Fügebereiche mit CO2-Schnee reinigen

Fügebereiche für Klebungen vorbereiten: Quattro Clean-Technologie der ACP Systems AG verwendet CO₂-Schnee für das Vorbehandeln.

Mit CO₂-Schnee strukturelle Fügebereiche effektiv und effizient reinigen: Um Gewicht einzusparen, kommen in der Automobilindustrie immer mehr Baugruppen aus Kunststoffen und Leichtmetallen zum Einsatz, die miteinander verklebt werden. Die Fügebereiche der strukturellen Komponenten müssen hier entsprechend vorbehandelt werden. Die ACP Systems AG hat hierfür die klimaneutrale Quattro Clean-Technologie entwickelt.  

In der Automobilindustrie setzen OEM und Zulieferer bei Karosserieteilen wie Türen, Fahrzeugdächern, Kofferraum- und Heckklappen sowie Motorhauben vermehrt auf leichtere Materialien wie Aluminium und Kunststoffe. Statt Schweißen, Nieten oder Schrauben werden oftmals veränderte Produktions- und Fügetechnologien wie das Verkleben eingesetzt. Der Grund ist simpel: es muss Gewicht eingespart werden.

Um bei strukturellen Verklebungen beispielsweise von Karosserieteilen oder Batteriegehäusen die erforderliche Haftfestigkeit zu gewährleisten, werden sehr hohe Anforderungen an die Sauberkeit und Benetzbarkeit der Fügebereiche gestellt.

Klassische nasschemische Reinigungsprozesse mit wasserbasierenden Medien oder Lösemitteln scheiden bei diesen Aufgabenstellungen aus verschiedenen Gründen aus. Dazu zählen, dass die Fügebereiche üblicherweise eine deutlich höhere Sauberkeit aufweisen müssten als der Rest des Bauteils. Diese Reinigungsprozesse lassen sich nicht oder nur mit extremem Aufwand in eine Fertigungs- beziehungsweise Montagelinie integrieren.

Besser sind hier trockene Verfahren wie die umweltverträgliche Quattro Clean-Schneestrahlreinigungsverfahren der ACP Systems AG. Eingesetzt wird diese in vielen Industriebereichen zum ortsselektiven oder ganzflächigen Reinigen bei Bauteilen aus praktisch allen Werkstoffen. Da das Reinigen materialschonend erfolgt, lassen sich auch sensible Substrate behandeln.

Das Verfahren verwendet flüssiges Kohlendioxid als Reinigungsmedium, das als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biogas entsteht. Es wird durch die verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinem CO₂-Schnee. Dieser Kernstrahl wird in einem separaten, ringförmige Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren Schnee-Druckluftstrahls auf die zu reinigende Oberfläche kommt es zu einer Kombination aus thermischem, mechanischem, Sublimations- und Lösemitteleffekt. Das Zusammenspiel dieser vier Wirkmechanismen entfernt partikuläre, also etwa Staub, Späne, Abrieb, Mikrograte, und filmische wie etwa Trennmittel, Ziehöle, Emulsionen, Silikone, Schmauchspuren Verunreinigungen reproduzierbar. Abgelöste Verunreinigungen werden durch die Druckluft weggeströmt und abgesaugt.

Im Vergleich zu anderen Trockenreinigungsverfahren wie beispielsweise Atmosphärendruckplasma- und Laserreinigung ermöglicht die Quattro Clean Technologie durch verschiedene verfahrensbedingte Eigenschaften eine höhere Prozesssicherheit im Serieneinsatz. Dazu zählen der robuste Prozess und das große Arbeitsfester. Positiv wirkt sich darüber hinaus aus, dass während der Reinigung keine Erwärmung der zu behandelnde Bauteilbereiche stattfindet.

Das Quattro Clean-System ist Industrie 4.0-kompatibel und voll skalierbar. Somit kann es einfach und platzsparend an unterschiedliche Anwendungen und Bauteilgeometrien angepasst werden. Sämtliche Prozessparameter wie Volumenströme für Druckluft und Kohlendioxid, Anzahl der Düsen, Strahlbereich und -zeit werden durch Versuche im ACP-Technikum exakt an das jeweilige Bauteil, die Applikation, die Materialeigenschaften sowie die zu entfernenden Verunreinigungen angepasst. Sie können als teilespezifische Programme in der Anlagensteuerung hinterlegt werden. Auf Standardmodulen basierend erarbeitet ACP maßgeschneiderte Anlagenkonzepte – sowohl als Standalone-Lösungen als auch für die Integration in Fertigungslinien und verkettete Produktionsumgebungen.

Für die Vorbehandlung zu fügender Bauteile – gefertigt aus faserverstärktem Polyamid (PA) und unverstärktem PA – hat sich das Quattro Clean-Verfahren gegenüber der Atmosphärendruck-Plasmareinigung durchgesetzt. Gründe waren, dass bei den mit Plasma gereinigten Bauteilen die Anforderungen der nach dem Verkleben erfolgten, zerstörenden Haftfestigkeitsprüfung nicht erfüllt wurden. Außerdem erforderten die engen Prozessfenster der Plasmareinigung, dass Parameter wie Einwirkzeit, Abstand und Auftreffwinkel des Plasmas sehr genau eingehalten werden, um eine Wirkung auf der Oberfläche zu erzielen und eine Überaktivierung des Kunststoffs zu vermeiden. Für diese Anwendung erarbeitete ACP gemeinsam mit dem Unternehmen einen mehrstufigen Prozess, in dem die Bauteile automatisiert gereinigt, aktiviert und verklebt werden.

Bei einem asiatischen OEM ging es um die Entfernung minimaler Rückstände des beispielsweise beim Umformen von Karosserieteilen aus Aluminium verwendeten Ziehöls vor dem Verkleben. Das Unternehmen führte dazu vergleichende Versuche mit der Plasma-, Laser- und Quattro Clean-Reinigung durch. Während sich das Plasmaverfahren hier als nicht zielführend erwies, konnte mit der Laserreinigung das Ziehöl zwar entfernt werden. Allerdings kam es durch die Erwärmung des Bauteils während der Reinigung zu unerwünschten Nebeneffekten, die ebenso wie die vergleichsweise geringe Prozessgeschwindigkeiten Ausschlusskriterien waren. Neben den erzielten Sauberkeitswerten, der hohen Prozessgeschwindigkeit und -sicherheit konnte das Quattro Clean-Verfahren durch seine „Unempfindlichkeit“ und Wirtschaftlichkeit überzeugen. Entsprechend den Berechnungen des OEM ermöglicht es im Vergleich zu einem nasschemischen Prozess Investitionseinsparungen um den Faktor vier, die laufenden Betriebskosten verringern sich um über 50 %.

db