Der sanfte Fettkiller

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Schweißnähte und Klebenuten in Antriebssträngen unterliegen höchsten Qualitätsanforderungen. Erstklassig werden sie nur, wenn die Fügestellen sauber sind. Hier tritt der Laser als Reiniger in Aktion und rückt Öl- und Fettrückständen effizient zu Leibe.

Tückisch ist, dass sie häufig nicht zu sehen sind: Reste von Zieh­fetten, Kühlschmierstoffen oder Konservierungsmitteln verun­reinigen Bauteile im Fertigungsprozess. Bei energetischen Ver­fahren oder adhäsiven Verbünden ist das sehr hinderlich. Speziell in der hochautomatisierten Serienfertigung der Automobil- und Zulieferindustrie steigen die Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit von Bauteilen ständig, so dass Sauberkeitskontrollen von Materialoberflächen ein unver­zichtbarer Bestandteil des Fertigungsprozesses sind.

Althergebrachte Reinigungsverfahren sind aufwändig, häufig umwelt­schädlich und nicht automatisierbar. Darüber hinaus lässt sich ihr Effekt nicht zuverlässig messen. Für Verfahren zur Prüfung der Partikel­ver­un­reinigung funktions­relevanter Automobilteile gibt es daher schon seit einigen Jahren einheit­liche Standards wie die VDA 19 und ISO Richtlinien. Jetzt rücken auch Verunreinigungen durch fluide Stoffe stärker in den Fokus und Reini­gungslaser finden Eingang in die Produktion: gepulste Laser verdampfen fluide Rückstände schnell, punktuell, umweltfreundlich, automatisiert sowie mess- und reproduzierbar.

Sauber heißt sicher

Bei der Fertigung von Getriebebauteilen ist das Laserschweißen mit seiner geringen und daher verzugsarmen Energieeinbringung schon lange die etablierte Methode. Antriebsstränge unterliegen höchsten Qualitätsan­forderungen und bestehen aus einer Vielzahl von Bauteilen unterschied­licher Materialien und Legierungen, die sich mit klassischen Methoden schwer oder gar nicht schweißen lassen.

starker Laser – niedrige Reinigungstaktzeit 

Um poren- und mikrorissfreie Schweißnähte sowie hochfeste Klebever­bindungen herzustellen, wollen die Automobilhersteller die Fügestellen gründlich, schnell und automatisiert von Rückständen befreien. Das sind Anforderungen, die der Laser als Reinigungswerkzeug erfüllt. Zum Einsatz kommen hauptsächlich gepulste Festkörperlaser. Ausschlaggebend für die Wahl des Lasers ist der gewünschte Grad der Sauberkeit sowie die Taktzeit, in der die Teile gereinigt werden sollen.

Schnell auf den Punkt

Zeit ist in der hochautomatisierten Großserienfertigung ein wesentlicher Faktor. Anders als bei herkömmlichen Reinigungsmethoden wie der voll­flächigen chemischen Nassreinigung, abrasiven oder thermischen Ver­fahren, reinigt der Laser punktgenau nur das, was sein muss: definierte Funktionsflächen wie Klebenuten oder Schweißkanten – häufig nur wenige Quadratmillimeter.

Ein typischer Einsatz für den Laser: Bei Getriebebauteilen werden kleine Flächen schnell von Rückständen befreit. (Grafik: TRUMPF)

Die Reinigungsdauer orientiert sich stets an der Schweiß­zeit, sie beträgt durchschnittlich vier bis zehn Sekunden. Zeit spart die partielle Reinigung auch dadurch, dass umständliche Transporte von Bauteilen von der Reinigungsstation zur Produktionslinie entfallen. Der Reinigungslaser ist direkt in die Produktionslinie integriert – im besten Fall unmittelbar vor der Klebe- oder Schweißstation.

Reinigt auch um die Ecke

Beim Säubern der definierten Flächen führt eine Scanneroptik den Laser­strahl in schnellen Ablenkbewegungen über das Werkstück. Verschiedene Bewegungsarten und –geschwindigkeiten beeinflussen das Reinigungs­ergebnis. Bei geringerer Verschmutzung kann die Führung linear erfolgen, ist ein höherer Grad an Sauberkeit gewünscht, führt der Laser kreisförmi­ge und überlappende Bewegungen durch. Rotierend wie eine elektrische Zahnbürste pulst das Laserlicht mehrmals über die gleiche Stelle und reinigt sie so noch gründlicher.

Mit Scanneroptiken lassen sich durch verschiedene Bewegungen unterschiedliche Reinigungsergebnisse erzielen. Wird ein Umlenkspiegel eingesetzt, lassen sich Kanten sogar von oben und unten reinigen, ohne dass das Bauteil bewegt werden muss. (Grafik: TRUMPF )

Ohne dass das Werkstück selbst bewegt werden muss, kann der Laser auch um die Ecke reinigen. Mithilfe von Umlenkspiegeln lässt sich der Laser­strahl sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite eines Rohres oder Profils richten und reinigt so zwei Stellen gleichzeitig.

Macht nur was er soll

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Das von SITA entwickelte Fluoreszenz-Messgerät gibt es als Handmessgerät für Stichproben. (Foto: SITA Messtechnik GmbH)

Auch von empfindlichen Oberflächen wie Aluminium oder CFK sowie von beschichteten Bauteilen entfernt der Laser Schmutz, ohne das Grundmate­rial zu beeinflussen. Andererseits kann er, bei entsprechender Parameter­einstellung, eine Fläche aufrauen und so die Festigkeit einer Klebung positiv beeinflussen. Grundsätzlich lässt sich der Laser ganz gezielt für seine jeweilige Aufgabe anpassen. Für jede Anwendung ermittelt TRUMPF die passende Laserleistung und Pulsfrequenz. Es gilt: so viel wie nötig, so wenig wie möglich. Letzteres liegt natürlich auch im Interesse der Kunden, die davon profitieren, dass die Kosten der Laserreinigung im Vergleich zur chemischen Nassreinigung rund fünf Mal niedriger sind.

Sauber – oder doch nicht?

Standards und Richtlinien hinsichtlich der Verfahren zur Prüfung von Partikelverunreinigungen gibt es bereits. Das ist früher oder später auch bei den fluiden Verunreinigungen zu erwarten. Daher ist nicht nur das Reinigen wichtig, sondern auch der Nachweis darüber, wie erfolgreich der Vorgang war. Deshalb arbeitet TRUMPF mit der SITA Messtechnik GmbH zusammen.

SITA Messtechnik GmbH

Die SITA Messtechnik GmbH entwickelt, produziert und vertreibt Geräte für das Messen der dynamischen Oberflächenspannung von Flüssigkeiten, vollautomatische Schaumtester zum Prüfen des Schäumverhaltens von Flüssigkeiten sowie Fluoreszenzmesstechnik für die Sauberkeitskontrolle von Teilen und für die Schmutzüberwachung von Prozessmedien. 

Das Unternehmen mit Sitz in Dresden entwickelt, produziert und vertreibt unter anderem Prozessmess- und Regeltechnik zum Überwachen von Teilesauberkeit. Ein von SITA entwickeltes Fluoreszenz-Messgerät hilft bei der bedarfsgerechten Ermittlung von Parametern von Reinigungslasern. Das Messgerät macht mithilfe von UV-Licht fluoreszierende organische Stoffe wie Fette, Öle, Kühlschmierstoffe oder Trennmittel sichtbar. Ein Sensor misst berührungslos den Grad der Restverschmutzung – oder zeigt an, dass eine gereinigte Fläche auch wirklich sauber ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden zur Sauberkeitsmessung, wie beispielsweise der Verwendung von Testtinten, bringt das SITA-Gerät
auch bei kleinen Messflecken präzise Ergebnisse. 

Eine saubere Alternative

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Ganz wichtig: Das SITA Messgerät lässt sich auch direkt in die Produktions­linie integrieren. (Foto: SITA Messtechnik GmbH)

Laserreinigung macht nicht nur sauber, sie ist es auch. Es fallen weder giftige Laugen an, wie bei der chemischen Nassreinigung, noch entsteht Lärm, wie bei abrasiven Verfahren. Darüber hinaus ist die Reinigung mit Laserlicht schonend, verhältnismäßig günstig und überaus schnell. Das sind Vorteile, die neben der Automobilindustrie zunehmend auch andere Branchen erkennen, denn grundsätzlich lässt sich der Laser als Reini­gungswerkzeug überall einsetzen.

Neben dem gepulsten Laser für die partielle Reinigung von Fügestellen und kleinen Teilen, wie beispielsweise historischen Münzen, lassen sich mit UV-Lasern auch große Bauteile großflächig reinigen. Sie befreien Karosserieteile aus CFK von fluiden Rückständen und sind bei entsprechender Parametereinstellung sogar beim Ablösen von Lacken und Rost eine kraftvolle Lösung. Der Laser als Hightech-Saubermann hat viel Potenzial.

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