Wann ist sauber ausreichend sauber?

Ungeachtet ob es sich um einfache oder sehr anspruchsvolle Reinigungsaufgaben handelt, die Güte der Bauteil- und Oberflächen-sauberkeit ist ein wichtiger Qualitäts- und Wettbewerbsfaktor. In diesem Zusammenhang ist die Nachfrage nach bedarfsgerechten und wirtschaftlichen Reinigungslösungen ungebrochen. Doch wann ist sauber ausreichend sauber?

Sauberkeit – eine relative Größe
Im technischen Sinn versteht man unter dem Begriff „Sauberkeit“ das Fehlen von störenden Fremdkörpern auf Oberflächen, also von Stoffen, welche die Lebensdauer, Verwendung oder Weiterbearbeitung der Bauteile beeinträchtigen können (1). Je nach Bestimmung der Komponenten variiert der erforderliche Reinheitsgrad, das heißt, in manchen Branchen können bereits einfache Reinigungsstufen ausreichen, wohingegen in anderen, wie etwa der Automobil- und Zulieferindustrie eine aufwändigere Reinigung im Sinne einer Sauberproduktion notwendig ist. Besonders anspruchsvolle Branchen, darunter die Halbleiterindustrie oder Medizintechnik, arbeiten unter Reinraumbedingungen auf höchstem Sauberkeitsniveau. Die Frage: „Wie rein ist rein?“ lässt sich also nicht global beantworteten, sondern unterliegt angesichts der unterschiedlichen Herstellungsweisen individu¬ellen Maßstäben. Dies wiederum erschwert eine sachgemäße Bestimmung der Sauberkeitswerte.

So sauber wie nötig – Die Sauberkeitsdefinition
Aus anwendungstechnischer Sicht wirft die Suche nach dem optimalen Reinigungsprozess zwei Themenfelder auf: 1. Die bedarfsgerechte Definition der Sauberkeit und 2. der wirtschaftliche Weg dorthin. Was die Vorgaben für die Oberflächengüte betrifft, liegt die Herausforderung darin, die Balance zwischen Anforderung und Wirtschaftlichkeit zu finden. Ein erster Schritt für die sachbezogene Einschätzung der Sauberkeitsanforderungen und damit zur bedarfsgerechten Prozessgestaltung ist der simple Grundsatz „so sauber wie nötig“. Er bietet die Chance, durch genaue Analysen mit dem Auftraggeber jene Spielräume zu schaffen, die eine wirtschaftliche Reinigungsleistung gewährleisten. Damit dies möglich ist, sind aus Sicht der Hersteller von Reinigungsmaschinen präzise formulierte, auf die Reinigung fokussierte Lastenhefte wünschenswert. In der Praxis allerdings sind diese meist sehr vage und mit unzureichendem Blick auf die Reinigung formuliert. Dasselbe gilt auch für Bauteilzeichnungen oder Hinweise auf Normen oder Regelwerke. Werden mit den Lastenheften auch keine Angaben zum erforderlichen Restschmutzanalyseverfahren geliefert, ziehen sich Testreinigungsphasen wegen Irrläufern und Missverständnissen unnötig in die Länge. Viel schneller und vor allem zuverlässiger wird das passende Extraktionsverfahren gefunden, wenn die Definition der Sauberkeitswerte auch das passende Analyseverfahren vorgibt. Hinweise hierzu finden sich zum Beispiel in der VDA-Richtlinie 19.1. Anhand der validierten Abklingkurve des Analyseverfahrens können Anwendungstechniker im Vorfeld das Reinigungsgut beproben und gezielt feststellen, ob die jeweils abgelöste Partikelfracht ausreichend abnimmt und die gewählten Reinigungsparameter zum erforderlichen Ergebnis führen.

Der Weg zur Sauberkeit erfordert den Blick auf die gesamte Fertigungskette
Die technische Sauberkeit ist keine Zahl mit einer physikalischen Maßeinheit wie Temperatur oder Länge, sondern setzt sich aus einer Vielzahl von Zahlenwerten (Zahlenmatrix) zusammen, die wiederum starken statistischen Schwankungen unterliegen. Auf dem Weg von der Entwicklung über die Konstruktion bis hin zum Endprodukt nehmen viele unterschiedliche Parameter Einfluss auf die erforderliche Oberflächengüte der Bauteile. Das heißt, all diese Einflüsse entlang der Prozesskette müssen bereits zu Beginn der Produktplanung für die Sauberkeitsdefinition mitberücksichtigt werden (2). Ein Hauptkriterium, an dem sich die Sauberkeitswerte messen lassen, ist der Arbeitsgang, der sich direkt an die Reinigung anschließt, wie zum Beispiel Metallbearbeitung, Umformung, Beschichtung, Montage, Lagerung oder Transport (3). Er gibt vor, in welchem Maß die Verunreinigungen entfernt werden müssen oder welcher Oberflächenzustand erreicht werden soll. Anforderungen an eine geeignete Oberfläche können sein: Offenporigkeit, Gleit- und Schweißfähigkeit, Reaktivität für chemische Oberflächenbehandlungen, Haftbarkeit, Lackierfähigkeit, etc. Um die notwendige Oberflächengüte erreichen zu können, spielen schließlich folgende Fragen eine entscheidende Rolle: Welche Materialien werden gereinigt? Wie sieht die Teilebeschaffenheit hinsichtlich Größe und Geometrie aus? An welcher Stelle der Fertigung werden die Teile verschmutzt? Welche Bauteilregionen müssen die Sauberkeitswerte erfüllen? Gibt es primäre und sekundäre Bauteilflächen? Ist eine partielle Sauberkeit von Funktionsflächen mit höherem Anspruch notwendig? Handelt es sich bei der Verunreinigung um filmische oder partikuläre Verschmutzungen beziehungsweise um Mischformen? Welche Auswirkungen können die Verunreinigungen auf den Folgeprozess haben?
Diese Fragen sollten bereits während der Entwicklungs- und Konstruktionsphase diskutiert werden und immer wieder die Perspektive der Reinigung einnehmen. So können auch der vorausgehende Prozessschritt und die daraus entstehenden Verunreinigungen maßgeblich sein. Darüber hinaus ist es für die Sauberkeit von Vorteil, wenn der Reinigungsprozess und der Fertigungsschritt, für den die Oberflächenqualität hergestellt wird, zeitlich wie räumlich eine Einheit bilden. Dies sollte auch dann der Fall sein, wenn die Bauteile zur Weiterbearbeitung außer Haus gegeben werden, wie zu Beispiel in eine Lohnhärterei oder zu einem Klebeprozess. In beiden Fällen wissen die Lohnfertiger genau, welche Sauberkeit für den Prozess notwendig ist. Findet die Reinigung direkt bei ihnen statt, bleiben Verunreinigungen durch Transport oder Lagerung von vornherein ausgeschlossen und die Bauteilqualität bleibt gewährleistet.

Die Reinigungsgüte – ein Ergebnis fortlaufender Kontrolle
Damit aus sauberen Einzelkomponenten auch saubere Produkte entstehen, sollte die Reinheitsgüte eines Werkstücks über den gesamten Produktionszyklus hinweg kontrolliert werden. Die sachbezogen definierten Sauberkeitswerte allein sind noch keine Garantie dafür, dass die Oberflächen der Werkstücke den nachfolgenden Schritt in dem geforderten Zustand erreichen. Im Laufe der Produktion gibt es zahlreiche Möglichkeiten der Rückverschmutzung, weshalb eine Teilereinigung mehrfach an verschiedenen Stellen des Produktionsprozesses notwendig sein kann. Um dies richtig zu entscheiden, sind fortlaufende Restschmutzanalysen notwendig, die gewährleisten, dass die Oberflächenqualität bis zur weiteren Be- oder Verarbeitung konstant stabil bleibt. Dies bedingt eine durchge-hende Qualitätssicherung über die verschiedenen Abteilungen hinweg. Durch sie werden in der Anlagenführung und -pflege, im Montageumfeld, in der Logistik, bei Personal und dem weiterführenden Handling die Voraussetzungen zur Vermeidung eines neuen Schmutzeintrags geschaffen.

Eine Grundlage zur Bewertung der Reinigungsqualität liefert beispielsweise die VDA-Richtlinie 19.1 sowie die ISO 16232, Band 1. Der VDA-Band 19.2 mit dem Titel „Sauberkeit in der Montage – Umgebung, Logistik, Personal und Montageeinrichtungen ist ein weiterer hilfreicher Leitfaden zur Erzeugung technischer Sauberkeit von Bauteilen.

Die Definition von Sauberkeit – ein Gemeinschaftsprojekt
Wie die oberen Abschnitte zeigen, ist technische Sauberkeit eine Aufga-benstellung an die gesamte Prozesskette, weshalb für eine realistische, sachbezogene Sauberkeitserwartung die partnerschaftliche Zusammenarbeit von Auftraggebern und Auftragnehmern sowie deren unternehmensinternen Abteilungen wie Konstruktion, Produktion, Qualitäts-sicherung, Arbeitssicherheit und Logistik unabdingbar ist. Erst durch einen unmittelbaren Wissenstranstransfer der verschiedenen Disziplinen wird es künftig möglich sein, die ohnehin immer kleiner werdenden Toleranzen für alle Beteiligten effektiv nutzbar zu machen und die Fertigung qualitativ hochwertiger Produkte wettbewerbsfähig sicherzustellen. Zudem bietet eine enge Zusammenarbeit die notwendige Grundlage für die Ursachenforschung, sollten die Ergebnisse der partikulären Sauberkeitsprüfung nicht erfüllt werden. Dann sind alle relevanten Schnittstellen im Boot und können effektiv zur Fehlerfindung beziehungsweise -vermeidung beitragen.

Angaben zum Autor:
Tobias Lutz ist Diplomingenieur und Anwendungstechniker bei MAFAC.