Die Hauptaufgabe der industriellen Teilereinigung ist das Entfernen von Hilfs- und Betriebsstoffen oder Verunreinigungen aus den vorangegangenen Bearbeitungsschritten, um den Anforderungen der Folgeprozesse gerecht zu werden. Reste von Ölen, Fetten, Salzen, Spänen oder Strahlmitteln werden von der Bauteiloberfläche entfernt, um beispielsweise hochwertige Oberflächenbehandlungen und -veredelungen oder die Funktionssicherheit von Produkten in der Endanwendung zu ermöglichen. Verunreinigte Oberflächen können die Benetzung und Haftung von Schutzschichten beeinträchtigen oder verhindern beziehungsweise zu erhöhtem Oberflächenverschleiß beitragen.

Ressourcenschonendes Reinigen als Aufgabe

Der Teilereinigung an sich trägt bereits zur Steigerung der Ressourceneffizienz im Produktlebensweg bei. Denn durch den Prozess werden der Ausschuss verringert sowie die Langlebigkeit und Qualität von Bauteilen erhöht. Zugleich kann der Ressourcenverbrauch im Reinigungsprozess durch geeignete Maßnahmen deutlich reduziert werden. Allerdings sind Kenntnisse über die zugehörigen Einflussgrößen oft unzureichend. Zudem werden Reinigungsprozesse häufig nicht hinterfragt: Um die Reinigungsqualität sicherzustellen, wird das bewährte Verfahren eingesetzt. Oft werden veraltete Reinigungsanlagen so lange betrieben, bis entweder kein Service mehr verfügbar ist oder Medien aufgrund von Gefahrstoffverordnungen nicht mehr eingesetzt werden dürfen.

In diesem Kontext sind Anlagenhersteller und Anwender von Reinigungstechnologien gleichermaßen in der Verantwortung, den Reinigungsprozess so zu konzipieren beziehungsweise einzustellen, dass eine ressourcenschonende, qualitätssichernde Reinigung realisiert werden kann. Dies verlangt Kenntnisse über die Parameter, die das Reinigungsergebnis beeinflussen, und deren Wechselwirkungen. Das geforderte Reinigungsergebnis bestimmt dabei maßgeblich das Verfahren und den zu betreibenden Reinigungsaufwand.

Einsatzfall wässrige Ultraschallreinigung

In der durch das VDI Zentrum Ressourceneffizienz beauftragten Studie „Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands – Reinigungstechnologien in der industriellen Produktion“ wurde an einem Anwendungsfall untersucht, welchen Einfluss die Wahl der Art der Reinigungsanlage (Einkammer- oder Mehrkammeranlage) sowie der einstellbaren Prozessparameter auf die Ressourceneffizienz und Reinigungskosten haben.

Aus der Vielzahl der industriellen Reinigungsverfahren wurde eine häufig verwendete Technologie ausgewählt: die wässrige Ultraschallreinigung als nass-chemisches Verfahren. Grundsätzlich müssen bei Reinigungsprozessen die Prozessparameter des eingesetzten Verfahrens (Temperatur, Mechanik, Chemie, Zeit) abgestimmt werden auf die gegebene Verunreinigung (Art, Zustand, Menge) und das Reinigungsgut (Gestalt, Rauheit, Material). Eine exakte Abstimmung der Wirkzusammenhänge auf den spezifischen Anwendungsfall ist Voraussetzung für den Reinigungserfolg und Grundlage für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses.

Auslastung ist entscheidend

Um die Allgemeingültigkeit und Aussagekraft der ökologischen und ökonomischen Bewertung des Ressourcenaufwands der gewählten Reinigungstechnologien zu stärken, wurde eine Referenzanwendung gewählt. Ein Laufwerkdichtring mit definierter filmischer und partikulärer Verschmutzung wurde in einer Einkammer- und einer Mehrkammeranlage durch eine wasserbasierte Reinigung mit Ultraschallverfahren auf einen definierten Soll-Zustand gereinigt. Zudem wurden die Systemgrenzen, alle relevanten Stoff- und Energieströme sowie die zu variierenden Prozessparameter definiert.

Ein Ergebnis der Studie ist, dass die Reinigungsparameter, der Betriebszustand und die Verwendung eines Ölabscheiders einen sehr geringen Einfluss auf den Verbrauch von Ressourcen haben, ganz im Gegensatz zur Auslastung der Anlage. Die Auslastung ist mit Abstand der einflussreichste Faktor auf die Ressourceneffizienz, wenn alle Systemgrenzen eingehalten werden und ein den Sauberkeitsanforderungen entsprechendes Bauteil abgeliefert wird.

Für den Betrieb und die Auslegung einer wasserbasierten Ultraschallreinigungsanlage lassen sich drei Schlussfolgerungen ableiten: Bestehende Reinigungsanlagen sollten stets mit der maximal möglichen Anzahl an Bauteilen bestückt werden, zur Reduktion von Aufheizvorgängen sollten Reinigungsaufträge gebündelt werden, bei der Dimensionierung einer neuen Reinigungsanlage sollte diese möglichst exakt auf die Anzahl der zu reinigenden Teile ausgelegt werden.

In der Studie sind die Untersuchungsszenarien, das methodische Vorgehen und die erzielten Ergebnisse der ökologischen und ökonomischen Bewertung des Ressourcenverbrauchs detailliert dargestellt. Die Publikation steht kostenlos zum Download bereit. Entstanden ist die Studie im Auftrag des Bundesumweltministeriums.

Dr.-Ing. Katja Saulich, wissenschaftliche Mitarbeiterin am VDI Zentrum Ressourceneffizienz

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