Digitalisierung Automation und Industrie 4.0 verbessern Teilereinigung

Hohe und stabile Qualität bei geringen Kosten – diese Forderung führt auch in der industriellen Bauteilreinigung zu einem höheren Automatisierungsgrad. Dies reicht vom Teilehandling in nasschemischen Batchprozessen bis zur Einbindung der Reinigung in verkettete Fertigungsumgebungen.

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• Beim Teilehandling können Roboter höhere Anforderungen auch an Behälter nach sich ziehen.

• Datenerfassung beim Reinigungsprozess trägt zur Qualitätssicherung bei.

• Apps und Cloudanwendungen eröffnen weitere Möglichkeiten bei der Teilereinigung.

Die Anforderungen an die Prozesssicherheit und Qualität der Bauteilreinigung haben sich in den vergangenen Jahren enorm erhöht. Gleichzeitig sollen Reinigungsprozesse immer kostengünstiger durchgeführt werden. Bei der Umsetzung dieser eigentlich widersprüchlichen Forderungen können durch eine prozess- und bedarfsgerechte Automatisierung Optimierungs- und Einsparpotenziale ausgeschöpft werden.

Teilehandling nasschemischer Prozesse automatisieren

Ein automatisiertes Teilehandling ist in der Automobilindustrie bei der Einzelteilreinigung von Antriebskomponenten wie Zylinderköpfen und Motorblöcken bereits seit vielen Jahren Stand der Technik. Im Gegensatz dazu werden Bauteile, die in Batchprozessen als gesetzte Ware gereinigt werden, meist noch händisch in teilespezifisch gestaltete Werkstückträger eingesetzt. Bei Bauteilen, die in großen Stückzahlen gefertigt werden, entstehen dadurch hohe Kosten.

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Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung kann hier Auskunft darüber geben, ob sich der Einsatz von Robotern für das Teilehandling lohnt. Ist dies der Fall, sollte eine gute Abstimmung zwischen dem Hersteller der Reinigungsbehältnisse und dem des Roboters erfolgen. Denn im Vergleich zur manuellen Bestückung stellt die Roboterbeladung der Werkstückträger höhere Anforderungen an deren Genauigkeit. Andererseits kann es erforderlich sein, dass die Auslegung der Werkstückträger für eine optimale Reinigung Modifikationen am Roboter notwendig macht, beispielsweise eine angepasste Greifposition. Die Zuführung der bestückten Reinigungsbehältnisse zur Anlage kann durch automatische Fördersysteme beziehungsweise fahrerlose Transportsysteme erfolgen.

Überwachung und Steuerung der Prozesse

Unabhängig davon, ob die Teile manuell oder automatisiert gehandelt werden, ob mit Lösemittel oder wässrigen Medien gereinigt wird, der Prozess in der Anlage erfolgt üblicherweise automatisch, entsprechend den in der Steuerung hinterlegten teilespezifischen Programmen. Für die Auswahl des Reinigungsprogramms bieten sich Eingabesysteme wie Barcodes und entsprechende Scanner, RFID-Chips, Transponder oder auch ein integriertes Kamerasystem an.

Einen Beitrag zur Qualitätsverbesserung beziehungsweise -sicherung und Kosteneinsparung leistet auch die permanente Erfassung, Kontrolle und Dokumentation verschiedener Anlagenparameter wie Betriebsstunden, Stromaufnahme, Drücke und Temperaturen. Letztere können nicht nur kontinuierlich überwacht, sondern bei Bedarf auch automatisch nachgeregelt werden. Der Zustand wässriger Reinigungs- und Spülbäder hinsichtlich der Konzentration der Reinigerbestandteile (Builder und Tensid) sowie der Verschmutzung mit Partikeln und Ölen lässt sich ebenfalls kontinuierlich automatisiert überwachen. Dies ermöglicht es, dass die Reinigerdosierung selbsttätig bedarfsgerecht angepasst oder ein erforderlicher Badwechsel angezeigt wird. Zu frühe Badwechsel, die die Kosten unnötig in die Höhe treiben, werden dadurch ebenso vermieden wie zu späte, die zu einer nicht ausreichenden Reinigungsqualität führen. Systeme für die permanente Kontrolle des Filterzustands und ein automatisierter Wechsel zwischen entsprechend ausgeführten Filtersystemen sind ebenfalls integrierbar.

Mehrwert durch intelligente App- und Cloudanwendungen

Verschiedene Hersteller bieten inzwischen auch App- und Cloudanwendungen für die Steuerung und Überwachung der Anlagen sowie zur Produktionsplanung und -koordination. Dafür werden die in der Anlagensteuerung gesammelten Daten gespeichert, ausgewertet und intelligent verknüpft. Daraus lassen sich einerseits verschiedene automatische Programme für Operationen wie Reiniger- und Abluftmanagement sowie Trocknersteuerung erstellen. Andererseits ermöglichen diese Anwendungen Vorhersagen zur Standzeit von Anlagenkomponenten, beispielsweise einem Filter, sowie dazu, nach wie vielen Chargen oder Betriebsstunden die nächste Wartung durchgeführt werden sollte. Darüber hinaus werden auch Berechnung von Key-Performance-Indikatoren (KPI) beziehungsweise von Leistungskennzahlen wie der Overall Equipment Effectiveness (OEE) bereitgestellt. Auf Basis dieser Kennzahl kann unter anderem beurteilt werden, ob mit der Anlage ein absehbares höheres Reinigungsaufkommen abgedeckt werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Cloudanwendungen, der sich in Kombination mit Augmented Reality (AR) ergibt, ist die schnelle und ortsunabhänige Unterstützung bei Wartungs- und Reparaturarbeiten. Denn dadurch wird es möglich, die Anlage virtuell darzustellen, auf die Daten über Handy, Tablet oder AR-Brille von überall in Echtzeit zuzugreifen und den aktuellen Zustand der Anlagenkomponenten abzufragen. Darüber hinaus können die für eine Störungsbehebung oder die Wartung der Anlage erforderlichen Informationen und Instruktionen übermittelt werden.

Die Entwicklung von Anwendungen für die Automatisierung und Digitalisierung nasschemischer Reinigungsprozesse wird von der Industrie, Verbänden und Forschungseinrichtung mit Engagement weiter vorangetrieben. Dabei gibt es auch erste Ansätze zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Reinigungstechnik.

Ob in Montagelinien, vor Nachfolgeprozessen wie Verkleben und Abdichten oder vor dem Verpacken, trockene Reinigungsverfahren wie die Luft-, CO₂-Schneestrahl-, Plasma- und Laserreinigung gewinnen in verschiedenen Branchen an Bedeutung. Die Integration in Fertigungs- und Montagelinien stellt dabei eine wesentliche Anforderung dar. Entsprechend ist die Automatisierung des Reinigungsprozesses ein Muss.

Automatisierte, trockene Bauteilreinigung

Um auch bei diesen Anwendungen Qualität und Kosteneffizienz zu erreichen, ist ein Reinigungs- und Automatisierungskonzept erforderlich, das auf die individuellen Produktionsbedingungen zugeschnitten ist. Kriterien dabei sind neben der abzureinigenden Verschmutzung sowie den partikulären beziehungsweise filmisch-chemischen Sauberkeitsspezifikationen das Werkstückgewicht, die Taktzeitvorgaben, die Flexibilität hinsichtlich Bewegungsablauf und Werkstückvielfalt sowie nicht zuletzt die zur Verfügung stehende Fläche und die Automation. Die Verfahrensauswahl, Prozessentwicklung und -validierung erfolgen idealerweise durch Reinigungsversuche mit Originalteilen bei den Herstellern von Teilereinigungsanlagen.

Ein Augenmerk sollte dabei auch auf die Vermeidung einer Rekontamination gereinigter Teile durch vagabundierende Partikel in der Reinigungskammer gelegt werden. Die Automatisierung erfolgt hier ebenfalls abgestimmt auf die jeweilige Situation mit Roboter, Linear- beziehungsweise Portalsystemen oder auch Drehtischen.

Bei der CO₂-Schneestrahlreinigung kann die Überwachung der Reinigungsqualität bei minimalem Digitalisierungsaufwand durch ein Sensorsystem direkt am Werkstück erfolgen. Es misst die relative Lichtintensität des Schneestrahls kontinuierlich und gleicht die ermittelten Werte mit denen des für das Bauteil definierten Reinigungsfensters ab. Die gemessenen Werte können als digitale Informationen an übergeordnete Systeme übermittelt werden.

Mehr Automation für die Teilereinigung auf der Parts2clean 2020

Mehr über das Thema Automatisierung in der Teilereinigung können die Besucher der Messe Parts2clean erfahren. Die Leitmesse für die industrielle Teilereinigung findet das nächste Mal vom 27. bis 29. Oktober 2020 in der Landesmesse Stuttgart statt.

* Doris Schulz ist freie Journalistin in 70825 Korntal.

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