Die Wirkung nasschemischer Reinigungsverfahren wird in erster Linie durch das Lösevermögen des eingesetzten Reinigers bestimmt. Dabei gilt: Polare Verschmutzungen (wässrige Kühl- und Schmierstoffe, Polierpasten, Additive, Salze sowie Späne, Abrieb und andere Feststoffe) sind in polaren Medien (Wasser) gut, in unpolaren dagegen schlecht löslich. Unpolare Substanzen wie Fette und Öle lösen sich wiederum in unpolaren Lösemitteln gut und in polaren schlecht.
Bei konventionellen Nassreinigungsverfahren am häufigsten eingesetzte Reinigungsmedien sind wässrige Reiniger, Chlorkohlenwasserstoffe (CKW), nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW), polare Lösemittel und pflanzenölbasierte Reiniger.
Wässrige Medien, die als alkalische, neutrale und saure Reiniger zur Verfügung stehen, kommen bevorzugt zum Einsatz, wenn ein sehr hohes Reinigungsaufkommen zu bewältigen ist und/oder Aufgaben in der Feinreinigung zu erfüllen sind.
Nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe (KW) verfügen über ein gutes Lösevermögen für tierische, pflanzliche sowie mineralische Fette und Öle sowie eine hohe Werkstoffverträglichkeit. Mit diesen Reinigern lässt sich daher ein Großteil der in modernen Fertigungsprozessen eingesetzten Bearbeitungsöle und -fette zuverlässig abreinigen. Eigentlich im Lösemittel unlösliche Partikel wie Späne werden mit dem Öl entfernt, da sie die Haftung zur Oberfläche verlieren.
Chlorkohlenwasserstoffe (CKW) bieten auch bei Bauteilen mit komplexer Geometrie eine besonders effektive Metallentfettung und Trocknung. Eingesetzt werden sie bevorzugt, wenn Werkstücke mit chlorhaltigen Ölen bearbeitet werden.
Polare Lösemittel verbinden die Vorteile der wässrigen und Lösemitteilreinigung. Durch ausgewogene fett- und wasserlösende Eigenschaften lassen sich mit diesen Reinigern unpolare Verschmutzungen wie Fette und Öle gleichzeitig mit polaren Verunreinigungen entfernen.
Pflanzenölbasierte Reiniger. die beispielsweise aus Sojaöl. Rapsöl oder Kokosöl hergestellt werden, kommen in Form von Fettsäureester als Ersatz für Kohlenwasserstoffreiniger zum Einsatz. Sie eignen sich für verschiedene Verfahren wie die Tauch-, Sprüh-, und Wischreinigung.
Feststoffe, Dispersionen, flüssiges, pellettförmiges und überkritisches Kohlendioxid sowie Plasma- und Laserenergie kommen seltener und in Verbindung mit speziellen Reinigungsverfahren zum Einsatz.
Um im Reinigungsprozess die geforderte Sauberkeit möglichst effizient herzustellen, ist ein auf die Verschmutzung (polar – unpolar) abgestimmtes Reinigungsmedium erforderlich. Die Palette der Reinigungsmedien wird kontinuierlich durch neue Produkte ergänzt, deren Entwicklung sich an den steigenden Anforderungen orientiert.

Aufgabe:
– Verunreinigungen entfernen und abtransportieren
– Lösung, Verdünnung, Emulgierung, Verdrängung und Wegspülen von (unerwünschten) physikalisch adsorbierten Stoffen an der [Metall)-Oberfläche

Ziele / Anforderungen:
– Erfüllen der Reinheitsanforderungen an die Oberfläche d, h, Abwesenheit störender Verunreinigungen wie Öe, Fette, Staub, Rost, Oxidschichten, lösliche Salze, andere Partikelverschmutzungen, usw.
– Verträglich mit Werkstoffen
– Keine Nebenreaktionen mit den Verunreinigungen
– Umweltverträglich, geringe Toxizität (Arbeitssicherheit)
– Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: VOC, Gefahrstoff-VO, Tensid-Richtlinie, u. v, m.

Verfahren:
– Wässrige Reinigung
– Reinigen mit Lösemitteln: KW, CKW, Sonstige
– Sonderverfahren

Einflussfaktoren:
– Art der Verunreinigung: Öle, Fette, Wachse, Emulsionen, Stäube, Strahlmittel, u. v. m.
– Zu reinigende Werkstoffe: Stahl, Guss, Buntmetalle, Glas, Kunststoffe, usw.
– Geometrie der Bauteile: Bohrungen, Gewinde, Hinterschneidungen, geschliffene oder gedrehte Oberflächen, usw.
– Behandlungstemperatur und -dauer, Konzentration, Anlagen- und Prozesstechnik
– Umfang und Qualität der Badpflegemaßnahmen

Qualitätssicherung:
– Sauberkeits-Analyse (z.B. nach VDA 19 und VDA 19.2)
– Optische Beurteilung
– Nutzung instrumenteller Analytik, wie REM-EDX

Wässrige Medien:

Die Reinigungswirkung wässriger Reiniger basiert auf zwei Komponentengruppen – Builder und Tenside.
Bei den Tensiden handelt es sich um oberflächenaktive Stoffe, die die Grenzflächeneigenschaften von Oberflächen verändern. Als grenzflächenaktive Komponenten können sich Tenside zwischen Schmutz und Material „schieben“, Verunreinigungen ablösen und in der Waschflotte dispergieren. Builder sind anorganische Salze, die den pH-Wert des Wassers erhöhen, das Entfernen von Feststoffpartikeln erleichtern und die Reinigungswirkung der Tenside in einer Art Synergie-Effekt erhöhen. Darüber hinaus enthalten wässrige Reiniger Inhaltsstoffe, die in die Gruppe der Komplexbildner, Konservierungsmittel und Korrosionsinhibitoren fallen. Sie dienen dazu, die Wasserhärte zu kontrollieren, die Bildung fester Metallseifen zu verhindern und den Korrosionsschutz der gereinigten Teile sowie der Reinigungsanlage zu gewährleisten.

Wässrige Reiniger kommen in der Bauteilreinigung als Neutralreiniger, alkalische und saure Reiniger zum Einsatz:
Neutralreiniger, deren pH-Wert im Bereich 6 – 9 liegt, kommen für die Zwischen- und Endreinigung von Stahl, Gusseisen, Leichtmetalllegierungen, Buntmetallen, Glas, Keramik und der meisten Kunststoffe
zum Einsatz. Polare Verschmutzungen wie Salze oder Pigmente lassen sich damit problemlos entfernen. Unpolare Verunreinigungen (Fette, Öle) werden überwiegend durch die Prinzipien des Dispergierens und Emulgierens abgelöst. Die Entfettungswirkung ist daher deutlich geringer als die von alkalischen Reinigern.
Als alkalisch werden wässrige Medien mit einem pH-Wert >7 bezeichnet. Die industrielle Teilereinigung unterscheidet dabei zwischen schwach alkalischen Reinigern (pH-Wert 9 bis 12) und stark alkalischen Medien, deren pH-Wert über 12 liegt. Die Reiniger werden durch Zugabe von Alkalien wie beispielsweise Alkalihydroxide, Alkalikarbonate, Phosphate und Silikate auf die jeweilige Reinigungsaufgabe abgestimmt.
Alkalische Reiniger sind die in der Metallverarbeitung am häufigsten eingesetzten wässrigen Medien und können sowohl polare als auch unpolare Verschmutzungen entfernen. Stark alkalische Lösungen sind darüber hinaus in der Lage; Oberflächenoxide zu lösen. Ihr Einsatz erfordert jedoch eine Prüfung der Materialverträglichkeit.
Saure Reiniger, die meist aus einem sauren Bestandteil in Form von anorganischer oder organischer Säure beziehungsweise saurer Salze, aus wasserlöslichen organischen Lösemitteln (Alkohole, Ester) und oberflächenaktiven Substanzen bestehen, entfernen anorganische Verschmutzungen wie Metallabrieb, Staub, Pigmente sehr wirkungsvoll. Die Entfernung von Rost oder Zunder ist ebenfalls ein typischer Einsatzfall. Fett und Öl können mit sauren Reinigern dagegen nur bedingt entfernt werden.

Anforderungen:
– Ökonomie:
Durch Aufbereitung der wässrigen Reinigungsmedien (Filtration, Ölabscheider, Mikro- und Ultrafiltration, Adsorptionsfiltration) können lange Badstandzeiten erreicht werden, wodurch Kosten reduziert werden können. Dadurch Einsparung von Ressourcen – Wasser (Spül-Kaskade, Verdampfertechnik), Reinigungsmittel (Recycling), Energie.
– Ökologie:
Vollständige aerobe biologische Abbaubarkeit gemäß Detergenzienverordnung (EG) Nr. 648 / 2004. Substitution von Stoffen, die Komplexe mit Metallkationen im Reinigungsbad bilden können und damit Vermeidung der Remobilisierung von Schwermetallen aus Böden, Klärschlämmen etc.
– Materialverträglichkeit:
Anpassung des Reinigungsmediums an die zu reinigenden Materialien – optimales Reinigungsergebnis bei minimalem Materialangriff. Eine Prüfung der Materialverträglichkeit muss vor Festlegung des Verfahrens durchgeführt werden.

Einflussfaktoren:
– Werkstoffe:
Das wässrige Medium muss auf die zu reinigenden Werkstoffe abgestimmt sein (Alkalität, Ausstattung mit Inhibitoren, Salzgehalt etc.). Für unterschiedliche Werkstoffe stehen speziell geeignete Medien zur Verfügung. Universell einsetzbare wässrige Medien sind geeignet für die Reinigung von kombinierten Werkstoffen und Verfahren, in denen unterschiedliche Werkstoffe (z.B. Aluminium und Messing) in einer Reinigungsanlage gereinigt werden sollen (Materialmix).
– Verunreinigung:
Pigment und Späne / Emulsionen-Fette / Öle und Wachse
– Teilegeometrie:
Einsatzmöglichkeit der wässrigen Medien wird durch komplexe Teilegeometrien (tiefe Sacklochbohrungen, Hinterschneidungen etc.) limitiert. Unterstützende Mechanik (Druckumfluten, Spritzen) kann das Reinigungsergebnis bei schwierigen Teilegeometrien verbessern. Auch eine günstige Packung der Teile kann die Wirkung der wässrigen Medien erhöhen.

Qualitätssicherung:
– Prozessüberwachung:
Zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Reinigungsqualität empfiehlt sich die Kontrolle der Verfahrensparameter – Temperatur, Spritzdruck bzw. Leistung des Ultraschalls, Spülwasserqualität – in festgelegten Intervallen. Weiterhin muss die Konzentration der Reinigerkomponenten Builder und Tenside gemessen werden – Festlegen von Warn- und Aktionsgrenzen, Führen von Badkarten.
– Badaufbereitung:
Durch den Einsatz eines demulgierenden Tensidgemisches kann das Öl aus dem Reinigungsbad leichter entfernt und der Tensidverbrauch verringert werden. Sinnvoller und kostenreduzierender Einsatz von Recyclingtechnik wie Ölabscheider, Mikro- oder Ultrafiltration ist nur bei Einsatz demulgierender Tensidgemische möglich. (Anlagentechnische Voraussetzung: Skimmer für die Badoberfläche von Tauchanlagen)
– Bewertung:
Die Kontrolle der Reinigungsqualität bezüglich Partikelverunreinigung kann durch optische Verfahren (Mikroskope) erfolgen. Zur Bewertung der Entfernung filmischer Rückstände kann die Messung der Oberflächenspannung (z. B. Testtinten) herangezogen werden.

Badüberwachung und -pflege

Wesentlichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit industrieller Reinigungsprozesse hat die Standzeit der Bäder. Durch verschiedene Maßnahmen und Verfahren lässt sich der Badzustand deutlich länger stabil halten. Neben der Effizienz erhöht dies die Anlagenverfügbarkeit und leistet einen Beitrag zum Umweltschutz. Welche Komponenten für die Badaufbereitung eingesetzt werden, hängt von den Sauberkeitsanforderungen, Art und Menge der Verunreinigungen sowie vom Reiniger ab.
Feststoffe (z.B. Späne, Partikel, Schleifstaub) werden durch Filtration aus den Bädern entfernt. Während bei der Haupt- oder Vollstromfiltration jeweils das gesamte Badvolumen filtriert wird, durchläuft bei der Teilstromfiltration nur ein Teil der Reinigungs- oder Spülflüssigkeit den Filtrationsprozess. Zum Einsatz kommen dafür Beutelfilter, Kerzenfilter, Bandfilter sowie Zyklonfilter.
Öle und Fette, die nicht emulgiert in der Flüssigkeit vorliegen sowie feine partikuläre Verunreinigungen, lassen sich bei der wässrigen Reinigung durch einen an das Reinigungssystem angeschlossenen Schwerkraftabscheider austragen. In der Praxis haben sich verschiedene Schwerkraftverfahren wie z.B. Skimmer und Koaleszenzabscheider bzw. Plattenphasentrenner etabliert. Separatoren und Zentrifugen ermöglichen den Austrag von Feststoffen bis zu einer Partikelgröße von 2µm wie etwa Läppschlamm sowie freien Ölen und Fetten.
Verdampfung und Vakuumdestillation werden sowohl bei der wässrigen als auch der Lösemittelreinigung zur Abscheidung von Ölen und Fetten eingesetzt.
Die Wirkung basiert darauf, dass Reinigungsflüssigkeit und das darin befindliche Öl bzw. Fett unterschiedliche Siedepunkte haben. Bei der Vakuumdestillation laufen die Verdampfungsprozesse unter Vakuum bei deutlich geringen Temperaturen ab. Membranfiltration steht als Oberbegriff verschiedener Verfahren zum Austrag sehr feiner Verunreinigungen sowie zur Frischwasserbehandlung.
Die Wirkung beruht auf Druck und unterschiedlichen Membranmaterialien. Unterschieden wird zwischen Mikro- und Ultrafiltration. Für eine lange Badstandzeit und hohe Prozesssicherheit spielt die kontinuierliche Kontrolle der Bäder eine wichtige Rolle. Die Industrie bietet dafür Messsysteme zur Off- und Online-Erfassung des Badzustands, die einfach handhabbar sind.

Badüberwachung:
Aufgabe:
– Kontrolle der Badparameter
– Analytische Überwachung der Reinigungs- und Spülbäder

Ziele / Anforderungen:
– Prozessstabilität
– Aufrechterhaltung der Reinigungsqualität und der Korrosionsschutzwirkung
– Festlegung von Warn- und Einschreitgrenzen

Verfahren:
Temperaturüberwachung sowie analytische Methoden zur Konzentrationsbestimmung wie Titration, Photometrie, Blasendrucktensiometrie, pH-Wert- und Leitfähigkeitsmessung

Einflussfaktoren:
– Prozessparameter
– Wasserqualität
– Nachdosierung von Reinigern und Korrosionsschutzmitteln

Qualitätssicherung:
– Konzentrationsbestimmung
– Partikelanalyse (VDA Band 19)
– Korrosionsschutz: Spänetest nach DIN 51360 II
– Prüfung der Spülwasserqualität
– Temperaturbestimmung
– Ölgehalt in Reinigungs- und Spülbädern
– Spülwasserqualität: CSB-Wert, Leitfähigkeit

Badpflege:
Aufgabe:
– Entfernung der abgereinigten Kontaminationen aus den Reinigungs-, Spül- und Konservierungsbädern
– Reduktion von Partikelgehalt und Ölgehalt

Ziele / Anforderungen:
– Standzeitverlängerung der Bäder
– Aufrechterhaltung der Reinigungs-, Spül- und Korrosionsschutzwirkung der Bäder vergleichbar dem Neuansatz

Verfahren:
Ölabscheider, Koaleszenzabscheider, Absorptionsfiltration, Mikrofiltration, Ultrafiltration, Magnetabscheider, Absetzbecken, Badskimmer, Verdampfer, Separator, Aktivkohlefilter, Ionenaustauscher, Nanofiltration, Umkehrosmose, Spülbadkaskadierung

Einflussfaktoren:
– Wartung und Überwachung der Anlagen
– Wirksamkeit der Badpflege-Technik (Aufbereitungstechnik)

Qualitätssicherung:
Überwachung und Pflege der Aufbereitungstechnik