Was 1 mg/kg in einer Reinigungsspezifikation tatsächlich bedeutet

Übersicht

Reinigungsspezifikationen verwenden drei verschiedene Masseneinheiten, die sich optisch ähneln und nicht austauschbar sind. Eine Maschine, die eine Reinigung von einem Milligramm pro Kilogramm erreicht, eine andere mit zwei Milligramm pro Teil und eine dritte mit zehn Milligramm pro tausend Quadratzentimetern – all diese Angaben beschreiben nicht dasselbe und ein Vergleich ohne Umrechnung ist eine häufige Ursache für Unstimmigkeiten bei der Abnahme.

Die Einheit ist besonders entscheidend, wenn die Masse des Teils variiert. Ein Milligramm pro Kilogramm bei einer ein-Kilogramm-Komponente entspricht einem Milligramm Rückstand; bei einem dreihundert-Kilogramm-Gehäuse sind es hingegen dreihundert Milligramm. Derselbe Oberflächenwert beschreibt eine Anforderung, die beim größeren Teil dreihundertmal lockerer ist – was je nach dem zu schützenden Merkmal entweder genau richtig oder völlig falsch ist.

Dieser Artikel erläutert die drei Einheiten, wann jeweils welche geeignet ist, wie man zwischen ihnen umrechnet und wo die Umrechnung ihre Gültigkeit verliert. Big Bird Industrial (ehemals Shimada Big Bird Industrial) baut seit 2001 Reinigungs- und Entgratsysteme für Kraftfahrzeug-Antriebskomponenten; die hier verwendeten Zahlen stammen aus Spezifikationen von Produktionslinien.

1. Drei Einheiten, die nicht identisch sind

Jede Einheit beantwortet eine andere Frage; die Frage bestimmt, welche Einheit in eine Spezifikation gehört.

Milligramm pro Teil

Dies ist eine absolute Größe: die gesamte Masse, die vom gesamten Bauteil entfernt wird. Sie stellt die direkteste Aussage für ein Bauteil konstanter Größe dar und wird von den meisten Automobilspezifikationen verwendet – mit Werten von zwei Milligramm bei einem Gehäuse bis zu zweihundertzwanzig Milligramm bei einer großen Gussteilkomponente. Ihr Nachteil ist, dass sie sich nicht skalieren lässt: Derselbe Wert, angewandt auf ein Bauteil mit doppeltem Volumen, stellt pro Flächeneinheit eine doppelt so hohe Anforderung dar.

Milligramm pro Kilogramm

Dieser Wert wird auf die Teilmasse bezogen, wodurch er nützlich ist, wenn eine Bauteilfamilie ein breites Größenspektrum umfasst und die Anforderung dem Bauteil folgen soll. Eine Spezifikation von einem Milligramm pro Kilogramm beschreibt das Verhältnis von Kontamination zum Bauteil – eine sinnvolle Grundlage, wenn das Risiko mit der Materialmenge und nicht mit einer bestimmten Oberfläche skaliert.

Milligramm pro Flächeneinheit

Dieser Wert wird auf die untersuchte Fläche bezogen und tritt dort auf, wo eine spezifische Oberfläche statt des gesamten Bauteils kontrolliert wird. Ein Wert wie zehn Milligramm pro tausend Quadratzentimeter in einer Gewindebohrung stellt eine flächenbasierte Grenze für einen benannten Bereich dar; ohne Kenntnis des Anteils dieser Fläche am gesamten Bauteil lässt er sich nicht in einen bauteilbezogenen Wert umrechnen.

2. Warum dieselbe Angabe unterschiedliche Bedeutungen hat

Die Rechnung ist trivial, doch die Konsequenz ist gravierend.

Schritt für Schritt durchgerechnet

Ein Milligramm pro Kilogramm, angewandt auf eine ein-Kilogramm-Komponente, ergibt ein Milligramm. Derselbe Grenzwert, angewandt auf ein zehn-Kilogramm-Gehäuse, ergibt zehn Milligramm, auf einen hundert-Kilogramm-Block hundert Milligramm und auf eine dreihundert-Kilogramm-Marinekomponente dreihundert Milligramm. Eine Angabe, die wie eine Präzisionsvorgabe aussieht, stellt bei den größten Teilen eine sehr lockere Anforderung dar – ausgedrückt in einer Form, die streng klingt.

Welche Interpretation ist korrekt

Es hängt davon ab, was die Rückstände bedrohen. Wo das Risiko in einer Kontamination eines Fluidkreislaufs besteht, ist entscheidend, welche Menge den Kreislauf erreicht – und diese Menge wächst nicht mit der Masse der umgebenden Druckgusskomponente. Wo das Risiko in einem Beschichtungs- oder Haftungsversagen besteht, ist entscheidend, welche Fläche beschichtet wird. In keinem dieser Fälle ist die Komponentenmasse die natürliche Bezugsgröße; daher dient eine Angabe pro Kilogramm meist der Bequemlichkeit statt einer zwingenden Vorgabe.

3. Umrechnung – und wo sie endet

Die Umrechnung zwischen pro-Komponente und pro-Kilogramm erfolgt durch Multiplikation. Eine Umrechnung von flächenbasierten Grenzwerten ist ohne Kenntnis der Fläche nicht möglich.

Die beiden zulässigen Umrechnungen

Milligramm pro Komponente in Milligramm pro Kilogramm umzurechnen erfordert eine Division durch die Komponentenmasse in Kilogramm. Die Umkehrung erfolgt durch Multiplikation. Beide Umrechnungen sind exakt, setzen aber voraus, dass die Komponentenmasse angegeben wird. Daher sollte eine Spezifikation mit einer Angabe pro Kilogramm stets den anzuwendenden Massenbereich nennen.

Wenn Umrechnungen irreführen

Die Umrechnung einer Angabe pro Kilogramm auf Komponenten sehr unterschiedlicher Größe führt zu einer Anforderung, die an einem Ende unerfüllbar und am anderen Ende bedeutungslos sein kann. Eine für ein ein-Kilogramm-Teil angemessene Angabe wird zu einer äußerst engen Vorgabe für ein Fünfzig-Gramm-Teil und zu einer sehr lockeren für eine dreihundert-Kilogramm-Gusskomponente. Die Maßeinheit hat sich nicht geändert; die Bedeutung schon.

4. Die Partikelgröße ist eine eigenständige Dimension

Eine Massenangabe und eine Partikelgrößenangabe beschreiben unterschiedliche Risiken; eine Spezifikation, die nur eine davon festlegt, lässt die andere unkontrolliert.

Masse ohne Größe

Ein Bauteil kann eine große Zahl kleiner Partikel enthalten und dabei trotzdem eine Massengrenze einhalten – oder es enthält ein einzelnes Partikel, dessen Masse knapp unter der Grenze liegt, das aber groß genug ist, um eine Durchgangsöffnung zu verstopfen. Masse misst die Quantität; Größe misst die Fähigkeit, eine Verstopfung oder eine Kratzstelle zu verursachen.

Das bewährte Paar

Produktspezifikationen verbinden diese Angaben üblicherweise: eine Massengrenze pro Region und eine maximale Partikelgröße, häufig ergänzt durch eine Regel zur Probenanzahl in Prozent. Beide Angaben gehören in dieselbe Tabelle, und die jeweilige Region muss benannt sein, damit beide Messgrößen überhaupt bestimmt werden können.

5. Was ein Lieferant benötigt, um ein Angebot abzugeben

Ein Lieferant kann eine Anforderung kalkulieren, die Einheit, Region, Massengrenze, Partikelgrenze und Extraktionsmethode angibt. Fehlt eine dieser Angaben, wird die Spezifikation zu einer Annahme – und diese Annahme ist meist mit den höchsten Kosten verbunden.

Die Extraktionsmethode wird am häufigsten nicht angegeben und am häufigsten bestritten, weil unterschiedliche Methoden unterschiedliche Mengen aus demselben Bauteil extrahieren. Die Angabe der Methode, des Lösungsmittels und des Probenahmeortes macht zwei Angebote vergleichbar.

6. Prüfung einer Behauptung

Eine Reinigungsgenauigkeit, die als einzelne Zahl angegeben ist, sollte anhand dreier Fragen bewertet werden: auf welche Bauteilmasse, auf welche Region und mit welcher Methode bezieht sie sich?

Eine Angabe von einem Milligramm pro Kilogramm ohne Angabe der Teilemasse ist unvollständig statt beeindruckend. Bei einer kleinen Komponente stellt sie eine anspruchsvolle Forderung dar; bei einer großen Gussteilkomponente ist sie hingegen alltäglich. Die Nachfrage nach Masse und Messmethode erfordert nur einen Satz und klärt eindeutig, um welche Art von Anforderung es sich handelt.

7. Wo die Verwirrung Geld kostet

Die Kosten entstehen bei der Abnahme, wenn eine Maschine anhand einer einzigen Spezifikationsangabe gemessen wird, die ursprünglich mit einer anderen Zielsetzung formuliert wurde. Sie entstehen zudem beim Vergleich, wenn zwei Angebote mit unterschiedlichen Einheiten nebeneinander gestellt werden und die kleinere Zahl automatisch als Indikator für die bessere Maschine gewertet wird.

Beides lässt sich vermeiden, indem Einheit, Region und Messmethode bereits in die Anforderung aufgenommen werden – das erfordert lediglich einen Absatz und beseitigt die Mehrdeutigkeit, die ein spätes Bestellformular nicht mehr auflösen kann.

8. Ein durchgerechneter Vergleich

Nehmen Sie zwei Teile: ein kleines Gehäuse mit einer Masse von einem Kilogramm, das auf ein Milligramm pro Kilogramm spezifiziert ist, und eine große Gussteil mit einer Masse von dreihundert Kilogramm, das auf siebzig Milligramm pro Teil spezifiziert ist. Das erste erlaubt ein Milligramm Rückstand; das zweite erlaubt siebzig. Gelesen als Prozentsatz der Teilemasse ist die Toleranz beim zweiten Teil deutlich lockerer; gelesen als Risiko für einen Fluidkreislauf ist die zweite Spezifikation jedoch die realistischere Anforderung, weil ein Kreislauf, der von einem großen Gussteil gespeist wird, ein größeres Öl-Volumen führt.

Was der Vergleich zeigt

Keine der beiden Angaben ist falsch. Sie beantworten unterschiedliche Fragen, und der Fehler besteht darin, anzunehmen, dass diejenige mit der kleineren Zahl die strengere Anforderung darstellt. Bezogen auf die Masse pro Kilogramm ist beim großen Gussteil nur etwa ein Viertel des Rückstands erlaubt, den das kleine Gehäuse zulässt – was den Eindruck umkehrt, den die reinen Zahlen vermitteln.

Diese Umkehrung ist der Grund dafür, dass eine Spezifikation Einheit und Region gemeinsam angeben sollte und warum eine Vergleichstabelle niemals Werte aus unterschiedlichen Einheiten in derselben Spalte zusammenstellen darf.

Häufig gestellte Fragen

Ist 1 mg/kg strenger als 1 mg pro Teil?

Das hängt von der Masse des Teils ab. Bei einem ein-Kilogramm-Teil sind beide Angaben identisch; bei einer Teilmasse unter einem Kilogramm ist die Angabe pro Kilogramm weniger streng, bei einer Teilmasse über einem Kilogramm hingegen strenger.

Warum verwenden Spezifikationen überhaupt unterschiedliche Einheiten?

Weil verschiedene Anforderungen unterschiedliche Dinge schützen. Ein Fluidkreislauf richtet sich nach der absoluten Menge, eine Beschichtung nach der Fläche, und eine Bauteilfamilie mit unterschiedlichen Größen findet eine normierte Angabe einfacher zu formulieren.

Kann ich eine Angabe pro Teil mit einer Angabe pro Fläche vergleichen?

Nur, wenn Sie die Fläche kennen, auf der die Angabe pro Teil beruht. Ohne diese Kenntnis erfolgt der Vergleich zwischen einer Gesamtmenge und einer Rate – was keinerlei Aussagekraft besitzt.

Hat die Einheit Auswirkungen auf das Maschinendesign?

Es beeinflusst, wie die Anforderung gelesen wird, und daher, ob die Stufenliste damit übereinstimmt. Eine flächenbezogene Begrenzung an einem Gewinde impliziert eine gezielte Stufe; eine teilebezogene Begrenzung an einem Gehäuse impliziert eine Massenstufe plus eine Spülstufe.

Fazit

Milligramm pro Teil, pro Kilogramm und pro Flächeneinheit sind drei verschiedene Aussagen, und dieselbe Zahl in jeder beschreibt eine andere Anforderung. Die Umrechnung zwischen den ersten beiden erfolgt arithmetisch; die dritte lässt sich ohne die Fläche nicht umrechnen.

Eine Spezifikation, die die Einheit, die Region, die Massenbegrenzung, die Partikelbegrenzung und die Methode angibt, kann wörtlich zitiert und akzeptiert werden. Eine Spezifikation, die allein eine Zahl angibt, wird interpretiert, und die Interpretation erfolgt zugunsten dessen, der sie liest.