Immer kleinere Bauteile mit immer höherer Leistung stellen wachsende Anforderungen an die Bauteil- und Montagesauberkeit. Das Konzept Cleancon minimiert durch die ganzheitliche Betrachtung von der Produktion bis zur Montage mit entsprechender Verarbeitungstechnik das Risiko von Systemausfällen durch Partikel.
Der Beitrag stammt von der Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG, Forchtenberg-Ernsbach
Mehr Leistung auf kleinerem Raum – eine Herausforderung, aus der zunehmend kompaktere Aggregate und Baugruppen resultieren. Wenig erfreulich dabei ist, dass die kleinen Systeme deutlich anfälliger gegen Schmutz sind, insbesondere gegen Partikel. Bereits 500, 200 oder nur 100 µm kleine Teilchen können Fehlfunktionen oder komplette Systemausfälle verursachen, beispielsweise wenn sie einen Leiterbahnabstand überbrücken. Damit Anzahl und Größe dieser Partikel kein produktschädigendes Ausmaß annimmt, definieren Hersteller und Zulieferer aus der Automobilindustrie immer präzisere Sauberkeitsanforderungen für funktionsrelevante Bauteile. Solche Vorgaben sind jedoch nur dann sinnvoll, wenn deren Einhaltung vergleichbar kontrolliert werden kann. Daher entstand mit der VDA 19 beziehungsweise ISO 16232 ein Regelwerk, das Verfahren und Vorgehensweisen für die Sauberkeitskontrolle beschreibt. Damit aber nicht genug: Erwiesenermaßen gelangen Partikel nicht nur während der Fertigung auf Bauteile, sondern auch beim Transport und der Montage. Und nicht selten sind es Störteilchen auf beziehungsweise durch Verbindungselemente wie etwa Schrauben und Muttern, die für eine Fehlfunktion verantwortlich sind.
Saubere Verbindungselemente
Um Letzteres auszuschließen, hat Arnold Umformtechnik mit „Cleancon“ ein ganzheitliches Sauberkeitskonzept entwickelt. Es beinhaltet neben der Fertigung, Kontrolle und Verpackung der Verbindungselemente auch deren Montage sowie die Umgebung, in der diese durchgeführt wird. Dabei arbeitet das Unternehmen mit Partnern aus den Bereichen Verarbeitungstechnik und Sauberkeitsanalyse zusammen.
Ausgangspunkt zur Erzielung der erforderlichen technischen Sauberkeit ist ein Anforderungsprofil. Darin werden gemeinsam mit dem Kunden neben bauteilspezifischen Eigenschaften wie Korrosionsschutz, Reibwert und Furchmoment, die Sauberkeitsanforderungen, Spezifikationen zur Kontrolle der Sauberkeit, Verpackungsvorschriften sowie Informationen über die Applika- tion und das Umfeld definiert. Langfristige, prozessbegleitende Analysen ermöglichen Arnold-Umformtechnik dabei auch Aussagen über die maximal erreichbare Reduzierung von Partikeln hinsichtlich deren Größe und Verteilung. .
Richtig konstruieren und fertigen
Diese Informationen fließen bereits in den Konstruktionsprozess der Verbindungselemente und Kaltfließpressteile ein, denn bei der Konstruktion werden die Geometrie und die einzelnen Schritte des Herstellungsprozesses festgelegt. Dies beeinflusst einerseits die Reinigbarkeit der Teile und die mit einem wirtschaftlichen Aufwand erzielbare Sauberkeit. Andererseits kann es durch eine ungünstige Geometrie, beispielsweise scharfe Kanten, beim Transport und der späteren Verarbeitung zu Abrieb und funktionsgefährlichen Partikeln kommen. Die Fertigung ist ebenfalls darauf ausgelegt, die Entstehung mikroskopisch kleiner Störteilchen zu minimieren. Dazu zählen die Reduzierung von Fallhöhen beim Transport der Teile während der Produktion sowie Reinigungsprozesse zwischen den einzelnen Fertigungsschritten.
Am Ende der Fertigung durchlaufen die Teile eine Feinstreinigung in einem eigens konzipierten Sauberraum mit moderner Reinigungstechnik. In dieser reinraumähnlichen Umgebung wird – falls erforderlich – auch eine Gleitbeschichtung zur Einstellung des Reibwertkoeffizienten aufgebracht. Zum Einsatz kommen dafür ausschließlich filtrierbare Medien. Dadurch wird sichergestellt, dass durch die Beschichtung keine Partikel auf die gereinigten Teile gelangen.
Zudem verfügt Arnold Umformtechnik über das Cleancon-Labor. Hier werden serienbegleitend Sauberkeitskontrollen nach VDA 19 durchgeführt. Dies ermöglicht, das im Feinstreinigungsprozess erzielte Ergebnis schnell und unabhängig zu überprüfen und zu dokumentieren. Durch angepasste Extraktionsverfahren lassen sich die Teile insbesondere hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung gravimetrisch untersuchen. Letzteres gibt Auskunft über die Gesamtmasse der vom Bauteil abgelösten Partikel.
Cleanpac – optimal verpackt
Verpackt werden die Verbindungselemente ebenfalls im Sauberraum. Dafür kommt die Spezial-Transportverpackung „Cleanpac“ zum Einsatz, die zu allen üblichen Kleinladungsträgern kompatibel ist. Sie ist nach dem Zwiebelschalenprinzip aufgebaut und besteht aus einer lagefixierenden, antistatischen Innen- und einer Außenverpackung. Die Lagefixierung verhindert bei Schüttgut Relativbewegungen der Teile und damit die Entstehung von Abrieb und Partikeln. Damit ist gewährleistet, dass die Verbindungselemente in der definierten Sauberkeit an den Montagearbeitsplätzen beim Kunden eintreffen.
Keine Rückverschmutzungen
Sobald die Teile zur Montage ausgepackt werden, besteht die Gefahr einer Rückverschmutzung – zum einen durch die Umgebung, zum anderen durch den Montageprozess. Um Kunden auch in diesen Bereichen zu unterstützen, arbeitet Arnold Umformtechnik mit Partnerunternehmen zusammen. Grundlage dabei sind die im Jahr 2010 erschienen Leitfaden „Technische Sauberkeit in der Montage – Umgebung, Logistik, Personal und Montage“ (VDA 19, Teil 2) Empfehlungen für eine sauberkeitsgerechte Montage.
Im Bereich Verarbeitungstechnik geht es vor allem um Schraubsysteme. Denn sowohl bei Handschraubern als auch stationären Schraubsystemen lässt sich durch geeignete Technik die in Fügeprozessen auftretenden Partikelanzahl und -größen deutlich reduzieren. Dazu tragen unter anderem der Stufenförderer und die sogenannte Schmutzbremse bei, die beispielsweise von der Weber Schraubautomaten GmbH, Wolfratshausen, entwickelt wurden. Untersuchungen bei Arnold Umformtechnik belegen die Wirksamkeit dieser Technologie. Dabei wurden die im Montageprozess entstehende Partikelanzahl und -größe von herkömmlich gefertigten und aus einem Zuführtopf ohne Schmutzbremse geförderten Teilen mit dem Partikelaufkommen von Cleancon-Teilen verglichen, die mittels Stufenförderer mit Schmutzbremse am Mundstück zugeführt werden. Im Bereich der Partikelgrößenklasse 100 bis 150 µm nahm die Partikelanzahl von 1526 auf 226 ab, die Zahl der zwischen 150 und 200 µm großen Partikel verringerte sich um 338.
Neben den vielen Montageprozessen, durch die Partikel auf die Bauteile gelangen können, spielt auch die Umgebung als Verschmutzungsquelle eine Rolle. Wesentliche Fragen sind: Wo wird montiert? Ist der Montageplatz so gestaltet, dass sich keine Partikel ansammeln können? Informationen über die Partikelbelastung der Montageumgebung ermöglicht ein Partikelmonitoring beispielsweise mit Partikelfallen. Als geeignete Maßnahmen zur Partikelvermeidung haben sich zum Beispiel ein ausreichender Abstand zur konventionellen Fertigung, keine partikelerzeugenden Prozesse in der Montagezone oder direkt angrenzend, kein Staplerverkehr und keine Transportverpackungen direkt an den Montagearbeitsplätzen bewährt. Zudem ist es wichtig, das Personal für das Thema Montagesauberkeit zu sensibilisieren.
Halle 21, Stand J36
Arnold Umformtechnik;
Telefon: 07947 821-104; E-Mail: hp.zeile@arnold- umformtechnik.de
Weber; Telefon: 08171 406-0; E-Mail: info@weber-online.de
Stufenförderer und Schmutzbremse
Der Stufenförderer ZEL und die so genannte Schmutzbremse von Weber Schraubautomaten tragen bei der Verarbeitung der Verbindungselemente dazu bei, die in Fügeprozessen auftretenden Partikel hinsichtlich ihrer Anzahl und Größen deutlich zu reduzieren. Untersuchungen belegen die Wirksamkeit: Im Bereich der Größenklasse 100 bis 150 µm nahm die Partikelzahl von 1526 auf 226 ab, die Zahl der zwischen 150 und 200 µm großen Partikel verringerte sich um 338.
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