Gewerbliche und industrielle Teilereinigung dient zur Entfernung unerwünschter Schichten oder Partikel von den zu reinigenden Teilen, um die Qualität entweder von Folgeprozessen (wie etwa Farbbeschichten, Galvanisieren, Härten), oder die Reinheit der Endprodukte sicherzustellen.
Abgrenzungen Sehr oft findet man für die hier beschriebenen Tätigkeiten die folgenden Bezeichnungen: Metallreinigung (), Metall-Oberflächenreinigung (engl. ), Bauteilreinigung (engl. ), Entfettung (engl. ). Diese haben sich im Sprachgebrauch etabliert, leiden aber unter einer gewissen Ungenauigkeit. Metallreinigung ist leicht mit einer Raffination verunreinigter Metalle zu verwechseln und wie auch die Metall-Oberflächenreinigung lässt sie außer Acht, dass in steigender Tendenz auch andere Materialien wie Kunst- und Verbundwerkstoffe gereinigt werden. Der Begriff Bauteilreinigung blendet aus, dass auch Ausgangsmaterialien wie Stahlprofile und -bleche gereinigt werden und die Entfettung beschreibt nur ein Teilgebiet, denn in der übergroßen Mehrzahl der Fälle müssen auch Späne, Abrieb, Partikel, Salze etc. mit abgereinigt werden.
Die Bezeichnungen „Gewerbliche und industrielle Teilereinigung“, „Teilereinigung in Handwerk und Industrie“ oder „Gewerbliche Teilereinigung“ beschreiben deshalb vermutlich das Fachgebiet am treffendsten. Es gibt Fachleute, die den Begriff „Industrielle Teilereinigung“ bevorzugen, um so Instandhaltung von Gebäuden, Räumen, Gelände, Fenster, Böden, Mischtanks, Maschinen, Hygiene, Händewaschen, Duschen etc. auszugrenzen.
Bestandteile und ihr Zusammenwirken mini|Faktoren
Reinigungstätigkeiten in diesem Sektor lassen sich nur durch eine Beschreibung der Interaktionen einer ganzen Reihe von Faktoren ausreichend darstellen.
Reinigungsgut Ausgangspunkt stellt das Reinigungsgut dar. Dieses kann aus unbearbeiteten oder kaum bearbeiteten Stählen, Blechen und Drähten bestehen. Aber auch bearbeitete Werkstücke sowie zusammengesetzte Bauteile zählen zum Reinigungsgut. Dabei können ganz unterschiedliche Werkstoffe vorliegen und auch Kombinationen aus verschiedenen Metallen und sogar Kunststoffen oder Verbundstoffen kommen häufig vor. Diese nehmen sogar einen immer breiteren Raum ein, weil beispielsweise in der Autoindustrie vermehrt leichte Materialien eingesetzt werden. Masse und Größe können sehr wichtig für die auszuwählenden Reinigungsmethoden werden. So werden etwa lange Schiffswellen meist manuell (händisch) gereinigt, während kleine Wellen für elektrische Geräte z. B. als Schüttgut in hochautomatisierten Anlagen gereinigt werden. Ähnlich wichtig ist die Geometrie der Teile. So gehören etwa lange, dünne verwinkelte Bohrungen, in denen sich eventuell noch eingeklemmte Späne befinden, mit zu den größten Herausforderungen in diesem Fachgebiet. Hier werden u. a. Roboter eingesetzt, die programmiert sind, die Bohrungen unter hohem Druck exakt auszuspülen.
Verunreinigungen Das Reinigungsgut ist mit unerwünschten Stoffen, den Verunreinigungen oder Kontaminationen, bedeckt. Diese werden flexibel definiert. In bestimmten Fällen können manche Bedeckungen durchaus erwünscht sein und man will z. B. eine Farbbeschichtung nicht angreifen, sondern nur darauf liegendes Material entfernen. Will man aber beispielsweise eine Rissprüfung vornehmen, so müssen die Farbschichten entfernt werden und sie zählen in diesem Fall zu den unerwünschten Stoffen.
Die Einteilung der Verunreinigungen erfolgt dabei zunächst nach dem Schichtaufbau: mini|Aufbau einer metallischen Oberfläche Verformte Grenzschicht, > 1 µm Reaktionsschicht, 1 bis 10 nm Sorptionsschicht, 1 bis 10 nm Kontaminationsschicht, > 1 µm
Siehe Illustration 2: Aufbau einer metallischen Oberfläche nach:Brigitte Haase, Reinigen oder Vorbehandeln? Oberflächenzustand und Nitrierergebnis, Bauteilreinigung, Prozesskontrolle und -analytik. Hochschule Bremerhaven.
Je näher die Schichten an der Substratsoberfläche liegen, umso mehr Energie muss aufgewendet werden, um sie zu entfernen. Entsprechend erfolgt eine mögliche Klassifizierung der Reinigung nach der Art des Energieeintrags: mechanisch – abrasiv: Strahlen, Schleifen mechanisch – nicht-abrasiv: Rühren, Mischen, Ultraschall, Spritzen thermisch – reaktiv: Wärmebehandlung weit über 100 °C in reaktiven Gasen thermisch – nicht-reaktiv: Temp. unter 100 °C, erhöhte Badtemperatur, Dampfentfettung, in Abhängigkeit vom Reinigungsmittel chemisch – abrasiv/reaktiv: Beizen in flüssigen Lösungen, Plasma unterstützt, sputter-cleaning, Elektropolieren chemisch – nicht-reaktiv: organische Lösemittel, wässrige Lösungen, überkritisches CO2
Die Verunreinigungsschicht kann dann weiter unterteilt werden nach: Herkunft Zusammensetzung: Z. B. können Kühlschmierstoffe (KSS) ganz unterschiedlich zusammengesetzt sein, einzelne Komponenten können gerade bei Lohnreinigern, die keine Kontrolle über die Bearbeitungsschritte haben, zu großen Problemen führen. So stören etwa Silikate beim Nitrieren. Aggregatzustand Chem./physikalischen Eigenschaften
Die American Society for Testing and Materials (ASTM) präsentiert in ihrem Handbuch „Choosing a cleaning process“ sechs Gruppen von Verschmutzungen und stellt sie den gängigsten Reinigungsverfahren gegenüber, wobei detailliert auf die Eignung der Reinigungsprozesse zur Entfernung der gegebenen Verschmutzungen eingegangen wird und Musterreinigungsprozesse für verschiedene typische Anwendungen aufgeführt werden. Da aber sehr viele unterschiedliche Aspekte bei der Auswahl der Verfahren zu berücksichtigen sind, kann dies nicht mehr als eine erste grobe Orientierung sein. Die einzelnen Verschmutzungsgruppen lauten: Pigmenthaltige Ziehmittel Pigmentfreie Öle und Fette Späne und Schneidöle/KSS Polier- und Schleifmittel Rost und Zunder Sonstige
Beschickung Um Reinigungstechnik und Medien passend auswählen zu können, sollte weiterhin bekannt sein, welche Anzahl und mit welchem Durchsatz zu reinigen ist. Geringe Stückzahlen sind kaum wirtschaftlich in größeren Anlagen zu reinigen. Auch die Form der Beschickung ist festzulegen. Empfindlichere Teile müssen manchmal in den Chargenbehältern fixiert werden. Besonders vorteilhaft in der Beschickung ist das Schüttgut, allerdings ist es hier sehr schwierig bei aufeinander liegenden flächigen Teilen eine ausreichende Reinigung zu erzielen und eine Trocknung sicherzustellen.
Ort der Reinigung Weitere Bedingung bei der Auswahl ist dann die Frage, ob vor Ort gereinigt werden muss, was bei Reparaturen und Wartungen der Fall sein kann.
Üblicherweise läuft die Reinigung aber in der Werkstatt ab. Dabei soll oft die Beschickung in den Produktionsprozess integriert sein und die Reinigung z. B. Teil des Montagebands sein, was erhöhte Anforderungen an die Anlagentechnik hinsichtlich Größe und Durchsatzvermögen stellt.
Solche Anlagen sind oft exakt an die Anforderungen hinsichtlich Reinigungsgut, Verunreinigungen und Beschickungsverfahren angepasst (Spezialanlagen). Standard sind allerdings noch immer zentrale Reinigungseinrichtungen, die dann auch meist als Multitask-Anlagen angefertigt sind, d. h. sie können verschiedene Reinigungsanforderungen erfüllen. Ein einfaches typisches Beispiel sind die in vielen Werkstätten anzutreffenden Waschtische oder einfachen Reinigungsautomaten.
Reinigungstechnik Zunächst lässt sich unterscheiden zwischen: Manuellen Maschinellen Automatischen und Roboter-unterstützten Techniken
Der Reinigungsvorgang kann in einem einzigen Schritt vollzogen werden, dies gilt besonders für die manuelle Reinigung, aber typischerweise läuft er in mehreren Schritten ab. Dabei können in komplexen Anlagen (z. B. in der Medizintechnik oder optischen Industrie) durchaus bis zu 10 bis 20 verschiedene Schritte durchlaufen werden. Besonders unübersichtlich kann dies auch deshalb werden, weil oft Nicht-Reinigungsschritte in die Anlagen integriert sind: z. B. das Aufbringen von Korrosionsschutz oder das Phosphatieren. Andererseits kann auch die Reinigung selbst in andere Verfahren integriert sein, wie etwa bei der Galvanik oder dem Feuerverzinken als Vorbehandlungsschritt.
Folgender Ablauf ist häufig anzutreffen: Vorreinigung Hauptreinigung Spülen Spülen mit deionisiertem Wasser Spülen mit Korrosionsschutz Trocknen
Jeder dieser Schritte kann dabei in einem eigenen Bad oder Behälter ablaufen oder im Falle der Spritzreinigung einen eigenen Bereich haben (Reihen- bzw. Mehrkammeranlagen). Sehr oft laufen aber die verschiedenen Schritte auch in einer einzigen Kammer ab, in die dann die jeweiligen Reinigungsmedien im Wechsel eingespeist werden (Einkammeranlagen).
Die Reinigungsmedien spielen neben Technik und Verfahren eine ganz zentrale Rolle, da sie letztlich den Schmutz vom Substrat entfernen.
Verwendet werden als flüssige Medien wässrige Reiniger, Emulsionsreiniger (sie bestehen aus einer Emulsion von Lösemittel in Wasser), Kohlenwasserstofflösemittel (KWL) und halogenierte Kohlenwasserstoffe. Üblicherweise wird hier von chlorierten Stoffen gesprochen. Es werden jedoch auch in geringem Umfang bromierte und fluorierte Mittel eingesetzt, deshalb wird hier der übergeordnete Begriff gewählt. Die traditionellen chlorierten Reiniger (CKW) Tri und Per werden heute nur noch in geschlossenen Anlagen unter Vakuum eingesetzt, wobei mit den modernen Volumenverschiebe-Verfahren so gut wie keine Emissionen mehr auftreten. Wässrige Reiniger werden meist aus einer Kombination von Inhaltsstoffen (Builder, Tenside, Komplexbildner) hergestellt. Bei den Kohlenwasserstofflösemitteln gibt es eine Reihe neuerer Entwicklungen, wie z. B. die Pflanzenölester, die modifizierten Alkohole und die dibasischen Ester.
Für bestimmte Anwendungen wie z. B. das Ablösen von Formsand und Zunder von Gussteilen oder das Entfernen von Emaille-Schichten werden Salzschmelzen eingesetzt.
Die wässrigen Reiniger haben Vorteile bei partikulären und polaren Verschmutzungen, erfordern aber meist einen relativ großen Energieeinsatz. Die Lösemittel punkten bei fettigen und öligen Verschmutzungen haben aber ihre Gesundheits- und Umweltrisiken. Viele sind außerdem brennbar und schaffen dadurch Feuer- und Explosionsgefahren.
Ein relativ neuer Ansatz bei den festen Medien/Strahlverfahren besteht im Einsatz von CO2-Trockeneis in Form von Pellets für gröbere Anforderungen oder in Form von Schnee für empfindlichere Materialien oder Bauteile.
Daneben gibt es aber auch Verfahren, die ohne Reinigungsmedien auskommen: Vibrations-, Laser-, Bürst- und Blas-Saug-Verfahren.
Neben den Reinigungsmedien und den zugehörigen Temperaturen sind alle Reinigungsschritte auch durch ihre jeweilige spezielle Agitation/Applikation (mechanische Wirkung) gekennzeichnet. Auch hier gibt es eine große Spannweite unterschiedlicher Methoden und Kombinationen dieser Methoden: Sprühen Spritzen Strahlen Fluten Dampfentfettung Bewegen des Reinigungsgutes (Drehen, Oszillieren, Schwenken) Badumwälzen Eindüsen von Gasen Unterdruckkochen Injektionsfluten Druckfluten Hydroson Ultraschall verschiedener Frequenzen (hochfrequenter US ab 1 MHz, eingesetzt bei empfindlichen Bauteilen, wird im Englischen Sprachraum als Megasonic bezeichnet), siehe auch Ultraschallreinigungsgerät
Schließlich wird jeder Reinigungsschritt auch durch die Zeit gekennzeichnet, in der sich das Reinigungsgut in der betreffenden Zone / dem Bad/Behälter aufhält und somit Medium, Temperatur und Agitation auf die Verunreinigungen einwirken können.
Jede Reinigungstechnik benötigt eine sog. Peripherie. Darunter erfasst man zum einen Maßnahmen und Techniken der Badpflege und Badkontrolle (Standzeitverlängerung) und zum anderen Maßnahmen zum Schutz von Mensch und Umwelt.