MAFAC Reinigungsergebnisse überzeugen im Fluoreszenz-Messverfahren

Identische Bauteile. Identischer Verschmutzungsgrad. Vergleichbarer Prozessablauf. Mit dieser Versuchsanordnung initiierte die Carl Zeiss Jena GmbH einen herstellerübergreifenden Benchmark verschiedener Kammerreinigungsanlagen. Ziel war es, technische Sauberkeit valide nachweisen zu können. Und – dank innovativer Fluoreszenz-Messtechnik des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM – erstmals den Einfluss der Reinigungsanlage auf die erzielten Ergebnisse zu quantifizieren.

F-Scan macht MAFAC Reinigungsergebnisse sichtbar.

MAFAC überzeugt im Vergleich von Kammerreinigungssystemen bei der Carl Zeiss Jena GmbH

Zwei Aufnahmen der Fluoreszenzanalyse eines Bauteils

Technische Sauberkeit braucht den objektiven Nachweis
Wo technische Sauberkeit über Funktion, Prozesssicherheit und Validierung entscheidet, reicht es nicht aus, allein den Reinigungsprozess zu betrachten. Es braucht einen objektiven, reproduzierbaren Nachweis darüber, ob ein Bauteil die geforderte Sauberkeit tatsächlich erreicht. Ebenso muss sich vor der Integration in hochsensible Prozessketten objektiv nachweisen lassen, ob Komponenten von Zulieferern den Qualitätsanforderungen entsprechen oder nachgereinigt werden müssen.
_{Bilder links: Filmische Rückstände rot dargestellt im Fluoreszenz-Messverfahren. Vor (1) und nach (2) der Vorreinigung eines Bauteils.}

Genau hier setzt das vom Fraunhofer IPM entwickelte Fluoreszenzverfahren F-Scan an. Es macht selbst minimale filmische Rückstände nicht nur an Referenzpunkten, sondern über die gesamte Bauteiloberfläche sichtbar. Damit lassen sich nicht allein Bauteilsauberkeit und Lieferpartner objektiv bewerten, sondern erstmals auch die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Kammerreinigungsanlagen miteinander vergleichen.

Wenn sich technische Sauberkeit erstmals vollflächig erfassen und damit objektiv vergleichen lässt, wird auch der Einfluss der Reinigungsanlage messbar.

Benchmark unter identischen Bedingungen
Welchen Beitrag leistet die Maschinenarchitektur? Um diese Frage zu beantworten, initiierte Andreas Neumann, Senior Expert Technische Sauberkeit bei ZEISS, einen herstellerübergreifenden Vergleich. Ziel war es, herauszufinden, welche Reinigungsanlage bereits aufgrund ihrer Prozessarchitektur – ohne individuelle Prozessoptimierung, Chemieanpassung oder Feinabstimmung – stabile und reproduzierbare Reinigungsergebnisse liefert.
Verglichen wurden daher ausschließlich die grundlegenden Reinigungs- und Trocknungsprozesse der jeweiligen Kammerreinigungsanlagen.

Für den Vergleich erhielten alle beteiligten renommierten Hersteller – darunter MAFAC – fünf identische Originalbauteile mit identischem Verschmutzungsgrad. Auch die Versuchsbedingungen waren weitestgehend identisch: Art und Konzentration der Reinigungschemie, wasserbasierter Prozessablauf mit Spritzen und Fluten sowie die Prozesszeiten für Reinigung und Trocknung.

Bei MAFAC fand die Testreihe im Customer Center auf einer MAFAC MALTA statt. Die Kammerreinigungsanlage ist für High-Purity-Anwendungen mit höchsten Industriestandards ausgelegt. Typische Einsatzbereiche sind unter anderem die Optik-, Präzisions- und Medizintechnik sowie die Halbleiterindustrie.

Wir wollten verstehen, wie weit die Technik von sich aus trägt – noch bevor Prozessoptimierung, Chemieanpassung oder Feinabstimmung der Parameter greifen.“

Andreas Neumann, Senior Expert Technische Sauberkeit ZEISS

Die Prozessarchitektur macht den Unterschied

Nach Abschluss der Versuchsreihe wurden die Bauteile rekontaminationssicher verpackt und zur zentralen Auswertung an ZEISS zurückgesendet. Dort erfolgte die Analyse mit dem Fluoreszenzmessverfahren F-Scan des Fraunhofer IPM. Das Ergebnis: Trotz weitestgehend identischer Versuchsbedingungen bei allen beteiligten Maschinenherstellern wurden messbare Unterschiede sichtbar – sowohl beim Umfang als auch bei der Verteilung der filmischen Rückstände auf den Bauteiloberflächen.

Vier Aufnahmen der Fluoreszenzanalyse eines Bauteils

Das MAFAC Prinzip: Intelligente Bewegung und Druckdynamik
Die Voraussetzung für die im Benchmark nachgewiesene Reinigungsleistung bildet bei MAFAC bereits die Auslegung der Reinigungsanlage. Von der Anlagenkonstruktion über die Medienführung bis zur Bewegungs- und Druckdynamik sind alle prozessrelevanten Faktoren konsequent darauf ausgerichtet, Verunreinigungen möglichst vollständig und gleichmäßig zu lösen.

Dieses Prinzip setzt MAFAC im gesamten Anlagenportfolio um – von einfachen Spritzreinigungssystemen bis zu Mehrbadanlagen für High-Purity-Anwendungen. Das Ziel jeder Reinigungslösung: reproduzierbare technische Sauberkeit.

Wesentliches Element ist die patentierte MAFAC Kinematik. Reinigungskorb und Spritzsystem rotieren synchron und prozessgesteuert. Das Reinigungsmedium trifft die Werkstücke aus wechselnden Richtungen mit gleichbleibender Intensität. Die entstehenden Strömungsturbulenzen lösen Verunreinigungen auch bei komplexen Werkstücken zuverlässig ab. Gleichzeitig verbessert die Bewegung den Wärme- und Stoffübergang und verkürzt den Trocknungsprozess.

Die patentierte MAFAC Vektorkinematik führt das Prinzip konsequent weiter. Zusätzlich zur Rotation von Korbaufnahme und Spritzsystem schwenken die Spritzdüsen aus. Die Beaufschlagung erfolgt dadurch zielgerichteter und gleichmäßiger. Versuche mit definierten Verschmutzungen bestätigten eindrucksvoll die Reinigungswirkung. Im F-Scan zeigten sich Intensitätswerte von lediglich 0,002 % – minimale filmische Rückstände, selbst unter UV-Licht kaum noch sichtbar.

Zwei Aufnahmen der Fluoreszenzanalyse eines Bauteils mit der Anzeige filmischer Verunreinigung

Bilder oben: F-Scan Nachweis für die verbesserte Reinigungsleistung durch Bewegung.
Links starre Düsen, rechts MAFAC Vektorkinematik mit schwenkender Düsenbewegung.

Wir verändern den Auftreffwinkel kontinuierlich. So entstehen stärkere Strömungsturbulenzen. Selbst kritische Zonen wie tiefe Bohrungen werden bereits beim Spritzreinigen erreicht.“

Stefan Schaal, Geschäftsführer MAFAC

Zwei Aufnahmen der Fluoreszenzanalyse eines Bauteils im Reinigungsversuch — Der Vergleich identischer Standardbauteile bestätigte die zusätzliche Reinigungswirkung deutlich: Bohrungen und Nuten wurden mit MAFAC VAP wesentlich besser gereinigt als im Basisprozess.

Vom Benchmark zur High-Purity-Anwendung

Der nächste logische Schritt: die Prozessarchitektur der MAFAC MALTA gezielt für die High-Purity-Anwendungen bei ZEISS weiterentwickeln. Denn bei komplexen Bauteilen mit tiefen Bohrungen, langen Kanälen oder feinsten Innengeometrien stoßen selbst leistungsfähige Spritz- und Flutprozesse an physikalische Grenzen.

Hierfür integrierte MAFAC das patentierte Druckwechselverfahren VAP – Vacuum Activated Purification. Durch den gezielten Wechsel zwischen Vakuum und Atmosphärendruck gelangt das Reinigungsmedium sicher in Bereiche, die beim Spritzreinigen nur schwer oder gar nicht erreicht werden. Ergänzend kam Ultraschall zum Einsatz. Die Kavitation unterstützt eine besonders sanfte und dennoch wirkungsvolle Reinigung feinster Strukturen und Kapillaren.