Renhet versus partikkelstørrelse: Forståelse av to nøkkelakseptkriterier for industriell rengjøring

Oversikt

Renhet og partikkelstørrelse er to av de viktigste – og oftest forvekslede – akseptkriteriene for industriell delrengjøring.

Renhet beskriver vanligvis den totale massen av resterende forurensning , mens partikkelstørrelse beskriver størrelsen på resterende partikler . Disse to parametrene måler ulike aspekter av forurensning og kan derfor ikke erstatte hverandre.

For eksempel kan en teknisk spesifikasjon for bilens drivlinjekomponenter kreve både en maksimal restforurensningsnivå i milligram og en maksimal tillatt partikkelstørrelse.

Denne artikkelen forklarer forskjellen mellom renhet og partikkelstørrelse, vanlige målemetoder og referansestandarder, samt hva kjøpere av utstyr bør se etter når de vurderer rengjøringskrav.

1. Hva betyr renhet?

I industriell delrengjøring refererer renhet vanligvis til den totale mengden forurensning som forblir på overflaten eller inne i kanalene til et arbeidsstykke etter rengjøring .

Den uttrykkes vanligvis som en masseverdi i milligram (mg) .

En typisk renhetstest ekstraherer restforurensning fra komponenten ved hjelp av en angitt ekstraksjonsmetode. Avhengig av arbeidsstykket og testprosedyren kan dette omfatte:

• Trykkspøling
• Spøling
• Ultralydsekstraksjon
• Risting eller andre angitte ekstraksjonsmetoder

Den ekstraherte forurensningen samles deretter ved filtrering og veies under angitte betingelser.

Renhet er i utgangspunktet en massekontrollparameter

Den viktige spørsmålet er:

Hvor mye forurensning er igjen totalt?

Den totale massen kan omfatte partikler av ulike størrelser, former og materialer.

For eksempel kan et resultat på 5 mg bety at den totale ekstraherte forurensningen veier 5 mg, uavhengig av de enkelte partiklenes størrelse i denne resten.

For noen anvendelser kan renhet også uttrykkes som en normalisert verdi, for eksempel mg/m² , som representerer forurensningsmasse per flateenhet.

2. Hva betyr partikkelstørrelse?

Partikkelstørrelse beskriver den fysiske dimensjonen til restpartikler som forblir etter rengjøring.

Den uttrykkes vanligvis i mikrometer (μm) , selv om noen industrielle spesifikasjoner bruker millimeter.

Partikkelanalyse kan innebære filtrering og klassifisering av ekstrahert forurensning etter partikkelstørrelsesområder, telling av partikler i ulike størrelseskategorier eller måling av den maksimale partikkelstørrelsen.

Partikkelstørrelse er i praksis en dimensjonskontrollparameter

Den viktige spørsmålet er:

Hvor stor kan en enkelt restpartikkel være?

Dette er viktig fordi selv om den totale forurensningsmassen er lav, kan en relativt stor partikkel potensielt blokkere en passasje, forstyrre et presisjonsinterface eller skade en følsom komponent.

For eksempel:

• ≤800 μm betyr at den angitte maksimale partikkeldimensjonen er 0,8 mm.
• ≤300 μm betyr at den angitte maksimale partikkeldimensjonen er 0,3 mm.

Derfor krever en mindre partikkelstørrelsesgrense vanligvis strengere kontroll av renholdprosessen.

3. Hvorfor må renhet og partikkelstørrelse vurderes sammen?

Renhet og partikkelstørrelse representerer to ulike dimensjoner av forurensningskontroll .

Tenk på to forenklede eksempler.

Eksempel 1: Lav total masse, men en stor partikkel

En komponent kan inneholde bare 5 mg av total restforurensning, men én relativt stor metallpartikkel kan fortsatt skape et problem hvis den kommer inn i en følsom oljekanal.

Eksempel 2: Høyere total masse, men svært fine partikler

En annen komponent kan ha 300 mg restforurensning, men det meste av reststoffet kan bestå av svært fine partikler under 10 μm.

Den funksjonelle risikoen knyttet til disse to situasjonene kan være svært ulik.

Derfor kan bilprodusenter og andre kunder innen presisjonsproduksjon angi begge parametrene.

For eksempel kan representativ kravspesifikasjon inkludere:

• Motorkasse: partikkelstørrelse ≤800 μm
• Sylinderhodekropp: rens tilstand ≤220 mg, partikkelstørrelse ≤1,2 mm
• Vannkanaler i sylinderhode: rens tilstand ≤700 mg, partikkelstørrelse ≤2,4 mm

Disse verdiene definerer ulike grenser for tillatt forurensning.

Andre måter å uttrykke renhet på

Avhengig av anvendelsen kan spesifikasjoner også bruke:

• mg/m² — resterende forurensning per flateenhet
• mg/kg — resterende forurensningskonsentrasjon i forhold til en angitt væske- eller materiemengde

For eksempel kan et seks-akset robotisk rengjøringsanlegg for overføringsventilkar uttrykke rengjøringskravet som 1 mg/kg , der resterende forurensningskonsentrasjon brukes som mål på renhet.

Enheten må derfor forstås i sammenheng med testmetoden og anvendelsen.

4. Vanlige referansestandarder og testmetoder

To vanligvis henvisede standarder innen bilindustriens renhetsanalyse er:

• ISO 16232
• VDA 19

Disse standardene gir rammeverk for utvinning av forurensninger, filtrering, partikkelanalyse, målebetingelser og rapportering av resultater.

Formålet er å gjøre renhetsprøveresultater mer konsekvente og sammenlignbare mellom ulike leverandører og laboratorier.

Vanlige metoder for utvinning av forurensninger

Avhengig av arbeidsstykket og den gjeldende prosedyren kan uttrekningsmetoder inkludere:

• Trykkspøling
• Spøling
• Ultralydsekstraksjon
• Utrystning eller risting

Forskjellige uttrekningsmetoder kan ha ulik effektivitet når det gjelder fjerning av forurensning fra samme komponent.

Derfor bør en teknisk spesifikasjon ikke bare angi en numerisk renhetsgrense eller partikkelstørrelsesgrense. Den bør også definere den aktuelle uttrekningsmetoden og testparametrene der det er nødvendig.

Dette er spesielt viktig under utstyrsmottak, fordi to tester som bruker ulike uttrekningsprosedyrer kan gi ulike resultater, selv om de utføres på samme komponent.

5. Hvordan bør kjøpere tolke renhetspesifikasjoner?

Når en renhetsmaskinspesifikasjon vurderes, er det ikke tilstrekkelig å se kun på den numeriske renhetsgrensen.

5.1 Er partikkelkravet globalt eller områdespesifikt?

Ulike områder av en komponent kan ha ulike risikoer for forurensning.

For eksempel kan hovedoljekanalen og vannmantelen til en motorkomponent kreve ulike grenser for partikkelstørrelse.

Krav spesifikke for hver sone kan derfor gi mer meningsfull prosesskontroll enn å bruke én identisk grense for hele komponenten.

5.2 Betyr «partikkelstørrelse» maksimal størrelse eller partikkelantall?

Dette er ikke nødvendigvis det samme kravet.

En beskrivelse kan definere:

• Maksimal tillatt partikkelstørrelse
• Antall partikler større enn en angitt størrelse
• Partikkelstørrelsesfordeling over flere størrelsesområder

Leverandøren av utstyret må forstå nøyaktig hvilken måling som kreves.

5.3 Vurderes komponentkroppen og de indre kanalene separat?

En sylinderhode kan for eksempel ha separate krav til hovedkroppen og vannkanalene.

En spesifikasjon som for eksempel:

Kropp: ≤220 mg
Vannkanaler: ≤700 mg

betyr ikke nødvendigvis at de to områdene bruker identiske uttrekkingsprosedyrer.

Inspeksjonssted og uttrekkingsmetode bør derfor tydelig defineres.

5.4 Er uttrekkingsmetoden tydelig spesifisert?

Samme numeriske grenseverdi kan gi ulike testresultater når ulike uttrekkingsmetoder brukes.

Akseptprotokollen bør derfor tydelig definere uttrekkingsmetoden, utstyret, parametrene, filtreringsprosedyren og måleforholdene, der det er relevant.

5.5 Hva er inspeksjonsfrekvensen og prøvetakingskravene?

Akseptprosessen kan omfatte:

• Inspeksjon av første stykk
• Prosessutvalg
• Periodisk rengjøringsverifisering
• Endelig aksepttest

Disse kravene kan påvirke både utstyrskonfigurasjon og produksjonsyklustid.

6. Rengjøringskrav bør tas i betraktning under utstyrskonstruksjon

Rengjørings- og partikkelstørrelseskrav bør defineres før rengjøringsmaskinen konstrueres.

De påvirker direkte:

• Rensingstrykk
• Dysekonfigurasjon
• Rengjøringssekvens
• Målrettet rengjøring av indre kanaler
• Skyllingskrav
• Tørkekonfigurasjon
• Filtreringssystem
• Arbeidsstykkets posisjonering
• Renlighetsinspeksjon og validering

For eksempel krever en komponent partikkelstørrelse ≤300 μm kanskje en annen rengjørings- og filtreringsstrategi enn en med en ≤ 1,2 mm krav.

På samme måte kan strenge renlighetskrav for en intern oljekanal kreve dedisert innsettingsrengjøring i stedet for å kun stole på generell sprayrengjøring.

Derfor bør rengjøringsutstyr utformes ut fra kundens faktiske akseptkriterier, ikke bare velges ut fra arbeidsstykkets dimensjoner eller produksjonskapasitet.

7. Ofte stilte spørsmål

Hvorfor måles renlighet i mg?

Renlighet representerer vanligvis den totale massen av resterende forurensning som er ekstrahert fra arbeidsstykket.

Etter at forurensning er ekstrahert ved hjelp av den angitte prosedyren, filtreres den og forberedes for måling. Den resulterende forurensningsmassen kan deretter uttrykkes i milligram.

For større overflater kan resultatet også normaliseres til mg/m² for sammenligning mellom komponenter eller testområder.

Hvordan skal jeg forstå en partikkelstørrelsesgrense i μm?

En mikrometer (μm) er én milliondel meter.

1 mm = 1 000 μm.

Derfor:

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

En mindre partikkelstørrelsesgrense betyr vanligvis at renseprosessen må gi strengere kontroll over resterende partikler.

Hva er forskjellen mellom ISO 16232 og VDA 19?

Begge standardene refereres mye til i bilindustriens rengjøringsprøver og gir rammeverk for utvinning av forurensninger og partikkelanalyse.

Prosedurene og rapporteringsmetodene deres er imidlertid ikke nødvendigvis identiske. En OEM eller kunde kan angi hvilken standard som skal brukes.

Når det kjøpes inn rengjøringsutstyr, bør man derfor bekrefte den gjeldende standarden og prøveprosedyren i den tekniske spesifikasjonen, i stedet for å anta at resultater fra ulike prosedyrer er direkte utbyttbare.

Hvis renholdsnivået er innenfor spesifikasjonen, betyr det da også at partikkelstørrelsen er innenfor spesifikasjonen?

Ikke nødvendigvis.

De to parameterne måler ulike aspekter av forurensning.

En komponent kan oppfylle kravet til total masse av forurensning, men likevel inneholde én enkelt partikkel som overskrider den angitte størrelsesgrensen.

Omvendt kan en komponent inneholde en relativt høy total masse av svært fine partikler, uten å ha noen partikler som overskrider den angitte maksimale størrelsen.

Derfor bør renhet og partikkelstørrelse måles separat og vurderes separat når begge inkluderes i akseptkriteriene.

Konklusjon

Renhet og partikkelstørrelse er komplementære indikatorer, ikke utbyttbare målinger.

Renhet kontrollerer hovedsakelig mengden forurensning som gjenstår, mens partikkelstørrelse kontrollerer hvor store enkelte resterende partikler kan være.

For bilens drivlinjekomponenter og andre nøyaktig produserte deler kan begge parametrene direkte påvirke utstyrsdesign, valg av rengjøringsprosess, filtrering, rengjøring av interne kanaler og endelig aksepttest.

Big Bird Industrial samarbeider med kunder om definerte krav til renhet og partikkelstørrelse under utvikling av rengjøringsprosesser og validering av utstyr, og støtter den tilhørende aksept- og verifikasjonsprosessen.