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Reinigen
Beim Teilprozess Reinigung sind zwei Bereiche zu beachten:
- Die Einflussgrössen auf die Reinigung entsprechend dem Sinnerschen Kreis
- Reproduzierbarkeit der Reinigung, z.B. weil das Bad durch die abgereinigten Stoffe verschmutzt ist.
Einflussgrössen auf die Reinigung entsprechend dem Sinnerschen Kreis
Der Sinnersche Kreis beschreibt die Einflussgrössen auf die Reinigung in 4 Quadranten:
- Zeit
- Temperatur
- Mechanik
- Chemie
Zeit:
Für die Reinigung benötigt es Zeit damit:
a) die Temperatur auf das Teil übergehen kann,
b) der Reiniger den Schmutz an der Oberfläche anlösen kann,
c) die Mechanik den Schmutz von der Oberfläche entfernen kann.
Für den isoliert betrachteten Reinigungsschritt (d.h. ohne Spülen, Trocknen, Schützen) sind realistische Zeiten bei 3 bis 10 Minuten
Temperatur:
Die Temperatur des Bades spielt in der Reinigung eine wesentliche Rolle. Chemische Prozesse laufen bei höheren Temperaturen schneller ab wie bei tiefen (Arrhenius-Gleichung). Es gibt aber auch Prozesse, bei der eine Grenztemperatur (z.B. 48°C) nicht überschritten werden darf. Andere sind erst bei Temperaturen über 55°C stabil (z.B. keine Schaumbildung).
Mechanik:
Die Mechanik oder Technik ist das ausgeprägteste Element, über welches sich die Reinigungsmethoden unterscheiden. Über die Mechanik (z.B. einer Bürste) wird der angelöste Schmutz von der Oberfläche entfernt. Dazu gibt es unterschiedliche Technologien:
a) Spritzstrahl: Wasser wird gezielt und mit hohem Druck auf die Teileoberfläche gespritzt (z.B. Spritzen mit Gartenschlauch, Hochdruckreiniger wie Kärcher, rotierender Düsenstrahl bei MAFAC-Reinigungsmaschinen)
b) Dampfstrahl: Wasser wird in einem Boiler erhitzt und trifft als heisser Dampf auf der Teileoberfläche auf (z.B. Elmasteam ES-8)
c) Tauchen: Die Teile werden in ein Bad getaucht und normalerweise geschwenkt
d) Kavitation durch Ultraschall: Das Tauchbad wird ergänzt mit einem Ultraschall-Schwinger. Die Ultraschallwellen erzeugen im Bad und auf der Teileoberfläche Kavitation, wodurch Partikel auf der Oberfläche abgelöst werden (z.B. Ultraschallgeräte von Elma, Ultraschallschwinger in MAFAC Reinigungsanlagen)
e) Bürsten: Durch die mechanische Reibungskraft der der Bürsten werden Partikel an der Teileoberfläche abgelöst (z.B. Zahnbürste, Autowaschstrasse)
f) Partikelstrahl: Partikel werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Teileoberfläche geschossen und lösen so Partikel ab (z.B. Sandstrahlen, Trockeneis-Strahlen)
g) Weitere: Es gibt diverse weitere Mechaniken zur Teilereinigung. Sehr oft werden aber auch Kombinationen der oben beschriebenen Techniken verwendet (z.B. Druckumfluten ist eine Kombination von Spritzstahl im Tauchbad)
Chemie/Reiniger:
Der Reiniger soll im Idealfall alle Verunreinigungen ablösen und mit allen Teileoberflächen verträglich sein. Diesen Idealreiniger gibt es noch nicht, also muss der richtige Reiniger in erster Linie über die zu entfernende Verschmutzung und die zu reinigende Oberfläche bestimmt werden. (In zweiter Linie sind es die anzuwendenden Techniken, Verfahren, Prozesse).
Übliche Verunreinigung sind:
- Partikel wie Späne, Körner, Abriebe
- Öle, Fette, Emulsionen
- Schleif- und Polierpasten
- Staub, Umgebungsschmutz, Fingerabdrücke
- Rost, Oxyde
- Metalloxid- und Quarz-Beschläge
- Kalk, Salzrückstände
- Blut, Speichel, Gewebe- und Knochenreste
- Proteine
- Milchrückstände
- Ablagerungen, Biofilme
- Verbrennungsrückstände
- Harze, teerartige Rückstände
- Wachse, Lack- und Farbreste
- Marker, Etikettenreste
- Trageschmutz
Teileoberflächen können aus unterschiedlichsten Materialien sein. Sie sind in der Regel fest, d.h. nicht flüssig:
- Metalle (Edelmetalle, Edelstahl, Buntmetalle, Leichtmetalle, Stahl und Stahllegierungen, Hartmetall, Metallgüsse, usw.)
- Kunststoffe, Gummi
- Gläser
- Siliziumscheiben, Wafer
- Leiterplatinen
- Keramik
- Schmucksteine
- Hybride aus mehreren Materialien
Für die häufigsten Anwendungen gibt es Standardreiniger. Bei speziellen Aufgaben (wo die Schweizer Unternehmen öfters tätig sind), wird in Rücksprache mit dem Verfahrenslabor der richtige Reiniger und der Reinigungsprozess bestimmt.
Die Reiniger können auf der Basis von Lösemittel oder von Wasser hergestellt werden. Welche Basis geeigneter ist oder ob eine Kombination von Lösemittel- und Wasserbasis zum Ziel führt, muss manchmal in einem Versuch ermittelt werden. In den letzten Jahren hat die Entwicklung der wasserbasierten Reiniger grosse Fortschritte gemacht. Die meisten Reinigungsaufgaben können heute mit wasserbasierten Reinigern durchgeführt werden.
Merke: Für eine erfolgreiche Reinigung sollten alle 4 Quadranten im Gleichgewicht sein. Wenn ein Quadrant zu wenig stark ausgebildet ist
- dauert es zu lange
- wird das Reinigungsgut zu heiss oder der Reiniger kann seine Wirkung nicht entfalten
- wird die Oberfläche durch die Mechanik zu stark angegriffen oder der Schmutz nicht genügend von der Oberfläche abgelöst
Reproduzierbarkeit der Reinigung
Ein Reinigungsprozess verlangt eine Reproduzierbarkeit, d.h. die Reinigungsergebnisse müssen wiederholbar sein. Ein neu angesetztes Reinigungsbad verändert mit der ersten Reinigung seine Zusammensetzung, da die abgereinigten Stoffe im Bad zurückbleiben. Um die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, gibt 2 Möglichkeiten:
Verwurf des Bades, d.h. der Reiniger, das Wasser und die Energie im Warmwasser werden weggeworfen und das Bad für die nächste Reinigung neu angesetzt.
In der Praxis hat das Reinigungsbad eine bestimmte Aufnahmefähigkeit und kann während mehreren Reinigungsvorgängen eine gute Reinigungsleistung erbringen. Das Bad wir so lange verwendet, bis die Reinigungskapazität erschöpft ist.
Regenerieren des Bades, indem die abgereinigten Stoffe kontinuierlich aus dem Bad entfernt werden (z.B. mit Filter und Ölabscheider) und der Reiniger nachdosiert wird.
Diese Methodik schont die Ressourcen (Wasser, Energie und Reiniger) und konzentriert die Abfallstoffe, so dass auch die Entsorgungskosten geringer sind. Das Reinigungsbad bleibt durch das konstante Regenerieren auf einer gleichbleibenden Reinigungsleistung.
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