Reinigung als Wettbewerbsfaktor - Sauberkeit für Gussteile und Formen

Der Trend zu einer höheren Bauteilsauberkeit macht auch vor Gussteilen nicht Halt. Gießereien stellt dies häufig vor neue Herausforderungen bei der Reinigung ihrer Teile. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen bietet die Industrie ein breites Spektrum an Verfahren und Strahltechniken, mit denen sich Formen und Werkstücke – auch nach einer spanenden Bearbeitung – wirtschaftlich, zeitsparend und umweltgerecht reinigen lassen. Strahlen mit festem Strahlmittel und Gleitschleifen zählen zu den etablierten Verfahren in der Gießereiindustrie, um Gussteile nach dem Gießen zu reinigen und zu entgraten. Ein weiteres Verfahren ist das Strahlen mit Trockeneis aus Kohlendioxid.

Diese kompakte Entgratanlage wurde für das flexible Hochdruckentgraten und Reinigen komplexer Gussteile wie etwa Zylinderdeckel und Getriebegehäuse konzipiert. Die Beschickung kann vollautomatisch über eine Beladezelle erfolgen. Bildquelle: Arau

Eiskalte Reinigung von Gussstücken und Formen

Dieser trockene Reinigungsprozess kann sowohl für das Entfernen von Sand an Stahl- und Aluminiumguss-Werkstücken als auch für die Reinigung von Formen und Kernkästen eingesetzt werden. Und das auch, solange Bauteile und Formen noch heiß sind. Das verwendete Kohlendioxid wird aus anderen Prozessen gewonnen und nicht aus fossilen Energieträgern erzeugt, so dass es umweltneutral ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Strahlmitteln ist Trockeneis weniger abrasiv. Der Reinigungseffekt beruht auf drei unterschiedlichen Wirkmechanismen: Die niedrige Temperatur des Strahlmittels von -78,5 Grad Celsius verursacht aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Verunreinigung und des Metalls thermische Spannungen, die eine Versprödung und Ablösung des Schmutzes verursachen. Werden Gussstücke und Formen noch in heißem Zustand gereinigt, beschleunigt dies den Ablöseprozess. Die kinetische Energie des Strahlmittels führt gleichzeitig zu einer mechanischen Abtrennung. Diese wird unterstützt durch den dritten Effekt, den Druckstoß aufgrund der schlagartigen Sublimation der CO2-Partikel. Durch die Sublimation des Strahlmittels bleiben lediglich der abgereinigte Sand und entfernte Grate beziehungsweise Flitter zurück. Wobei aufgrund der gegenüber herkömmlichen Strahlverfahren geringeren Abrasivität des Trockeneisstrahlens nur die Grate und Flitter entfernt werden, die sich später während des Einsatzes des Werkstückes lösen würden. Eine komplett entgratete Oberfläche mit glatten Kanten lässt sich beim Strahlen mit Trockeneis nicht erzielen.

Sauberkeit durch Schallwellen'

Mit Ultraschall lassen sich sowohl partikuläre Verunreinigungen wie etwa Trennmittel, Sand und Oxide als auch filmischer Schmutz, beispielsweise Öle und Fettschichten, schnell, zuverlässig und materialschonend von Gussteilen und Formen entfernen. Erzeugt werden Ultraschallwellen durch einen Generator, der die normale Netzfrequenz in ein hochfrequentes elektrisches Signal umwandelt. Dieses wird dann durch so genannte Schallwandler oder Schwinger in mechanische Schwingungen gleicher Frequenz umgesetzt. Ihre reinigende Wirkung entfalten die Ultraschallwellen in einem Flüssigkeitsbad basierend auf dem physikalischen Effekt der Kavitation: Durch die hohe Intensität des Schallwechseldrucks kommt es in der Flüssigkeit zu einem Wechselspiel von Unter- und Überdruck. In den Unterdruckphasen bilden sich mikroskopisch kleine Hohlräume. Diese Bläschen fallen in der anschließenden Überdruckphase in sich zusammen (implodieren) und erzeugen dabei Stoßwellen mit erheblichen Energiedichten. In der Flüssigkeit werden dadurch auch Mikroströmungen ausgelöst, die sowohl partikulären als auch filmischen Schmutz von den Oberflächen und aus Hinterschneidungen, Sacklochbohrungen, Ritzen und Hohlräumen der zu reinigenden Teile geradezu "absprengen" und wegspülen. Generell gilt: Je tiefer die Frequenz, desto größer die Kavitationsblasen und desto höher die freigesetzte Energie.

Bei der Reinigung von Formen für Aluminium-, Magnesium- und Zinkdruckguss sowie bei der Kokillen- und Kernkastenreinigung mit Ultraschall lassen sich Produktionsrückstände und Formbeläge wie Metallanschweißungen, Trennmittel, Schlichte, Schmiermittel, Öle, Fette, Kalk und Rost ohne mechanische Abnutzung und Beeinträchtigung von Oberfläche und Kanten innerhalb kurzer Zeit schonend, aber gründlich abreinigen. Darüber hinaus entfällt das sonst übliche Zerlegen der Formen, da durch die enorme Reinigungswirkung der Kavitation Verschmutzungen auch aus schwer zugänglichen Bereichen und komplexen Geometrien mit beispielsweise Entlüftungen, Auswerferführungen, Bohrungen, Ritzen und Hohlräumen entfernt werden. Der Reinigungsprozess erfolgt in bedarfsgerecht ausgelegten Anlagen meist mit einer Schallfrequenz zwischen 20 und 30 kHz. Als Reinigungsmedien dienen überwiegend wässrige Reiniger, die in ihrer Zusammensetzung auf Verschmutzungen und Werkstoff abgestimmt sind.

Zum Einsatz kommt Ultraschall neben der Reinigung von Gussteilen vor einer Oberflächenbehandlung wie Galvanisieren, Lackieren, Brünieren und Eloxieren auch bei der Motorherstellung in der Automobilindustrie. Und zwar nach dem Ätzen der Aluminium-Druckgussteile in Freileganlagen, durch das eine homogene Oberfläche in den Zylinderbohrungen hergestellt wird. Dabei reagiert die Lauge mit dem Werkstoff und bildet auf der Oberfläche ein Aluminat, das sich ebenso wie Hydroxide nur sehr schwer entfernen lässt. Die durch die Kavitation hervorgerufenen Strömungen ermöglichen es, diese Verschmutzungen schnell und gründlich zu entfernen.

Die Einzelteilreinigung ermöglicht die gezielte Reinigung von Gussteilen mit Kanälen, Hinterschneidungen, Bohrungen und Sacklöchern. Bildquelle: MAFAC

Reinigen spanend bearbeiteter Gussteile

Zum Leistungsumfang zahlreicher Gießereien gehört neben dem Gießprozess auch die spanende Bearbeitung der Gussteile. Nicht selten müssen bei der Reinigung dieser Werkstücke exakt definierte Restschmutzvorgaben erfüllt werden. Häufig erfolgt die Reinigung der Gussteile in nasschemischen Verfahren im Batch-Prozess in Schüttgutkörben oder teilespezifisch ausgelegten Werkstückträgern, die einen hohen Durchsatz in relativ kurzer Zeit ermöglichen. Gereinigt wird mit wasserbasierenden Medien, die als saure, neutrale und alkalische Reiniger zur Verfügung stehen oder mit Lösemitteln. Letztere werden grob in Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW) und modifizierte Alkohole sowie polare Lösemittel unterschieden. Stand der Technik bei der Reinigung mit Lösemitteln sind geschlossene Anlagensysteme, die gesetzliche Vorgaben zur Reduzierung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (z. B. VOC-Richtlinie) erfüllen. Sie werden üblicherweise als Einkammer-Anlagen angeboten und sind für einen mehrstufigen Reinigungsprozess wie etwa Reinigen, Dampfentfetten, Spülen, Trocknen ausgelegt. Um die Wirkung des Reinigungsmediums zu erhöhen beziehungsweise die Prozessdauer zu verkürzen, kommen meist unterschiedlich stark wirkende physikalische Verfahren wie Ultraschall oder Druckumfluten zum Einsatz.

Einfluss auf Reinigungsergebnis und -kosten hat neben Verfahrenstechnik, Chemie und Behandlungsdauer auch das Reinigungsbehältnis. Voraussetzung für eine zuverlässige und schnelle Abreinigung von Verschmutzungen ist, dass die Werkstücke gut und gleichmäßig vom Reinigungsmedium erreicht werden, 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. Dadurch wird deutlich weniger Schmutz und Reinigungsmedium verschleppt. Dies führt zu längeren Badstandzeiten und damit zu einer höheren Verfügbarkeit der Reinigungsanlage sowie mehr Wirtschaftlichkeit.

Einzelteilreinigung – gezielte Behandlung von Gusseilen

Einfluss auf Reinigungsergebnis und -kosten hat neben Verfahrenstechnik, Chemie und Behandlungsdauer auch das Reinigungsbehältnis. Voraussetzung für eine zuverlässige und schnelle Abreinigung von Verschmutzungen ist, dass die Werkstücke gut und gleichmäßig vom Reinigungsmedium erreicht werden, 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. Dadurch wird deutlich weniger Schmutz und Reinigungsmedium verschleppt. Dies führt zu längeren Badstandzeiten und damit zu einer höheren Verfügbarkeit der Reinigungsanlage sowie mehr Wirtschaftlichkeit. Bei geometrisch komplexen Gussteilen, die hohe Reinheitsgrade aufweisen müssen, bietet sich die Einzelteilreinigung an. Grund dafür ist die Möglichkeit, Kanäle, Bohrungen, Hinterschneidungen und Funktionsoberflächen gezielt zu behandeln. Neben der Geometrie spricht auch die Vermeidung von Beschädigungen durch unnötiges Teilehandling für die Einzelteilreinigung. Sauber und entgratet in einem Arbeitsschritt Müssen die Gussteile nicht nur gereinigt, sondern auch entgratet werden, stehen flexible Anlagen zur Verfügung, in denen die Werkstücke sowohl hochdruckentgratet, bürst- oder werkzeugentgratet sowie gleichzeitig gereinigt werden.

Moderne, in die Fertigungslinie eingebundene, automatisierte Reinigungslösungen mit Robotern bieten dabei eine hohe Flexibilität und ermöglichen die schnelle Anpassung an neue oder veränderte Geometrien von Gussteilen. Integriert in die Nasszelle bildet der Roboter das Handling- und Bearbeitungssystem der Reinigungsanlage, das die Werkstücke genau positioniert an die verschiedenen Behandlungssysteme wie Spritzreinigung, Injektionsflutwaschen, Hochdruckentgraten und Trocknung heranführt. Die Steuerung erfolgt über ein Standard-CNC-System, die Programmierung über ein einfach zu bedienendes Teachpanel. Diese Reinigungseinheiten, die üblicherweise als Standardmodule angeboten werden, sind kompakt aufgebaut, die Medienaufbereitung ist integriert.

Im Batchprozess sorgt ein Reinigungsbehältnis, in dem die Teile von allen Seiten gut zugänglich sind, für ein gutes Ergebnis innerhalb kurzer Zeit. Bildquelle: Dürr Ecoclean

parts2clean 2009

Welche Zeit- und Kosten-Optimierungspotenziale bietet die Bauteilreinigung in der Gießereiindustrie?

Mit welchen Verfahren kann die Reinigung unterschiedlicher Komponenten prozesssicher und wirtschaftlich gestaltet werden? Antworten auf diese und viele weitere Fragen rund um die Reinigung von Gussteilen und Formen bietet die parts2clean.

Die internationale Leitmesse für Reinigung in Produktion und Instandhaltung findet vom 20. bis 22. Oktober 2009 auf dem Messegelände am Flughafen Stuttgart (Deutschland) statt. Das Ausstellungsportfolio umfasst Anlagen, Verfahren und Prozessmedien für das Entfetten, Reinigen, Entgraten und Vorbehandeln von Bauteilen, Warenkörbe und Werkstückträger, Handling und Prozessautomatisierung,Reinraumtechnik, Qualitätssicherung, Testmethoden und Analyseverfahren, Medienaufbereitung und –entsorgung, Lohnreinigung, Forschung und Fachliteratur.
Erstmals wird am 19. und 20. Oktober 2009 auch ein internationaler Kongress unter dem Motto „Anforderungen, Technologien, Märkte – weltweit“ durchgeführt.

www.parts2clean.de.