Sauberkeit versus Partikelgröße: Verständnis zweier zentraler Akzeptanzkriterien für die industrielle Reinigung

Übersicht

Sauberkeit und Partikelgröße sind zwei der wichtigsten – und am häufigsten verwechselten – Annahmekriterien bei der industriellen Teile-Reinigung.

Sauberkeit beschreibt im Allgemeinen die gesamtmasse der verbleibenden Kontamination , während Partikelgröße die größe der verbleibenden Partikel beschreibt. Diese beiden Parameter messen unterschiedliche Aspekte der Kontamination und können daher nicht gegenseitig ersetzt werden.

Bei Antriebskomponenten für Kraftfahrzeuge kann eine technische Spezifikation beispielsweise sowohl eine maximale Restverunreinigung in Milligramm als auch eine maximal zulässige Partikelgröße vorschreiben.

Dieser Artikel erläutert den Unterschied zwischen Sauberkeit und Partikelgröße, gängige Messverfahren und Referenzstandards sowie die Kriterien, auf die Einkäufer von Reinigungsanlagen achten sollten, wenn sie Reinigungsspezifikationen prüfen.

1. Was versteht man unter Sauberkeit?

Bei der industriellen Reinigung von Werkstücken bezieht sich Sauberkeit im Allgemeinen auf die gesamte Menge an Verunreinigungen, die nach der Reinigung auf der Oberfläche oder innerhalb der Durchgänge eines Werkstücks verbleiben .

Sie wird üblicherweise als Massenwert in milligramm (mg) .

Ein typischer Sauberkeitstest extrahiert die Restverunreinigung aus der Komponente mithilfe einer festgelegten Extraktionsmethode. Je nach Werkstück und Prüfverfahren kann dies umfassen:

• Druckspülung
• Spülen
• Ultraschall-Extraktion
• Rühren oder andere festgelegte Extraktionsmethoden

Die extrahierte Kontamination wird dann durch Filtration gesammelt und unter festgelegten Bedingungen gewogen.

Sauberkeit ist im Wesentlichen ein Massenkontrollparameter

Die entscheidende Frage lautet:

Wie viel Kontamination bleibt insgesamt zurück?

Die Gesamtmasse kann Partikel unterschiedlicher Größe, Form und Material umfassen.

Zum Beispiel bedeutet ein Ergebnis von 5 mg dass die gesamte extrahierte Kontamination 5 mg wiegt, unabhängig von den einzelnen Partikelgrößen in diesem Rückstand.

Für einige Anwendungen kann Sauberkeit auch als normierter Wert wie mg/m² angegeben werden, was die Kontaminationsmasse pro Flächeneinheit darstellt.

2. Was bedeutet Partikelgröße?

Partikelgröße beschreibt die physikalische Abmessung von Restpartikeln nach der Reinigung.

Sie wird üblicherweise in mikrometern (μm) , manche industriellen Spezifikationen verwenden jedoch Millimeter.

Die Partikelanalyse kann das Filtern und Klassifizieren extrahierter Verunreinigungen nach Partikelgrößenbereichen, das Zählen von Partikeln in verschiedenen Größenkategorien oder das Messen der maximalen Partikelabmessung umfassen.

Partikelgröße ist im Wesentlichen ein Maß für die Abmessungssteuerung

Die entscheidende Frage lautet:

Wie groß darf ein einzelnes Restpartikel sein?

Dies ist wichtig, weil selbst bei geringer Gesamtverunreinigungsmasse ein relativ großes Partikel möglicherweise eine Öffnung verstopfen, eine Präzisions-Schnittstelle stören oder eine empfindliche Komponente beschädigen kann.

Beispiel:

• ≤ 800 μm bedeutet, dass die angegebene maximale Partikelabmessung 0,8 mm beträgt.
• ≤300 μm bedeutet, dass die angegebene maximale Partikelabmessung 0,3 mm beträgt.

Daher erfordert eine kleinere Partikelgrößenbegrenzung im Allgemeinen eine strengere Kontrolle des Reinigungsprozesses.

3. Warum müssen Sauberkeit und Partikelgröße gemeinsam bewertet werden?

Sauberkeit und Partikelgröße stellen zwei unterschiedliche Dimensionen der Verunreinigungskontrolle dar .

Betrachten Sie zwei vereinfachte Beispiele.

Beispiel 1: Geringe Gesamtmasse, aber ein großes Partikel

Eine Komponente kann nur 5 mg des gesamten Restschmutzes, doch ein relativ großes Metallpartikel könnte immer noch ein Problem verursachen, falls es in einen empfindlichen Ölpfad gelangt.

Beispiel 2: Höhere Gesamtmasse, aber sehr feine Partikel

Eine andere Komponente könnte 300 mg restschmutz aufweisen, wobei der größte Teil des Rückstands jedoch aus sehr feinen Partikeln unterhalb von 10 μm bestehen könnte.

Das funktionale Risiko im Zusammenhang mit diesen beiden Situationen kann sehr unterschiedlich sein.

Deshalb geben Automobilhersteller und andere Kunden aus der Präzisionsfertigung oft beide Parameter vor.

Beispielsweise können repräsentative Anforderungen umfassen:

• Motorblock: partikelgröße ≤800 μm
• Zylinderkopfgehäuse: reinheit ≤ 220 mg, Partikelgröße ≤ 1,2 mm
• Kühlwasserdurchgänge im Zylinderkopf: reinheit ≤ 700 mg, Partikelgröße ≤ 2,4 mm

Diese Werte definieren unterschiedliche Grenzwerte für den zulässigen Verschmutzungsgrad.

Andere Ausdrucksformen für Reinheit

Je nach Anwendungsfall können Spezifikationen auch folgende Angaben enthalten:

• mg/m² — Restverschmutzung pro Flächeneinheit
• mg\/kg — Restverschmutzungskonzentration bezogen auf eine festgelegte Flüssigkeits- oder Materialmenge

Beispielsweise kann bei einer sechsachsigen Roboterreinigung von Getriebesteuerventilgehäusen die Reinheitsanforderung wie folgt formuliert sein 1 mg/kg , wobei die Restkontaminationskonzentration als Sauberkeitskennwert verwendet wird.

Die Einheit selbst muss daher im Kontext der Prüfmethode und der Anwendung verstanden werden.

4. Gängige Referenzstandards und Prüfverfahren

Zwei häufig zitierte Standards für die Sauberkeitsanalyse in der Automobilindustrie sind:

• ISO 16232
• VDA 19

Diese Standards liefern Rahmenbedingungen für die Kontaminationsextraktion, Filtration, Partikelanalyse, Messbedingungen und Berichterstattung der Ergebnisse.

Ziel ist es, die Ergebnisse von Sauberheitsprüfungen konsistenter und besser vergleichbar zwischen verschiedenen Zulieferern und Laboren zu machen.

Gängige Verfahren zur Kontaminationsextraktion

Je nach Werkstück und anwendbarem Verfahren können Extraktionsverfahren umfassen:

• Druckspülung
• Spülen
• Ultraschall-Extraktion
• Rühr- oder Schüttelextraktion

Verschiedene Extraktionsverfahren können unterschiedliche Effizienzen aufweisen, wenn sie Verunreinigungen von derselben Komponente entfernen.

Daher sollte eine technische Spezifikation nicht nur einen numerischen Sauberkeits- oder Partikelgrößen-Grenzwert angeben. Sie muss zudem die relevanten extraktionsmethode und Prüfparameter gegebenenfalls definieren.

Dies ist insbesondere bei der Abnahme von Anlagen von Bedeutung, da zwei Prüfungen mit unterschiedlichen Extraktionsverfahren unterschiedliche Ergebnisse liefern können – selbst bei derselben Komponente.

5. Wie sollten Käufer Reinigungsspezifikationen interpretieren?

Bei der Prüfung einer Reinigungsmaschinenspezifikation reicht es nicht aus, sich allein auf den numerischen Sauberkeitsgrenzwert zu stützen.

5.1 Ist die Partikelanforderung global oder zonenspezifisch?

Verschiedene Bereiche einer Komponente können unterschiedliche Kontaminationsrisiken aufweisen.

Beispielsweise können die Hauptölleitung und die Wassermantel eines Motorkomponenten unterschiedliche Grenzwerte für die Partikelgröße erfordern.

Zonenspezifische Anforderungen können daher eine aussagekräftigere Prozesskontrolle ermöglichen als die Anwendung einheitlicher Grenzwerte für die gesamte Komponente.

5.2 Bedeutet „Partikelgröße“ maximale Größe oder Partikelanzahl?

Dies sind nicht zwangsläufig identische Anforderungen.

Eine Spezifikation kann Folgendes definieren:

• Zulässige maximale Partikeldimension
• Anzahl der Partikel über einer festgelegten Größe
• Partikelgrößenverteilung über mehrere Größenbereiche

Der Gerätehersteller muss genau wissen, welche Messgröße gefordert ist.

5.3 Werden Gehäuse und innere Durchgänge der Komponente getrennt bewertet?

Ein Zylinderkopf beispielsweise kann separate Anforderungen für sein Gehäuse und seine Wasserdurchgänge aufweisen.

Eine Spezifikation wie:

Karosserie: ≤ 220 mg
Wasserdurchlässe: ≤ 700 mg

bedeutet nicht zwangsläufig, dass beide Bereiche identische Extraktionsverfahren verwenden.

Der Prüfort und das Extraktionsverfahren sollten daher eindeutig festgelegt werden.

5.4 Ist das Extraktionsverfahren eindeutig spezifiziert?

Derselbe numerische Grenzwert kann unterschiedliche Prüfergebnisse liefern, wenn verschiedene Extraktionsverfahren angewendet werden.

Das Akzeptanzprotokoll sollte daher das Extraktionsverfahren, die verwendeten Geräte, die Parameter, das Filtrationsverfahren sowie die Messbedingungen – soweit zutreffend – eindeutig definieren.

5.5 Wie häufig erfolgen die Inspektionen, und welche Anforderungen gelten für die Probenahme?

Der Akzeptanzprozess kann Folgendes umfassen:

• Erststückprüfung
• Probenahme
• Periodische Sauberkeitsüberprüfung
• Endabnahmeprüfung

Diese Anforderungen können sowohl die Gerätekonfiguration als auch die Produktionszykluszeit beeinflussen.

6. Sauberkeitsanforderungen sind bereits bei der Gerätekonstruktion zu berücksichtigen

Sauberkeits- und Partikelgrößenanforderungen sind vor der Konstruktion der Reinigungsanlage festzulegen.

Sie wirken sich unmittelbar aus auf:

• Reinigungsdruck
• Düsenkonfiguration
• Reinigungsablauf
• Gezielte Reinigung innerer Durchgänge
• Spülbedingungen
• Trocknungskonfiguration
• Filtersystem
• Werkstückpositionierung
• Säuberlichkeitsprüfung und -validierung

Beispielsweise erfordert eine Komponente mit teilchengröße ≤300 μm möglicherweise eine andere Reinigungs- und Filterstrategie als eine mit einer ≤ 1,2 mm die Voraussetzung.

Ebenso kann eine strenge Sauberheitsanforderung für einen internen Ölkreislauf eine spezielle Einspritzreinigung erfordern, anstatt sich ausschließlich auf eine allgemeine Sprühreinigung zu verlassen.

Deshalb sollte Reinigungsausrüstung an den tatsächlichen Abnahmekriterien des Kunden ausgerichtet werden – nicht allein nach Werkstückabmessungen oder Produktionskapazität ausgewählt werden.

7. FAQ

Warum wird Sauberheit in mg gemessen?

Sauberheit stellt im Allgemeinen die Gesamtmasse der vom Werkstück extrahierten Restkontamination dar.

Nach Extraktion der Kontamination mittels des festgelegten Verfahrens wird diese filtriert und für die Messung vorbereitet. Die resultierende Kontaminationsmasse kann dann in Milligramm angegeben werden.

Für größere Flächen kann das Ergebnis auch normiert werden auf mg/m² zum Vergleich zwischen Komponenten oder Prüfbereichen.

Wie ist eine Partikelgrößengrenze in μm zu verstehen?

Ein Mikrometer (μm) entspricht einem Millionstel Meter.

1 mm = 1.000 μm.

Daher:

• ≤800 μm = ≤0,8 mm
• ≤300 μm = ≤0,3 mm

Eine kleinere Partikelgrößengrenze bedeutet im Allgemeinen, dass der Reinigungsprozess eine strengere Kontrolle über verbleibende Partikel sicherstellen muss.

Was ist der Unterschied zwischen ISO 16232 und VDA 19?

Beide Normen werden häufig in der Automobilreinheitsprüfung herangezogen und liefern Rahmenbedingungen für die Kontaminationsextraktion sowie die Partikelanalyse.

Allerdings sind ihre Verfahren und Berichtsweisen nicht zwangsläufig identisch. Ein OEM oder Kunde kann festlegen, welcher Standard anzuwenden ist.

Bei der Beschaffung von Reinigungsgeräten sollte daher der jeweils geltende Standard und das zugehörige Prüfverfahren in der technischen Spezifikation bestätigt werden, anstatt vorauszusetzen, dass Ergebnisse aus unterschiedlichen Verfahren unmittelbar austauschbar sind.

Wenn die Sauberkeit innerhalb der Spezifikation liegt, bedeutet das auch, dass die Partikelgröße innerhalb der Spezifikation liegt?

Nicht unbedingt.

Die beiden Parameter messen unterschiedliche Aspekte der Kontamination.

Ein Bauteil kann die Anforderung an die Gesamt-Kontaminationsmasse erfüllen, obwohl es dennoch ein einzelnes Partikel über der festgelegten Größengrenze enthält.

Umgekehrt kann ein Bauteil eine vergleichsweise hohe Gesamtmasse sehr feiner Partikel enthalten, ohne dabei ein einziges Partikel über der festgelegten Maximalgröße zu besitzen.

Sauberkeit und Partikelgröße sollten daher getrennt gemessen und getrennt bewertet werden – sofern beide Parameter in den Annahmekriterien enthalten sind.

Fazit

Sauberkeit und Partikelgröße sind komplementäre Kenngrößen und keine austauschbaren Messgrößen.

Sauberkeit regelt in erster Linie die verbleibende Kontaminationsmenge, während die Partikelgröße festlegt, wie groß einzelne verbliebene Partikel maximal sein dürfen.

Bei Komponenten für Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen sowie bei anderen präzisionsgefertigten Teilen können beide Parameter unmittelbar Einfluss auf die Gerätekonstruktion, die Auswahl des Reinigungsverfahrens, die Filtration, die Reinigung innerer Durchgänge sowie die abschließende Abnahmetestung nehmen.

Big Bird Industrial arbeitet während der Entwicklung des Reinigungsverfahrens und der Validierung der Anlagen mit den vom Kunden definierten Anforderungen an Sauberkeit und Partikelgröße zusammen und unterstützt damit den zugehörigen Abnahme- und Verifizierungsprozess.