impulsverfahren verbessert das Ätzen von Leiterplatten. Der Grund dafür wird in der pulsierenden Stoßkraft des Spritzstrahls gesehen. Dieses pulsartige Strahlen der Ätzflüssigkeit ermöglicht, den Isolierabstand zwischen den elektrischen Leitungsbahnen aus Kupfer weiter zu verkürzen.

Bei Standardprodukten reicht er hinab bis zu 0,1 mm. Jedoch werden bereits Bahnbreiten und Isolierabstände von höchstens 0,025 mm gefordert. Schon 0,05 mm Breite und Abstand bereiten laut LP Chemie heute beim konventionellen Ätzen Schwierigkeiten.

Reduzierung des Wasserverbrauchs schon bei Funktionstests offensichtlich

So arbeitet sich die Ätzflüssigkeit nicht idealerweise nur senkrecht in die Tiefe, sondern greift auch die Flanken an. Das passiert nachhaltig unterhalb des Resists, der die Leitungsbahnen beim Ätzen abdeckt und somit gegen die Ätzflüssigkeit schützt. Diese Unterwanderung kann zum Ablösen des Resists führen. Außerdem haben sich sogenannte Pfützen für ein gleichmäßiges, reproduzierbares Ätzen als problematisch herausgestellt, weil sie Widerstände für den Spritzstrahl darstellen.

Diese Widerstände müssen zum Erzeugen der Isolierabstände überwunden werden. Beim pulsartigen Strahlen sind die Schwächen beseitigt: Aufgrund der Puls- und Unterbrechungsdauer, die jeweils im Millisekundenbereich liegen, gelangt weniger Ätzflüssigkeit auf die Leiterplatten. Während der Unterbrechung fließt die verbrauchte Flüssigkeit schneller ab.

Spritz-Waschanlagen: erste erfolgreiche Funktionstests bei ZF Lenksysteme

Des Weiteren wurden beim nachfolgenden Spülen bessere Ergebnisse erzielt. So bot es sich an, die Impulstechnik auf die Teilereinigung zu übertragen: in Spritz-Waschanlagen, die mit kontinuierlichem Spritzstrahl arbeiten. Erste Funktionstests fanden im Werk Schwäbisch Gmünd des Automobilzulieferers ZF Lenksysteme statt. Dort wurden in Anlagen zur Spritzreinigung konventionelle Edelstahldüsen gegen Düsen mit Unterbrechungsturbine, die der Flüssigkeitsstrom antreibt, ausgetauscht.

Das Reinigungsgut bestand zum einen aus Zahnstangen, zum anderen aus Getriebegehäusen. Die Tests zeigten, dass die Strahlpulsung vom Prinzip her funktioniert. Es wurde eine erhöhte Bauteilsauberkeit erreicht. Schon zu diesem Zeitpunkt zeichnete es sich laut LP Chemie ab, dass mit einer Reduktion des Spülwasserverbrauchs um ein Viertel zu rechnen sei. Der Spritzdruck wurde wie bei der Reinigung mit konventionellen Edelstahldüsen auf rund 3,5 bar gehalten.

Größter Unterschied im Ergebnis bei großen Schmutzpartikeln

Weitere Einspareffekte ergeben sich aus einer Optimierung. Hinsichtlich der Restschmutzmenge, der wie bei der Restpartikelzählung die unternehmensspezifische Norm ZFN 5008-C zugrunde lag, wurden die besten Ergebnisse bei einer Impulsfrequenz von etwa 50 Hz erreicht. Bei der Zählung von Restpartikeln größer als 315 µm erhielt man dagegen die kleinste Anzahl bei 30 Hz.

Das war sowohl bei der Zahnstangen- und Gehäusereinigung der Fall als auch bei einer späteren Schneckenreinigung, deren Ergebnisse BVL Oberflächentechnik einschließlich der Edelstahldüsen mit Unterbrecherturbine im vergangenen Jahr erstmals auf der Fachmesse Parts2clean in Stuttgart präsentierte. Bei diesem Test zur Ermittelung der größten Waschstrahlaktivität blieben die üblichen Prozessparameter – wie bei den Vorversuchen – unverändert.

Die größten Unterschiede beim Ergebnis im Vergleich zu den konventionellen Düsen wurden bei großen Partikeln erzielt. Gerade sie sind in der Automobilindustrie oft ein Ausschlusskriterium für ein technisch sauberes Bauteil. In diesem Partikelgrößenbereich setzt sich laut Anlagenhersteller die Edelstahldüse mit Unterbrecherturbine von konventionellen Düsen deutlich ab. Von BVL Oberflächentechnik wurde die Edelstahldüse für einen Spritzdruck von 4 bar bei 14 l/min Strömungsgeschwindigkeit ausgelegt. Aufgrund des 1/4 -Zoll-Gewindes können damit alle Spritz-Waschanlagen des Herstellers ausgestattet werden.