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Geprüfte Sauberkeit

Teilereinigung: Anforderungen an Kontrolle steigen
Geprüfte Sauberkeit

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Die Reinheitskontrolle von Materialoberflächen wird immer wichtiger. Von der Sauberkeit funktionsrelevanter Teile während des Fertigungsprozesses hängt deren Qualität und Zuverlässigkeit ab. Für die Wahl des richtigen Prüfverfahrens sind verschiedene Kriterien zu berücksichtigen.

Die Sauberkeit von Oberflächen lässt sich mit einer Vielzahl von Testmethoden und Analyseverfahren bewerten. Maßgebend bei der Auswahl sind die Anforderungen des nachfolgenden Fertigungsprozesses. Aber auch die Verfügbarkeit der Analysemethoden, die damit verbundenen Kosten oder die Bearbeitungszeit sind zu berücksichtigen.

Abhängig davon, mit welcher Methode und wie die Sauberkeit kontrolliert wird, variiert das Ergebnis. Die Automobilindustrie hat deshalb Standards eingeführt. So legen der VDA Band 19 und die ISO 16232 Verfahren fest, wie die Restverschmutzung funktionswichtiger Bauteile – etwa durch Öle, Emulsionen, Partikel, Flecken oder Fingerabdrücke – zu prüfen ist.
Bedingt durch die Teilegeometrie, können Partikel bei den meisten relevanten Komponenten nicht direkt auf der Produktoberfläche nachgewiesen werden. Das erfordert einen Reinigungsschritt, durch den die Partikel vom Bauteil gezielt abgespritzt, abgespült, abgeschüttelt oder mit Ultraschall abgetragen werden. Die verschiedenen Verfahren, das Ergebnis auszuwerten, haben unterschiedliche Aussagekraft. Bei der gravimetrischen Methode beispielsweise wird ein Analysefilter im unbenutzten Zustand und nach der Filtrierung der Probeflüssigkeit gewogen. Das Differenzgewicht gibt Auskunft über die Gesamtmasse der vom Bauteil abgelösten Partikel. Damit sind zwar Aussagen über das Sauberkeitsniveau möglich, nicht jedoch über das Schädigungspotenzial einzelner Partikel.
Die Mikroskopie gibt auch Aufschluss über Partikelgrößen und -verteilungen. Zumindest lässt sich damit das größte Partikel ermitteln. Der Anwender kann so feststellen, ob bestimmte Spezifikationen – etwa dass kein Partikel größer als 15 µm sein darf – eingehalten wurden. Die automatisierte Mikroskopie mit Bildverarbeitung lässt zudem Rückschlüsse auf das Schädigungspotenzial einzelner Partikel zu. Noch weiter geht die Rasterelektronenmikroskopie. Sie liefert nicht nur Informationen über die Größe und die Verteilung der Partikel, sondern auch über die enthaltenen chemischen Elemente. Das ermöglicht Aussagen über die Herkunft der Partikel und das von ihnen ausgehende Schädigungsrisiko.
Über Lösungen und Systeme unterschiedlicher Größen und Ausführungen zum Prüfen der Bauteilsauberkeit können sich die Besucher der Parts2Clean informieren. Die Fachmesse für Teilereinigung und Teiletrocknung findet vom 7. bis 9. November in Friedrichshafen statt. Ein Beispiel ist das Laborverfahren Cleanliness Cabinets der Pall GmbH aus Dreieich. Mit ihm lassen selbst wenige und kleinste Partikel nachweisen. Die Werkstücke werden allerdings nur stichprobenartig geprüft, eine 100-%-Kontrolle ist praktisch nicht möglich. Deutlich höhere Stichprobenzahlen erlauben Flüssigkeitspartikelzähler wie das Surfex-System der Heimsheimer PMT AG, das mit einem Extinktionspartikelzähler arbeitet. Dieses automatisierte System reinigt die Partikel in einem Ultraschallbad vom Bauteil ab. Entsprechend der Programmeinstellung entnimmt der Partikelzähler Flüssigkeitsproben und wertet diese aus. Um mit einem solchen Gerät brauchbare Messdaten zu erzielen, dürfen die Bauteile jedoch keine filmischen Verschmutzungen aufweisen.
Immer gefragter sind Messsysteme und Sensoren mit einem relativ einfachen und robusten Detektionsprinzip, die – prozessnah oder in die Fertigungslinie integriert – eine möglichst flächendeckende Kontrolle der Bauteile erlauben. Dazu zählen beispielsweise die Inspektionssysteme CombiSens, SurfSens und PartSens der Esslinger ACP – Advanced Clean Production GmbH. Das modulare CombiSens-System wurde zum kombinierten Messen von partikulären Verunreinigungen wie Spänen oder Staub sowie von filmartigen Schichten – beispielsweise Öle, Fette, Kühlschmierstoffe oder Korrosionsschutz – auf Oberflächen entwickelt. Mit dem Messgerät kann der Nutzer die Sauberkeit schnell, zerstörungsfrei und zuverlässig direkt in der Produktion prüfen. Bei Bedarf lässt es sich als Sensormodul in Fertigungslinien integrieren. Die Partikelinspektion erfolgt durch Streiflichttechnologie und liefert auf Knopfdruck genaue und reproduzierbare Messergebnisse. Die Partikelgröße und -verteilung werden dabei ebenso dargestellt wie der genaue Umriss und die Position der Verschmutzung. Zur Schichterkennung arbeitet das Inspektionssystem auf der Basis der relativen Änderung der Leuchtdichte, die sich durch dünne Schichten auf der Oberfläche ergibt.
Quantitativ lassen sich Stoffkonzentrationen organischer Verunreinigungen mit dem inlinefähigen Messsystem Kontavisor der Monschauer Dansotec GmbH erfassen. Das System ermöglicht es, Sauberkeitsanalysen berührungslos und zerstörungsfrei mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Es funktioniert auf der Basis der laserinduzierten, zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopie. Durch den 3000 mal pro Sekunde stattfindenden Auswertevorgang lassen sich selbst minimale Rückstände anhand der spezifischen Abklingfunktion der Fluoreszenz zuverlässig und schnell nachweisen. Der aus der Summe der ausgewerteten Daten ermittelte Kontaminationswert wird direkt angezeigt und automatisch protokolliert. Zur Qualitätssicherung überwacht das System einen vorgegebenen Kontaminationswert kontinuierlich. Jede Abweichung von der zulässigen Toleranz zeigt es sofort an.
Doris Schulz Freie Journalistin in Korntal
In Fertigung integrierte Systeme immer gefragter
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