Welt der Fertigung
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Umweltgerecht reinigen mit Lösemitteln

Spanend bearbeitete Teile von Schmutz befreien

Neben der mechanischen Bearbeitung ist die Sauberkeit spanend gefertigter Teile ein Qualitätskriterium. Insbesondere bei hohen Produktionszahlen stellt die Entfernung von Spänen, Ölen und Kühlschmierstoffen jedoch oft eine Herausforderung dar. Dabei ermöglicht ein bedarfsgerecht abgestimmtes Konzept mit Lösemitteln die schnelle, wirtschaftliche und umweltgerechte Reinigung.

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Die Teilereinigung erfolgt in der Massenfertigung von spanend hergestellten Werkstücken meist in Batchprozess und häufig mit Lösemitteln. Dabei erweist sich dieser Fertigungsschritt oft als der Flaschenhals der Produktion. Bleiben Späne und Reste von Bearbeitungsmedien auf den Teilen zurück, erweckt dies den Eindruck, einer mangelhaften Fertigung. Ist die Reinigung zeitaufwendig kostenintensiv, verringert sie die Produktionskapazität, Wirtschaftlichkeit und damit den Ertrag.

Um Qualität, Durchsatz und Kosten unter einen Hut zu bringen, sind das richtige Lösemittel, ein bedarfsgerecht ausgelegtes Anlagenkonzept mit abgestimmter Verfahrenstechnik und nicht zuletzt ein optimales Reinigungsbehältnis erforderlich. Wesentliche Auswahlkriterien sind die Bauteilgeometrie, der Werkstoff, Art- und Grad der Verschmutzung, der Bearbeitungszustand und der geforderte Reinheitsgrad.

Das richtige Lösemittel einsetzen
Der Einsatz des richtigen Lösemittels hat entscheidenden Einfluss auf das Reinigungsergebnis. Üblich in der spanenden Fertigung sind nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW) wie beispielsweise Isoparaffin und modifizierte Alkohole sowie Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), zum Beispiel Perchlorethylen (Per), Trichlorethylen (Tri) und Methylenchlorid (MC). Kohlenwasserstoffe und modifizierte Alkohole unterscheiden sich durch ihre chemische Zusammensetzung, die ihnen unpolare und polare Eigenschaften verleiht.

Der Haupteinsatzbereich unpolarer KW-Reiniger ist die Entfettung mit einem guten Lösevermögen für tierische, pflanzliche und mineralische Fette und Öle. Modifizierte Alkohole weisen dabei üblicherweise eine bessere Entfettungsqualität als reine Kohlenwasserstoffe auf. Reiniger auf Basis modifizierter Alkohole, die über lipophile und hydrophile Eigenschaften verfügen, eignen sich auch für schwierige Anwendungen wie beispielsweise das Reinigen von Läppteilen, Sintermetallen und hochwertigen Präzisionskleinteilen.

Da es sich bei Kohlenwasserstoffen und modifizierten Alkoholen um leicht flüchtige, brennbare Substanzen handelt, die bei der industriellen Reinigung in der Regel über Flammpunkt eingesetzt werden, ist eine Anlagentechnik mit entsprechendem Explosions- und Brandschutz erforderlich.

Nicht brennbare Chlorkohlenwasserstoffe verfügen über ein sehr gutes Fettlösevermögen, geringe Oberflächenspannung und hohe chemische Stabilität. Sie ermöglichen in der Regel eine effektive Entfernung unpolarer Öle und schwach polarer Fette von Bauteilen mit komplexer Geometrie – ohne Korrosion, Oxidation, Verfärbung, Verätzung, Mattierung oder sonstiger Beeinträchtigung der Oberfläche. Bevorzugt werden CKW auch eingesetzt, wenn mit den zu reinigenden Bauteilen kritische Öle (z. B. chloriert oder stark schwefelhaltig) in das Reinigungsmedium eingeschleppt werden.

Geht es um die Trocknung, weisen Chlorkohlenwasserstoffe aufgrund ihrer niedrigen Verdunstungszahlen Vorteile gegenüber KWs und modifizierten Alkoholen auf. Im Allgemeinen trocknen sie schneller und vollständiger, wodurch sie bei trocknungskritischen Bauteilen, z. B. mit sehr komplexen Geometrien und Kapillaren, bevorzugt eingesetzt werden.

Ein bedarfsgerecht ausgelegtes Anlagenkonzept
Sowohl Kohlenwasserstoffe und modifizierte Alkohole als auch CKWs werden heute in vollständig geschlossenen Einkammer-Reinigungsanlagen mit integrierter Destillationseinrichtung zur Aufbereitung der Lösemittel eingesetzt. Sie ermöglichen die Kreislaufführung der eingesetzten Lösemittel. Der Reinigungsprozess lässt sich mehrstufig auslegen, beispielsweise Reinigen, Dampfentfetten, Spülen, Trocknen. Eine Integration mehrerer Lösemitteltanks ist ebenfalls möglich, zum Beispiel für eine Grob- und Feinreinigung sowie Konservierung der Teile.

Bei Anlagen für die Lösemittelreinigung geht der Trend zu Systemen, die unter Vollvakuum arbeiten. Dies liegt an prozesstechnischen Vorteilen und der Destillation bei niedrigeren Temperaturen. Das Lösemittel ist dadurch einer geringeren Belastung ausgesetzt, was die Standzeit erhöht. Außerdem macht der Betrieb unter Vakuum bei der Verwendung brennbarer Lösemittel (KW und modifizierte Alkohole) einen zusätzlichen Explosionsschutz überflüssig.

Wird durch das Reinigungsgut viel Öl oder Fett eingetragen, empfiehlt sich der Einsatz einer externen Bypass-Destille. Dieser zweite Destillationskreislauf ermöglicht einen kontinuierlichen Öl-/Fettaustrag: Aus dem Sumpf der Anlagen-Destille wird permanent Fett-Lösemittelgemisch in die Bypass-Destille gesaugt, unter Vakuum aufkonzentriert und das abgeschiedene Fett automatisch ausgetragen. Für den Austrag partikulärer Verunreinigung aus dem Lösemittel stehen unterschiedliche Filtersysteme wie beispielsweise Beutel- und Kerzenfilter zur Verfügung.

Je nach geforderter Reinheit ist eine Kombination unterschiedlicher Filter sinnvoll. Insbesondere bei einem mehrschichtigen Betrieb bietet die Auslegung der Filter als Doppelsysteme Vorteile. Dadurch kann im laufenden Betrieb von einem auf das andere System gewechselt und das gerade nicht genutzte Filtersystem gereinigt werden. Bei einem hohen Reinigungsvolumen stellen automatische Beschickungseinrichtungen eine weitere Möglichkeit zur Optimierung des Workflows dar.

Kurze Reinigungszyklen durch abgestimmte Verfahrenstechnik
Für Werkstücke mit komplexer Geometrie durch Bohrungen, Hinterschneidungen, Sacklöcher et cetera bieten sich Tauchverfahren an. Anhaftende Verschmutzungen lösen sich im Tauchbad in erster Linie durch die chemische Reinigungswirkung des Mediums. Sie lässt sich durch Schwenken oder Drehen des Warenkorbs erhöhen. Um auch Partikel effektiv abzureinigen und den Reinigungsprozess weiter zu verkürzen, kommen unterschiedlich stark wirkende physikalische Verfahren wie Ultraschall und/oder Druckumfluten zum Einsatz.

Die Reinigungswirkung von Ultraschall, mit dem sich auch hohe Reinigungsgrade innerhalb kürzester Zeit erzielen lassen, basiert auf Kavitation: Durch einen Ultraschallgenerator und ein abgestimmtes Schwingsystem wird die Badflüssigkeit beschallt. Die dabei entstehenden Schwingungen verursachen in der Flüssigkeit kleinste Hohlräume, die sofort wieder kollabieren. Dabei entstehen starke Strömungen und Turbulenzen, die den am Reinigungsgut vorhandenen Schmutz „absprengen“. Grundsätzlich gilt: je tiefer die Frequenz, desto höher die freigesetzte Energie.

Bei der Druckumflutreinigung saugen Pumpen Flüssigkeit aus dem Reinigungsbad an, um sie anschließend mit hohem Druck durch ein unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnetes Düsensystem zu drücken. Es entstehen starke Strömungen, durch die es an den Bauteilkanten zu Turbulenzen kommt, welche die Verunreinigungen ablösen. Beim Vorbeiströmen an Sacklöchern und Vertiefungen bildet sich außerdem eine Sogwirkung, die darin befindliche Verschmutzungen „herauszieht“.

Nicht zu vernachlässigen – das Reinigungsbehältnis
Geht es darum, wie schnell und sauber Teile aus der Anlage kommen, die als Schüttgut oder gesetzte Ware gereinigt werden, spielt neben der Chemie und Verfahrenstechnik das Reinigungsbehältnis eine entscheidende Rolle. Voraussetzung für eine zuverlässige und schnelle Abreinigung von Verschmutzungen ist eine gute Zugänglichkeit der Teile im Behältnis. Nur dann werden die Werkstücke gleichmäßig vom Reinigungsmedium erreicht, so dass die Waschmechanik ihre Wirkung voll entfalten und filmischen wie partikulären Schmutz bestmöglich ausschwemmen kann.

Dies ist durch den konsequenten Einsatz von Runddraht möglich. Reinigungskörbe aus diesem Material zeichnen sich darüber hinaus durch ein gegenüber geschlossenen oder Lochblech-Kisten erheblich besseres Abtropfverhalten aus, aus dem eine deutlich geringere Verschleppung von Schmutz und Reinigungsmedium resultiert.

 

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