Automatisierter, inlinefähiger Strahlprozess mit integrierter Reinigungsgranulat-Produktion

Werkstoffe 06. 03. 2024
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Für die fertigungsintegrierte, trockene Bauteilreinigung hat acp systems die quattroClean-Powerstrahltechnologie entwickelt. Bei diesem innovativen Verfahren wird recyceltes, flüssiges Kohlenstoffdioxid system­integriert zu körnigem Reinigungsgranulat verdichtet und mit Druckluft beschleunigt durch eine anwendungsgerecht ausgelegte Düse gezielt auf die zu reinigende Oberfläche gestrahlt. Da die beim klassischen Trockeneisstrahlen übliche, externe Pelletproduktion und der damit verbundene logistische Aufwand entfallen, kann ein vollautomatisierter, unterbrechungsfreier Reinigungsprozess oder Entgratprozess realisiert werden.

Das Ziel, die Energie- und Ressourceneffizienz zu optimieren, führt in der ­industriellen Teilereinigung zu einem verstärkten Einsatz trockener Verfahren, mit denen sich Verunreinigungen prozesssicher entfernen lassen. Gleichzeitig besteht in immer mehr Unternehmen die Anforderung, Reinigungsprozesse automatisiert und in Fertigungslinien integriert durchzuführen. Mit der innovativen quattroClean-Powerstrahltechnologie der acp systems AG lässt sich nach Mitteilung des Unternehmens beides kombinieren. Das neu entwickelte Reinigungsverfahren ermöglicht es, hartnäckige partikuläre und filmische Verunreinigungen effizient ganzflächig oder partiell mit Reinigungsgranulat aus recyceltem, flüssigem Kohlenstoffdioxid von praktisch allen in der Industrie eingesetzten Werkstoffen und Materialkombinationen reproduzierbar zu entfernen. Das Anwendungsspektrum reicht von der Oberflächenbearbeitung im sogenannten kalten Rohbau über die Entfernung von Schweißperlen bis hin zur Feinentgratung von medizinischen ­Instrumenten und hochwertigen Uhrenkomponenten.

Vollautomatisierte ­Prozesse durch integrierte ­Herstellung des Reinigungsgranulats

Das Medium wird dem quattroClean-Powerstrahlsystem aus Flaschen oder Tanks zugeführt und ist dadurch unbegrenzt ­haltbar. Eine speziell entwickelte, integrierte Einheit verdichtet das flüssige Kohlenstoffdioxid zu körnigem Reinigungsgranulat. Dies ist ein wichtiger Unterschied zum klassischen Trockeneisstrahlen, bei dem Pellets oder Trockeneisblöcke extern produziert und dem Reinigungssystem zugeführt werden. Die kontinuierliche, automatisierte Medienversorgung des quattro­Clean-Powerstrahlsystems ist die wesentliche Voraussetzung für vollautomatisierte, fertigungsintegrierte Reinigungsprozesse.

Prozesssicher, effektiv und schnell durch vier Wirkmechanismen

Die durch die Verdichtereinheit ­erzeugten Makropartikel werden mit Druckluft beschleunigt und durch eine Düse gezielt auf die zu reinigende Oberfläche gestrahlt. Beim Auftreffen des rund minus 78 °C kalten Granulat-Druckluftstrahls kommt es zu vier Effekten: Der thermische Effekt führt zu einer plötzlichen lokalen Abkühlung, durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Verunreinigung und Substrat entstehen Risse in den Kontaminationen. Durch den mechanischen Effekt, der durch die Impulsübertragung entsteht, kommt es zu einer Ablösung von Verunreinigungen. Beim Aufprall geht das Granulat von der festen in die gasförmige Phase über, wobei sich das Volumen schlagartig um das rund 600-fache vergrößert. Durch diesen Sublimationseffekt bilden sich Mikrodruckwellen, die ­Verunreinigungen ablösen. Während des Phasenübergangs sorgt der Lösemitteleffekt außerdem dafür, dass filmische/organische Verunreinigungen entfernt werden.

Die Stärke dieser Effekte und damit die Intensität des Reinigungsstrahls lassen sich durch den Volumenstrom an Kohlenstoffdioxid, den Druckluftdruckstrom und das Düsendesign an unterschiedliche Reinigungsanwendungen beziehungsweise Werkstücke anpassen.

Von der Oberflächenbearbeitung im kalten Rohbau bis zur Feinentgratung

Diese Prozessflexibilität macht die neue quattroClean-Powerstrahltechnologie ausgesprochen vielseitig einsetzbar. So lassen sich beispielsweise die Fügebereiche von Karosserieteilen für eine Verklebung partiell auto­matisiert reinigen und aktivieren. Und das auch, wenn unterschiedliche Werkstoffe, beispielsweise Metall und Kunststoff, Metall und Holz oder verschiedene Kunststoffe, dauerhaft miteinander verbunden werden sollen. Der robuste Prozess sowie ein großes Arbeitsfenster bieten dabei im Vergleich zu anderen Trockenreinigungsverfahren wie Atmosphärenplasma und Laser Vorteile. Geht es darum, nach dem Fügen Klebstoffrückstände zu entfernen, sorgt das neue Verfahren ebenfalls schnell für anforderungsgerechte Sauberkeit. Die Vorbereitung von Bond- oder Schweißbereichen sowie die Entfernung von Schweißperlen zählen ebenfalls zu den klassischen Einsatzgebieten. Es sind bei diesen Aufgabenstellungen auch Linien möglich, in denen die Vor- und Nachbearbeitung von einem Roboter durchgeführt wird. In der Automobilindustrie beziehungsweise Elektromobilität zählen Reinigungsaufgaben in der Brennstoffzellen- und Batteriefertigung inklusive Feststoffbatterien zu den weiteren Einsatzbereichen. Eingesetzt wird das Verfahren auch, um die zyklisch erforderliche Reinigung von beispielsweise DLC-Beschichtungswerkzeugen zu automatisierten und so den Durchsatz zu erhöhen.

Die mechanische Kraft des Granulats und die durch die starke Abkühlung hervorgerufene, lokale Versprödung ermöglichen dar­über hinaus, die Inline-Entfernung von Graten an metallischen Komponenten, wie beispielsweise hochwertigen Uhrenbauteilen und medizinischen Instrumenten. Ebenso können an spritzgegossenen oder spanend bearbeiteten Kunststoffbauteilen, unter anderem aus Polyphenylensulfid (PPS) und Polyether­etherketon (PEEK) sowie aus faserverstärkten Kunststoffen, Grate aus der Formenteilung und Zerspanung entfernt werden.

Aufgabenspezifische, ­kosteneffiziente Lösung

Versuche im hauseigenen Technikum ermöglichen es, die generelle Eignung der quattro­Clean-Powerstrahltechnologie für die jeweilige Aufgabenstellung zu ermitteln und die geeigneten Prozessparameter festzulegen. Maßgebliche Faktoren dabei sind die Sauberkeits- und/oder Entgratanforderungen sowie Taktzeitvorgaben. Basierend auf diesen Spezifikationen realisiert acp systems entsprechende Anlagenkonzepte, die als Standalone-Lösungen oder fertigungsintegriert betrieben beziehungsweise in verkettete Produktionsumgebungen eingebunden werden können. Die Erfassung und Dokumentation sämtlicher Prozessparameter stellt dabei eine lückenlose Nachvollziehbarkeit sicher.
Doris Schulz

 

Verschieden gestaltete Düsen ermöglichen die optimale Anpassung der trockenen Reinigung an unterschiedliche Aufgabenstellungen. Düsendesign und -abmessungen sorgen dabei auch dafür, dass schwierig zu erreichende Bauteilbereiche gereinigt werden können (Bild: acp systems)

Text zum Titelbild: Die quattroClean-Powerstrahltechnologie ermöglicht trockene, vollautomatisierte Inline-Reinigungsprozesse (Bild: acp systems)

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