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Teilereinigung: Automatisiertes Fahren braucht saubere Komponenten

Teilereinigung
Automatisiertes Fahren braucht Sauberkeit in der Komponentenfertigung

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Ein wesentlicher Baustein fürs automatisierte Fahren sind Kamerasysteme. Deren zuverlässige Funktion hängt aber von der Sauberkeit der Komponenten ab. Die CO2-Schneestrahltechnik von acp bietet hier beim Reinigen eine Reihe von Vorteilen.

Doris Schulz
Fachautorin in Korntal

Spurhalte- oder Bremsassistent, blendfreies Fernlicht, Nachtsichtassistent oder Verkehrszeichenerkennung – das sind nur einige der zahlreichen Fahrerassistenzsysteme, die bereits heute in Fahrzeugen für mehr Sicherheit und Komfort sorgen. Dabei erkennen moderne und immer leistungsfähigere Sensoren sowie zunehmend intelligente Kamerasysteme die jeweilige Situation. Die ermittelten Daten werden von einem Steuergerät verarbeitet und in Sekundenbruchteilen in optische oder akustische Signale für den Fahrer beziehungsweise in aktive Reaktionen wie Brems- oder Lenkeingriffe umgesetzt. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen verbunden mit Technologien wie Cloud Computing und Bilderkennung optimieren die Assistenzsysteme für das teil- und vollautomatisierte Fahren weiter. Entscheidend dabei ist, dass die Systeme absolut sicher und zuverlässig arbeiten. Dies wiederum hängt maßgeblich von der Sauberkeit der einzelnen Komponenten ab. Eine nasschemische Reinigung scheidet bei diesen Bauteilen aus. Aber auch mit dem traditionellen Abblasen mittels Druckluft können anhaftende Partikel und filmische Kontaminationen nur unzureichend beziehungsweise gar nicht entfernt werden. Heutige Sauberkeitsanforderungen lassen sich damit nicht zuverlässig und reproduzierbar erfüllen.

Partikel im nm-Bereich sicher entfernen

Mit der skalierbaren quattroClean-Schneestrahltechnologie bietet die acp systems AG eine trockene Lösung, die sich unter anderem für die schonende und rückstandsfreie Reinigung von Bildsensoren, beispielsweise CCD- oder CMOS-Sensoren, sowie deren oft flexible Ansteuerungs- und Verarbeitungsplatinen bereits seit mehreren Jahren im Serieneinsatz bewährt hat. Zu entfernen sind Rückstände aus der Herstellung wie etwa Flussmittel oder Kleberreste, Partikel, Fasern, Staub und Abrieb. Lagen die Sauberkeitsspezifikationen dabei vor einiger Zeit noch bei „kein Partikel größer fünf Mikrometer“, so sind heute Vorgaben im zwei- bis dreistelligen Nanometer-Bereich zu erfüllen. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass weder der aktive Sensor noch die Kontaktierung und bestückte Leiterplatte durch die Reinigung beschädigt wird.

Durch die enorm gestiegenen Sauberkeitsanforderungen kommt das trockene Verfahren zunehmend auch für die Reinigung der Kamerasystemgehäuse zum Einsatz. Unabhängig davon, ob die Teile aus Metall oder im Kunststoffspritzguss gefertigt werden, sind sie im späteren Betrieb Vibrationen und Temperaturschwankungen ausgesetzt. Dies kann dazu führen, dass nicht entfernte Partikel sowie ausdiffundierende Reste von Bearbeitungsmedien (bei Metallen) beziehungsweise von Trennmitteln (bei Kunststoffen) die Funktion des Sensors beeinträchtigen.

Klimaneutral reinigen, schonend trocknen

Die bereits in über 1500 realisierten Reinigungssystemen eingesetzte Technologie nutzt flüssiges, unbegrenzt haltbares, nicht korrosives und nicht-brennbares Kohlendioxid als Reinigungsmedium. Es entsteht als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse. Das CO2 ist daher klimaneutral.

Wesentliche Komponente des Reinigungssystems ist eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse. Durch diese werden die entsprechend für die hohen Anforderungen an die Produktsauberkeit aufbereiteten Medien geleitet. Das Kohlendioxid entspannt beim Austritt aus der Düse zu feinem CO2-Schnee, der von einem separaten, ringförmigen Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird.

Trifft der minus 78,5 °C kalte und gut fokussierbare Schnee-Druckluftstrahl auf die Oberfläche, kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Sublimations- und Lösemitteleffekt. Das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen entfernt teilchenförmige und filmische Verunreinigungen, wie Partikel, Abrieb, Staub, Fluss- und Trennmittel sowie Bearbeitungsmedien prozesssicher und reproduzierbar. Die Reinigung erfolgt materialschonend, so dass auch empfindliche, filigrane und fein strukturierte Oberflächen behandelt werden können.

Die Prozessentwicklung und -validierung erfolgen kundenspezifisch durch Versuche im Technikum des Anlagenbauers. Dies beinhaltet die Auslegung der Prozessparameter wie Volumenströme für Druckluft und Kohlendioxid, Art und Anzahl der strahlenden Düsen, Strahlbereich und -zeit sowie Bewegungsablauf während der Reinigung.

Automatisiert, integriert, reinraumgerecht

Um sowohl die hohen Sauberkeitsanforderungen als auch die bei der Fertigung der Systeme üblichen, kurzen Taktzeitvorgaben zu erfüllen, konzipiert acp auf die Applikation und die Produktionsbedingungen des Herstellers zugeschnittene, vollautomatisierte Reinigungssysteme aus standardisierten Modulen. Sie können je nach Situation und Kundenvorgaben Schritte wie das Vereinzeln, Ausrichten und Reinigen der Bauteile sowie eine Prüfung der elektronischen Funktion beinhalten. Für das Werkstückhandling in der Reinigungsstation sowie von vor- und zu nachgelagerten Prozessen wie der Montage kommen üblicherweise Roboter zum Einsatz – andere Handhabungslösungen sind auf Wunsch umsetzbar.

Die kompakten Reinigungssysteme lassen sich problemlos in Fertigungslinien beziehungsweise in eine verkettete und digitalisierte Produktion integrieren. Dabei können auch Modulsysteme für die parallele Reinigung von Sensoren und Gehäuseteilen realisiert werden.

Bei Anlagen, die als reine Umgebung oder in Reinräumen betrieben werden, erfolgt die Integration einer entsprechenden Aufbereitung für das flüssige Kohlendioxid und die Druckluft. Die Luftzufuhr, Absaugung und Ausstattung, beispielsweise Komponenten für die Automatisierung und deren Platzierung, werden jeweils auf die entsprechende Reinraumklasse abgestimmt. Ein weiterer Aspekt sind ideale Strömungsverhältnisse, die den schnellen und zuverlässigen Abtransport entfernter Verunreinigungen sicherstellen.

Durch die prozesssichere Reinigung – auch bei sehr strengen Sauberkeitsspezifikationen –, die einfache Automatisier- und Integrierbarkeit sowie ihre hohe Flexibilität kann die quattroClean-Schneestrahlreinigung einen wichtigen Beitrag dazu leisten, Fahrerassistenzsysteme zuverlässiger und sicherer zu machen.

Kontakt:

acp systems AG
Berblingerstraße 8
71254 Ditzingen
Tel.: +49 7156 480140
www.acp-systems.com

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