Ultraschall-Feinstreinigung Reif für die Beschichtung anspruchsvoller Optiken

Redakteur: Anne Richter

>> Optiken zum Messen, Analysieren, Strukturieren und Bearbeiten mit Licht sind Hightech-Komponenten, denen Beschichtungen anwendungsgerechteEigenschaften verleihen. Voraussetzung dafür sind hochreine Oberflächen.Diese erzielt bei einem weltweit führenden Hersteller ein Ultraschallreinigungssystem, das durch seine massgeschneiderte Konzeption hohe Flexibilitätund Wirtschaftlichkeit gewährleistet.

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Für die Beschichtung müssen die Präzisionsoptiken vollständig frei von organischen und anorganischen Substanzen, Partikeln und Finger- und Handschuhabdrücken sein.
Für die Beschichtung müssen die Präzisionsoptiken vollständig frei von organischen und anorganischen Substanzen, Partikeln und Finger- und Handschuhabdrücken sein.
(Bild: Jenoptik)

Insbesondere bei hochpräzisen optischen Anwendungen spielen Beschichtungen, die vom tiefsten Ultraviolett bis zu langwelligem Infrarot reichen und in Schichtdicken von 120 Nanometern bis 20 Mikrometern aufgebracht werden, eine grosse Rolle. Dazu zählen Reflexions- und Antireflexionsschichten, Schichten mit Filterwirkung und Strahlteilerbeschichtungen für polarisiertes und unpolarisiertes Licht. Sie verleihen Komponenten wie beispielsweise sphärischen Linsen, Prismen, zylindrischen und flachen Optiken aus Quarzglas, Kalziumfluorid, Silizium und anderen Werkstoffen ihre speziellen Eigenschaften.

Reinigen – ein qualitäts-relevanter Fertigungsschritt

Bevor die Schichten aufgebracht werden, erfolgt eine Feinstreinigung, in der selbst minimale Rückstände organischer und anorganischer Substanzen, Partikel, Finger- und Handschuhabdrücke entfernt werden müssen. Um diesen Prozess weiter zu optimieren, ersetzte die Sparte Optische Systeme von Jenoptik im Jahr 2011 ein vorhandenes Ultraschallreinigungssystem. «Wichtig bei der Auswahl war einerseits, dass die Teile in jedem Fall beschichtungsreif aus der Anlage kommen. Andererseits legten wir grossen Wert auf eine hohe Verarbeitungsqualität sowie eine einfache, flexible Programmgestaltung, durch die wir den Reinigungsprozess an die spezifischen Eigenschaften der Optiken anpassen können. Denn die Teile weisen aufgrund verschiedener Werkstoffe eine unterschiedliche chemische Beständigkeit und Empfindlichkeit gegenüber Ultraschall auf», erklärt Dr. Matthias Jäger, der im Geschäftsbereich Optik für Technologieentwicklung und Reinigungstechnologien zuständig ist.

Auf höchste Reinheit ausgelegtes Anlagenkonzept

Über diese Anforderungen sprachen die Projektverantwortlichen bei Jenoptik mit mehreren Anlagenherstellern, von denen drei in die engere Wahl kamen. Durchgesetzt hat sich das Anlagenkonzept der Schweizer UCM AG, einem Unternehmen der Dürr-Ecoclean-Gruppe. «Überzeugt hat uns sowohl die Verfahrenstechnik und Verarbeitung dieser Anlage als auch die Steuerung mit sehr komfortabler Programmierung. Ausserdem arbeiten wir schon mit zwei Anlagen dieses Herstellers und haben sehr gute Erfahrungen damit», begründet Dr. Matthias Jäger die Entscheidung.

Das Ultraschallreinigungssystem verfügt über acht Tauchbecken mit Vierseitenüberlauf: In den drei Reinigungs- und fünf Spülbecken wird das Medium von unten eingebracht, nach oben transportiert und läuft dann an allen Seiten über. Diese für Aufgaben in der Feinstreinigung entwickelte Technik ermöglicht eine sehr gute und gleichmässige Behandlung der Teile. Gleichzeitig sorgt der Überlauf dafür, dass die abgereinigten Rückstände und Partikel sofort und komplett aus den Becken ausgetragen werden. Dies verhindert sowohl eine Rückkontamination der Teile beim Herausnehmen als auch die Bildung von Schmutznestern in den Becken. Jedes Reinigungsbad ist mit einem eigenen Kreislauf mit Kerzenfiltration ausgestattet. Die Zwischenspülstufen werden mit Osmosewasser, die beiden letzten Spülbecken mit voll entsalztem (VE-)Wasser betrieben. «UCM hat uns empfohlen, das Wasser aus den Spülkreisläufen ebenfalls über eine Feinfiltration zu führen, wodurch wir das Reinigungsergebnis noch weiter verbessern konnten», berichtet der Technologieentwickler.

Turbulenzen sparen Energie

Eine Besonderheit weisen auch die Spülprozesse auf: Das Wasser wird mit so hohem Druck in das Becken gepumpt, dass sich Turbulenzen bilden. Dies ermöglicht, das Spülen prozesssicher ohne Ultraschallunterstützung durchzuführen, woraus ein verringerter Energieverbrauch resultiert. Nach dem zweiten Spülprozess werden die optischen Teile von der Lift-Out-Einheit sehr langsam aus dem Becken herausgehoben und dabei durch den Kapillartrocknungseffekt vorgetrocknet. Die vollständige Trocknung erfolgt durch ein Infrarot-Strahlerband.

Eine weitere Empfehlung des Anlagenherstellers war die Einführung spezieller Werkstückträger für sehr kleine Teile. «In diese Schleuderkörbe können wir beispielsweise 20 Linsen einlegen, die jeweils nur etwa 10 mm gross sind. Die Werkstückträger sind so gestaltet, dass sich die Teile gegenseitig nicht berühren und Beschädigungen ausgeschlossen sind, sie aber vom Reinigungs- und Spülmedium sehr gut erreicht werden. Nach der Reinigung und Spülung erfolgt ein Schleuderprozess zum Trocknen, nach dem die Teile beschichtungsreif sauber und fleckenfrei entnommen werden können», erklärt Dr. Matthias Jäger.

Vollautomatische teilespezifische Reinigungsprozesse

In der Anlagensteuerung sind 16 Programmplätze für teilespezifische Reinigungsprozesse hinterlegt, von denen Jenoptik derzeit zwölf nutzt. Durch das Reinigungsprogramm ist festgelegt, welche Reinigungsbecken mit den jeweiligen Teilen angefahren werden, wie lange sie dort verweilen und welche Schallfrequenz zum Einsatz kommt. So können die Gläser im gleichen Becken beispielsweise über ein bestimmtes Zeitintervall mit 40 kHz und über ein anderes mit 80 kHz gereinigt werden. «Die hohe Flexibilität bei der Festlegung der verschiedenen Reinigungsparameter stellt sicher, dass jedes Teil entsprechend seinen spezifischen Anforderungen behandelt wird. Ausserdem konnten wir mit der neuen Anlage manuelle Nacharbeiten deutlich reduzieren und erreichen längere Standzeiten der Bäder. Insgesamt ist die Reinigung also nicht nur besser, sondern auch wirtschaftlicher geworden», freut sich Dr. Matthias Jäger. <<

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