Partikelgrenzwert 400 Mikrometer mit trockener Endreinigung stabil erreicht

Für die Innenreinigung einer Öldruckleitung, in die eine mit einem Metallgeflecht ummantelte Komponente aus Elastomer integriert ist, suchte der Hersteller eine adäquate Lösung. Ausschlaggebend bei der Entscheidung für die trockene QuattroClean-Schneestrahltechnologie war die prozesssichere Einhaltung der Sauberkeitsvorgabe von „kein Partikel größer 400 Mikrometer“ sowie dass bei der trockenen Reinigung kein Abwasser anfällt.

Es war 1885, als der Pforzheimer Schmuckfabrikant Heinrich Witzenmann gemeinsam mit dem französischen Ingenieur Eugène Levavassèur den ersten Metallschlauch erfand. Vorbild für dieses ebenso robuste wie flexible Produkt war die Gänsgurgelkette. Witzenmann entwickelte anschließend alle nennenswerten Profile für die Schlauchherstellung, die bis heute technische Gültigkeit haben. Es folgten weitere Entwicklungen wie der mechanisch gewellte Metallschlauch, Bälge und Kompensatoren. Das Familienunternehmen ist heute der weltweit führende Hersteller dieser flexiblen metallischen Elemente für das sichere Leiten von Medien und Energie für Mobilität und Industrie. Sie dienen der Bewegungsaufnahme und Entkopplung von Schwingungen und finden im Fahrzeugbau ebenso Einsatz wie in der Industrie, der technischen Gebäudeausrüstung sowie der Luft- und Raumfahrt. Als Entwicklungspartner seiner Kunden arbeitet Witzenmann an innovativen Lösungen für die verschiedensten Anwendungen und Märkte. Hierzu zählen Produkte im Bereich der New Mobility sowie für Wasserstoffanwendungen in der Industrie und dem Energiesektor oder der hochreinen Bauteile für die Mikroelektronik- und Halbleiterfertigung.

Hohe Sauberkeitsgrenzwerte erfordern neue Reinigungslösung

In Öl-, Benzin- oder Kühlkreisläufen sind die Vorteile von flexiblen metallischen Leitungen absolute Gas- und Diffusionsdichtheit, Langlebigkeit und Temperaturbeständigkeit. Ein wesentliches Kriterium, besonders wenn diese nah am Krümmer, Turbolader oder der Abgasanlage verbaut werden. „Darüber hinaus müssen die Produkte meist eine sehr hohe partikuläre Sauberkeit aufweisen“, ergänzt Andrea Krause, Expertin für technische Sauberkeit bei Witzenmann. So auch eine Öldruckleitung, bei der die Vorgabe des Fahrzeugherstellers „kein Partikel größer 400 µm“ lautete. Eigentlich keine Herausforderung für das Unternehmen, wenn in diese Leitung nicht eine rund 100 mm lange Komponente aus Elastomer mit einem Innendurchmesser von 8 mm integriert wäre, die zur Druckstabilisierung mit einem Metallgewebe umflochten ist. Bei dessen Montage entstehen Partikel, die in das Bauteil gelangen können. „Die Leitung muss deshalb endgereinigt werden“, berichtet die Sauberkeitsexpertin. „Diese 400 µm prozesssicher zu erreichen, stellt eine gewisse Herausforderung dar, zumal die Teile innen zu reinigen sind. Für diese Anwendung waren keine passenden Anlagen an den Fertigungsstandorten vorhanden, so dass wir in neue Reinigungslösungen investieren mussten.“

Trockene Schneestrahlreinigung setzt sich gegen Nassreinigung durch

Als Lösungsalternativen kamen Nassreinigungsanlagen mit verschiedenen, in engen Kapillaren wirkenden Verfahrenstechniken sowie die trockene QuattroClean-Schneestrahltechnologie der ACP Systems AG in Betracht. Ausschlaggebend bei der Entscheidung für die trockene Reinigungslösung war, dass damit mehrere Probleme gelöst werden konnten. „Einerseits erspart es uns, die Teile komplett nasszumachen, zu durchspülen und wieder zu trocknen. Andererseits entsteht bei diesem Reinigungsprozess kein Abwasser, das wir an einem der beiden Fertigungsstandorte aus umwelttechnischen Gründen nicht hätten entsorgen können“, konkretisiert Andrea Krause.

Die Schneestrahltechnologie nutzt flüssiges, recyceltes Kohlendioxid als Reinigungsmedium, das durch eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet wird. 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. Beim Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche entwickelt der Schnee-Druckluftstrahl eine Kombination aus thermischem, mechanischem, Lösemittel- und Sublimationseffekt. Durch das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen werden partikuläre Verunreinigungen bis in den Submikrometerbereich und filmische Kontaminationen prozesssicher und reproduzierbar entfernt. Da das kristalline Kohlendioxid während des Prozesses vollständig sublimiert, sind die gereinigten Flächen rückstandfrei trocken.

Abgestimmtes Anlagenkonzept gewährleistet hohe Prozesssicherheit

Der Entscheidung vorausgegangen waren sehr umfangreiche Reinigungsversuche im Technikum des Anlagenherstellers. Es wurde damit einerseits nachgewiesen, dass die geforderte Sauberkeit prozessstabil erreicht wird. Andererseits arbeitete APC basierend auf den Ergebnissen das Anlagenkonzept für die Innenreinigung der Bauteile aus. „Die Zusammenarbeit mit ACP war ausgesprochen angenehm und gestaltete sich nicht zuletzt durch die räumliche Nähe sehr einfach“, erinnert sich Andrea Krause.
Die Reinigungsanlage besteht aus einer Standardzelle, in die eine linear verfahrbare Kapillare mit angepasster Düsentechnik integriert ist. Für die Reinigung wird das untere offene Ende des Bauteils in der Prozesskammer fixiert, dann fährt die Kapillare mit genau festgelegter Geschwindigkeit in das Rohr ein, wobei mit Kohlendioxid und Druckluft gestrahlt wird. Dabei werden die Geschwindigkeit und der Druck beider Medien sensorisch überwacht. Dadurch lässt sich nachweisen, dass jedes Bauteil mit den definierten Parametern gereinigt wird. Auf dem „Rückweg“ strahlt die Düse mit angewärmter Druckluft, um einer Kondensation auf der Außenseite entgegenzuwirken. Abgelöste Partikel entfernt eine über dem oberen Ende des Bauteils plazierte Absaugung, so dass Rekontaminationen zuverlässig vermieden werden. „Beim Monitoring der gereinigten Teile haben wir festgestellt, dass bei 90 Prozent sogar eine Partikelgröße von 300 µm erreicht wird. Ich denke, das Verfahren hat auch Potential bei der Reinigung von Bauteilen für die New Mobility. Vor allem, wenn neben metallischen auch sonstige Partikel zuverlässig entfernt werden“, merkt die Sauberkeitsexpertin abschließend an.

Autorin
Doris Schulz, Korntal

Web:
www.acp-systems.com