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acp: Oberflächen zum Kleben vorbereiten CO2-Schnee reinigt effizient und zuverlässig

| Redakteur: Konrad Mücke

Um leicht zu bauen, nutzen Automobilhersteller eine zunehmende Anzahl an Baugruppen aus Kunststoffen und Leichtmetallen. Diese fügt man produktiv und wirtschaftlich durch Kleben. Für saubere und aktivierte Fügeflächen sorgt das Strahlen mit CO2-Schnee im quattroClean-Verfahren.

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Reinigen, aktivieren, kleben: Wirtschaftlich und effizient lassen sich Fügebereiche an Bauteilen aus Kunststoffen mit dem CO2-Schnee-Reinigungsverfahren vorbehandeln (links reinigen, rechts Kleber auftragen).
Reinigen, aktivieren, kleben: Wirtschaftlich und effizient lassen sich Fügebereiche an Bauteilen aus Kunststoffen mit dem CO2-Schnee-Reinigungsverfahren vorbehandeln (links reinigen, rechts Kleber auftragen).
(Bild: acp systeems AG)

Leichtbau nutzt die Automobilindustrie seit vielen Jahren, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. In der aktuellen Diskussion um die Reduzierung der CO2-Emissionen fokussieren die Fahrzeughersteller wieder stärker auf den Leichtbau. Dies betrifft unter anderem Teile der Karosserien, beispielsweise Türen, Fahrzeugdächer, Heckklappen und Motorhauben. Man fertigt diese aus leichten Werkstoffen, zum Beispiel Aluminium und Kunststoff. Zu leichteren Komponenten trägt neben den Werkstoffen auch das Fügeverfahren bei. Statt zu nieten und zu schweissen bevorzugen Fahrzeugbauer inzwischen zu kleben. Damit strukturelle Klebungen beispielsweise an Karosserieteilen und an Batteriegehäusen ausreichende Festigkeit erreichen, müssen die Klebflächen allerdings zuvor sorgfältig gereinigt und für den Klebstoffauftrag vorbereitet werden.

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Partiell trocken besser als grossflächig nass

Klassische nass-chemische Reinigungsprozesse mit wasserbasierenden Medien oder Lösemitteln eignen sich nicht für anschliessende Klebverfahren. Die Fügebereiche müssen üblich deutlich sauberer als die umgebenden Bereiche sein. Beim nassen Reinigen in Lösemitteln müssen aber grössere, komplexe Bauteile komplett gereinigt werden. Diese Prozesse lassen sich nur schwierig oder gar nicht in Produktions- und Montageabläufe integrieren. Favorisiert werden daher trockene Reinigungsverfahren. Dazu zählt unter anderen das Reinigungsstrahlen mit CO2-Schnee. Die acp systems AG in Ditzingen hat das Verfahren quattroClean verwirklicht.

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Das die Umwelt schonende Verfahren verwendet flüssiges Kohlendioxid als Reinigungsmedium. Dieses Medium entsteht als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und bei der Energiegewinnung aus Biogas. Also entfallen energieintensive und die Umwelt belastende Herstellprozesse. Zum Reinigen wird das flüssige Kohlendioxid durch eine verschleissbeständige Düse geleitet. Beim Austreten aus der Düse entspannt es sich (der Druck fällt ab) und es entsteht feiner CO2-Schnee. Separat aus einer Ringdüse austretende Luft bündelt diesen Strahl aus CO2-Schnee und beschleunigt ihn auf Geschwindigkeiten grösser als die Schallgeschwindigkeit. Trifft der gut fokussierbare Strahl aus CO2-Schnee und Luft unter hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche wirkt er wie eine Kombination aus thermischen, mechanischen, Sublimations- und Lösemitteleffekten. Damit entfernt der CO2-Schnee zum einen Partikel, wie Staub, Späne, Abrieb und Mikrograte, zum anderen als Film aufliegende Schichten, wie Trennmittel, Ziehöle, Emulsionen, Silikone und Schmauchspuren. Abgelöste Verunreinigungen werden durch die aerodynamische Kraft der Druckluft weggeströmt und durch eine integrierte Absaugung entfernt. Diese Prozesse sind exakt reproduzierbar.

Kaltes, reproduzierbares Verfahren

Im Vergleich zu anderen trockenen Reinigungsverfahren, beispielsweise der Plasma- und der Laserreinigung unter Atmosphärendruck, arbeiten Fertigungs- und Montagebetriebe mit dem CO2-Schnee deutlich effizienter, effektiver und zuverlässiger. Dafür sorgen mehrere Merkmale dieses Verfahrens. Der Prozess ist zum einen robust. Zum anderen ist er über ein grosses Arbeitsfenster einsetzbar. Zudem bleiben die behandelten Bauteile kalt. Der Reinigungsprozess ist skalierbar. Somit lässt er sich an unterschiedliche Anwendungen und Bauteilgeometrien anpassen. Die das Verfahren bestimmenden Prozessparameter – Volumenströme für Luft und Kohlendioxid, Anzahl der Düsen, Strahlbereich und -zeit – stimmen die Techniker des Herstellers in ihrem Technikum anhand von Versuchen exakt auf die Bauteile, die Werkstoffe und die Verunreinigungen ab. Sie können als bauteilespezifische Programme in der Anlagensteuerung gespeichert werden. Aus Standardmodulen konzipiert und erstellt der Hersteller in Ditzingen individuell optimierte Anlagen. Das können zum einen sogenannte Stand-alone-Lösungen sein, zum anderen Systeme, die in Fertigungs- und Montageanlagen sowie verkettete Produktionsumgebungen integriert werden.

Kunststoffe reinigen und aktivieren

Beim Reinigen und Fügen zweiter Bauteile aus faserverstärktem und unverstärktem Polyamid (PA) bewährt sich das trockene, kalte Verfahren quattroClean besser als beispielsweise das Reinigen mit Atmosphärendruck-Plasma. Es sind Rückstände von Trennmitteln zu entfernen und die Oberflächen sind zu aktivieren. Beim Reinigen mit Plasma erreichten die Klebungen nicht die geforderten Haftfestigkeiten. Zudem waren Prozessparameter, wie die Einwirkzeit, der Abstand und der Auftreffwinkel des Plasmas, sehr genau einzuhalten. Nur so liess sich die geforderte Wirkung erreichen und ein Überaktivieren des Kunststoffs vermeiden. Gemeinsam mit dem Fertigungsbetrieb verwirklichten die Spezialisten von acp einen mehrstufigen Prozess. Dabei werden die Bauteile automatisiert gereinigt, aktiviert und verklebt.

Ölrückstände entfernen

Bei einem asiatischen Unternehmen waren minimale Rückstände des beispielsweise beim Umformen von Karosserieteilen aus Aluminium verwendeten Ziehöls zu entfernen. Das Unternehmen untersuchte vergleichend das Reinigen mit Plasma, mit dem Laser und mit trockenem CO2-Schnee. Das Plasmaverfahren erwies sich als völlig ungeeignet. Der Laser entfernte zwar das Ziehöl, erwärmte allerdings auch das Blechteil. Dies verursachte nicht akzeptable Effekte. Zudem arbeitet der Laser sehr langsam. Reinigen mit CO2-Schnee im Verfahren quattroClean überzeugte mit sauberen Oberflächen, hoher Prozessgeschwindigkeit und -sicherheit. Zudem ist dieses Verfahren unempfindlich gegen variierende Umgebungseinflüsse und Prozessparameter. Es arbeitet äusserst wirtschaftlich. Wie das asiatische Unternehmen bestätigt, sind nur ein Viertel der ansonsten bei nass-chemischen Verfahren anfallenden Investitionen erforderlich. Die Betriebskosten betragen nur etwa die Hälfte beim trockenen Reinigen verglichen mit nassen Prozessen. Das Reinigen mit CO2-Schnee nutzen inzwischen eine Vielzahl an Unternehmen in unterschiedlichen Branchen, unter anderem in der Medizintechnik, in der Automobil- und in der Elektronikindustrie speziell beim Fügen von Bauteilen aus Kunststoffen. - kmu - SMM

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