23.11.2020 Optimierte CO2-Schneestrahlreinigung

Die Bauteilreinigung ist heute in allen Industriebereichen essenzieller Bestandteil einer qualitätsorientierten Fertigung. Die zu erfüllenden Sauberkeitsspezifikationen variieren zwar abhängig von Produkt, der Fertigungsphase und dem nächsten Schritt in der Produktionskette, beispielsweise Beschichten, Fügen, Montieren oder Verpacken. Unabhängig davon geht der Trend zunehmend zu trockenen Reinigungsverfahren, die, wie die quattroClean-Schneestrahltechnologie der acp systems AG, prozesssicher bedarfsgerechte Reinigungsergebnisse sicherstellen und sich problemlos in Fertigungslinien sowie verkettete Produktionsumgebungen integrieren lassen. Vorteile bietet die umweltgerechte Alternative zu nasschemischen Verfahren auch, wenn nur bestimmte Bauteilbereiche wie Kleb-, Schweiß- oder  Dichtflächen einen definierten partikulären und/oder filmischen Sauberkeitsgrad erfordern oder die Reinigung bei montierten Komponenten erfolgen soll. Ein weiterer Einsatzbereich ist das gleichzeitige Entgraten und Reinigen von harten und spröden Kunststoffen, wie z.B. PEEK und PPS.  

Das Verfahren nutzt flüssiges, unbegrenzt haltbares und nicht korrosives Kohlendioxid als Reinigungsmedium. Es entsteht als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse und ist deshalb umweltneutral. Wesentliches Element des Reinigungssystems ist eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse, durch die das nicht brennbare und ungiftige Kohlendioxid geleitet wird. Es 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 des gut fokussierbaren Schnee-Druckluftstrahls auf die zu reinigende Oberfläche kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Sublimations- und Lösemitteleffekt. Das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen entfernt partikuläre und filmische Verunreinigungen reproduzierbar. Abgelöste Verunreinigungen werden durch die aerodynamische Kraft der Druckluft weggeströmt und durch eine integrierte Absaugung entfernt. Das CO2 sublimiert unter Atmosphärendruck, die Werkstücke sind nach der Reinigung trocken und können sofort weiterverarbeitet oder verpackt werden.

Mit dem Ziel, Reinigungseffizienz und Anwendungsspektrum weiter zu erhöhen, hat die acp systems AG ihre Düsentechnologie weiterentwickelt. Ergebnis ist eine Düsentechnologie, die einen pulsierenden Strahl mit einer Frequenz von 25 bis 30 Hertz erzeugt. Der pulsierende Schnee-Druckluftstrahl verfügt – im Vergleich zum kontinuierlich strahlenden – über eine höhere kinetische Energie, aus der eine optimierte Reinigungswirkung resultiert: Zum einen wird der Mikrostrahl-Effekt (mechanischer Wirkmechanismus) vervielfacht. Er entsteht durch die Impulsübertragung beim Auftreffen der feinen Schneekristalle mit hoher Geschwindigkeit auf der zu reinigenden beziehungsweise zu entgratenden Oberfläche. Zum anderen ermöglichen die wiederholten Mikroexplosionen, die bei jedem Auftreffen des pulsierenden Strahls durch die rund 600-fache Volumenvergrößerung während des Übergangs von der festen in die gasförmige Phase (Sublimationseffekt) entstehen, eine effektivere Entfernung der Verunreinigungen.

Durch die erhöhte Effektivität des Strahls lassen sich bei zahlreichen Anwendungen die ohnehin bereits kurzen Behandlungszeiten weiter verringern. Bei Entgrat-Aufgaben wird die Wirksamkeit des Verfahrens durch die verstärkte Impulsübertragung ebenfalls erhöht, sodass auch hier Bearbeitungszyklen verkürzt werden können. Dies eröffnet, insbesondere bei der Integration des Systems in automatisierte Fertigungsanlagen mit sehr kurzen Taktzeiten, neue Perspektiven. Versuche dazu führt das Unternehmen im eigenen Technikum durch. Gleichzeitig können durch den pulsierenden Strahl die Verbräuche von Kohlendioxid und Druckluft reduziert werden. Dies wiederum verringert die Reinigungskosten pro Teil und leistet damit einen Beitrag zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit. Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass der Einsatz einer Schneestrahlreinigung mit pulsierender Düse gewichts- und platzsparender realisiert werden kann.

Abgestimmt auf die jeweilige Reinigungs- und Taktzeitvorgabe realisiert acp systems auf Standardmodulen basierende, maßgeschneiderte Anlagenkonzepte. Sie können als Stand-alone-Lösungen oder für die Integration in automatisierte bzw. verkettete Produktionsumgebungen ausgeführt werden. Der skalierbare quattroClean-Prozess lässt sich dabei effizient und platzsparend an unterschiedliche Bauteilgeometrien für eine ganzflächige oder partielle Reinigung anpassen. Sämtliche Prozessparameter wie Volumenströme für Druckluft und Kohlendioxid, Strahlbereich und Strahlzeit werden durch Versuche exakt für die jeweilige Applikation, die Materialeigenschaften sowie die zu entfernenden Kontaminationen ermittelt. Sie können als teilespezifische Programme in der Anlagensteuerung hinterlegt werden. Standardisierte Schnittstellen ermöglichen die einfache  Steuerung durch übergeordnete Leitrechner. Für eine lückenlose Dokumentation und Nachverfolgbarkeit werden sämtliche Prozessparameter automatisch erfasst und an den Leitrechner übergeben.