Einzelstationäre rotierende Reinigungsanlagen: Der Fall unter 300 kg

Übersicht

Eine Einzelstation-Rotationspülmaschine ist die unauffälligste Maschine in einer Reinigungsabteilung und die am häufigsten in Betrieben anzutreffende Maschine, die viele unterschiedliche Teilenummern bei mittlerem Durchsatz verarbeitet. Das Teil wird eingelegt, die Vorrichtung dreht sich, feste Düsen rund um die Kammer spülen es aus mehreren Richtungen ab, und das Teil wird wieder entnommen. Der gesamte Vorgang findet an einem einzigen Standort statt.

Ihr Vorteil liegt nicht in der Geschwindigkeit. Eine Mehrstationen-Anlage übertrifft sie bei der Durchsatzleistung für ein einzelnes Hochvolumen-Teil stets. Ihr Vorteil besteht darin, dass eine Maschine mit einem Vorrichtungswechsel und einem Programmwechsel eine breite Palette von Teilen bearbeiten kann – und dies auf einer Grundfläche, die in eine Werkstattbucht passt, statt in eine Halle.

Big Bird Industrial (ehemals Shimada Big Bird Industrial) baut seit 2001 Reinigungs- und Entgratsysteme für Krafttrain-Komponenten der Automobilindustrie; die Einzelstationen dieser Produktreihe sind genau für diese Aufgabe konzipiert: gemischte Teilefamilien, mittlere Stückzahlen und eine echte, aber nicht extreme Sauberkeitsanforderung.

1. Was eine Einzelstation tatsächlich ist

Kennzeichnend ist, dass alle Prozessstufen an einer Position nacheinander erfolgen, ohne dass das Teil die Halterung verlässt.

Eine Halterung, mehrere Stufen

Spülen, Spülen, Abblasen und Trocknen finden in derselben Kammer statt, wobei das Teil nur einmal eingespannt wird. Dadurch reduziert sich das Handling auf ein einziges Beladen und ein einziges Entladen – hier liegt ein wesentlicher Teil der Arbeitsersparnis begründet; zudem entfällt der Wiederpositionierungsfehler, der beim Verschieben eines Teils zwischen Stationen auftritt.

Rotation statt Düsenbewegung

Die Vorrichtung dreht das Teil durch einen Ring aus feststehenden Düsen, anstatt Düsen um ein stationäres Teil zu bewegen. Diese Anordnung ist mechanisch einfach: ein Antrieb, ein Satz Düsen und kein Roboter. Sie ist auch der Grund dafür, dass die Maschine bei geringen Stückzahlen erschwinglich ist, weil die Bewegung rotationssymmetrisch ist und die Abdeckung sich aus der Geometrie des Rings ergibt.

2. Was Rotation bringt

Rotation ist nicht nur eine Möglichkeit, Oberflächen darzustellen. Sie verändert das Verhalten der Flüssigkeit auf dem Teil – daher kommt sie sowohl beim Spülen als auch beim Trocknen zum Einsatz.

Abdeckung durch Geometrie

Ein Teil, das sich innerhalb eines Düsenrings dreht, präsentiert seinen gesamten Umfang in einer Umdrehung denselben Strahlen. Die Düsen können so geneigt werden, dass sie Flächen, Bohrungen und Hohlräume an verschiedenen Punkten der Drehung treffen – das bedeutet, dass der Ring auf die Bauteilfamilie statt auf ein einzelnes Bauteil abgestimmt werden kann.

Ablauf und zentrifugales Abtropfen

Ein rotierendes Teil schleudert Wasser von Oberflächen ab, die es im Stillstand halten würden, und eine Hochgeschwindigkeitsdrehung am Ende des Zyklus wirft die Flüssigkeit ab, anstatt auf das Tropfen zu warten. Daher trocknen rotierende Maschinen besser, als es ihr Luftdruck vermuten ließe.

3. Der Losgrößenbereich, in dem sie überzeugt

Die Maschine überzeugt dort, wo die Stückzahl pro Teilenummer zu gering ist, um eine Linie zu rechtfertigen, und zu hoch, um manuelles Reinigen zu rechtfertigen.

Versuchs- und Kleinserienfertigung

Getriebeteile für Versuche, Vorserienfertigung und Kleinserienvarianten fallen alle in dieselbe Kategorie: Die Teile sind real, die Sauberkeitsanforderung ist real, und die jährliche Stückzahl rechtfertigt keine Amortisation einer Linie. Eine Einzelstationsmaschine, die für eine Familie solcher Teile ausgelegt ist, deckt alle ab – jeweils mit einer eigenen Spannvorrichtung und einem eigenen Programm.

Wo ein Zyklus von zwei bis zehn Minuten akzeptabel ist

Eine rotierende Einzelstation-Maschine, die mehrere Stufen nacheinander durchläuft, erzeugt einen Zyklus, der in Minuten statt in Sekunden gemessen wird. Das ist akzeptabel, wenn das Volumen einige hundert Teile pro Woche beträgt, und inakzeptabel, wenn es einige hundert Teile pro Stunde sind. Die Grenze ist arithmetisch und sollte vor der Erstellung des Layouts berechnet werden.

4. Wo es aufhört, die richtige Antwort zu sein

Oberhalb eines bestimmten Volumens wird die sequentielle Struktur zur Engstelle, weil jede Stufe auf die vorherige warten muss. Eine Linie mit parallelen Stationen für Waschen und Trocknen an verschiedenen Teilen erzeugt ein Teil pro Zykluszeit; eine Einzelstation erzeugt ein Teil pro Summe der Zykluszeiten.

Die andere Grenze ist die Teilemasse. Rotation erfordert eine Vorrichtung, die das Teil halten kann, sowie einen Antrieb, der es drehen kann. Jenseits einiger hundert Kilogramm wachsen Antrieb, Spannung und Sicherheitsanforderungen schneller als der Durchsatzvorteil, und das Handling wechselt zu Kran und Wagen an einer größeren Maschine.

5. Werkzeuge und Umrüstung

Bei einer Maschine, die eine Bauteilfamilie bearbeitet, stellt die Werkzeugtechnik die Flexibilität dar. Eine Vorrichtung, die sich an einem gemeinsamen Merkmal der gesamten Familie orientiert und über verstellbare Stützen für die Unterschiede verfügt, lässt sich innerhalb weniger Minuten umrüsten; eine Vorrichtung, die speziell für ein einzelnes Bauteil ausgelegt ist, erfordert dagegen Stunden für den Umbau.

Das Programm übernimmt den Rest: Drehzahl, Zykluszeiten der einzelnen Stufen, welche Düsen aktiv sind und welche Drehzahl am Ende des Trocknungsvorgangs erreicht wird. Bei einer rotierenden Maschine übernehmen diese vier Einstellungen den größten Teil der Anpassung – daher ist die Umrüstzeit bei einer gut konzipierten Anlage kurz, obwohl die Maschine keinen Roboter besitzt, der neu programmiert werden müsste.

6. Festlegung einer einzelnen Maschine

Eine Spezifikation für eine Einzelstation-Waschanlage mit Rotation muss die Abmessungen und Masse der Bauteilfamilie (Länge, Durchmesser, Masse), die Reinigungsstufen samt ihren jeweiligen Zeiten, die Rotations- und Spindrehzahlen, die zulässige Verschmutzungsgrenze sowie das Trocknungskriterium und schließlich die Umrüstzeit zwischen zwei konkret benannten Bauteilen enthalten.

Die beiden Angaben, die am häufigsten weggelassen werden, sind die Schleuderdrehzahl am Ende des Trocknungsvorgangs und die Umrüstzeit. Die erste bestimmt, ob das Trockenheitskriterium überhaupt erreicht werden kann; die zweite bestimmt, ob die Maschine tatsächlich der Familie dient, für die sie gekauft wurde. Eine dritte sinnvolle Angabe ist die Zeit, die benötigt wird, um von kaltem Zustand aus die Betriebstemperatur zu erreichen, denn bei einer Maschine mit intermittierendem Einsatz legt dieser Wert fest, wie groß der produktive Anteil der Schicht ist.

7. Energie, Wasser und Badgröße

Eine Ein-Station-Maschine verfügt über einen kleinen Tank, und diese einzige Tatsache bestimmt ihr gesamtes Betriebsverhalten in beide Richtungen.

Warum ein kleiner Tank ein Vorteil ist

Ein kleines Volumen erwärmt sich schnell, was bedeutet, dass die Maschine kurz nach dem Start bereit ist – statt erst nach einer Stunde. Es bedeutet zudem, dass ein Badwechsel nur geringe Kosten für Chemikalien und Ausfallzeit verursacht; der Tank kann daher in kurzen Intervallen erneuert statt überdehnt werden. Bei Arbeiten mit geringem Durchsatz ist dies ein echter Vorteil, denn ein Tank, der tagelang ungenutzt steht, verschlechtert sich ohnehin.

Warum dies ebenfalls eine Einschränkung darstellt

Ein kleiner Tank besitzt nur geringe Pufferkapazität gegenüber Verunreinigungen. Eine Charge stark ölbefleckter Teile kann ihn bereits innerhalb einer Schicht belasten, und die Maschine verfügt über keine Reserve, um diese Belastung zu verdünnen. Die praktische Folge ist, dass Filtration und Ölabscheidung bei einer kleinen Maschine im Verhältnis deutlich wichtiger sind als bei einer großen Maschine; die häufigste Ursache für Unterperformance einer Einzelstationsspülmaschine ist daher, an diesen Komponenten zu sparen.

Dasselbe gilt für die Spülphase. Bei einer kleinen Maschine ist auch der Spültank klein, und wenn er nicht aus einer separaten Versorgung, sondern aus dem Waschtank gespeist wird, erreicht er innerhalb weniger Zyklen denselben Verunreinigungsgrad wie der Waschtank. Ein separater Spulkreislauf mit eigener Filtration ist bei dieser Geräteklasse kein Luxus; vielmehr entscheidet er darüber, ob das Teil tatsächlich gespült oder lediglich mit verschmutzter Flüssigkeit erneut benetzt wird.

Die Türöffnung stellt die andere Energieüberlegung dar. Jede Beladung setzt Wärme und Dampf in den Raum frei, und eine Maschine, die mehrmals pro Stunde zyklisiert wird, verliert mehr Energie über die Tür als über die Wände. Das ist ein Grund, warum eine Einzelstation-Maschine eher für moderate als für hohe Zykluszahlen geeignet ist: Oberhalb einer bestimmten Frequenz werden die Verluste über die Öffnung zum dominierenden Faktor. Die Absaugung erfolgt direkt an der Türöffnung statt an der Kammerdecke, wodurch der Dampf genau dort erfasst wird, wo er freigesetzt wird, und der Raum trockener bleibt.

Häufig gestellte Fragen

Kann eine Einzelstation-Maschine eine Grenze von 2 mg erreichen?

Bei einem Teil ohne geschlossene Durchgänge manchmal. Bei einem Teil mit Wassermantel oder Ölkanal entscheidend ist die Phase des Stopfenverschlusses oder des eingeführten Spülens – Funktionen, die eine einfache rotierende Maschine nicht bietet.

Ist Rotation besser als ein feststehendes Teil mit beweglichen Düsen?

Sie ist kostengünstiger und mechanisch einfacher. Bewegliche Düsen erreichen Merkmale, die ein Ring nicht erreichen kann – aus diesem Grund setzen Hochdruck-Galerien Lanzen statt einer rotierenden Vorrichtung ein.

Wie viele Teile pro Stunde kann es produzieren?

Das hängt vollständig von der Summe der Stationszeiten ab. Eine Fünf-Minuten-Sequenz erzeugt maximal zwölf Teile pro Stunde; eine Zwei-Minuten-Sequenz erzeugt dreißig. Die Angabe sollte stets zusammen mit der Sequenz erfolgen, niemals isoliert.

Benötigt es einen Roboter zum Beschicken?

Nicht unbedingt. Viele Anlagen werden manuell beschickt, weil das Teil leicht ist und die Stückzahl moderat – zudem ist manuelles Beschicken bei unregelmäßiger Präsentation oft schneller als ein Roboter.

Fazit

Ein einstationärer rotierender Reiniger ist die richtige Maschine, wenn die Teilefamilie breit ist, die Stückzahl pro Teil moderat und die verfügbare Grundfläche begrenzt. Die Rotation gewährleistet Abdeckung und Ablauf mit einem einzigen Antrieb statt mit einem Roboter.

Es hört auf, die richtige Lösung zu sein, sobald die Summe der Stationszeiten den Takt nicht mehr erfüllen kann oder sobald die Teilmasse die Aufnahmevorrichtung übersteigt. Beide Grenzen sind im Voraus berechenbar – genau deshalb werden sie in die Spezifikation aufgenommen.