Späne und Fett nur mit Wasser und Luft entfernen

Heinz Hummel ist Produktmanager Reinigungsmaschinen bei der Breyer GmbH Maschinenfabrik, Singen

Kleiner werdende Werkstück-Dimensionen und geringere Teilegewichte führen verstärkt zur Integration weiterer Funktionen in einer Baugruppe und damit zu komplizierteren Bauteilen. Die Konstrukteure müssen außerdem berücksichtigen, dass die mechanische Bearbeitung der Werkstücke in einer Aufspannung möglichst komplett erfolgen kann – im Sinne einer effizienten Fertigung bei verringerten Durchlaufzeiten. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Teilereinigung.

Für das Entfetten und Säubern weniger anspruchsvoller Werkstücke kommen in der Regel Durchlaufanlagen zum Einsatz, in denen die Teile allseitig mit unterschiedlichen Medien durchflutet und umspült werden. Der Wirkungsgrad hängt hier sehr stark von der Beschaffenheit der Werkstücke ab. Zuverlässige und konstante Reinigungsergebnisse erfordern zudem den Einsatz chemischer Zusätze, außerdem kommt der Anwender um eine manuelle Nachreinigung nicht immer herum. Die Investitionen für Durchlauf-Reinigungsanlagen sind dabei vergleichsweise hoch. Außerdem müssen für die Installation und den Platzbedarf weitere Beträge einkalkuliert werden. Hinzu kommen noch die Betriebskosten selbst, die sich aus Aufwendungen für elektrische Energie, Wasser, Reinigungsmittel, Filtermedien sowie der Entsorgung von Verbrauchsmaterialien zusammensetzen.

Wird jetzt noch berücksichtigt, dass alle diese Investitionen und Betriebskosten für eine zwar nicht wertschöpfende, aber absolut notwendige Verrichtung zu tätigen sind, erhält der Kostenfaktor Teilereinigung eine ganz andere Dimension. Lässt darüber hinaus das Reinigungsergebnis zumindest bei komplexeren Werkstücken zu wünschen übrig, wird bald verständlich, warum metallverarbeitende Serienhersteller sehr stark an effizienteren und wirtschaftlicheren Alternativen interessiert sind. Aus diesem Grund hat sich die Singener Breyer GmbH Maschinenfabrik dieser Problematik verstärkt angenommen und in Zusammenarbeit mit einem Spezialisten ein ganz neues Reinigungsverfahren entwickelt.

Die in einem Pflichtenheft formulierten Anforderungen waren: Schnelles, sicheres Reinigen besonders von komplizierten Werkstücken, die weitgehend trocken die Reinigungsmaschine verlassen und keiner Nachreinigung mehr bedürfen. Dies mit fest kalkulierbaren Kosten, in Bezug auf die Investitionen und die Verbrauchskosten, und ohne eine ständige Nachkontrolle vornehmen zu müssen. Weitere Forderungen waren die Eignung des Verfahrens und der Maschine für Werkstücke diverser Größen, für kleine bis große Serien, die schnelle Umrüstung auf weitere Teile-Varianten, die Möglichkeit für den dezentralen Einsatz oder die Integration in bestehende Fertigungssysteme sowie ein bedarfsgerecht zu bestimmender Automatisierungsgrad.

Das Ergebnis der Entwicklung ist die Breyer-Reinigungsmaschine auf Basis des nach dem Erfinder benannten System Funk. Das Resultat beim Reinigen komplizierter Werkstücke fußt dabei ganz wesentlich auf dem Funktionsprinzip von sich stoßweise entladenden Druckluft-Behältern. Dabei wird die komprimierte Luft über speziell angeordnete Düsen beispielsweise auf Bohrungen oder Vertiefungen gerichtet, das bewirkt eine zuverlässige Auflösung von Spänenestern. In der Praxis werden Bohrungen oder verwinkelte Ecken regelrecht freigeschossen und die Späne nach aussen getragen. Die auf alle kritischen Stellen ausgerichteten Düsen – sie verfügen jeweils über einen kleinen Druckluftbehälter – entladen sozusagen schlagartig eine größere Menge der komprimierten Luft und entfernen gezielt selbst festsitzende Späne schnell und sicher.

Auf den Werkstücken haftende Öle, Emulsionen und lose Späne werden zuvor in einer Vorreinigungsstufe mit unter hohem Druck stehendem Heißwasser in 10 bis 20 s entfernt. Danach folgen, je nach Beschaffenheit der Werkstücke und dem Verschmutzungsgrad, einer oder mehrere der beschriebenen Aus-/Freiblaszyklen. Den Abschluss bildet ein weiterer Waschgang zum Entfernen der gelösten Späne und zu guter Letzt folgen noch weitere Abblas- und Trockenzyklen.

Je nach Anforderungen ist es möglich, den Reinigungsablauf und die Zeiten der einzelnen Reinigungsfunktionen zu variieren. Für ein optimiertes Reinigungsergebnis wird der Ablauf zuerst empirisch ermittelt und dann über eine SPS programmiert. Nach Aussagen des Herstellers Breyer und verschiedener Kunden – dabei handelt es sich um Hersteller von Serienprodukten wie Getriebe und Maschinenelemente – beträgt der Reinigungsgrad 100%, bei nachweislichen Reinigungserfolgen von 98% und mehr.

Um diese Ergebnisse zu erreichen, muss die Anordnung der Düsen jeweils auf ein Werkstück abgestimmt sein . Dementsprechend benötigt auch jedes Teil einen entsprechend aufgebauten Einsatz. Je nach Baugröße und verfügbarem Platz in der Anlage ist es möglich, die spezifischen Einsätze auch für die Aufnahme mehrerer Werkstücke zu konzipieren. Diese wiederum können durchaus unterschiedlich gestaltet sein, so dass sich zum Beispiel auch Teile-Familien in einem Durchgang reinigen lassen. Die Maschinen sind in der Standardausführung für die Aufnahme von werkstückspezifischen Einsätzen mit allen erforderlichen Anschlüssen versehen. Damit geht der Austausch einfach und schnell vonstatten und läßt sich von angelerntem Personal durchführen. Im Gegensatz zu den universellen Durchlauf-Reinigungsanlagen sind hier also Wechseleinsätze erforderlich, jedoch bieten der bessere Wirkungsgrad und die geringeren Betriebskosten mehr Wirtschaftlichkeit.

Für die Aufbereitung des Waschwassers sind die Anlagen ausgerüstet. In aller Regel sind selbst für sehr schwierige Reinigungen keine chemischen Zusätze notwendig. Bei Bedarf können etwa Konservierungsmittel für Stahlteile zugegeben werden. Die Behälter sind über Filter mit unterschiedlichen Maschenweiten voneinander getrennt. Im ersten Behälter befindet sich zusätzlich ein Auffangkorb für die ausgespülten Späne. Die folgende Feinstfiltrierung gewährleistet eine hohe Standzeit des Waschwassers und einen geringen Verbrauch, dies allerdings in Abhängigkeit vom Teile-Verschmutzungsgrad. Für die Entölung sind optional Skimmer- und Aufbereitungssysteme erhältlich, wobei das im Kreislauf befindliche Wasser über einen Bypass zur Aufbereitung geleitet und wieder dem System zugeführt wird. Die Reinigungsmaschinen können sowohl manuell als auch halb- oder vollautomatisch mit Werkstücken beschickt und entladen werden. Je nach Aufgabenstellung sind für die Integration mechanische Anpassungen vorzunehmen. Eine Bibliothek für werkstückspezifische Austauschmodule ermöglicht eine hohe Verfügbarkeit etwa in der Serienfertigung im Mehrschichtbetrieb.