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Reinigungsgerechte Konstruktion von Bauteilen hilft Kosten sparen

| Autor / Redakteur: Thomas Gutmann / Frauke Finus

Schwer zugängliche Geometrien erschweren den Reinigungsprozess. Noch während der Konstruktionsphase lassen sich reinigungsgerechte Alternativen finden, die eine sichere und wirtschaftliche Reinigung ermöglichen.
Schwer zugängliche Geometrien erschweren den Reinigungsprozess. Noch während der Konstruktionsphase lassen sich reinigungsgerechte Alternativen finden, die eine sichere und wirtschaftliche Reinigung ermöglichen. (Bild: Mafac)

Die Bauteilreinigung ist ein wertschöpfender Schritt in der Fertigung. Damit die hohen Reinigungsanforderungen bei steigendem Zeit- und Kostendruck sicher und effizient erfüllt werden können, sollte die Reinigbarkeit von Bauteilen möglichst früh in der Konstruktionsphase berücksichtigt werden. Dadurch lassen sich Folgekosten vermeiden.

Die industrielle Reinigungstechnik befindet sich in einem Spannungsfeld zwischen zunehmend kleiner und komplexer werdenden Bauteilen, steigender Empfindlichkeit von Material und Produktionsverfahren sowie knapper Zeit- und Kostenvorgaben. Die Rahmenbedingungen, in denen Werkstücke innerhalb kurzer Zeit einwandfrei sauber und trocken sein müssen, werden immer anspruchsvoller. Nur wenn diese vollständig erfüllt sind, können Bauteile reibungslos in die nachfolgenden Fertigungsschritte eingebunden werden oder im Gesamtgefüge ihre vorgesehene Funktion erfüllen. Die Reinigungstechnik steht vor der Herausforderung, für ein breites Spektrum an Bauteilbeschaffenheit, Art und Ausprägung der Verschmutzung, produktionstechnischen und wirtschaftlichen Vorgaben sowie diffizilen Sauberkeitsansprüchen die richtige Lösung bereit zu halten. Auch Fertigungsschritte wie Stanzen, Umformen, Laserschneiden oder Schweißen eröffnen der Reinigung wachsende Herausforderungen.

Konstruktionsrelevante Informationen für Konstrukteure

Hersteller von Reinigungsanlagen, wie die Mafac – E. Schwarz GmbH & Co. KG, kennen zwar Lösungen, mit denen Anwender auf diese Ansprüche wirtschaftlich reagieren können. Noch besser wäre es allerdings, die Reinigbarkeit von Bauteilen frühzeitig zu berücksichtigen, um Folgekosten, die sich beispielsweise aus zusätzlichem Reinigungsaufwand oder gar Bauteil- oder Produktreklamationen ergeben können, zu vermeiden. Noch während der Konstruktionsphase, also zu Beginn des Produktentstehungsprozesses, ist die Möglichkeit der Kostenbeeinflussung besonders hoch. Die wirtschaftliche Reinigbarkeit von Bauteilen als feste Bedingung in die Produktionsplanung mit einzubeziehen, wäre demnach sinnvoll. Indem der Konstrukteur die Anordnung und Größe von Nuten, Falzen, Montage- und Funktionsflächen bestimmt, beeinflusst er maßgeblich den Reinigungsaufwand, der während der Herstellung und Nutzung von Bauteilen notwendig ist. Er definiert auch die tolerierbaren Restverschmutzungen und damit die Anforderungen an das Reinigungsverfahren. Darüber hinaus kann er mittels reinigungsgerechter Konstruktion zur Reinigungsvermeidung oder -reduzierung beitragen.

Damit Konstrukteure während der Planungsphase neben der Vielzahl anderer Kriterien auch reinigungsrelevante Aspekte berücksichtigen können, sollten sie mit notwendigen Gestaltungs- und Kosteninformationen versorgt werden. Denkbar wäre ein Katalog, ähnlich den Richtlinien, die es bereits zur gussgerechten oder demontagefreundlichen Konstruktion gibt. Dort werden beispielsweise Empfehlungen zur Materialwahl, zur Zugänglichkeit von Verbindungen oder Funktionsflächen sowie zur Gestaltung von Bohrungen und Winkelstellungen gegeben. Simulationen von der Nassphase des Reinigungsprozesses oder von der Trocknungsphase können helfen, die Reinigbarkeit des geplanten Teils vorab zu analysieren. Mithilfe der Simulation lassen sich Bereiche mit reinigungskritischer Geometrie erkennen und verbessern.

Anforderungen an die Konstruktion – mögliche Stellgrößen

Bei der Bauteilplanung sollten zunächst die vorhergehenden und nachfolgenden Fertigungsschritte betrachtet werden. Fragen nach Art der Verschmutzung, dem geeigneten Reinigungsverfahren und dem erforderlichen Sauberkeitsgrad liefern die Grundlage für erste Überlegungen. Dabei werden die Sauberkeitsansprüche vom darauffolgenden Prozessschritt oder der anschließenden Bauteilnutzung bestimmt. Werden während der Konstruktionsphase die verfahrenstypischen Rahmenbedingungen der jeweils eingesetzten Reinigungstechnologie berücksichtigt und die Bauteile darauf abgestimmt, kann die Reinigungswirkung bestmöglich ausgeschöpft werden. So benötigen wässrige Reinigungsverfahren beispielsweise strömungsmechanischen Spielraum, um zusammen mit der Reinigungschemie, der Temperatur und Zeit ihre höchste Wirkung zu erzielen. Das Bauteil sollte daher auch hinsichtlich mechanischen oder chemischen Einflüssen, gegenüber Feuchtigkeit, Temperatur sowie mit Blick auf Korrosion geplant werden. Auch bei der Wahl der Oberfläche sollten Konstrukteure auf Reinigbarkeit achten. Raue Oberflächen benötigen mehr Einsatz als glatte Strukturen, beschichtete Oberflächen können gegenüber mechanischen Einflüssen empfindlicher reagieren. Das Material und die Oberfläche spielen auch in der Trocknung eine Rolle. Je temperatur- und druckbeständiger sie ausfallen, desto einfacher lassen sie sich trocknen. Dünnwandige Werkstücke hingegen, benötigen wegen geringerer Eigenwärme einen höheren Trocknungsaufwand.

Hauptfaktor für die reinigungsgerechte Bauteilkonstruktion ist die Bauteilgeometrie. Grundsätzlich gilt, je komplexer und filigraner die Werkstücke ausfallen, desto schwieriger sind sie reproduzierbar und prozesssicher zu reinigen. Mithilfe möglichst einfach geplanter Bauteilgeometrien lassen sich Reinigungsaufwand und -erfolg optimieren. Dafür sollten schwer erreichbare Winkel, Nute, Stege oder Rippen vermieden werden. Wichtig sind auch gute Abfließmöglichkeiten des Reinigungsmediums, weshalb Übergangsstellen möglichst abgerundet sein sollten. Dies erleichtert auch die Trocknung.

Reinigungsgerechte Konstruktion bestimmt die technische Sauberkeit

Die Berücksichtigung der Reinigung während der Planungsphase nimmt starken Einfluss auf das Reinigungsergebnis und damit auch auf den notwendigen Aufwand. Mit der Planungskenngröße „notwendige technische Sauberkeit“ lassen sich unrealistische Erwartungen an das Reinigungsverfahren vermeiden und eine wirtschaftliche, energieoptimierte sowie sichere Reinigung funktionskritischer Bauteilbereiche erzielen. Die Kosteneinsparung dank optimaler, reinigungsgerechter Bauteilauslegung kann bei konsequenter Durchführung beachtlich sein.

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