Vor- und Zwischenreinigung bei der spanenden Bearbeitung von Powertrain-Bauteilen optimieren

Dampf statt Druckluft – effizient auch bei MMS-Prozessen

In Motoren- und Getriebefertigungslinien der Automobilindustrie ist die Reinigung der Bauteile zwischen spanenden Bearbeitungsschritten Stand der Technik. Sie erfolgt häufig mit Druckluft, die mit hohem Energieaufwand erzeugt wird. Eine betriebskostengünstige Alternative stellt die Dampfreinigung mit dem EcoCsteam-System von Ecoclean dar. Es lässt sich auch zur Vorreinigung nach Prozessen mit Minimalmengenschmierung (MMS) in Fertigungslinien integrieren. Dabei werden Ergebnisse erzielt, die eine deutliche Verlängerung der Badstandzeiten einer nachfolgenden wässrigen Reinigung ermöglichen.

Minimalmengenschmierung (MMS) steht für einen Trend, der sich bei der Herstellung von Komponenten des automobilen Antriebsstrangs aus Aluminium und Stahl immer mehr durchsetzt. Kein Wunder, sorgt das Gemisch aus feinen Öltropfen und Druckluft, das beispielsweise bei der spanenden Bearbeitung von Kurbelgehäusen und -wellen, Zylinderköpfen sowie Pleuel sparsamst eingesetzt wird, doch für enorme Energieeinsparungen. Außerdem entfällt der gesamte Aufwand für die Ver- und Entsorgung sowie Aufbereitung und Lagerung von Kühlschmiermitteln. Ein weiterer Pluspunkt der MMS ist die angenehmere Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter ohne „ölgeschwängerte“ Luft. Viele Vorteile, die die Bestrebungen der Automobilindustrie in Richtung Nachhaltigkeit unterstützen.

Doch wo viel Licht ist, gibt es auch Schatten. Dieser fällt bei MMS-Prozessen auf die Reinigung der Teile. Das Schmiermittel hinterlässt auf den Werkstücken zwar nur minimale, aber extrem haftende Rückstände. Sie kleben Späne und Partikel auf der Oberfläche praktisch fest. Bei der anschließenden wässrigen Reinigung verursacht dies einen erheblichen Mehraufwand, der zu deutlich kürzeren Standzeiten der Bäder führt: Statt nach vier Wochen, wie bei einer Bearbeitung mit Kühlschmiermitteln üblich, müssen die Bäder bei MMS-Prozessen bereits nach einer Woche ersetzt werden.

Daraus resultieren nicht nur höhere Reinigungskosten, sondern auch eine reduzierte Anlagenverfügbarkeit. Verständlich, dass OEM und Hersteller von Powertrain-Komponenten nach einer Lösung suchen, um den Schmutzeintrag in die Reinigungsanlage zu verringern und dadurch die Badstandzeiten wieder zu verlängern.

Effiziente Vorreinigung mit Nassdampf

Die häufig für die Zwischenreinigung eingesetzten Druckluftsysteme sind bei diesen geringen aber fest klebenden Verunreinigungen praktisch wirkungslos. Als effiziente Alternative bietet sich die Vorreinigung der Werkstücke mit dem Dampfreinigungssystem EcoCsteam von Ecoclean an. Es arbeitet mit heißem Nassdampf in Kombination mit einem Hochgeschwindigkeitsluftstrom. Durch ihre einfache Automatisierbarkeit lässt sich die Dampfreinigung als kompaktes Modulsystem direkt in die Fertigungslinien integrieren und ermöglicht die Vorreinigung innerhalb der vorgegebenen Taktzeit.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kesselsystemen erfolgt die Dampferzeugung bei EcoCsteam nach dem Prinzip der Durchfluss-Wassererwärmung: Das Wasser durchfließt ein mit Heizspiralen ausgestattetes Rohrsystem, wobei es auf eine für die Abreinigung der MMS-Rückstände optimale Temperatur erwärmt wird. Der im Dampf enthaltene Flüssigkeitsanteil wird ebenfalls auf die Verschmutzung abgestimmt. Die spezielle Art der Dampferzeugung sorgt nicht nur für einen geringen Wasserverbrauch – es sind nur etwa 250 bis 300 Milliliter pro Stunde erforderlich. Der Dampf steht auch in gleichbleibender Menge und Qualität sowie mit konstanten Eigenschaften für die Reinigung zur Verfügung. Um die Reinigungswirkung zu verstärken, kann ihm ein Reinigungsmedium beigemischt werden. Der als Träger und zur Beschleunigung eingesetzte Hochgeschwindigkeitsluftstrom wird durch einen Seitenkanalverdichter erzeugt. Dies verursacht im Vergleich zu einem Druckluftsystem signifikant geringere Betriebskosten.

Der Wasser- und Dampfdurchsatz sowie Heizleistung und Luftstrom lassen sich über die Steuerung des EcoCsteam-Systems exakt einstellen und werden von der SPS permanent überwacht und angepasst.

Verdopplung der Badstandzeit

Die Umwandlung von Wasser zu Dampf erfolgt bei der EcoCsteam-Technologie erst beim Austritt aus der Düse. Dabei wird der Dampfstrahl rundum durch die auf Hochgeschwindigkeit beschleunigte Luft gebündelt und fokussiert auf die verschmutzte Oberfläche geleitet. Beim Auftreffen verändert der Nassdampf die Viskosität der MMS-Rückstände. Sie werden in feinste Tröpfchen zerstäubt und zusammen mit Partikeln und Spänen durch den Luftstrom von der Werkstückoberfläche abgeblasen. Die abgereinigten Substanzen werden einer integrierten Filter- und Entsorgungseinheit zugeführt. Diese filtert die Späne aus und sammelt sie in einem separaten Container, das Wasser kann aufbereitet oder entsorgt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Dampfreinigungsmodul an ein vorhandenes, kundenseitiges Entsorgungssystem anzuschließen.

Versuche zeigten, dass je nach Komplexität der Oberflächen mindestens 50 Prozent der anhaftenden MMS-Rückstände mit dem Dampfreinigungssystem entfernt werden können. Der Schmutzeintrag in die Reinigungsanlage wird dadurch halbiert. Daraus resultiert eine Verdopplung der Badstandzeit. Dies führt zu einer spürbaren Senkung der Kosten pro Werkstück: Unterstellt, dass 50 Prozent der Reinigungskosten auf die Entsorgung verbrauchter Bäder sowie auf Chemie, Wasser und Energie für neue Bäder entfallen, ergibt sich aus der verdoppelten Standzeit eine Einsparung von rund 25 Prozent pro gereinigtem Werkstück.

Vorteile auch bei der Zwischenreinigung KSS-verschmutzter Teile

Optimale Ergebnisse werden auch bei der Reinigung zwischen Bearbeitungsprozessen mit herkömmlichen Kühlschmierstoffen erzielt. Im Vergleich zu Systemen, die mit teurer Druckluft arbeiten, ermöglicht EcoCsteam eine Verringerung der Betriebskosten. Gegenüber Bandreinigungsanlagen zeichnet sich die Dampfreinigungstechnologie durch einen geringeren Platzbedarf und extrem kurze Taktzeiten aus. Außerdem erfolgt der Reinigungsprozess ohne Chemikalien und ausschließlich mit Wasser, dem bei Bedarf ein Korrosionsschutzmittel zugesetzt werden kann.

Das stets saubere Reinigungsmedium Dampf eröffnet noch weitere Anwendungsmöglichkeiten bei der Herstellung von Komponenten des Antriebstrangs. Dazu zählt unter anderem die fleckenfrei Reinigung polierter Oberflächen, zum Beispiel von Kurbel- oder Nockenwellen vor einer optischen Kontrolle durch automatische Bilderkennungssysteme.

Autor: Doris Schulz