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Teilereinigung Fehleranalytik in der Teilereinigung kann Qualitätsmängel verhindern

| Autor / Redakteur: Andreas Schäfer / Stéphane Itasse

Bei der Herstellung und Bearbeitung von Bauteilen kommt es unweigerlich zur Verunreinigung der Werkstücke. Ziel der Qualitätssicherung in der industriellen Teilereinigung muss daher sein, die Forderungen der nachfolgenden Prozesse an die Sauberkeit der Bauteile zu erfüllen.

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Bild 1: Darstellung eines Lackkraters mittels optischer Profilometrie. Solche Fehler haben ihre Ursache oft in der Teilereinigung.
Bild 1: Darstellung eines Lackkraters mittels optischer Profilometrie. Solche Fehler haben ihre Ursache oft in der Teilereinigung.
(Bild: Nanoanalytics)

Kontaminationen stellen häufig ein Problem für nachfolgende Prozesse oder die Nutzung der Teile dar. Die Qualität, Funktion oder Lebensdauer der Produkte kann dadurch beeinträchtigt werden. Bei Bauteilen, die in der Folge verklebt oder lackiert werden sollen, ist oft eine mangelhafte Haftung das Resultat einer Kontamination.

Grob kann man zwei Arten von Verunreinigungen unterscheiden. Zum einen die partikulären Verunreinigungen wie Fasern, Salze oder auch Abrieb, Späne und Polier- oder Strahlgutrückstände aus einem Bearbeitungsprozess. Zum anderen gibt es die filmischen Verunreinigungen. Neben Rückständen von Bearbeitungshilfsmitteln wie Ölen, Kühlschmierstoffen oder Entformungsmitteln sind hier vor allem Rückstände aus Reinigungsprozessen wie Tenside oder ionische Verbindungen zu nennen. Ebenfalls zu dieser Gruppe von Kontaminationen zählen Additive oder Weichmacher, die aus dem Material selbst stammen können.

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Vielzahl möglicher Verunreinigung erfordert Vielzahl an Analyseverfahren

Aufgrund der Vielzahl an möglichen Kontaminationen gibt es die unterschiedlichsten Analyseverfahren zu deren Charakterisierung. Auf der einen Seite sind die schnellen Online-Verfahren mit hohem Durchsatz zu nennen, die sich meistens vollautomatisch direkt in die Qualitätssicherung im Fertigungsprozess integrieren lassen. Diese Verfahren sind in der Regel auf eine spezifische Messgröße abgestimmt und erfassen typischerweise nur einen einzigen Aspekt. Auf der anderen Seite stehen Methoden der klassischen Laboranalytik, die in der Regel deutlich detailliertere Informationen zu der Kontamination liefern.

Für die Bewertung von partikulärem Restschmutz wird häufig zunächst eine Extraktion des Restschmutzes durchgeführt. Diese wird im Grunde durch ein Reinigungsverfahren erreicht. Die extrahierten Partikel werden dann über Verfahren wie Gravimetrie (Wiegen des Schmutzgewichtes) oder Granulometrie (Anzahl, Größe, Material der Partikel) untersucht und bewertet.

Eine Möglichkeit dafür ist die lichtmikroskopische Messung. Dabei werden meist Zahl und Größe der Partikel bestimmt. Ergänzend kann die Partikelform (Faser oder Kugel) bewertet werden. Dieses Verfahren ist typischerweise für Partikelgrößen ab circa 3 µm geeignet (bei Stereomikroskopen typischerweise > 25 µm).

Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert Partikel ab circa 20 nm

Sind kleinere Partikel zu untersuchen, ist die Rasterelektronenmikroskopie (REM) geeigneter. Sie erlaubt, bei hoher Tiefenschärfe Partikel ab circa 20 nm Größe zu untersuchen. Durch die in den Geräten oft ebenfalls verfügbare energiedispersive Röntgenmikrobereichsanalytik (EDX) kann darüber hinaus ab einer gewissen Größe auch die Zusammensetzung der Partikel charakterisiert werden.

Die Extraktion der Restschmutzpartikel hat den Nachteil jedes Reinigungsverfahrens: Das Verfahren muss auf die zu untersuchende Art von Restschmutz abgestimmt sein, um sicherzustellen, dass der Restschmutz von dem Bauteil möglichst vollständig abgelöst werden kann. Aus diesem Grund sollte die für ein Prüfobjekt geeignete Extraktionsprozedur zu Beginn durch Qualifizierungsuntersuchungen ermittelt werden.

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