Nadzór nad procesem w przemysłowych urządzeniach do czyszczenia części

Cząsteczka gefräst © BIDAG

Technische Sauberkeit, bezogen auf eine Partikelreinheit im Sinne der VDA 19, ist heute ein entscheidendes Qualitätsmerkmal bei der Fertigung von komplexen Komponenten in der Automobilindustrie. Besonderes Interesse zeigen dabei die Hersteller von Fahrerassistenz- und Sicherheitssystemen vorrangig bei Elektronikkomponenten und in fluidführenden Systemen. Da eine Reinraumherstellung in der Automobilindustrie bedingt durch die hier eingesetzten, überwiegend spanenden Fertigungsverfahren kaum umgesetzt werden kann, ist man auf eine Schlussreinigung aller Komponenten angewiesen. So sind in den vergangenen Jahren viele Hersteller von Reinigungsanlagen auf den Markt getreten. Die Weiterentwicklung der Reinigungskonzepte, vom Industriereiniger bis hin zur hochmodernen nummerisch gesteuerten Reinigungsanlage, wurde von den steigenden Anforderungen der Automobilindustrie angetrieben.

Ale jak wysoki jest stopień czystości takiej maszyny? Jakie cechy powinny być brane pod uwagę w karcie kontroli jako monitorowanie zdolności maszyny czyszczącej? Wymagania przemysłu motoryzacyjnego coraz bardziej odchodzą od wymagań wagowych czystości na rzecz określeń maksymalnych dopuszczalnych rozmiarów cząstek. Jeśli uświadomimy sobie, że potencjał uszkodzenia zanieczyszczenia w większości przypadków zależy znacznie bardziej od długości i szerokości, niż od największego i drugiego co do wielkości wymiaru cząstki, a mniej od sumy wszystkich cząstek niezależnie od ich morfologii, jasno wynika, dlaczego pomiary masy pozostałego zanieczyszczenia są coraz mniej potrzebne. Proces czyszczenia przemysłowego urządzenia do czyszczenia części ma jednak niemal wyłącznie wpływ na ogólne zanieczyszczenie elementu. Tak więc intensywność czyszczenia można kontrolować za pomocą parametrów ultradźwięków, temperatury lub czasu. Rozmiar cząstek jako taki nie może być bezpośrednio kontrolowany za pomocą parametrów sterujących. Sam rozmiar porów zastosowanych filtrów, przez które jest ciągle przepływany płynny środek czyszczący, może być czynnikiem wpływającym na cząstki pozostające w kąpieli.

W związku z tym, do monitorowania maszyny czyszczącej nadal stosuje się wyłącznie wynik pomiaru wagowego czystości. Różnica masy filtra analitycznego pokrytego pozostałymi cząstkami zanieczyszczeń i jego masa przed ekstrakcją nie powinna być mniejsza niż 1 mg, aby zapewnić wiarygodne pomiary. W badaniach wagowych w warunkach niekontrolowanych klimatycznie zaleca się nawet 3 mg masy zanieczyszczeń, zgodnie z normami VDA 19 i ISO 16232. Aby obciążyć filtr analityczny tak dużą masą zanieczyszczeń, konieczna jest zwykle bardzo duża próbka części przeznaczonych do badania czystości, ponieważ po procesie czyszczenia mają one zazwyczaj bardzo wysoki poziom czystości. Jeśli filtr analityczny zawiera wystarczającą liczbę cząstek do wagowego określenia masy zanieczyszczeń, to rozróżnienie pojedynczych pozostałych cząstek zanieczyszczeń jest prawie niemożliwe z powodu nakładania się. Długość pozostałej cząstki zanieczyszczeń, jako najważniejsza cecha oceny jej potencjału uszkodzeniowego, nie może być już rozpoznana na takim filtrze. W ten sposób tracimy istotne informacje podczas badania czystości. Aby je jeszcze uchwycić, w większości przypadków konieczne jest przeprowadzenie drugiego badania, przy którym do testu używa się znacznie mniejszej liczby części. Badanie czystości jest w porównaniu z innymi metodami kontroli w jakości przemysłu motoryzacyjnego bardzo czasochłonne. W związku z tym warto rozważyć zasadność podwójnej kontroli.

Wymagane określenie potencjału uszkodzenia cząstki wymaga tak zaprojektowanego rodzaju wypełnienia filtra, aby można było rejestrować morfologię poszczególnych cząstek. Jednakże jest to możliwe niemal wyłącznie kosztem możliwości równoczesnego nadzoru maszynowego poprzez wynik wagowy badania czystości.

W związku z tym pojawia się pytanie o odpowiednie i ekonomiczne rozwiązanie do monitorowania przemysłowych urządzeń do czyszczenia części. Warto wspomnieć o możliwości chemicznego monitorowania środków czyszczących. Do tego dostępne są różne testy dla różnych mediów. Jednakże skuteczność czyszczenia maszyny jest również silnie uzależniona od wielu innych parametrów, dlatego nie będziemy tego tematu dalej rozwijać. Ostatecznie kluczową rolę odgrywa liczba i rozmiar cząstek pozostających na elemencie po czyszczeniu. Ze względu na dużą rozbieżność maksymalnej długości największej cząstki wykrytej podczas badania czystości, statystyczny nadzór za pomocą kart kontrolnych jest praktycznie niemożliwy.

Niektórzy producenci przemysłowych urządzeń czyszczących oferują automatyczną kontrolę czystości po zakończeniu procesu czyszczenia. W tym celu próbki czyszczonych elementów są automatycznie wyodrębniane. W ten sposób można na bieżąco kontrolować zdolność maszyny czyszczącej podczas trwającego procesu. Umożliwia to szybkie działanie w przypadku odchyleń od stanu docelowego. Czy inwestycja w to rozwiązanie, które jest dość kosztowne, jest uzasadniona, musi być rozpatrywane indywidualnie.

Innym rozwiązaniem jest ciągłe monitorowanie środka czyszczącego za pomocą licznika cząstek płynnych. Podczas procesu czyszczenia cząstki usunięte z elementu są transportowane przez ten środek, co powoduje naturalny wzrost liczby cząstek. W zależności od szybkości filtracji, po procesie czyszczenia nastąpi zmniejszenie liczby cząstek. Ponieważ wartość ta jest obarczona dużymi odchyleniami, pojawia się pytanie o odpowiednie ustalenie granicznych wartości dopuszczalnej liczby i rozmiaru cząstek w środku czyszczącym.

Najbardziej wiarygodną metodą jest jednak monitorowanie za pomocą testowych cząstek, takich jak opisano w zrewidowanej wersji normy VDA 19, służącej do określenia wskaźnika wykrywalności podczas ekstrakcji badania czystości. Dotyczy to wiórów, które są produkowane w określonych klasach rozmiarowych wymienionych w normie. Elementy do czyszczenia mogą być zanieczyszczone wcześniej ustaloną liczbą tych cząstek. Badanie czystości pozwala określić liczbę cząstek pozostałych na elemencie po precyzyjnym czyszczeniu. Różnica w liczbie cząstek w poszczególnych klasach rozmiarowych pozwala obliczyć procentowy stopień czystości różnych rozmiarów cząstek.