Porentief rein mit Kohlendioxid

Kleinste Verunreinigungen an Serverkomponenten, Festplatten oder Uhrwerken führen zu Fehlfunktionen und Kurzschlüssen, an optischen Komponenten wie Linsen zu Streulichtverlusten, in Gewindebohrungen zum Versagen der Mechanik. Die fortschreitende Minituarisierung sowie immer komplexere Bauteile stellen Hersteller von Reinigungstechnologien und -werkzeugen vor große Herausforderungen. Um feinste Schmutzpartikel zu entfernen, hat sich das Reinigen mit Kohlendioxid (CO2) als effektiv erwiesen.

Am Stand der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik FAR präsentiert das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA ein Werkzeug, mit dem sich Bearbeitungsrückstände aus schwer zu reinigenden Bauteilinnenbereichen wie Sack- oder Bohrlöchern vollständig entfernen lassen. Entwickelt wurde es im Verbundprojekt »DeepClean«. Mit dem Werkzeug ist es den Forschern vom IPA gelungen, mehrere CO2-Reinigungsvarianten in einem Reinigungsschritt zu vereinen: Die Entfettung mit überkritischem CO2 und das Lösen von Partikeln mit CO2-Schneekristallen. »Bei einem Druck ab 74 bar und einer Temperatur von 31 Grad Celsius wechselt das Kohlendioxid in einen neuen Aggregatzustand. Es wird überkritisch. In diesem Zustand nimmt es Fremdstoffe wie Öle und Fette auf«, erläutert Dr. Markus Rochowicz, Ingenieur am IPA. Durch das Aufsetzen des Werkzeugs auf das Bohrloch wird der Innenbereich des Bauteils hermetisch abgeschlossen und anschließend mit überkritischem CO2 gespült und entölt. In der zweiten Stufe wird beim Öffnen des Reinigungswerkzeugs CO2-Schnee erzeugt, der nun Partikeln aus dem Bauteil beseitigt. Die in der Düse des Reinigungswerkzeuges entstehenden CO2-Schnee-Kristalle haben einen so hohen Impuls, das sich selbst kleinste Partikeln effizient entfernen lassen, ohne die gereinigten Oberflächen zu schädigen. Da das CO2 unmittelbar nach der Reinigung wieder von der festen in die gasförmige Phase übergeht, die Schneekristalle also verdampfen, ist das zu säubernde Bauteil vollständig trocken – ein Vorteil bei feuchtigkeitsempfindlichen Materialien.

Tests im Reinigungslabor möglich

Durch die kompakten Maße der Reinigungsdüsen eignet sich das Werkzeug zum manuellen Säubern von Bauteilen, es kann aber auch auf engstem Raum in vollautomatisierte Montagevorgänge integriert werden – etwa im Automobilbereich, um Rückstände an der Hydraulik, dem ABS-System oder dem Verteilerblock im laufenden Produktionsprozess zu lösen. Andere Branchen profitieren ebenfalls von dem innovativen Werkzeug: In der Medizintechnik etwa kann es zum Reinigen von Endoskopen, Kanülen oder Zahnimplantatsockeln zum Einsatz kommen. »Auch Hersteller aus der Halbleiter- und der Pharmabranche sowie der optischen und der Luft- und Raumfahrtindustrie dürften sich für das Exponat interessieren«, erwartet Rochowicz. Nach der Messe steht das System in den hochspezialisierten CO2-Reinigungs- und Analytiklaboren des IPA Unternehmen für industrielle Reinigungsversuche zur Verfügung. Die Laborinfrastruktur wurde unter anderem bereits von der europäischen Weltraum-Organisation ESA genutzt, um die absolute Sauberkeit von Komponenten für zukünftige Mars-Missionen sicherstellen zu können.

10 Jahre Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik

Das Reinigen mit Kohlendioxid ist nur ein Gebiet, auf dem die Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik (www.allianz-reinigungstechnik.de) ihre Forschungsaktivitäten in den vergangenen Jahren stark ausgebaut hat. Auch den Themen Atmosphärendruck-Plasma, Laserverfahren, Sauberkeitsprüfung und Reinheits-Bewertung sowie Oberflächenanalytik und Schadensanalyse – um nur einige zu nennen – haben sich die Mitglieder der FAR (siehe unten) in den vergangenen zehn Jahren intensiv angenommen.
»Die Kompetenzen der einzelnen Institute decken die gesamte Prozesskette der Reinigungstechnik sowie die vor- und nachgelagerten Prozessschritte ab«, sagt Martin Bilz, Sprecher der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik und Diplom-Ingenieur am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin. Auf der diesjährigen parts2clean zeigt die FAR in Halle 1, Stand F610/G707 unterschiedlichste Methoden und Werkzeuge für ein breites Spektrum an Reinigungsaufgaben in den verschiedensten Industriebranchen. Das Jubiläum feiert die Allianz Reinigungstechnik auf ihrer traditionellen Standparty am Mittwoch den 24. Oktober ab 17.30 Uhr.

2007 führte die FAR erstmals ihre »Markt- und Trendanalyse in der industriellen Teilereinigung« durch und wird diese zum 10jährigen Jubiläum erneuern. »Wir werden die Studie voraussichtlich im Frühjahr 2013 veröffentlichen«, so Bilz. Aufbauend auf der ersten Studie hat die FAR 2009 erstmals das »Grundlagenseminar Reinigungstechnik – Reinigung in der Produktion« angeboten, das seitdem jährlich stattfindet und im Jubiläumsjahr in das Weiterbildungsprogramm der Fraunhofer-Academy aufgenommen wurde.

Mitglieder der FAR

• Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

• Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

• Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

• Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST

• Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM