Grauhe Reinigungsmaschine.

Die automatisierte Reinigungslösung ist in die Fertigungszelle integriert und steuerungstechnisch in die Gesamtanlage eingebunden. Die Information, welche Blendenvariante zu reinigen ist, erhält das Quattroclean-System über die Programmauswahl der Spritzgussmaschine. (Bild: A. &. J. Stöckli)

Petroleumlampen, Rechauds, Aschenbecher und Pfannendeckel aus Metall waren die ersten Produkte, die von A. & J. Stöckli hergestellt wurden. In den letzten Jahrzehnten spezialisierte sich das 1874 gegründete, im schweizerischen Netstal ansässige Familienunternehmen, das inzwischen von der fünften Generation geleitet wird, auf den Einsatz von Spritzguss- und Sonderverfahren für die Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe. In vier Geschäftsbereichen werden heute Haushaltsgeräte für das Kochen am Tisch, Gießkannen, Logistiklösungen wie Gebinde und Flaschenkästen, das Abfalltrennsystem Müllex und anwenderspezifische Form- und Sichtteile sowie Baugruppen gefertigt. Zu Letzteren zählen Designblenden und Bedienpanels für Premium-Haushaltsgeräte wie Geschirrspüler, die in der IMD-Technologie gefertigt werden. Dabei wird im Spritzgießprozess eine weiße, schwarze oder chromfarbene Beschichtung auf die 55 beziehungsweise 60 cm breiten Blenden aufgebracht, die ihnen nicht nur eine hochwertige Optik verleiht, sondern sie auch vor Kratzern und chemischen Einflüssen, beispielsweise durch Putzmittel und Lebensmittel, schützt.

Alternativen zum manuellen Reinigen gesucht

Dafür wird eine mit UV-Lack beschichtete Endlosfolie durch das Werkzeug geführt. Beim Spritzgießen überträgt sich der Lack durch Druck und Temperatur auf das Kunststoffbauteil, wobei ein fester Verbund entsteht. Nach dem Auffahren des Werkzeugs entnimmt ein Knickarmroboter die beschichtete Blende, der Lack wird dabei automatisch von der Trägerfolie abgezogen. „An den Kanten, an denen das Teil vom Lack getrennt wird, wird etwas Lack mitgezogen. Diese sogenannten Flakes beeinträchtigen die Optik und müssen daher entfernt werden“, erklärt Rolf Lehmann, Verkaufsleiter im Geschäftsbereich „Kundenspezifische Formteile“ bei Stöckli. Dies erfolgte bisher manuell mit feinen Messern durch zwei Mitarbeitende.
Um zu verhindern, dass sich die elektrostatisch aufgeladenen Lackflakes wieder auf den Bauteilen absetzen, wurden sie zusätzlich mit ionisierter Luft abgeblasen. „Durch die manuelle Reinigung kam es jedoch immer wieder zu Beschädigungen der Lackschicht und damit zu Ausschuss. Außerdem erhielten wir vom Kunden die Rückmeldung, dass Teile noch mit Flakes verschmutzt sind, was bei ihm einen zusätzlichen Reinigungsaufwand verursachte“, berichtet Lehmann. Auf der Suche nach einer effizienteren und zuverlässigeren Reinigungslösung wurden Tests mit Trockeneis durchgeführt, das im Unternehmen für die Reinigung der Werkzeuge eingesetzt wird. Die Flakes konnten damit zwar entfernt werden, allerdings hinterließen die schroffen Eispartikel Spuren auf den Oberflächen.

Mit flüssigem CO2 zu sauberen Oberflächen

Durch eine Internetrecherche wurde der Verkaufsleiter auf die Quattroclean-Technologie von ACP Systems aufmerksam. Reinigungsmedium bei diesem trockenen Verfahren ist flüssiges, klimaneutrales Kohlendioxid (CO2), das als Nebenprodukt bei chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht. Es wird durch eine verschleißfreie Zweistoff-Ringdüse geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen Schneepartikeln. Sie werden durch einen separaten Druckluft-Mantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des minus 78,5 °C kalten, gut fokussierbaren Reinigungsstrahls auf die zu reinigende Oberfläche sorgen die vier Wirkmechanismen (thermischer, mechanischer, Lösemittel- und Sublimationseffekt) dafür, dass partikuläre Verunreinigungen und filmisch-chemische Kontaminationen zuverlässig entfernt werden. „Wir haben uns genauer über dieses Verfahren informiert und dann im Technikum von ACP umfangreiche Reinigungsversuche mit in verschiedenen Farben beschichteten Blenden durchgeführt. Diese Teile wurden danach bei unserem Kunden begutachtet und entsprechenden Tests unterzogen, um die Beständigkeit der Lackoberflächen zu prüfen. Nachdem dieser das Ergebnis bestätigte, haben wir die Kaufentscheidung getroffen“, erinnert sich der Verkaufsleiter. Für das beschädigungsfreie Entfernen der Lackflakes ist vor allem der thermische Effekt des Quat-troclean-Verfahrens relevant. Er führt zu einer Versprödung der überstehenden Lackrückstände, die dann durch die Kraft des Schnee-Druckluftstrahls konturgenau abgeschert werden. Die nicht-abrasiven Schneepartikel und geringe Härte des Strahls stellen dabei sicher, dass weder die Optik noch die funktionalen Eigenschaften der Beschichtung beeinträchtigt werden.

Vorrichtung aus Metall.
Nachdem der Knickarmroboter der IMD-Anlage die Blende in der Reinigungsstation platziert hat, wird die Düse mittels eines X-Y-Achssystems entlang der zu reinigenden Kanten geführt. Die abgelösten Flakes werden zusammen mit dem sublimierten Kohlendioxid parallel zur Reinigung abgesaugt. (Bild: A. &. J. Stöckl)

Ab in die Fertigungszelle und los

Basierend auf den Anforderungen von Stöckli konzipierte ACP eine automatisierte Reinigungslösung, die in die Fertigungszelle integriert und steuerungstechnisch in die Gesamtanlage eingebunden wurde. Die Information, welche Blendenvariante (55 oder 60 cm) zu reinigen ist, erhält das Quattroclean-System über die Programmauswahl der Spritzgussmaschine. Darüber hinaus sind mit 100, 150 und 200 mm pro Sekunde drei Geschwindigkeiten hinterlegt, mit denen die Reinigung erfolgen kann. Der Knickarmroboter der IMD-Anlage platziert die Geschirrspüler-Blende in der Reinigungsstation. Nachdem deren Hubtüre geschlossen ist, wird die Düse mittels eines X-Y-Achssystems entlang der zu reinigenden Kanten geführt. Parallel zur Reinigung werden die abgelösten Flakes zusammen mit dem sublimierten Kohlendioxid abgesaugt und einer Filtereinheit zugeführt. Dabei verhindern über und unter dem Bauteil positionierte Ionisationseinheiten, die teilweise mit Turbodüsen ausgerüstet sind, dass sich die entfernten Flakes elektrostatisch aufladen und zurück auf das Bauteil vagabundieren. Nachdem die Reinigung abgeschlossen ist, entnimmt der Roboter das Teil und legt es auf das Förderband des UV-Tunnels, in dem der Lack vollständig vernetzt wird. „Für den kompletten Prozess, also das Entnehmen des Teils aus der Spritzgussmaschine, das Einlegen in die Reinigungsstation, die Reinigung, das Entnehmen und Auflegen auf den UV-Tunnel haben wir eine Vorgabe an die Zykluszeit von einer Minute. Diese wird bei einer Geschwindigkeit von 100 mm/s eingehalten und bei Bedarf haben wir Reserven, um schneller zu reinigen“, beschreibt Rolf Lehmann. Für eine gleichbleibend hohe Prozess- und Reinigungsqualität werden sowohl die Strahlkonsistenz als auch die CO2- und Druckluftzufuhr sowie die Strahldauer kontinuierlich überwacht und alle Werte gespeichert.

Schaubild
Die patentierte Technologie mit Zweistoff-Ringdüse für den CO2- und den Druckluft-Mantelstrahl sorgt für eine konstante und gleichbleibende Reinigungsleistung. (Bild: ACP Systems)

Kosteneffizienter reinigen

Das Reinigungsergebnis sowie die Wirtschaftlichkeit der automatisierten Reinigung überzeugen. „Wir haben praktisch keinen Personalbedarf mehr für die Reinigung und der Ausschuss hat sich signifikant verringert. Hinzu kommt, dass das Quattroclean-System sehr kosteneffektiv arbeitet und der CO2-Verbrauch pro Teil gering ist. Die Herstellungskosten pro Blende haben sich dadurch auch für unseren Kunden verringert. Er hat sich deshalb an den Investitionen für die Reinigungslösung beteiligt und wird in relativ kurzer Zeit den Return on Investment erreichen“, berichtet Lehmann. Für Stöckli hat sich die Investition bei der derzeitigen Produktionsmenge der Bedienpanels für Geschirrspüler nach rund vier Jahren amortisiert. Durch die weiter steigenden Anforderungen an die Optik der Design- und Bedienelemente prüft das Unternehmen derzeit, ob die automatisierte Reinigungslösung für weitere der insgesamt 28 im IMD-Verfahren hergestellten Teile eingesetzt wird.

Quelle: ACP Systems

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