Technische Sauberkeit Heute nicht mehr Kür, sondern

Technische
Sauberkeit
D 10.110.1.0/06.13
Heute nicht mehr Kür,
sondern Pflicht.
Technische Sauberkeit:
Heute nicht mehr Kür, sondern Pflicht.
Die Erwartungen und Anforderungen von Herstellern und
Kunden an gefertigte Bauteile und Fertigungsmaschinen
steigen kontinuierlich an. Die Leistungsdichte nimmt zu,
die Spaltmaße nehmen ab. Im Zuge der Energie- und
Kosteneffizienz sowie des Umweltschutzes werden
Gewichte in Fahrzeugen und Maschinen stark reduziert.
Zudem wird beispielsweise auf bleifreie Materialien umgestellt, was eine höhere Anforderung an die Qualität
von Oberflächengüten bedeutet. Wo sich früher harte
Partikel einfach in bleihaltige Werkstoffe „eingedrückt“
haben, sorgen diese heute bei neuwertigen, modernen
Materialien sofort für Beschädigungen und Ausfälle.
Die Toleranz gegen Feststoffverschmutzung wird immer
geringer. Parallel dazu wird ein steigendes Maß an Verfügbarkeit erwartet, das der Hersteller gegenüber seinen
Kunden gewährleisten muss. Daher wird die Produktion
in immer mehr Betrieben auf Technische Sauberkeit hin
überprüft und optimiert. Null-Kilometer-Ausfälle werden
reduziert, Qualität und Verfügbarkeit von Maschinen und
Bauteilen werden gesteigert, Nacharbeit kann deutlich
reduziert werden. Dies spart Kosten und es treten weniger
Reklamationsfälle auf, was wiederum die Kundenzufriedenheit steigert. Somit werden das Vertrauen der Kunden sowie die Akzeptanz am Markt nachaltig gefestigt.
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“Unter dem Begriff Technische Sauberkeit ist die hinreichend
geringe Kontamination sauberkeitssensibler technischer
Bauteile mit schädlichen Partikeln zu verstehen.“ (Quelle:
Wikipedia)
2
Schädigungen durch Partikel wurden Anfang der 1990er Jahre
aufgrund von Feldausfällen als Problem erkannt. Fachleute
aus verschiedenen Bereichen der Automobilindustrie wurden
zusammengerufen um gemeinsam mit dem Frauenhofer
Institut ein Regelwerk auszuarbeiten, welches sich nur mit
dem Thema der Technischen Sauberkeit befassen sollte.
Dies war die Bildung der „TecSa“ (Industrieverbund Technische Sauberkeit) im Jahre 2001. Als Mitglied der TecSa war
HYDAC maßgeblich an der Entstehung der Richtlinien zur
Sauberkeitsprüfung in der Automobilindustrie beteiligt. Im
Rahmen der TecSa wurde der VDA Band 19 Teil 1 erarbeitet:
„Prüfung der Technischen Sauberkeit - Partikelverunreinigung
funktionsrelevanter Automobilteile / 1. Auflage 2004“. Im Jahre 2010 erschien der 2. Band dieser Studie, Band 19 Teil 2:
„Technische Sauberkeit in der Montage - Umgebung, Logistik,
Personal und Montageeinrichtungen“, welcher sich mit dem
Thema Technische Sauberkeit entlang der Prozesskette beschäftigt. Als internationale Norm wurde 2007 die ISO 16232
ausgearbeitet: »Road vehicles - Cleanliness of components of
fluid circuits«. Es bildet das internationale Pendant zum VDA
Band 19. Beide Regelwerke sind absolut kompatibel.
Die genannten Regelwerke sind die Richtlinien, nach denen
heute die Technische Sauberkeit geprüft wird. Das Thema ist
damit noch lange nicht abgeschlossen: Derzeit wird über eine
überarbeitete Auflage des VDA Band 19.1 diskutiert, in dem die
einzelnen Themen noch konkreter definiert werden sollen.
HYDAC arbeitet an der neuen Richtlinie wieder maßgeblich mit.
Eine werkspezifische Analysevorschrift in Anlehnung an den
VDA Band 19 / ISO 16232 sichert eine repräsentative Analyse
und vergleichbare Ergebnisse.
Bestimmung der Restschmutzmenge auf Bauteilen
Die Ermittlung von Restschmutzmengen auf Bauteilen erfolgt
nach quantitativen und qualitativen Gesichtspunkten.
Quantitativ
Gravimetrie (Schmutzfracht, z. B. in mg/Bauteil)
Qualitativ
Granulometrie: (Anzahl, Größenverteilung und Art der Partikel)
(Relevante Partikelgrößen für den Bereich Automotive zeigt
Bild 3)
Dabei ist zu beachten, dass Bauteile in Form, Größe, Funktion
und Material stark unterschiedlich sind. Im VDA Band 19 und
ISO 18413 werden Bauteile in zwei verschiedene Gruppen
klassifiziert:
Gruppe 1: Bauteile mit einfach zugänglichen Ober
flächen, bzw. leicht zugänglichen Innen
flächen (z.B. Getriebe- und Pumpenge
häuse)
Gruppe 2: vormontierte Baugruppen
Bauteile bei denen die Innenflächen zu
beproben sind
Extraktionsverfahren (siehe Bild 5 + 16)
Auf die Bauteilspezifizierung folgt die Frage nach den möglichen Extraktionsverfahren.
Der VDA Band 19 gibt 4 Verfahren zur Extraktion vor:
1.Schütteln
2. Ultraschall
3.Spritzen (Druckspülen)
4.Spülen (Prüfstand)
1. Schüttelverfahren
Das Prüfobjekt wird mit Prüfflüssigkeit befüllt und die Öffnungen werden verschlossen. Durch Schütteln unterstützt, werden
die Partikel von der Oberfläche gelöst und auf die Flüssigkeit
übertragen. Das Schütteln bewirkt dabei zum einen eine
Krafteinwirkung der Flüssigkeit auf anhaftende Partikel aus
verschiedenen Richtungen. Zum anderen werden dadurch
Todzonen sowie Hinterschneidungen erreichbar und abgelöste
Partikel in der Schwebe gehalten. Der Schüttelvorgang ist in
gleicher Art wiederholt durchzuführen. Die für die Analyse
verwendeten Flüssigkeiten werden gesammelt und filtriert.
Dieses Verfahren wird eher selten angewandt, da es manuell
Restschmutz auf Bauteilen
Bild 1
Bild 3
Bild 1: Im Sauberkeitslabor von HYDAC werden Bauteile auf ihre Bauteilsauberkeit hin analysiert
Bild 2: Eine professionelle Bauteilreinigung hilft Restschmutz zu beseitigen
Bild 3: Typische Partikelgrößen im Bereich Automotive
Bild 4: Spülen eines Bauteils an einer Contamination Test Unit zur Bestimmung der Oberflächensauberkeit
Bild 4
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Bild 2
3
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kaum reproduzierbar ist. Bei der Anwendung von automatisierten Schüttelautomaten ist die Reproduzierbarkeit der
Ergebnisse allerdings gegeben. Diese Methode ist z. B. für
Bauteile der Gruppe 1 anwendbar, wenn leicht zugängliche
Innenflächen analysiert werden sollen.
2. Ultraschallverfahren
Mit Ultraschallextraktion wird die über ein flüssiges Medium
vermittelte Einwirkung mechanischer Schwingungen im Bereich 20 – 60 kHz auf die Oberfläche des Prüfobjektes bezeichnet. Die Reinigung erfolgt dabei entweder in Tauchbädern,
deren Boden oder Seitenwände mit Ultraschall-Schwingelementen bestückt sind oder durch Einbringung von Ultraschall
abstrahlenden Sonotroden in flüssigkeitsbefüllte Hohlräume
des Bauteils. Die partikellösende Reinigungswirkung beruht
dabei auf den hohen Druckspitzen, die mit der Implosion von
Kavitationsbläschen entstehen.
Das Ultraschallverfahren eignet sich besonders für Kleinteile
und Bauteile, bei denen alle Oberflächen untersucht werden
sollen. Gussteile sollten nach Möglichkeit nicht mit Ultraschall
behandelt werden, da hier evtl. der im Guss eingelagerte
Kohlenstoff gelöst wird und somit das Ergebnis verfälscht.
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3. Spritzen / Druckspülen
Unter den Begriffen „Spritzen / Druckspülen“ versteht man im
Zusammenhang mit Bauteilsauberkeit das lokal anwendbare
Aufbringen von Prüfflüssigkeit auf das Bauteil über einen
Freistrahl. Die reinigende Wirkung resultiert zum Großteil aus
der Impulsübertragung beim Auftreffen des Strahls auf das
Objekt. Durch das Abfließen der Analyseflüssigkeit ergibt sich
eine spülende Komponente.
Dieses Verfahren wird für Bauteile genutzt, bei denen einfach
zugängliche Oberflächen vorliegen. Außerdem wird es für
Bauteile verwendet, bei denen nur Teilflächen untersucht
werden sollen.
4
4. Spülen
Die Reinheit von Bauteilen und Komplettsystemen (wie z. B.
Pumpen, Common-Rail-Systeme usw.), die einen Spül- oder
Prüfstand durchlaufen, kann unter bestimmten Voraussetzungen anhand der Reinheit der Prüfflüssigkeit ermittelt werden.
Zur Validierung dieser indirekten Analysemethode werden
im Vorfeld parallele manuelle Untersuchungen durchgeführt.
Wird hierbei eine Korrelation zwischen manuellem und automatischem / indirektem Wert festgestellt, kann zukünftig die
Analyse des indirekten Wertes als Qualitätsmaßstab gewählt
werden. Dieses Verfahren eignet sich dazu, in Serienprüfungen die Reinheit der ausgelieferten Ware schnell und einfach
zu dokumentieren. Das Ziel dieser kontinuierlichen Reinheitsüberwachung ist die Überwachung der Prozesssicherheit
bezüglich der Systemreinheit bei Auslieferung.
Für alle Extraktionsarten gilt:
1.Die Spülung muss mit möglichst turbulenter Strömung
durchgeführt werden
2.Das verwendete Fluid muss eine dispergierende Wirkung
aufweisen.
3.Alle relevanten Kanäle und Flächen müssen überströmt
werden
4.Durch Pulsation bei der Spülung wird der
Wirkungsgrad der Spülung verbessert
Bild 5 zeigt eine tabellarische Übersicht von Bauteilen und
der jeweils empfohlenen Extraktionsmethode.
Turbulente Strömung
Durch eine turbulente Strömung wird die Strömungsgeschwindigkeit in Rohrwandnähe erhöht. Dieser Effekt wird z. B. beim
Spülen von Systemen ausgenutzt, da diese Erhöhung der
Fließgeschwindigkeit dazu führt, dass Partikel die sich an der
Rohrwand angelagert haben, losgerissen und mit fortgespült
werden.
Die turbulente Strömung wird durch die Reynoldszahl (Re)
bestimmt. Die Reynoldszahl beschreibt als dimensionslose
Kennzahl den Strömungszustand von Flüssigkeiten.
Bei der Berechnung der Reynoldszahl werden die Gewichtskräfte vernachlässigt. Es greifen in der Regel nur Druckkräfte,
Reibungskräfte und Trägheitskräfte an Fluidelementen und
umströmten Körpern an. Diese müssen in allen Punkten der
Strömung im Gleichgewicht sein. Ist das Verhältnis von Reibungs- und Trägheitskraft in ähnlichen Punkten P1 und P2
gleich, dann liegen auch ähnliche Strömungen vor.
Die sogenannte kritische Reynoldszahl Rekrit hängt ab von der
kinematischen Viskosität v, dem Volumenstrom Q des Fluids
und der Geometrie der Flussführung. Ist die Reynoldszahl
eines Stroms kleiner als Rekrit, fließt er laminar. Bei Werten
oberhalb von Rekrit liegt eine turbulente Strömung vor.
Beispiel: Rekrit für Öle liegt zwischen 1900 und 3000.
Unter Berücksichtigung der oben genannten Eigenschaften
ergibt sich die Gleichung für die Reynoldszahl wie folgt:
Re = mittl. Geschwindigkeit * innerer Rohrdurchmesser
Kinematische Viskosität
Re = 21220 * (Q/di * v)
[gilt für Rohrleitungen und Schläuche]
Rekrit ≈ 2040 ± 10
[gilt für die Rohrströmung]
Q = Volumenstrom in l/min
v = kinematische Viskosität in mm2/s
di = Rohrinnendurchmesser (mm)
Extraktionsverfahren
Sauberkeitswerte
Ci
1
6
11
kein Abklingverhalten
1
2
Bild 6
3
4
5
6
-4
Anzahl der Beprobungen
1
6
11
Sauberkeitswerte Ci
verändertes Abklingverhalten
1
Bild 7
4
5
6
n
Cn ≤ 0,1∑ Ci
Gravimetrie [mg/BT]
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
3
Anzahl der Beprobungen
-4
Bild 5
2
i =1
Abklingkriterium
1
2
3
4
5
6
Beprobungsanzahl
Bild 8
Bild 10
Bild 9
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Bild 5: Extraktionsanwendungstabelle nach ISO 18413 (je nach Bauteil empfehlen sich unterschiedliche Extraktionsmethoden)
Bild 6 + 7: Am Abklingverhalten wird ersichtlich, ob das gewählte Konzept zur Bauteilreinigung richtig ist oder noch angepasst bzw. verändert werden muss
Bild 8: Beispiel für ein erfolgreiches Abklingverhalten
Bild 9: Mobiles Laborfahrzeug von HYDAC
Bild 10: Erfolgreiche Reduzierung der Partikelzahl
5
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Dispergierende Wirkung
Das verwendete Prüfmedium muss eine dispergierende
Wirkung haben, damit die Partikel abgelöst und transportiert
werden können. Dies verdeutlicht ein Beispiel am automatischen Spül-/Prüfstand: Spezielle dünnflüssige Spülöle auf
Mineralölbasis können erheblich zur Verbesserung der Spülwirkung beitragen. Sie verringern die Haftkräfte zwischen den
Schmutzteilchen und der Leitungswand.
Derartige Spülöle müssen auf das anschließend eingesetzte Betriebsmedium abgestimmt sein. Nicht aufeinander abgestimmte
Medien können im späteren Betrieb zu starkem Aufschäumen,
Filterverblockung und Verschlammung des Systems führen.
Pulsierende Strömung
Eine pulsierende Strömung bzw. die Umkehr der Strömungsrichtung führt ebenso zu einer besseren Ablösung der anhaftenden Teilchen. Dabei wird der Haupteffekt durch wechselnde
Kräfte an den abzulösenden Teilchen hervorgerufen. Den
gleichen Effekt erzielt man z. B. per Ultraschall.
Ermittlung des richtigen Extraktionsverfahrens
Um erfassen zu können, welches Extraktionsverfahren für das
jeweilige Bauteil am besten geeignet ist, ist es nötig, über eine
sogenannte Abklingkurve das richtige Verfahren zu ermitteln.
Abklingkurve
Hat man ein neues Bauteil zu beproben, so ist es wichtig, genau zu definieren, wie es sinnvoll beprobt werden soll, damit
auch später gleiche Bauteile auf exakt dieselbe Art und Weise
analysiert und damit repräsentative Ergebnisse erzielt werden
können. Für eine sogenannte Abklingkurve wird ein Bauteil
mehrfach hintereinander bei vorher definierten Bedingungen
(Verfahren, Umgebung, Volumen, Druck u. ä.) beprobt. Nach
jeder Beprobung wird die erhaltene Membran ausgewertet.
Ein erfolgreiches Abklingverhalten liegt vor, wenn Gravimetrie
und Partikelzahl kontinuierlich abnehmen. Die Bilder 6 und
7 verdeutlichen, dass das Abklingverfahren für das zu beprobende Bauteil nicht geeignet ist.
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Spätestens nach der 6. Beprobung sollte der Ergebniswert ≤
10% der in allen Beprobungen erhaltenen Summe betragen
(siehe Bild 8). Ist dies der Fall, so gilt das Verfahren unter
den definierten Bedingungen als geeignet, bzw. das Abklingkriterium als erfüllt.
6
Wurde das Abklingkriterium nicht erfüllt, kann dies durch Materialeinflüsse oder Toträume, filmische Verschmutzung oder
Beschichtungen verursacht werden. In diesen Fällen kann
man unplausible Abklingkurven erhalten.
Ist kein Abklingverhalten festzustellen, kann dies am Materialverhalten liegen. Bei der Beprobung von Gussteilen per
Ultraschall kann es z. B. zur Ablösung von Kohlenstoffparti-
keln kommen, welche das Ergebnis verfälschen. Gründe für
ein verändertes Abklingverhalten können ebenfalls filmische
Verschmutzungen sein, die sich entweder unkontrolliert abspülen lassen bzw. an denen Partikel hängen bleiben und nicht
definiert abgelöst werden. In solchen Fällen ist die Analyse bei
abgeänderten Analyseparametern so lange zu wiederholen,
bis das Abklingkriterium erfüllt ist. Eine Abklingkurve wird nur
einmalig für eine Baugruppe erstellt. Die Parameter werden
bei erfolgreicher Beprobung genau dokumentiert. Nachfolgende Analysen sollten nach diesen Parametern erfolgen,
um repräsentative Ergebnisse zu sichern.
Durchführung einer Bauteilanalyse
Die Anlieferung der Bauteile sollte stets im Originalzustand
erfolgen, frei von Öl, Fett und Wasserkontamination, gut
gekennzeichnet und einzeln in Folientüten verpackt. Die
Verpackung und der Transport dürfen keine Veränderung
der produktionsbedingten Verschmutzung verursachen. Die
Verpackung muss einen abriebfreien Transport ohne nachträgliche Verschmutzung gewährleisten.
Wird per Spritzverfahren im Extraktionsgerät gearbeitet (beispielsweise in der HYDAC Contamination Test Unit „CTU“),
sollte dieses vorbereitet und wiederholt abgereinigt werden.
Es folgt die Vorbereitung der Analysenmembran, welche mit
dem Prüfmedium vorgespült und in definierter Umgebung
getrocknet, abgekühlt und ausgewogen wird.
Anschließend wird ein Blindwert des Extraktionsgerätes erstellt
um dessen Grundverschmutzung zu definieren. Daraufhin
wird das Bauteil nach vorher ermittelter Extraktionsmethode
beprobt. Das Extraktionsgerät wird mit einem definierten Volumen nachgespült und die Analysemembran entnommen, in
definierter Umgebung getrocknet, abgekühlt und ausgewogen.
Anschließend kann die Membran optisch ausgewertet und ein
Analysebericht erstellt werden.
Auswertung der Analysemembran
Quantitative Analyse
Gravimetrie nach ISO 4405:
Die Partikelfracht des Prüfobjekts wird durch Differenzwägung bestimmt. Hierzu wird die getrocknete Analysemembran vor und nach der Filtration mittels geeigneter
Analysenwaage ausgewogen. Die Gravimetrie lässt jedoch
keine Aussage über die Größenverteilung der Partikel zu.
Qualitative Analyse
Granulometrie durch optische Analyse / Mikroskopie nach
ISO 16232:
Dieses Verfahren ist dazu geeignet, Analysemembranen
hinsichtlich der Partikelbelegung auszuwerten. Die bei der
Filtration der Analyseflüssigkeit abgeschiedenen Partikel
können vermessen und gezählt werden. Je nach Anforderung
kommen lichtoptische Mikroskope und/oder Rasterelektronenmikroskope zur Anwendung. Das Ergebnis liefert die Partikel-
Auswertung / Analyse
Partikelgröße in µm
Anzahl Partikel
gesamt
Anzahl Partikel
reflektierend
5-15
15-25
25-50
50-100
100-150
150-200
200-400
400-600
600-1000
>1000
39.731
8.287
4.352
856
98
42
29
3
0
1
6.873
1.877
2.195
619
79
37
25
3
0
1
Porengröße der
Membran
5 µm
Summe / Bauteil
0,6 mg
Bild 11
Bild 13
Bild 12
70000
63958
60000
50000
Bild 14
Bauteilanforderungen:
Kein Partikel >600µm
Bewertung: Bauteil n.i.O!
40000
30000
22727
16943
20000
6154
10000
0
Bild 15
1121 307
5-15
15-25 25-50 50-100 100150
Partikelgrößen in µm
150200
214
200400
15
400600
4
2
600- > 1000
1000
Bild 11: Auswertung einer Analysemembran
Bild 12: Ein Gusspartikel unter dem Mikroskop
Bild 13: Blick an einen Arbeitsplatz im Labor des FluidCareCenters von HYDAC
Bild 14: Verschmutzung in Metall- und Faserform
Bild 15: Bauteilanforderung in Bezug auf die Partikelgröße
Bild 16: Verschiedene Extrationsverfahren zur Bestimmung der Restschmutzmenge auf Bauteilen
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Bild 16
7
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größenverteilung, insbesondere Anzahl, Art und Größe der
detektierten Partikel auf der Analysemembran. Das Mikroskop
erfasst Hell-Dunkel-Kontraste auf der Membran und erfasst
diese als Partikel. Ebenso werden reflektierende Partikel
erfasst, die Hinweise auf etwaige metallische Partikel (vgl.
Bild 14) geben. Bild 11 zeigt ein Beispiel für die Auswertung.
Sauberkeitsspezifikationen
In Firmen der Automobil-, Land- und Baumaschinenindustrie
werden diese Verfahren zu Ermittlung der Technischen Sauberkeit angewandt und eingesetzt. Dabei werden sogenannte
Sauberkeitsspezifikationen erstellt und auch an Zulieferer
weitergegeben, um Bauteilanforderungen zu erfüllen und zu
kontrollieren. Diese Analysen werden zumeist in internen oder
externen Labors durchgeführt, die eigens für Analysen der
Bauteilsauberkeit eingerichtet werden.
Im HYDAC FluidCareCenter hat der Kunde die Möglichkeit
(neben Medien- und Filteranalysen) Bauteilsauberkeitsuntersuchungen durchführen zu lassen. Außerdem bietet HYDAC
einen „Vor-Ort-Service“ an: Laborfahrzeuge von HYDAC sind
mit Extraktionsgeräten (z. B. CTU’s) und Analyse-Equipment
(z. B. einem automatisierten Auszählmikroskop) ausgestattet.
So können direkt vor Ort Analysen durchgeführt werden. Bei
Problemen berät HYDAC „just in Time“ und steht unterstützend zur Seite.
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Technische Sauberkeit – weltweit
Deutschland ist Vorläufer im Thema „Technische Sauberkeit“.
Auch international steigt das Interesse an diesem Thema.
Daher steht HYDAC ebenso im Ausland mit Experten für das
Thema „Technische Sauberkeit“ unterstützend zur Seite. Durch
das Know-how in der Technischen Sauberkeit analysieren
Experten von HYDAC nicht nur Bauteile und unterstützen
bei der Prozessoptimierung, sie beraten auch bei Planung,
Erstellung und Ausstattung von Sauberkeitslaboratorien.
Extraktionsgeräte von HYDAC sind weltweit im Einsatz. Für
jeden Kunden, jede Anforderung, jedes Bauteil findet sich im
Angebot das passende System.
8
Die Technische Sauberkeit umfasst die Themen Bauteilsauberkeitsuntersuchungen, Prozesskettenanalysen, Laboraufbauten und Analysenequipment sowie das Thema „Sauberkeitsspezifikation“.
HYDAC erstellt für Kunden Sauberkeitsspezifikationen ebenso
wie für eigene Produkte.
Spezifikationen sind für gewöhnlich angelehnt an die Richtlinien des VDA Band 19 / ISO 16232 und die Grenzwerte
beziehen sich zumeist auf die Schmutzfracht, sowie die max.
zulässige Anzahl und Größe der Partikel auf den Bauteilen.
Erstellung und Aufbau einer Sauberkeitsspezifikation
Die Produktion von Bauteilen und Systemen gemäß Sauber-
keitsspezifikationen stellt sicher, dass die Auslieferqualität
konstant bleibt. Vor Erstellung ist es wichtig zu klären, welche
die empfindlichsten Komponenten des Systems sind. Man
sollte die einzelnen Bauteile bzw. Systembereiche in Empfindlichkeitsbereiche unterteilen:
A = wenig Partikelempfindlich, z. B. Niederdrucksysteme mit
großen Spalttoleranzen
B = Partikelempfindlich, z. B.: Niederdrucksysteme mit kleinen
Spalttoleranzen
C = stark partikelempfindlich, z.B. Hochdrucksysteme mit
kleinen Spalttoleranzen und hohen Anforderungen, Sicherheitsrelevante Systeme. Für jede dieser Reinheitskategorien wird ein Maximalwert der partikulären Verschmutzung
festgelegt. Des Weiteren werden die Flüssigkeitsreinheiten der einzelnen System- und Prozessfluide definiert.
In der Sauberkeitsspezifikation für die Bauteile werden i. A.
folgende Punkte festgelegt:
1. Ziel der Sauberkeitsspezifikation
2. Gültigkeitsbereich
3. Prüfumfang und -zyklen
4. Probenentnahme
5. Analyseverfahren
6. Auswerteverfahren
7. Genauigkeit
8. Zu verwendende Prüfflüssigkeit
9. Dokumentation
10. Grenzwerte
11. Vorgehensweise bei Nichteinhaltung der Spezifikation
Wenn nur ein Bauteil in einer großen Serie mit n.i.O. bezeichnet wird, könnte man diesen sicher als Ausreißer bezeichnen.
Solche Ausreißerregelungen sollten klar in den Sauberkeitsspezifikationen festgelegt sein. Sind in einer Serie mehrere
Bauteile mit n.i.O bewertet worden, oder fällt gar eine ganze
Serie bei der Analyse durch, so empfiehlt es sich, die Prozesskette, die das jeweilige Bauteil durchläuft, näher zu betrachten
und zu hinterfragen. Grenzwertüberschreitungen sind ein Indiz
für Schwachstellen innerhalb der Prozesskette.
Prozesskettenanalyse: dem Schmutz auf der Spur
Prozesskettenanalysen werden durchgeführt, um Aussagen
darüber treffen zu können, wo kritische Partikel entstehen
oder verschleppt werden. Darüber hinaus wird Unterstützung
angeboten, diesen Schmutz zukünftig aus dem Prozess zu
entfernen, Partikelentstehung zu vermeiden und den gesamten Prozess zu optimieren. Hierbei ist es sehr wichtig, dass
eine enge Zusammenarbeit mit dem Kunden erfolgt. In einigen Fällen ist es notwendig und sinnvoll, sich zusammen mit
Maschinenhersteller und –Betreiber an einen Tisch zu setzen
und die Probleme gemeinsam zu diskutieren. Die gesamte
Prozesskette wird betrachtet und aufgenommen, einzelne
Prozessschritte werden dokumentiert und Schwachstellen
Spezifikation und Analyse
Bild 19
Bild 20
Bild 21
Bild 22
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Bild 19: Die Prozesskettenanlayse betrachtet die gesamte Produktionslinie wie hier an einem Beispiel aus dem Bereich Automotive.
Bild 20: Contamination Test Module von HYDAC
Bild 21: Bestimmung der Partikelverschmutzung einer Analysemembram im Labor
von HYDAC
Bild 22: Contamination Test Unit von HYDAC
9
Technische Sauberkeit:
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festgehalten. Zusammen mit dem Kunden werden die Ergebnisse diskutiert und Optimierungsmöglichkeiten überlegt, welche zeitnah und kostengünstig durchgeführt werden können.
Nach Durchführung der Optimierungsmaßnahmen wird deren
Effizienz durch definierte Bauteilsauberkeitsuntersuchungen
geprüft.
Der Leitsatz der Prozesskettenanalyse sollte immer lauten:
„So optimal wie nötig, so günstig wie möglich“.
Allgemeine Prozesskettenanalyse
Welche Prozessschritte werden im Einzelnen betrachtet?
Welche Fragestellungen gibt es?
Hier einige Beispiele:
Zulieferer
Wie werden die Bauteile angeliefert? Sauberkeitszustand?
Logistik:
Steht die Sauberkeit der Verpackung im Verhältnis zu angeforderten Bauteilsauberkeit?
Fertigung:
Zustand und Art der Bearbeitungswerkzeuge?
Teilereinigungsanlagen:
Wie und womit wird gespült? Effektivität?
Düsengeometrie? Filtration der Reinigungsmedien?
Montage des Bauteils:
Span generierende Einbau von Ventilen oder anderen
Bauteilen?
Prüfstand:
Kontrolle der Medienqualität, z.B. durch Ölzustandsmessungen?
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Hauptschmutzeinbringer
Die Mitarbeiter haben einen großen Einfluss auf die Technische Sauberkeit in den einzelnen Prozessschritten. Sie
können durch Unkenntnis, mangelnde Sensibilisierung zum
Thema Technische Sauberkeit und fehlenden Produktbezug
maßgeblich zur Einbringung und Verschleppung von Partikeln beitragen. Durch Schulung, Einbindung in den Prozess
(sowie in die Prozesskettenanalyse), Vorschlagswesen oder
Diskussionsrunden können Mitarbeiter an dieses Thema näher herangeführt werden. Mitarbeiter können ihre Arbeit am
Produkt sensibler betrachten und sich mit ihrer Arbeit besser
identifizieren. Das Thema Technische Sauberkeit steht und
fällt mit geschultem und sensiblem Personal. Hier lassen sich
schon mit einfachen Mitteln große Kosten einsparen.
10
Für gewöhnlich wird die gesamte Prozesskette betrachtet. :
Wenn durch Bauteilanalysen bekannt ist, dass die genutzte
Teilereinigungsanlage den Schmutz nicht effektiv aus dem
Bauteil herausbringt, sondern als sogenannter „Schmutzverteiler“ arbeitet, kann man die Prozesskettenanalyse auf diesen
Prozessschritt reduzieren, um gezielt zu optimieren.
Durch Änderung und Kontrolle des Spülmediums, der Filtration, aber auch der richtigen Positionierung der Bauteile
beim Spülprozess, der Düsengeometrien und dem richtigen
Reinigungsverfahren, kann man optimierte Sauberkeitswerte
erreichen. Ebenso wichtig ist die richtige Positionierung der
Teilereinigungsanlage innerhalb der Prozesskette. Dies kann
ausschlaggebend für die Bauteilsauberkeit sein.
In der Vergangenheit wurden zahlreiche Prozesskettenanalysen von HYDAC an Teilereinigungsanlagen durchgeführt. Die
Sauberkeitswerte konnten dadurch um das bis zu 19-fache
verbessert werden. Diese Analysen werden von fachkundigen
HYDAC-Mitarbeitern durchgeführt, die auf langjährige Erfahrung zurückgreifen können. Die Analysen finden heute in allen
Branchen statt, wo kritische Partikel zu Ausfällen von Anlagen
und Systemen führen können. So werden auch in Werken des
HYDAC Firmenverbunds regelmäßig Prozesskettenanalysen
durchgeführt, um die Qualität zu steigern, Kundenanforderungen noch besser zu erfüllen, sowie die Kundenzufriedenheit
und das Vertrauen zu sichern und weiter zu steigern.
Entwicklung und Ausblick
In den letzten 10-15 Jahren hat sich im Thema Technische
Sauberkeit einiges getan. Die Entwicklung und Optimierung
schreitet voran. Die Anforderungen an die Technische Sauberkeit steigen stetig, ebenso wie die Anzahl der Branchen,
die auf sie achten müssen und die Vorteile und Notwendigkeit
der Technischen Sauberkeit erkennen. Dazu gehören inzwischen nicht mehr nur die Automobilbranche sowie der Land-,
Bau- und Kommunalmaschinenindustrie, sondern auch die
Bereiche Kraftwerk, Windenergie, Luft- und Raumfahrttechnik,
Elektroindustrie, Medizintechnik, Solar- und Umwelttechnik,
sowie optische Industrie und Aeronautik.
Ein zunehmender Trend ist der Wunsch nach produktionsbegleitenden Bauteilsauberkeitsuntersuchungen. Heute finden
Analysen meist in zentralen Sauberkeitslabors statt. Eine
prozessbegleitende Analyse ist aus Kapazitätsgründen so
kaum möglich und Wartezeiten auf Analyseergebnisse sind
vorprogrammiert. Auf diesen Wunsch reagierend, wurde der
CTM-FA von HYDAC entwickelt. Dieser Fluid Analyzer wurde
als Modul zur Bestimmung der Partikelanzahl nach ISO 16232
konzipiert. Die Analyseflüssigkeit wird automatisch aufbereitet
und mittels eines optischen Partikelzählers direkt ausgewertet.
Diese Lösung bietet sich sowohl für die Automobil- und Zuliefererindustrie an, als auch für den Motoren- und Getriebebau
und für die Mobilhydraulik.
Durch den Fortschritt der Technologien in allen Branchen,
beispielsweise in punkto Umweltschutz, Kosteneinsparung
und Energieeffizienz, werden neue Verfahren entwickelt,
welche sich auch mit dem Thema der Technischen Sauberkeit
befassen müssen. Gerade in der Automobilindustrie finden
heutzutage viele Entwicklungen in Richtung „alternative
Antriebe“ statt. Auf Kundenwunsch erarbeitete HYDAC eine
Probenahmeapparatur für die Wasserstoffbetankung (vgl.
Artikel „Probeentnahme-Einheit für Wasserstoff-Tankstellen“
in dem Kapitel „Steuer- und Regelungstechnik“). Die Reinheit
des Kraftstoffs wasserstoffbetriebener Fahrzeuge ist ein
grundlegender Faktor für die Lebensdauer und Effizienz der
Brennstoffzellen. Mit Hilfe der PSA-H70 kann die Technische
Sauberkeit des Wasserstoffs dort überwacht werden, wo
die Betankung erfolgt. Direkt angeschlossen an die H2Tankstelle, werden bei der Betankung Verunreinigungen
auf der Membran aufgenommen. Nach Beendigung des
Tankvorgangs wird die Probenahmeapparatur entkoppelt,
die Membran entnommen und im Labor analysiert. Nach
Austausch der Membran ist die Probenahmeapparatur direkt
wieder einsatzbereit. Die Reinigung und Analyse wird als
Dienstleistung von HYDAC angeboten.
Quellen:
Contamination Management in der Praxis (HYDAC Filter
Systems)
HYDAC Norm: HN 18-50 Technische Sauberkeit, Anforderungen,
Prüfungen QS
Wikipedia
Aufgrund erhöhter Ansprüche bezüglich der technischen
Sauberkeit, wurde von Hydac ein Finish Spülstand konzipiert
und in der Produktion eingesetzt. Auf dieser Anlage werden
unterschiedliche Kraftstoffleitungen auf eine Endsauberkeit
von 0 Partikel > 50 µm gespült. Mittlerweile ist bereits die
zweite Anlage im Einsatz.
Zukünftig steigende Anforderungen an die Technische
Sauberkeit bei weiteren Bauteilen können ebenfalls durch
speziell angepasste Hydac Spülstände umgesetzt werden.
Dies sind nur zwei Beispiele dafür, wie die Technische
Sauberkeit Einzug in immer mehr Prozesse nimmt und
als Werkzeug zur Qualitätssteigerung produzierter Bauteile anerkannt wird. Sie ermöglicht eine Reduzierung der
Nacharbeit, die Senkung von Reklamationsfällen, dient der
Kostensenkung und somit der Erhaltung, Sicherung und
Steigerung der Kundenzufriedenheit. In Kombination mit
der Prozesskettenanalyse ist die Technische Sauberkeit ein
Werkzeug zur kostengünstigen Prozessoptimierung nach
dem Motto „So günstig wie möglich, so optimal wie nötig“.
Bild 23
Bild 23: Eingesetzter Finish Spülstand zur Reinigung von Kraftstoffleitungen auf eine Endsauberkeit von 0 Partikel > 50µm
Forderung der Industrie nach messbar
sauberen Komponenten
Erhebliche Qualitätsverbesserung und
Vermeidung sogenannter Null-Kilometer-Ausfälle
Sehr hohe Relevanz für die Automobil- und
Zulieferindustrie
Restschmutzanalyse zur Bestimmung der
aktuellen Bauteil- und Mediensauberkeit
Prozesskettenanalayse (PKA) als
Schlüssel um Technische Sauberkeit in
der gesamten Produktion zu erreichen
Bei einer PKA werden alle Prozesschritte unter die Lupe genommen
D 10.110.1.0/06.13
Technische Sauberkeit auf einen Blick:
11
HYDAC Stammhaus
HYDAC Gesellschaften
HYDAC Vertriebs- und Servicepartner
Pro.: Speichertechnik D 30.000
Prospekt: Filtertechnik D 70.000
4
Head Office
HYDAC INTERNATIONAL
GMBH
Industriegebiet
66280 Sulzbach/Saar
Deutschland
Telefon:
+49 6897 509-01
Fax:
+49 6897 509-577
E-Mail: [email protected]
Internet: www.hydac.com
D 10.110.1.0/06.13
Prospekt: Kühlsysteme DEF 5.700 Prospekt: Elektronik D 180.000
E 10.113.1.0/01.10
Prospekt: Accessories D 61.000
Pro.: Compact-Hydraulik DEF 5.300 Prospekt: Filter Systems DEF 7.929 Pro.: Verfahrenstechnik D 77.000
Globale Präsenz.
Lokale Kompetenz.
www.hydac.com