6 Faktoren für optimale Ergebnisse bei wasserbasierter Reinigung

In diesem Artikel befassen wir uns mit den sechs entscheidenden Faktoren für einen erfolgreichen Reinigungsprozess sowie mit deren Vor- und Nachteilen

Von David Geis, Product Manager

Obwohl wasserbasierte Reinigung auf einem einfachen Grundgedanken basiert, können die Einzelheiten zunächst kompliziert und überwältigend erscheinen. Aber das müssen sie nicht sein.

Bedenken Sie immer, dass es keine Einheitslösung für die Verwendung von wasserhaltigen Reinigern zur Reinigung von Werkstücken während oder nach der Fertigung oder zerstörungsfreien Prüfung gibt.

Sie müssen entscheiden, was jeweils richtig für Ihre Anwendung ist. Dabei sind Zeitbeschränkungen, die Verfügbarkeit von Ausrüstung und Personal, Qualitätsanforderungen, Budget und Wartung zu berücksichtigen.

Die sechs Hauptfaktoren für den Erfolg eines Reinigungsprozesses und ihre Wechselwirkungen bilden die sogenannte Reinigungsgleichung:.

Rühren × Chemikalien × Temperatur × Zeit + Spülen + Trocknen = sauber

Diese Faktoren müssen so ausbalanciert werden, dass man die gewünschten Ergebnisse erzielen kann.

 

1. Agitationsmethode (Rühren)

Rühren (z.B. Ultraschall Reinigung) oder Sprühen reinigen schneller als einfaches Eintauchen.

Das Bewegen des Werkstücks in der Reinigungslösung (oder das Bewegen der Reinigungslösung über das Werkstück) wird als Agitation bzw. Rühren bezeichnet. Je nach Ausstattung, Anordnung und Geometrie des Werkstücks und Art der zu entfernenden Verschmutzung kann das auf unterschiedliche Weise erzielt werden.

Die Agitationsmethode ist in der Regel der erste Parameter der Reinigungsgleichung, der festgelegt wird, da sie die für die Reinigung erforderliche Ausrüstung und Investition betrifft. Die Entscheidung für eine Reinigungsmethode bestimmen die Einschränkungen hinsichtlich Zeit, Chemikalien und Temperatur.

Die wesentlichen Agitationsmethoden sind Abwischen von Hand, Sprühen, Einweichen und Ultraschall.
 

Einweichen ist die einfachste Agitationsmethode. Zu reinigende Werkstücke werden einfach so lange in ein Bad mit Reinigungslösung eingetaucht, bis die anhaftende Verschmutzung erweicht und entfernt ist.

Diese Methode bereitet zwar den geringsten Arbeitsaufwand, ist aber auch die langsamste aller Reinigungsmethoden.
 

Abwischen von Hand mit einem Lösemittel und einem Lappen oder einer Bürste ist die zweiteinfachste Methode.

Das Lösemittel löst die Verschmutzung, sodass sie sich einfach entfernen lässt und das Wischen entfernt die Verschmutzung.

Diese Methode ist besonders einfach umzusetzen, kann jedoch kostspielig im Hinblick auf den Personalaufwand werden, da der gesamte Reinigungsvorgang von einem Mitarbeiter durchgeführt werden muss.
 

Sprays werden typischerweise in der Serienfertigung eingesetzt, wo die Zeit begrenzt ist. Die Werkstücke werden in einer Kammer mit mehreren Düsen platziert, die Reinigungslösung versprühen.

Die Wirkung der Reinigungslösung entfernt in Kombination mit dem Sprühdruck wirksam die Verschmutzung von der Werkstückoberfläche.

Diese Methode kann die schnellste Reinigungsmethode sein, sie bedarf aber zusätzliche technische Ausrüstung und Knowhow.
 

Ultraschallreinigung erzeugt mittels Schallwellen mikroskopische Bläschen in der Reinigungslösung, die anschließend wieder in sich zusammenfallen.

Das erzeugt einen mikroskopischen Reinigungseffekt auf der Werkstückoberfläche, der Verschmutzungen löst und entfernt.

Die Kosten für Einrichtung und Betrieb von Ultraschallbädern sind in der Regel höher als für Rührungsbäder, sie liefern jedoch bei Präzisionsteilen häufig bessere Ergebnisse.

 

Vorteile einer höheren Agitation

• Bewegt den Reiniger zu verschmutzten Bereichen
• Löst die Schmutzmoleküle auf
• Bewegt die Verschmutzung von den Werkstücken weg
• Erhöht die Reinigungswirkung, reduziert die Reinigungszeit

Nachteile einer höheren Agitation

• Begrenzt durch die verfügbare Ausrüstung
• Empfindliche Werkstücke und spezielle Beschichtungen oder Galvanisierungen können beschädigt werden
• Höhere Kosten für Ausrüstung und Wartung

 

2. Chemikalien

Die Art des Reinigers hat Einfluss darauf, wie aggressiv Verschmutzungen von der Werkstückoberfläche entfernt werden.

Eine Reinigungslösung kann sehr einfach (Seife und Wasser) oder sehr komplex (luftfahrttaugliche Reiniger) sein.

Die Bestandteile eines Reinigers sind stark abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, dem Material des Werkstücks, der Verschmutzung, der Reinigungsmethode und dem nächsten Produktionsschritt, den das Werkstück durchlaufen wird.

Im Allgemeinen enthält eine Reinigungslösung ein Basislösemittel, Tenside, Aufbaustoffe und Zusatzstoffe:
 

Lösemittel machen den Großteil der Reinigungslösung aus (bei wasserhaltigen Reinigern ist das Lösemittel Wasser).
 

Tenside sorgen dafür, dass das zu reinigende Werkstück von der Lösung befeuchtet wird, lösen Verschmutzungen auf und emulgieren die Verschmutzungen, damit sie von der Oberfläche abgewaschen werden können.
 

Aufbaustoffe sind verschiedene Chemikalien, die auf unterschiedliche Weise die Tenside unterstützen, etwa durch Abbauen von Fetten und Ölen, Aufrechterhalten des pH-Wertes in der Lösung, Isolieren von Erdalkalisalzen oder Koagulieren von suspendierten Verschmutzungen zur Filterung und Beseitigung.
 

Zusatzstoffe sind Chemikalien, die Hilfsfunktionen in einer Reinigungslösung erfüllen. Sie sorgen beispielsweise für Korrosionsschutz, beschränken oder fördern die Schaumbildung, erhöhen oder senken die Viskosität oder geben der Lösung einen angenehmen Geruch oder eine angenehme Farbe.

Bei festen oder festgebackenen Verschmutzungen sind für eine wirksame Reinigung sehr aggressive Chemikalien erforderlich.

Säurehaltige Reiniger sind effektiv gegen Wasserstein (Kalkablagerungen), können aber die Metalloberfläche eines Werkstücks oxidieren (Rost) oder sogar zu Metallkorrosion führen.

Ätzende Reiniger sind effektiv gegen Fett und karbonisierte Verschmutzungen aber sie können Beschichtungen und Galvanisierungen ablösen oder weichere Metalle korrodieren.

Es ist wichtig die Eigenschaften und das Verhalten der Werkstoffe richtig einzuschätzen und die Wirkung aggressiver Chemikalien zu berücksichtigen, um Beschädigung des Werkstücks zu verhindern.

Manche Reinigungslösungen hinterlassen außerdem einen Film auf dem gereinigten Werkstück, insbesondere bei Verwendung bei höheren Temperaturen. Das zu wissen kann sehr wichtig sein, wenn ein Werkstück zwischen Fertigungsschritten gereinigt wird, da ein Rückstandsfilm möglicherweise einen folgenden Schritt im Fertigungsprozess beeinträchtigen kann.

Am Ende des Reinigungsprozesses müssen unbedingt alle verbliebenen Chemikalien von der Werkstückoberfläche abgespült werden, um unerwünscht spätere Beeinträchtigungen oder Schädigungen des Werkstücks zu vermeiden.

 

Verschiedene Arten von Reinigungschemikalien

Verwenden Sie immer die am wenigsten aggressive Chemikalie, mit der sich die gewünschte Reinigung erzielen lässt.

Neutrale wasserhaltige Reiniger (pH 7-9)

Beispiele: Daraclean 212, Daraclean 235, Daraclean 236

Vorteile

• Sehr gut abspülbar, keine Rückstände
• Sicherer für Bedienpersonal
• Gut für empfindliche Legierungen

Nachteile

• Weniger Reinigungskraft als aggressivere Reiniger
• Neigt eher zum Schäumen, muss beim Sprühen mit Schaumbildungshemmer verwendet werden

 

Alkalische wasserhaltige Reiniger (pH 9-12)

Beispiele: Daraclean 282 and Daraclean 282GF

Vorteile

• Allgemeine Universalreinigung
• Sichere Verwendungmit verschiedenen Metallen und Legierungen
• Geringe Schaumbildung beim Sprühen

Nachteile

• Nicht so gut für stark karbonisierte Verschmutzungen
• Muss gründlich abgespült werden, um Rückstände zu vermeiden

 

Hochalkalische wasserhaltige Reiniger (pH 12-13)

Beispiele: Daraclean 200, Daraclean 259, Daraclean 283

Vorteile

• Sehr stark gegen Fett und karbonisierte Verschmutzungen
• Wirksam bei geringer Konzentration

Nachteile

• Kann Konversionsschichten und Weichmetalle beschädigen
• Muss gründlich abgespült werden, um Korrosion und Rückstände zu vermeiden

 

Lösemittelhaltige Reiniger

Beispiel: SKC-S

Vorteile

• Ausgezeichneter Reiniger für Öl und Fett
• Wenig oder keine Rückstände ohne Abspülen
• Schnell und einfach anzuwenden

Nachteile

• Kann gefährlich und schädlich für die Umwelt sein
• Unwirksam bei Wasserstein
• Nicht recycelbar oder wiederverwendbar

 

3. Temperatur

Höhere Temperaturen erhöhen die Wirksamkeit der Reinigungslösung.

Im Allgemeinen erzielt man beim Reinigen bei höheren Temperaturen bessere Ergebnisse als bei niedrigeren Temperaturen. Das liegt daran, dass nahezu alle Schritte des Reinigungsprozesses bei höherer Temperatur schneller und einfacher stattfinden.

Alle chemischen Reaktionen zwischen Lösung und Verschmutzung laufen schneller ab. Gleichungen der chemischen Reaktionen zeigen, dass die Reinigungsgeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur steigt, sodass die Reinigungszeit bei höheren Temperaturen deutlich verringert werden kann.

Auch die Eigenschaften von Verschmutzungen werden durch die Temperatur beeinflusst. Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität einer Verschmutzung ab, sodass aggressive Reiniger leichter eindringen können und sie leichter durch Agitation von der Oberfläche entfernt werden kann. Öle emulgieren bei steigender Temperatur leichter und die schwebenden Tröpfchen werden kleiner.

Andererseits kann sich die höhere Temperatur nachteilig auf die Werkstückoberfläche auswirken. Höhere Temperaturen bedeuten aggressivere Chemikalien in der Reinigungslösung, sodass es schneller zu Korrosion oder Ätzen kommen kann.

Darüber hinaus steigern höhere Temperaturen auch die Flüchtigkeit der Reinigungslösung und führen zu Verdampfungsverlusten. Bei Temperaturen über 50 °C kann es zu erheblicher Verdampfung aus dem Reinigungsbad kommen.

Diese Punkte müssen bei der Konzeption eines Reinigungsprozesses mit hohen Temperaturen unbedingt berücksichtigt werden.

Vorteile höherer Reinigungstemperaturen

• Bessere Reinigungsergebnisse
• Die höhere Badtemperatur verringert die Schaumbildung

Nachteile höherer Reinigungstemperaturen

• Höhere Kosten für Ausrüstung, Betrieb und Wartung
• Kann potenziell die Werkstückoberfläche schädigen, da die Aggressivität der Reinigungschemikalien erhöht wird
• Höhere Temperaturen können mehr Rückstände verursachen, wenn die Flüssigkeit beim Entnehmen des Werkstücks aus dem heißen Bad verdampft

 

4. Zeit

Die für die Reinigung der Werkstücke benötigte Zeit kann durch Anpassen der anderen Faktoren in der Reinigungsgleichung minimiert werden.

Die Ergebnisse des Reinigungsprozesses hängen stark von der aufgewendeten Zeit ab. Längere Reinigungszeiten bedeuten in der Regel eine bessere Reinigung. Das lässt sich so zusammenfassen: Je länger ein Werkstück gewaschen, abgesprüht oder eingeweicht wird, desto länger können die Chemikalien im Reiniger auf die Verschmutzung einwirken und desto mehr Verschmutzung wird entfernt.

Im Idealfall würde der Reinigungsprozess so lange dauern, wie nötig ist, um sicherzustellen, dass das Werkstück sauber ist. In der Realität ist die für die Reinigung verfügbare Zeit jedoch häufig beschränkt.

Zeitbeschränkungen können von verschiedenen Seiten auferlegt werden. Die naheliegendste Beschränkung kommt vom Fertigungsprozess. Ein Werkstück in der Fertigung kann bei jedem Schritt nur eine bestimmte Zeit verbringen, ohne die gesamte Linie aufzuhalten. Das betrifft auch die Reinigung.

Da die Fertigungszeit sich direkt in Gemeinkosten und Personalkosten niederschlägt, sind die meisten Unternehmen bestrebt, die Fertigungszeit für ein Werkstück oder Fertigerzeugnis zu verringern. Daher wird immer der Druck bestehen, die Zeit für die Reinigung von Werkstücken zu minimieren.

Eine weitere wesentliche Zeitbeschränkung können die Details des Reinigungsprozesses auferlegen. Um widerspenstige oder festgebackene Verschmutzungen zu entfernen, müssen Reinigungslösungen häufig aggressive Chemikalien enthalten oder bei erhöhten Temperaturen angewendet werden. Diese Bedingungen können zur Erosion von empfindlichen Werkstücken oder zu Korrosion auf der Werkstückoberfläche führen.

Beim Einsatz von aggressiven Reinigungslösungen muss ein Gleichgewicht zwischen wirksamer Entfernung der Verschmutzung und potenziellen Beschädigungen der gereinigten Oberfläche gefunden werden.

Bei bestimmten Reinigungsprozessen und Chemikalien gibt es eine maximale Sauberkeit, die sich erreichen lässt, bevor sich Verschmutzungen wieder auf der Oberfläche absetzen.

Diese Beschränkung wird von verschiedenen Faktoren wie der Menge der bereits in der Reinigungslösung suspendierten Verschmutzung, der Reinigungsmethode (Sprühkabine, Einweichbehälter etc.) und den Chemikalien der Reinigungslösung beeinflusst. Bei Fragen dieser Art muss die gesamte Reinigungsgleichung berücksichtigt werden.

Vorteile einer längeren Reinigungszeit

• Wirksamere Reinigung, da die Chemikalien mehr Zeit haben, Verschmutzungen zu lösen

Vorteile einer kürzeren Reinigungszeit

• Höherer Werkstückdurchsatz beim Reinigungsprozess
• Weniger Einwirkung der Chemikalien zum Lösen von Verschmutzungen

 

5. Spülen

Ausreichendes Spülen ist erforderlich, um nicht nur die Verschmutzung, sondern auch den Reiniger zu entfernen und Rückstände zu vermeiden.

Bei Verwendung eines wasserhaltigen Reinigers und wasserlöslicher Chemikalien ist das richtige Spülen aus verschiedenen Gründen entscheidend für die endgültige Sauberkeit eines Werkstücks.

Spülen ist die beste Methode, um Verschmutzungen von der Werkstückoberfläche zu entfernen, insbesondere bei Einweichverfahren mit wenig anderweitiger Agitation. Bei Sprüh- oder Wischverfahren ist Spülen ebenfalls wichtig, vor allem wenn Chemikalien verwendet werden, die beim Trocknen die Werkstückoberfläche korrodieren können.

Zudem ist das abschließende Spülen bei der Reinigung eines Werkstücks zwischen Fertigungsschritten entscheidend für den Zustand der Werkstückoberfläche beim Erreichen des nächsten Fertigungsschritts. Wenn die Reinigungschemikalien nicht ausreichend abgespült werden, können sie auf dem Werkstück antrocknen und können Beschichtungen, Kleber, Galvanisierungen oder sonstige Bearbeitungen des Werkstücks beeinträchtigen.

Ein gründliches Spülen in sauberem Wasser entfernt die Chemikalien, sodass das Werkstück den weiteren Fertigungsprozess durchlaufen kann.

Vorteile des Spülens

• Entfernt Reinigungsrückstände
• Die Oberfläche wird für den nächsten Fertigungsschritt vorbereitet
• Dem Spülwasser kann Korrosionsschutzmittel beigemischt werden, um die Werkstücke zu schützen

Nachteile des Spülens

• Das Spülwasser muss sauberes Wasser sein
• Mehrere Spülungen können erforderlich sein
• Leitungswasser kann Wasserflecken hinterlassen

 

6. Trocknen

Das Trocknen darf nicht vernachlässigt werden, da auf einem Werkstück zurückbleibendes Wasser Korrosion verursachen oder anschließende Prozesse beeinträchtigen kann.

Das Trocknen der Werkstückoberfläche ist für einen guten Reinigungsprozess genauso wichtig wie die anderen Schritte, insbesondere wenn der nächste Schritt im Fertigungsprozess eine zerstörungsfreie Prüfung ist.

Bei einer Farbeindringprüfung behindert das auf der Oberfläche zurückgebliebene Wasser das Einsickern des Eindringmittels in Oberflächenfehler. Eine nasse Oberfläche beeinträchtigt die Empfindlichkeit von Eindringprüfungen. Daher sollte ein Warmlufttrockner eingesetzt werden.

Das auf der Oberfläche zurückbleibende Wasser kann außerdem den nächsten Verarbeitungsschritt verunreinigen, insbesondere bei Eindringmitteln oder Magnetpulverölbädern wie Carrier II, bei denen Wasserverunreinigung die Ausrüstung angreifen oder langfristig zur Korrosion der Ausrüstung führen kann.

Vorteile des Trocknens

• Verhindert die Korrosion von Werkstücken, da nasse Werkstücke rosten können
• Beseitigt Wasserrückstände, die eine Eindringprüfung beeinträchtigen würden
• Verschiedene Trocknungsoptionen:
  • Luftmesser
  • Luftschlauch
  • Ofen (vor Farbeindringprüfungen erforderlich)

Nachteile des Trocknens

• Höhere Kosten für Ausrüstung
• Höhere Kosten für Betrieb und Wartung
• Lange Wärmebelastung in einem Trockenofen kann Beschichtungen oder empfindliche Werkstückoberflächen angreifen