Neben den klassischen Bereichen wie der Medizin- und Halbleitertechnik, nimmt der Bedarf an Reinraumlösungen für die Automobilindustrie und deren Zulieferer in den letzten Jahren zu. IMD- und IML-Bauteile für hoch dekorative Verkleidungen sind heute Stand der Technik.

Dabei werden hochglänzende Folien eingesetzt – Stichwort: „pianoblack“ oder „Klavierlack“ -, auf denen bereits kleinste Partikel sichtbar sind. Zur Herstellung solcher Bauteile sind kompakte, voll automatisierte Fertigungszellen die richtige Wahl. Um die notwendige Sauberkeit zu erreichen, wird über dem Werkzeugbereich der Spritzgießmaschine ein spezielles Laminar-Flow-Modul angeordnet, das gegebenenfalls das Folienvorschubgerät mit einschließt. Die Module sind für den Werkzeugwechsel verschiebbar angeordnet und besitzen Zusatzöffnungen für den Wechsel der Dekorationsfolie. Neben der Spritzgießmaschine ist meist ein Knickarmroboter platziert, der das Handling der Bauteile oder der Folien bewerkstelligt. Auch Roboter und Teilegreifer müssen sich in einer kontrollierten, sauberen Umgebung befinden. Dazu wird die notwendige Roboterschutz Einhausung als reinraumtechnische Zelle ausgeführt und ebenfalls über Laminar-Flow-Module mit sauberer Luft versorgt.

Bei diesen Reinräumen für technische Teile werden in der kunststoffverarbeitenden Industrie häufig Systeme aus Aluminiumprofilen eingesetzt, da aufgrund der Modularität hier weitere Anlagenkomponenten einfach integriert und befestigt werden können. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass keine Standard Systemprofile verwendet werden, sondern geschlossene Komponenten zum Einsatz kommen und die ganze Ausführung und Konzeption, wie auch die zusätzlichen Anlagenteile reinraumtechnisch anzubinden sind.

Ganzheitliche Betrachtung ist Voraussetzung

Wie bei allen Reinräumen, ist der Prozess zur Herstellung von Bauteilen mit hochglänzenden Oberflächen ganzheitlich zu betrachten. Das bedeutet, dass beispielsweise von außen zugeführte tiefgezogene Folien nur sauber in die Zelle eingebracht werden dürfen. Je nach Fertigungsablauf, haben sich hierfür spezielle Reinigungsanlagen bei der Zuführung bewährt oder die Teile werden außerhalb des Reinraumes manuell in einem sauberen Bereich gereinigt und dem Roboter zum Beispiel mit einem Shuttlesystem, übergeben.

Wenn im Fertigungsablauf Prozessschritte notwendig sind, die Partikel oder Stäube generieren können, müssen diese ebenfalls in die Betrachtung einfließen. Solche Schritte sind beispielsweise ein Randbeschnitt oder eine Angusstrennung. Diese sollten in einem separaten integrierten Bereich abgekapselt und gegebenenfalls gezielt abgesaugt werden.

Die fertig produzierten Bauteile können über Förderbänder oder Magaziniersysteme aus der Zelle ausgeschleust werden, wobei hier in der Regel bei der Verpackung keine besonderen reinraumtechnischen Vorkehrungen mehr getroffen werden müssen. Denn Partikel, die nach der Fertigung auf optisch relevante Oberflächen gelangen, sind mit dem Bauteil nicht fest verbunden und lassen sich bei Bedarf durch Reinigen und Abwischen leicht beseitigen.

Anders sieht es aus, wenn die Bauteile aus technischen Gründen eine Restschmutzmenge nicht überschreien dürfen oder nachfolgenden Bearbeitungsschritten unterzogen werden, die ebenfalls eine erhöhte Sauberkeit verlangen. Hier gilt der Grundsatz, dass es leichter ist, Bauteile sauber zu halten, als diese zwischendurch zu reinigen. Durch entsprechende reinraumtechnische Logistikkonzepte kann sichergestellt werden, dass die sauber hergestellten Bauteile auch sauber an den nächsten Fertigungsschritt übergeben werden.

Funktionsfolien erfordern erhöhte Reinheit

Dies gilt auch bei der Herstellung von Klarsichtteilen, bespielsweise aus PC. Typische Vertreter sind Displays für Anzeigen von Audio- und Klimasystemen, Scheinwerferbauteile oder komplette Verglasungselemente.Auch großflächige Bauteile, wie Dachmodule mit über 1 m Kantenlänge, können auf entsprechend ausgerüsteten Anlagen inzwischen prozesssicher hergestellt werden.

Die besten Fertigungsergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Folien bereits unter sauberen Bedingungen hergestellt werden.
Ein neuer Trend – ebenfalls mit erhöhten Anforderungen an die Sauberkeit verbunden – sind Funktionsfolien. Die Bedienelemente werden dabei vollständig im Dekor des Bauteils integriert. Touch-Sensoren setzen sich immer mehr durch. Mit einem speziellen Verfahren lassen sich kapazitive Tasten und Bedienelemente mit einem ansprechenden Oberflächendesign verbinden, was unter anderem in der Automobilbranche auf große Resonanz stößt.

Als weiterer Schritt zur Prozessoptimierung und Kosteneinsparung sei hier stellvertretend die Systemlösung Coverform genannt. Bauteile, die früher separat beschichtet wurden, können direkt im Spritzgießwerkzeug mit einem Reaktivsystem aus mehrfunktionalen Acrylaten beschichtet werden. Die so hergestellten Oberflächen sind kratz- und verschleißfest, sowie gegen viele Chemikalien beständig. Möglich sind dabei Deckschichten mit einer Dicke unter 50 µm. Die Kratzfestbeschichtung härtet anschließend mit UV-Strahlung aus.

Aber auch technische Bauteile und Systeme, die keinen optischen Anforderungen genügen müssen, unterliegen zunehmend den Forderungen nach einer sauberen Herstellung und Montage. Grund hierfür ist, dass viele technische Bauteile im Auto kleiner, leichter, kompakter und gleichzeitig leistungsfähiger ausgeführt werden sollen. Dies hat unter anderem eine höhere Maßhaltigkeit und steigende Belastungen dieser Systeme zur Folge. Schon geringfügige Verschmutzung (kritische Partikel im Größenspektrum weniger Mikrometer) können zu Systemversagen oder zu frühzeitigen Ausfällen führen. Der Kunststoffverarbeiter steht somit in der Pflicht, Grenzwerte für den Restschmutz auf den Bauteilen einzuhalten.

Restschmutz entsteht auch noch im Lager

Deshalb werden zur Vermeidung kritischer Fehler Qualitätsvereinbarungen mit dem Abnehmer bezüglich der maximalen Restverschmutzung von Komponenten getroffen. Damit verbunden ist dann die Kontrolle und Validierung der festgelegten Sauberkeitsgrenzwerte für die Bauteile. Dies ist nicht nur eine Herausforderung entlang der gesamten Wertschöpfungskette, sondern umfasst auch Transport und Lagerung. In der Automobilindustrie hat sich dazu die Vorgehensweise nach VDA 19 beziehungsweise ISO 16232 zur quantitativen Bestimmung etabliert: Die auf der Bauteiloberfläche befindlichen Verunreinigungen werden mit Extraktionsverfahren (Ultraschall, Spritzen, Spülen, Schütteln) entfernt und auf eine Filtermembran übertragen, welche mit unterschiedlichen Verfahren im Analyseschritt ausgewertet werden kann.

Die notwendige Reinraumklasse sollte zusammen mit Experten und unter Betrachtung des gesamten Fertigungsablaufes festgelegt werden. Eine zusätzliche Herausforderung bei der Konzeption und Auswahl reinraumtechnischer Lösungen für die Automobilindustrie ist der Kostendruck, dem die Branche unterliegt. Gleichzeitig steigen aber auch die Qualitätsanforderungen stetig an. Dem kann durch produkt- und projektspezifisch angepasste Systeme Rechnung getragen werden, wobei hier der Leitsatz gilt: „So viel Reinraumtechnik wie nötig, aber nicht so viel wie möglich“.

Reinraumsystem mit Blick auf die Kosten

Reinräume werden nach Klassen bewertet, die durch die Anforderungen an das zu fertigende Produkt vorgegeben sind. Anders als in der pharmazeutischen Industrie, gibt es in der kunststoffverarbeitenden Industrie – bis auf wenige Ausnahmen für die Medizintechnik – keine eindeutige Zuordnung zwischen Produkt oder Prozess und einer einzuhaltenden Reinraumklasse. Diese ist vielmehr aus den Anforderungen und dem verfügbaren Know-how abzuleiten. In der Praxis stellt sich oft heraus, dass die Anforderungen des Abnehmers nicht exakt definiert sind. Die Erfahrung zeigt aber, dass etwa 95 Prozent aller Reinraumlösungen für die Kunststoff verarbeitende Industrie in der ISO-Klasse 7 und 8 ausgeführt werden. Auch für IMD-Anwendungen hat sich eine ISO-Klasse 7 – ehemals Klasse 10.000 nach der abgelösten US.Fed.Stand. 209E – als ausreichend erwiesen.

 

Checkliste

Auswahlkriterien für ein Reinraumsystem

  • Ganzheitliche Betrachtung des Fertigungsablaufes;
  • Identifizierung kritischer Schritte und Bereiche;
  • Spezifikation / Festlegung der Reinraumklasse;
  • Flexibles, prozess- und kostenoptimiertes Konzept erstellen;
  • Mitarbeiter schulen und motivieren;

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Über den Autor

Martin Jungbluth ist Mitglied der Geschäftsleitung bei Max Petek Reinraumtechnik, Radolfzell. Jungbluth@reinraumtechnik.com