Strukturelle Fügebereiche effektiv und effizient reinigen

Leichtbau ist in der Automobilindustrie kein neues Thema. Im Zuge der weiteren Verringerung von CO₂-Emissionen und Elektromobilität gewinnt es jedoch weiter an Aktualität. OEM und Zulieferer setzen deshalb auch bei Karosserieteilen wie beispielsweise Türen, Fahrzeugdächern, Kofferraum- und Heckklappen sowie Motorhauben vermehrt auf leichtere Materialien wie Aluminium und Kunststoffe. Darüber hinaus ermöglichen veränderte Produktions- und Fügetechnologien wie das Verkleben statt Schweißen, Nieten oder Schrauben Gewichtseinsparungen. Um bei strukturellen Verklebungen beispielsweise von Karosserieteilen oder Batteriegehäusen die erforderliche Haftfestigkeit zu gewährleisten, werden sehr hohe Anforderungen an die Sauberkeit und Benetzbarkeit der Fügebereiche gestellt.

Effizient partiell und trocken reinigen statt nass und ganzflächig

Klassische nasschemische Reinigungsprozesse mit wasserbasierenden Medien oder Lösemitteln scheiden bei diesen Aufgabenstellungen aus verschiedenen Gründen aus. Dazu zählen, dass die Fügebereiche üblicherweise eine deutlich höhere Sauberkeit aufweisen müssten als der Rest des Bauteils und sich diese Reinigungsprozesse nicht oder nur mit extremem Aufwand in eine Fertigungs- beziehungsweise Montagelinie integrieren lassen. Favorisiert werden daher trockene Verfahren wie die umweltverträgliche quattroClean-Schneestrahlreinigungsverfahren der acp systems AG. Sie kommt in vielen Industriebereichen zur ortsselektiven oder ganzflächigen Reinigung bei Bauteilen aus praktisch allen Werkstoffen zum Einsatz. Da die Reinigung materialschonend erfolgt, lassen sich auch sensible Substrate behandeln.

Das Verfahren verwendet flüssiges Kohlendioxid als Reinigungsmedium, das als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biogas entsteht und daher umweltneutral ist. Es wird durch die verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinem CO₂-Schnee. Dieser Kernstrahl wird in einem separaten, ringförmige Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren Schnee-Druckluftstrahls auf die zu reinigende Oberfläche kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Sublimations- und Lösemitteleffekt. Das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen entfernt partikuläre (z.B. Staub, Späne, Abrieb, Mikrograte) und filmische (z.B. Trennmittel, Ziehöle, Emulsionen, Silikone, Schmauchspuren) Verunreinigungen reproduzierbar. Abgelöste Verunreinigungen werden durch die aerodynamische Kraft der Druckluft weggeströmt und durch eine integrierte Absaugung entfernt.

Kalter, einfach automatisierbarer Reinigungsprozess mit großem Arbeitsfenster

Die vor über 20 Jahren entwickelte quattroClean-Technologie zählt zu den effizientesten, effektivsten und vielseitig einsetzbarsten, trockenen Verfahren. Im Vergleich zu anderen Trockenreinigungsverfahren wie beispielsweise Atmosphärendruckplasma- und Laserreinigung ermöglicht sie durch verschiedene verfahrensbedingte Eigenschaften eine höhere Prozesssicherheit im Serieneinsatz. Dazu zählen der robuste Prozess und das große Arbeitsfester. Positiv wirkt sich darüber hinaus aus, dass während der Reinigung keine Erwärmung der zu behandelnde Bauteilbereiche stattfindet.

Die Skalierbarkeit des Industrie 4.0-kompatiblen quattroClean-Systems ermöglicht, es einfach und platzsparend an unterschiedliche Anwendungen und Bauteilgeometrien anzupassen. Alle Prozessparameter wie Volumenströme für Druckluft und Kohlendioxid, Anzahl der Düsen, Strahlbereich und -zeit werden durch Versuche im acp-Technikum exakt an das jeweilige Bauteil, die Applikation, die Materialeigenschaften sowie die zu entfernenden Verunreinigungen angepasst. Sie können als teilespezifische Programme in der Anlagensteuerung hinterlegt werden. Auf Standardmodulen basierend erarbeitet acp maßgeschneiderte Anlagenkonzepte – sowohl als Standalone-Lösungen als auch für die Integration in Fertigungslinien und verkettete Produktionsumgebungen.

Klebevorbehandlung von Strukturbauteilen aus Kunststoff und Metall

Für die Vorbehandlung (Entfernung von Trennmittelrückständen und Aktivierung der Oberflächen) zwei zu fügender Bauteile – gefertigt aus faserverstärktem Polyamid (PA) und unverstärktem PA – hat sich das quattroClean-Verfahren gegenüber der Atmosphärendruck-Plasmareinigung durchgesetzt. Gründe waren, dass bei den mit Plasma gereinigten Bauteilen die Anforderungen der nach dem Verkleben erfolgten, zerstörenden Haftfestigkeitsprüfung nicht erfüllt wurden. Außerdem erforderten die engen Prozessfenster der Plasmareinigung, dass Parameter wie Einwirkzeit, Abstand und Auftreffwinkel des Plasmas sehr genau eingehalten werden, um eine Wirkung auf der Oberfläche zu erzielen und eine Überaktivierung des Kunststoffs zu vermeiden. Für diese Anwendung erarbeitete acp gemeinsam mit dem Unternehmen einen mehrstufigen Prozess, in dem die Bauteile automatisiert gereinigt, aktiviert und verklebt werden.

Bei einem asiatischen OEM ging es um die Entfernung minimaler Rückstände des beispielsweise beim Umformen von Karosserieteilen aus Aluminium verwendeten Ziehöls vor dem Verkleben. Das Unternehmen führte dazu vergleichende Versuche mit der Plasma-, Laser- und quattroClean-Reinigung durch. Während sich das Plasmaverfahren hier als nicht zielführend erwies, konnte mit der Laserreinigung das Ziehöl zwar entfernt werden. Allerdings kam es durch die Erwärmung des Bauteils während der Reinigung zu unerwünschten Nebeneffekten, die ebenso wie die vergleichsweise geringe Prozessgeschwindigkeiten Ausschlusskriterien waren. Neben den erzielten Sauberkeitswerten, der hohen Prozessgeschwindigkeit und -sicherheit konnte das quattroClean-Verfahren durch seine „Unempfindlichkeit“ und Wirtschaftlichkeit überzeugen. Entsprechend den Berechnungen des OEM ermöglicht es im Vergleich zu einem nasschemischen Prozess Investitionseinsparungen um den Faktor vier, die laufenden Betriebskosten verringern sich um über 50 Prozent.

acp systems AG, www.acp-systems.com