Reinigung

Kaskadenspülung

Die Kaskadennutzung von Spülwasser reduziert nicht nur den Wasserbrauch, sondern wirkt sich auch positiv auf den Chemikalieneinsatz der Reinigung aus. Bei der Kaskadenspülung wird das zu reinigende Bauteil im Gegenstrom durch aufeinanderfolgende Spülbecken geleitet, sodass es mit jeder Reinigungsstufe mit Spülwasser höherer Reinheit in Berührung kommt. Mit zunehmender Reinheit des Bauteils steigt der Verschmutzungsgrad des Spülwassers, welches nach Durchströmen des ersten Reinigungsbeckens aufbereitet und erneut in den Spülkreislauf eingeleitet wird.* Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (2022): Kaskadennutzung von Wasser für mehr Ressourcenschonung in der Industrie (abgerufen am: 21.07.2023).

Verringerung des Reinigungsmitteleinsatzes durch mechanische Einwirkung

Die Kombination aus mechanischer Einwirkung und Tauchen führt in der Teilereinigung zu einer Verringerung des Reinigungsmittelbedarfs. Die mechanische Einwirkung kann hierbei über verschiedene Technologien realisiert werden. So kommen im Rahmen der industriellen Teilereinigung Spritzen, Hochdruck und Druckumfluten, aber auch Ultraschall zum Einsatz.* Kieß, F. M. und Barnitzke, A. (2015): Kompetenzatlas Süd, Industrielle Teilereinigung (online). In Zusammenarbeit mit Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (abgerufen am: 25.07.2023), S. 7. Der reduzierte Reinigungsmitteleinsatz der Teilereinigung spart nicht nur Kosten ein, sondern führt auch zu einer geringeren Abwasserbelastung.

Reinigung mit Lösungsmittelrückgewinnung

Mithilfe einer Destillationsanlage können verschmutzte organische/wässrige Lösungsmittel für einen Wiedereinsatz in der Reinigung aufbereitet werden. Hierbei wird durch das Eindampfen und die anschließende Kondensation das flüchtigere Lösungsmittel von den vorhandenen Verunreinigungen getrennt. Diese werden danach als Schmutzlösung aus der Destillationsanlage entfernt und nach der Erstarrung als fester Rückstand entsorgt.* OFRU Recycling GmbH & Co. KG: Lösemittelaufbreitung – Anlagenempfehlung und Produktübersicht (online) (abgerufen am: 24.07.2023).

Die Lösungsmittelrückgewinnung ermöglicht nicht nur eine ressourcenschonende Reinigung, sondern reduziert auch die Einkaufs- und Entsorgungskosten. Jedoch kommt es bei der Wiederaufbereitung des Lösungsmittels zu einem Massenverlust an niedrigsiedenden Komponenten, welcher zur Qualitätserhaltung des aufbereiteten Lösungsmittels durch die Zugabe von Frischlösung auszugleichen ist.* OFRU Recycling GmbH & Co. KG: Lösemittelaufbreitung – Anlagenempfehlung und Produktübersicht (online) (abgerufen am: 24.07.2023).

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Trockenreinigung

Trockenreinigungsverfahren haben im Gegensatz zu nasschemischen Reinigungsverfahren einen geringen Bedarf an Betriebsmitteln wie deionisiertem Wasser, Reinigungschemikalien oder Energie. Darüber hinaus fällt kein bzw. nur wenig Abwasser an, sodass insgesamt weniger Aufbereitungskosten entstehen. Werden bei der Trockenreinigung Prozesshilfsmittel eingesetzt, ist auf die biologische Abbaubarkeit dieser Stoffe zu achten. Ein innovatives Verfahren zur Trockenreinigung von Werkstücken stellt das Trockeneisstrahlen dar. In diesem Verfahren wird die zu reinigende Oberfläche mit pelletförmigem Trockeneis in einem Druckluftstrom beschossen. Während die Pellets mit hoher Geschwindigkeit auf die Werkstoffoberfläche auftreffen, werden vorhandene Verschmutzungen infolge der Temperaturversprödung abgesprengt. Da das CO2 rückstandslos sublimiert, entfällt hier die Entsorgung des Strahlmittels. Im Hinblick auf den Klimaschutz sollte beim Trockeneisstrahlen ausschließlich aus Industrieprozessen bzw. aus der Atmosphäre abgeschiedenes CO2 eingesetzt werden. Für eine noch schonendere Präzisionsreinigung kann das druckentspannte CO2 auch direkt auf die Werkstoffoberfläche gelenkt werden.* Santner, C. (2010): Entwicklung emissionsarmer Reinigungsprozesse für Werkstückoberflächen mit besonderer Berücksichtigung von Produktionsprozessen der Automobilzulieferindustrie, Grambach, Berichte aus Energie- und Umweltforschung, 54/2010 (abgerufen am: 25.07.2023), S. 40f.; 71f.  

Das sogenannte CO2-Schneestrahlen bietet zudem die Möglichkeit einer montageintegrierten Reinigung.* Kieß, F. M. und Barnitzke, A. (2015): Kompetenzatlas Süd, Industrielle Teilereinigung (online). In Zusammenarbeit mit Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (abgerufen am: 25.07.2023), S. 7. Für die trockene Entfernung von Lackschichten bietet sich das Verfahren der Laserentlackung, aber auch die Pyrolyse an. Bei der Laserentlackung wird die Lackschicht nahezu verschleißfrei und millimetergenau von der Werkstückoberfläche abgetragen. Das zu entfernende Material wird infolge des Energieeintrags verdampft und die Prozessprodukte werden anschließend abgesaugt. Die Laserentlackung gilt als vergleichsweise umweltschonendes Verfahren, da weder Strahlmittel noch Chemikalien erforderlich sind* TRUMPF SE + Co. KG: Laserentlackung (online) (abgerufen am: 26.07.2023). . Bei der thermischen Entlackung wird das zu reinigende Bauteil in einem Pyrolyseofen bei ca. 450 °C thermisch behandelt. Nach der thermischen Behandlung wird die Restasche z. B. mit Druckluft von den Werkstücken abgeblasen. Abhängig von der Stärke der Restanhaftungen kann die Nachreinigung auch mittels Sandstrahlen oder Hochdruckreinigung erfolgen. Die Entlackung via Pyrolyse bietet sich insbesondere für Werkstücke an, die über eine sperrige Geometrie verfügen oder sehr stark beschichtet sind.* SCHWING Technologies GmbH (2020): Umweltfreundliches thermisches Entlacken – Pyrolyse-Technologie von SCHWING Technologies entfernt Lack von Lackieraufnahmen, Neukirchen-Vluyn (abgerufen am: 26.07.2023). * KUK Entlackungstechnik GmbH: Entlackungsverfahren (online) – Thermische Entlackung (abgerufen am: 28.07.2023).

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Automatisierte Reinigung

Die Automatisierung von Reinigungsprozessen hilft, die Reinigung von Altgeräten bzw. deren Komponenten im Rahmen des Remanufacturings noch effizienter zu gestalten. So lässt sich zum einen durch die kontinuierliche Erfassung des Verschmutzungsgrades bzw. der Reinigungsmittelkonzentration ein verfrühter Austausch des Reinigungsmediums verhindern, zum anderen hilft die bedarfsgerechte Dosierung der Reinigungsmittel, Kosten einzusparen.* Schlütersche Fachmedien GmbH (2019): Automatisch, digital: So geht Bauteilreinigung effizient, Hannover (abgerufen am: 24.07.2023).

Um jedoch einen wirtschaftlichen Betrieb der Reinigungsanlage zu gewährleisten, ist eine gewisse Mindeststückzahl an zu reinigenden Komponenten erforderlich. Zudem sind automatisierte Reinigungsanlagen insofern unflexibel, da die Beladung der Werkstückträger mit unterschiedlichen Komponenten Modifikationen hinsichtlich der Greifposition des Roboters erforderlich macht. Die automatisierte Reinigung ist daher vor allem für Remanufacturing-Betriebe interessant, die eine gleichbleibende Menge gleichartiger Altgeräte aufarbeiten, z. B. Antriebskomponenten im herstellungseigenen Remanufacturing der Automobilindustrie.* Schlütersche Fachmedien GmbH (2019): Automatisch, digital: So geht Bauteilreinigung effizient, Hannover (abgerufen am: 24.07.2023).

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Beispiele aus der Forschung und Entwicklung

Entwicklung einer Software zur Durchführung von virtuellen Reinigbarkeitstests und Simulation komplexer Spritzreinigungssysteme (SIMKOR)

  • Die entwickelte Simulationssoftware ADVISIM3D ermöglicht eine zeitaufgelöste Visualisierung der Volumenstromverteilung und Reinigungswirkung von statischen/dynamischen Spritzreinigungsprozessen.
  • Die Simulation verschiedener Reinigungsszenarien hilft, die optimalen Reinigungsparameter zu identifizieren, und führt durch den Entfall von Praxistests zu einer Zeit- und Kosteneinsparung.
  • Das in der deutschen Lebensmittelindustrie durch den Einsatz von ADVISIM3D erzielbare Einsparpotenzial beträgt ca. 10 Mio. m3 Frisch-/Abwasser.

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Refabrikation elektronischer Bauteile durch gründliche Reinigung (eCleanER)

  • Erhöhung der Wiederverwendbarkeit von elektronischen Baugruppen durch neuartige Reinigungsprozesse und Messmethoden zur Beurteilung der technischen Bauteilsauberkeit.
  • Die Umspülung der zu reinigenden Komponente führt bei der Entfernung von silikonbasierten Kontaminationen zu einer Verkürzung des Reinigungsprozesses und gleichzeitig zu einer Erhöhung des Durchsatzvermögens.
  • Die erarbeiteten Standards hinsichtlich Bauteil- und Arbeitsplatzsauberkeit ermöglichen nun eine höhere Qualität, sodass auch technisch anspruchsvolle Produkte wie Steuergeräte für Getriebe wirtschaftlich aufgearbeitet werden können.

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Multi-Sensorsystem zur Umgebungserfassung (LocSens)

  • Automatisierte Reinigung von Produktionsanlagen durch autonom agierende Service-Roboter inklusive durchgängiger Protokollierung und Dokumentation des Reinigungsvorgangs.
  • Über ein Multi-Sensorsystem sind die Service-Roboter in der Lage, ihre Umgebung aktiv zu erfassen.
  • Der Reinigungsprozess wird bedarfsgerecht an die Geometrie und den Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Komponente angepasst.

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Gute Praxis Beispiele

Automatisierte Stickstoff-Trockenreinigung

Die MiniTec GmbH & Co.KG hat eine Entstaubungsanlage zur automatisierten Werkstückreinigung entwickelt. Die Reinigung erfolgt hier mechanisch durch rotierende Bürsten in Kombination mit dem Abblasen der Werkstücke unter Einsatz von Stickstoff. Über eine Absauganlage werden die abgetragenen Verschmutzungen, einschließlich des Stickstoffstroms, abgesaugt. Die Reinigungsanlage verfügt des Weiteren über adaptierbare Führungsbürsten und einen Vakuumgreifer. Dieser Aufbau macht den Reinigungsvorgang nahezu unabhängig von der Werkstückform, sodass, mit Ausnahme der Führungsbürsten, eine zeitintensive Umrüstung der Reinigungsanlage entfällt.

Literatur:

Sonnenberg, V. (2021): Automatische Reinigung von Werkstücken [abgerufen am: 24.07.2023], verfügbar unter: www.maschinenmarkt.vogel.de/automatische-reinigung-von-werkstuecken-a-1017059/

Trockenentfettung von Bauteilen

Die bip technology GmbH hat ein wasserfreies Adsorptionsreinigungsverfahren auf Basis von Zeolith als mineralisches Adsorbens entwickelt. Die EUROSORB®-Trockenentfettung kommt ohne chemische Zusatzstoffe aus und benötigt im Gegensatz zu herkömmlichen Entfettungsverfahren keine energieintensiven Heiz- und Trocknungsprozesse. Da das Verfahren vollständig auf umweltschädliche Chemikalien verzichtet, ergeben sich auch geringere Kosten für die Entsorgung von Reinigungsrückständen. Durch die wasserfreie Technologie entfällt nicht nur der Wasserverbrauch, sondern ebenso die Notwendigkeit einer kostenintensiven Abwasseraufbereitung, sodass zusätzlich Kosten eingespart werden.

Literatur:

bip technology GmbH: EUROSORB® - Trockenentfettung [online] – Ökologisch und Klimaneutral. Entfetten Sie "GRÜN"! [abgerufen am: 26.07.2023], verfügbar unter: www.eurosorb-trockenentfettung.de

Reinigung ohne halogenierte Lösungsmittel 

Der Präzisionsdrehteile-Hersteller Leipold betreibt in Wolfach seit 2014 eine Teilereinigungsanlage, die vollständig auf gesundheitsschädliche halogenierte Lösungsmittel verzichtet. Die Reinigung der Drehteile von Spänen, Öl und wässrigen Gleitschleifrückständen erfolgt in einer Vakuumkammer. Produktionsrückstände werden in drei aufeinanderfolgenden Reinigungsstufen durch die Kombination von modifizierten Alkoholen und wässrigen Reinigern vollständig entfernt. Durch die abschließende Behandlung mit modifiziertem Alkohol entfällt zudem die energieintensive Trocknung der Drehteile.

Literatur:

Carl Leipold GmbH (2023): Umwelterklärung 2022: VO (EG) Nr. 1221/2009 [online] Ökoaudit-/EMAS-Verordnung [abgerufen am: 22.08.2024], verfügbar unter: www.leipold.com/fileadmin/user_upload/2022_Umwelterklaerung.pdf

Reinigung von Bremssätteln via Pyrolyse

Die Knorr-Bremse AG führt am tschechischen Standort Liberec das Remanufacturing von Bremssätteln zur Ersatzteilgewinnung für ältere Nutzfahrzeuge durch. Nach der Anlieferung werden die gebrauchten Bremssättel begutachtet und Verschleißteile demontiert. Anschließend durchlaufen die gebrauchten Bremssättel eine zweistufige Reinigung. Im ersten Reinigungsschritt wird der Bremssattel von äußeren Verunreinigungen wie Öl/Fett, Lack und Dichtmittel befreit. Hierfür wird der zu reinigende Bremssattel in einem Pyrolyse-Ofen auf 400 °C erhitzt. Im zweiten Reinigungsschritt wird der Bremssattel in einer Hängebaumstrahlanlage mit Edelstahlpulver abgestrahlt, um noch verbliebene feste Verunreinigungen zu entfernen. Nach einer weiteren Prüfung erfolgt anschließend die Remontage und je nach Auftragslage der Einbau in das Fahrzeug.

Literatur:

Knorr-Bremse AG (2020): Wiedergeburt [online] [abgerufen am: 30.07.2023], verfügbar unter: www.knorr-bremse.com/de/magazin/wiedergeburt.json

Weiterführende Informationen

Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands –Reinigungstechnologien in der industriellen Produktion

Die Sauberkeitsanforderungen sowie die damit einhergehenden Restschmutzvorgaben sind im Bereich der industriellen Teilefertigung in den letzten Jahren stark gestiegen. Dies zwingt Unternehmen, den Reinigungsprozess nicht mehr als gering priorisierten Bestandteil der Fertigungskette zu sehen, sondern vielmehr als einen wertschöpfenden Verarbeitungsschritt.

Prozesskette „Produktionsinfrastruktur”

Einige Potenziale für Ressourceneffizienz sind unabhängig von der Branche. Wie sich grundsätzlich Material und Energie sparen lassen, wird bei dieser Prozessvisualisierung anhand einer modellhaften Produktionsinfrastruktur gezeigt.