Feinstreinigung von Laser-Komponenten erfordert flexible Prozesse

Teilereinigung sichert Produktqualität, Wirtschaftlichkeit und damit Wettbewerbsfähigkeit. Das ist insbesondere bei Bauteilen der Fall, die von partikelförmigen und filmbildenden Produktionsrückständen absolut frei sein müssen. Ein Beispiel dafür sind Komponenten für Laserquellen. Um diese funktionsrelevanten Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen komplett sauber und trocken zu bekommen, hat man bei der Schweizer Bystronic Laser AG, Niederönz, in die Feinstreinigung investiert.

Bauteile und Verschmutzung sprechen für wässrige Reiniger

Seit kurzem werden diese Teile dort in der Anlage Universal 71 W gereinigt. Die Anlage der Dürr Ecoclean GmbH, Filderstadt, entfernt sämtliche Verunreinigungen, unter anderem Partikel, Emulsionen, Tenside und Fingerprints. So ist eine Partikelfreiheit ab 5 µm Größe gefordert – bei Chargenabmessungen von 900 mm × 800 mm × 500 mm. Insgesamt soll die Anlage das Vorgängermodell nicht nur eins zu eins ersetzen. Hinsichtlich des Aufgabenspektrums werden eine höhere Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an zukünftige Herausforderungen verlangt.

Die Teilereinigung findet mit wässrigen Medien statt. Ausschlaggebend dafür ist, dass einerseits die zu reinigenden Teile zu 80% aus Aluminium und zu 15% aus Edelstahl oder Buntmetall gefertigt werden. Andererseits werden sie bei der Bearbeitung mit Emulsionen benetzt. Gemäß dem Grundsatz „Gleiches mit Gleichem reinigen“ lassen sich auf Basis einer wässrigen Reinigung optimale Ergebnisse erzielen. Außerdem wurde dadurch die Möglichkeit geboten, bestimmte Prozesse des Vorgängermodells zu übernehmen. Daraus resultierte ein weiterer Vorteil: Bystronic Laser konnte die langjährige Zusammenarbeit mit dem Chemie-Lieferanten – der Borer Chemie AG, Zuchwil/Schweiz – fortsetzen.

Dennoch lassen sich die Anforderungen nicht mit einer Standardanlage erreichen. Zwar wäre eine Anlage „von der Stange“ kostengünstig, jedoch nicht leistungsfähig genug. Diesen Spagat löst man durch modulare Bauweise. So bringt die Reinigungsanlage Universal 71 W „von Haus aus“ schon die wichtigsten Voraussetzungen für unterschiedliche Prozesse mit: Je nach Ausstattung ist damit die Reinigung von öl- und emulsionsverschmutzten Massenteilen möglich – oder die Fein- und Feinstreinigung von Montageteilen. Unter dem Strich ergibt sich dadurch laut Bystronic das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Der Kunde sah seine Vorstellungen eins zu eins umgesetzt.

Breites Aufgabenspektrum mit acht Programmen abgedeckt

Außerdem war Dürr Ecoclean als Komplettanbieter für alle Prozesse verantwortlich. Das schloss die Prozessautomatisierung und die Filtration der wässrigen Medien ein. Die Aufgaben reichten bis zur Umsetzung besonderer Trocknungsanforderungen und einer einfachen Anlagenwartung. So ist man beim Austausch von Filtern oder Patronen für die Vollentsalzungsanlage nicht an bestimmte Hersteller-Fabrikate gebunden. Die Standard-Vakuumpumpe wird von einem unabhängigen Lieferanten gewartet.

Die Bauteile, die von Bystronic Laser gereinigt werden, bedürfen unterschiedlicher Reinigungsverfahren: Zum einen liegt das am Bauteilwerkstoff, zum anderen an der Art und dem Grad der Verschmutzung. Die Reinigungsanlage Universal 71 W stellt dafür acht einstellbare Programme zur Verfügung, die den hohen Reinigungsanforderungen entsprechen. Damit werden steuerungstechnisch verschiedene Reinigungs- und Trocknungsverfahren abgedeckt: wie die Spritz- und Ultraschallreinigung, das Flutwechsel- und Hochleistungs-Injektionsflutwaschen, die Vakuum- und Heißlufttrocknung.

Bei dieser Programmvielfalt besteht eine besondere Herausforderung an die Anlagenkomponenten. Der Grund dafür liegt in der Anwendung der verschiedenen Reinigungschemikalien. So werden die Komponenten sauren Reinigern, Neutralreinigern und VE-Wasser ausgesetzt. Beim Flutwaschen mit Ultraschallunterstützung arbeitet die Anlage mit unterschiedlichen Frequenzen: mit 25 und 40 kHz.

Mischfrequenz entfernt sämtliche Partikel von den Bauteiloberflächen

Diese Mischfrequenz sorgt für die Entfernung sämtlicher Partikel von den Bauteiloberflächen. Die einzelnen Frequenzen werden in Abhängigkeit von der Größe der zu entfernenden Partikel und den Reinheitsanforderungen eingestellt. Eine konventionelle Vakuumpumpe, die mit Öl betrieben wird, ist für eine abschließende Vakuumtrocknung der Teile ungeeignet.

Bei der Vakuumtrocknung werden die Bauteile mit einer Pumpenleistung von 600 m3/h sehr schnell getrocknet. Damit verbleiben keine Rückstände auf der Oberfläche und die Werkstücke werden nicht überhitzt. Die Anlage ist so ausgelegt, dass bei jedem Flutvorgang das komplette Medium gefiltert wird und alle Partikel in einem Filterbeutel gefangen und entsorgt werden.

Aufgrund des Aquaclean-Systems von Dürr Ecoclean kann das anfallende Abwasser direkt ins öffentliche Abwassersystem geleitet werden. Bei diesem Abwasser-Aufbereitungssystem werden die Schmutzmedien dem Waschwasser über ein Verdampfersystem entzogen und als Kondensat gesammelt. Der positive Nebeneffekt dieser Aufbereitung ist, dass dadurch Kosten eingespart werden.

Anlage nach knapp sechs Monaten geliefert

Zwischen der Auftragsvergabe und Lieferung der Anlage lagen knapp sechs Monate. Diese angesichts des differenzierten Pflichtenhefts kurze Implementierungsphase konnte man nur schaffen, weil im Vorfeld umfangreiche Versuche und Simulationen im Technikum von Dürr Ecoclean in Filderstadt stattfanden. Dort können sehr unterschiedliche Reinigungs- und Entgratversuche vorgenommen werden.

Sie sind die Basis, um Prozesse zu optimieren und die Entscheidung für eine spezifische Anlagentechnik abzusichern. So wurden im Technikum die für das Kundenprojekt erforderlichen Prozesse in einer Standardanlage simuliert und verbessert. Der gesamte Optimierungsprozess umfasste beispielsweise die Integration weiterer Reinigungsbäder und zusätzlicher Handhabungsschritte. Dabei fanden auch die Kundenwünsche Berücksichtigung, etwa der spezielle Chemielieferant.

Die 7,8 m lange, 2,3 m breite und 2,5 m hohe Reinigungsanlage wurde in einem Stück geliefert. So war bei Bystronic Laser nur noch die Feinjustierung erforderlich: die Einstellung der Abpump- und Nachbefüllzeiten, das Optimieren der integrierten VE-Wasser-Anlage sowie das Validieren der Programme. Danach war die Anlage betriebsbereit. In einer einwöchigen Schulung durch einen Kundentechniker vor Ort wurde das Personal in die Anlagentechnik und -bedienung eingewiesen. Heute läuft die Anlage im Zwei-Schicht-Betrieb. Rechnet man diesem die Vor- und Nachlaufzeiten hinzu, arbeitet sie fast rund um die Uhr.

Jean-Luc Haber ist bei der Dürr Ecoclean GmbH, Filderstadt, als Gebietsverkaufslei-ter für Frankreich und die Schweiz zuständig.