Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen & identifizieren deren Ursache 01.07.2015 | elmug4future | Marcel Kleßen Inhalt ■ VACOM ■ Verunreinigungen: Stand der Dinge ■ VIDAM - Sauberkeitsmessgerät ■ Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. Bauteilsauberkeit von Kanülen III. Schweißbarkeit von Bauteilen IV. … ■ Zusammenfassung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 2 Inhalt ■ VACOM ■ Verunreinigungen: Stand der Dinge ■ VIDAM - Sauberkeitsmessgerät ■ Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. Bauteilsauberkeit von Kanülen III. Schweißbarkeit von Bauteilen IV. … ■ Zusammenfassung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 3 VACOM: Unternehmen 1992 in Jena gegründet Gehört zu den führenden Anbietern von Vakuumtechnik in Europa Über 200 Mitarbeiter: Hoher Anteil Physiker und Ingenieure 30 Auszubildende in 10 Ausbildungsberufen F&E-Abteilung: 25 Mitarbeiter 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 4 VACOM: Spezialist für Vakuumtechnik Precision & Purity UHV XHV UCV Vakuum Mechanik 01.07.2015 Elektrische Durchführungen Vakuum Messtechnik Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen Vakuum Optik 5 Inhalt ■ VACOM ■ Verunreinigungen: Stand der Dinge ■ VIDAM - Sauberkeitsmessgerät ■ Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. Bauteilsauberkeit von Kanülen III. Schweißbarkeit von Bauteilen IV. … ■ Zusammenfassung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 6 Verunreinigungen Stand der Dinge 01.07.2015 Partikuläre Verunreinigungen Filmische Verunreinigungen Nachweismethoden qualitativ, quantitativ, etabliert Nachweismethoden qualitativ, semi-quantitativ, etabliert Vielzahl an Normen keine bzw. wenige Normen überprüfbare & verbindliche Abnahmekriterien (Spezifikationen, Grenzwerte, Lastenhefte, …) keine Abnahmekriterien (Spezifikationen, …) sondern Pflichtenhefte („soundso funktioniert‘s“) Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 7 Inhalt ■ VACOM ■ Verunreinigungen: Stand der Dinge ■ VIDAM - Sauberkeitsmessgerät ■ Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. Bauteilsauberkeit von Kanülen III. Schweißbarkeit von Bauteilen IV. … ■ Zusammenfassung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 8 VIDAM ■ VIDAM = Vakuum-induzierte Desorptions-Analyse Messgerät Restschmutz 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 9 9 VIDAM ■ VIDAM = Vakuum-induzierte Desorptions-Analyse Messgerät = Vakuum-induzierte Gaschromatographie ■ Messgrößen: ■ Filmische Verunreinigungen auf Bauteilen H20, CxHy, CxHyOz, Organik, … (mit entsprechendem Dampfdruck) Q t dt QMS Ion gauge Test chamber Pump system Ausgasrate [mbar*l/(s*cm2)] ■ Desorptionsrate Q(t) Restschmutz auf Bauteil = 1E-07 Desorptionsrate vs. Zeit 1E-08 Q(t) 1E-09 Restschmutz 1E-10 0 2 4 6 8 10 Zeit 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 1 10 0 VIDAM - Messergebnisse ■ Quantitatives Ergebnis: Restschmutz [g/cm²] bzw. [g] Festlegung von Grenzwerten 12 µg/ cm² ■ Spektrale bzw. massezahlspezifische Aussage über Restschmutz Identifikation von Verunreinigungen 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 11 VIDAM - Messergebnisse Massezahl 18 Wasser S45…200 (H2O) Massezahl 1…44 Atmosphärenbestandteile (N2, O2, CO2, CO, …) 12 µg/ cm² Massezahl 45…200 Fertigungshilfsmittel (FHM) wie z.B.: - Kühlschmiermittel - Schneid- & Konservierungsöle - Läpp- & Polierpaste - Reinigungsmittel und Kontaminationen wie z.B.: - Fingerabdrücke - Hautcreme -… 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 12 VIDAM - Messergebnisse S45…200 Analytik: logarithmische Skalierung Features leichter zu erkennen 12 µg/ cm² Massezahl 45…200 Fertigungshilfsmittel (FHM) wie z.B.: - Kühlschmiermittel - Schneid- & Konservierungsöle - Läpp- & Polierpaste - Reinigungsmittel und Kontaminationen wie z.B.: - Fingerabdrücke - Hautcreme -… 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 13 VIDAM - Bauteilspektrum ■ Schüttgut ■ Einzelteile ■ Große Bauteile ■ Werkstoffe: ■ Stahl, Edelstahl, ■ Aluminium, Kupfer, ■ Gold, Titan, ■ Gesamte Baugruppen ■ Einfache Geometrien ■ Keramik, Glas ■ … ■ Komplexe Geometrien ■ Rohre ■ Kapillaren / Kanülen 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 14 VIDAM - Eigenschaften ■ Vollautomatisierter Messprozess & einfache Bedienung für Messungen ist kein Spezialist nötig ■ Integrale & zerstörungsfreie Messung Bauteile können anschl. direkt weiterprozessiert werden ■ Min. Nachweisgrenze < 0,3 ng/cm2 (Organik) Detektion von kleinsten Verunreinigungen nach der Feinstreinigung ■ Obere Messgrenze >> „Öl- & Fettfrei“ Sicherstellung der hinreichenden Bauteilsauberkeit nach der Zwischen-, End- & Feinreinigung ■ Kammergröße, Taktzeiten, Bauteildurchsatz & Nachweisgrenze auf Anforderung abgestimmt 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 15 Inhalt ■ VACOM ■ Verunreinigungen: Stand der Dinge ■ VIDAM - Sauberkeitsmessgerät ■ Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. Bauteilsauberkeit von Kanülen III. Schweißbarkeit von Bauteilen IV. … ■ Zusammenfassung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 16 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien ■ Situation: ■ (Feinst-)Reinigung für einfache Geometrien (bspw. ebene Flächen) größtenteils gelöst ■ (Feinst-)Reinigung für komplexe Geometrien (bspw. Kapillaren, Sacklöcher, schöpfende Bauteile) erfolgt meist manuell oder mit manueller Vorreinigung ■ Problem: ■ Filmische Verunreinigungen können nachgelagerte Prozesse stören ■ Ungleichmäßige Oberflächen nach dem Beschichten ■ Abplatzen von Lack ■ Fehlerhafte Verbindungen beim Schweißen oder Kleben ■ Manuellen Vorreinigung verursacht zusätzliche Kosten 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 17 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien ■ Fallbeispiel: ■ Studie zum Reinigungsergebnis verschiedener Reinigungsverfahren an Sacklöchern ■ Untersuchte Reinigungsverfahren: ■ CO2-Reinigung (Schneestrahlreinigung) ■ Niederdruckreinigung ■ US-Nassreinigung mit verschiedenen Reinigungsmitteln ■ Ziel: autom. Reinigungsverfahren liefert Bauteile mit Restschmutz < 10ng/cm² (Organik) ■ Prüflinge: mit FHM kontaminierte Bauteile mit insg. 80 Sackgewindelöchern (M6) 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 18 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien Kontaminierte Prüflinge US-Nassreinigung (*) 1,7 0,2 µg/ cm² µg/ cm² (*) konventioneller Reinigungsprozess CO2-Reinigung 01.07.2015 Niederdruckreinigung 1,0 1,3 µg/ cm² ng/ cm² Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 19 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien Kontaminierte Prüflinge US-Nassreinigung (**) 1,7 1,4 µg/ cm² ng/ cm² (**) mit angepasstem Reinigungsmittel CO2-Reinigung 01.07.2015 Niederdruckreinigung 1,0 1,3 µg/ cm² ng/ cm² Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 20 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien ■ Ergebnis: ■ Bauteilsauberkeit zerstörungsfrei & US-Nassreinigung (**) integral geprüft 1,4 ■ 2 Reinigungsverfahren liefern Bauteile ng/ cm² mit Restschmutz << 10ng/cm² (Organik) ■ Hausinterne US-Nassreinigung angepasst erfüllt Anforderungen ■ Ziel erfüllt (**) mit angepasstem Reinigungsmittel ■ Weiteres Vorgehen : ■ Ergebnisse sind für Hersteller CO2-Reinigungsgerät und Hersteller Niederdruckreinigungsanlage sehr wertvoll ■ Folgeprojekte sind im Gespräch 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 21 II - Bauteilsauberkeit von Kanülen ■ Situation: ■ Bauteilsauberkeit in Medizintechnik besonders wichtig ■ Mikrobiologische Sauberkeit (durch Sterilisation) durch Normen geregelt ■ Es gibt (fast) keine Normen, die Grenzwerte für chemische Sauberkeit definieren ■ Problem: ■ Überwachung der Bauteilsauberkeit nur mit Spezialisten in externen Analyselaboren möglich ■ FHM auf Kanülen-Innenflächen sind schwer zu entfernen und nachzuweisen ■ Sorgfaltspflicht: Hersteller muss Sauberkeit (nach Stand der Technik) nachweisen 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 22 II - Bauteilsauberkeit von Kanülen ■ Fallbeispiel: ■ Augenarztpraxis hat vermehrt Entzündungen nach Untersuchungen mit inhouse gereinigten Kanülen festgestellt ■ Projekt zwischen Augenarztpraxis und VACOM ■ Vermutung: Reiniger verbleibt in Kanülen ■ Aufgabe: - Bewertung der Produktsauberkeit - Optimierung des Reinigungsprozesses ■ Ziel: Reinigungsprozess liefert saubere Bauteile ■ Beitrag VACOM: VIDAM-Messungen an Kanülen & Reiniger 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 23 II - Bauteilsauberkeit von Kanülen Kanülen Reiniger 20,5 0,2 µg µg/ cm² Vergleich Kanüle & Reiniger 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 24 II - Bauteilsauberkeit von Kanülen ■ Ergebnis: ■ Nach der Reinigung noch deutliche Kanülen organische Verunreinigungen nachweisbar ■ Restschmutz (organisch) 20,5 µg 20,5 µg/Bauteil ■ Kontamination entspricht nicht dem FHM (Reiniger) ■ Reinigung für vorhandenen Kontaminationen nicht geeignet ■ Weiteres Vorgehen : ■ Weitere Untersuchungen zur Reinigungsprozesses-Optimierung geplant ■ Stichprobenartige Untersuchung der Kanülen durch VACOM zur Überwachung des Reinigungsprozesses geplant 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 25 III - Schweißbarkeit von Bauteilen ■ Situation: ■ Bauteilsauberkeit für viele nachgelagerte Bearbeitungsschritte wichtig (z. B. Beschichten, Schweißen, Lackieren, …) ■ Partikuläre Sauberkeit durch Normen geregelt ■ Es gibt (fast) keine Normen, die Grenzwerte für filmische Verunreinigungen (wie z. B. Fertigungshilfsmittel) definieren ■ Problem: ■ Filmische Verunreinigungen können nachgelagerte Prozesse stören ■ Überwachung der Bauteilsauberkeit durch zeitaufwendige Analysetechniken nur mit Spezialisten möglich ■ Ergebnis liegt häufig erst vor, wenn das Bauteil bzw. die Charge weiter prozessiert ist 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 26 III - Schweißbarkeit von Bauteilen ■ Fallbeispiel: ■ Automobilzulieferer hat punktuell Probleme mit Schweißbarkeit von Bauteilen, die mit einem Korrosionsschutzmittel behandelt sind ■ Vermutung: weitere FHM auf Bauteilen ■ Projekt zwischen Automobilzulieferer und VACOM am Beispiel eines Bauteils ■ Aufgabe: - Prüfung auf andere FHM als Korrosionsschutzmittel - Grenzwerten Masse Korrosionsschutzmittel/Bauteil festlegen ■ Ziel: - Reinigungsprozess liefert hinreichend saubere Bauteile - Ausschuss beim Schweißen wird reduziert ■ Beitrag VACOM: - Bereitstellung VIDAM (inkl. Einweisung) - Prozessberatung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 27 III - Schweißbarkeit von Bauteilen Charge 1 FHM 1 01.07.2015 Charge 2 26 4,0 mg mg FHM 2 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 28 III - Schweißbarkeit von Bauteilen Charge 1 FHM 1 01.07.2015 Charge 2 26 4,0 mg mg FHM 2 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 29 III - Bauteilsauberkeit von Kanülen ■ Ergebnis: ■ Keine anderen FHM Charge 1 nachweisbar ■ Unterschiedliche Mengen 26 Korrosionsschutzmittel festgestellt mg ■ Restschmutz (organisch) 4,0 – 26,0 mg/Bauteil ■ Weiteres Vorgehen : ■ Weitere Untersuchungen zur Festlegung eines zweckmäßigen Grenzwertes laufen 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 30 IV - Weitere Anwendungsfälle VIDAM ■ Prüfung der Wirksamkeit von Reinigungsmitteln für spezifische FHM ■ Monitoring des Trocknungsgrads von Bauteilen ■ Prüfung des Einflusses der (Primär-)Verpackung auf Bauteilsauberkeit ■ Prüfung und Sicherstellung der Bauteilsauberkeit vor: ■ Oberflächenveredelung durch Beschichten / Lackieren / Galvanisieren / Bedrucken / … ■ Fügeprozessen durch Kleben / Schweißen / Löten / … ■ Montieren / Weiterverarbeiten / … ■ Routinemäßige Wareneingangs- und Warenausgangskontrolle: ■ Zweckmäßige, verbindliche Grenzwerte statt „Öl- & Fettfrei“ ■ Bei VACOM aktuell 8 Messgeräte im Einsatz ■ … 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 31 IV - Weitere Anwendungsfälle VIDAM ■ Routinemäßige Wareneingangs- und Warenausgangskontrolle: ■ VACOM Reinheitsstandards (= verbindliches Lastenheft ggü. unseren Kunden) 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 32 Inhalt ■ VACOM ■ Verunreinigungen: Stand der Dinge ■ VIDAM - Sauberkeitsmessgerät ■ Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. Bauteilsauberkeit von Kanülen III. Schweißbarkeit von Bauteilen IV. … ■ Zusammenfassung 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 33 Zusammenfassung ■ VIDAM = Sauberkeitsmessgerät für filmische Verunreinigungen ■ Bewertung der Wirksamkeit und Effizienz von Reinigungsprozessen ■ Identifikation von Verunreinigungen und deren Ursachen ■ Schaffung von zweckmäßigen Grenzwerten Pflichtenheft Lastenheft ■ Optimierung der gesamten Prozesskette bzgl. hinreichender Bauteilsauberkeit ■ VIDAM hilft überall dort, wo nachfolgende Prozesse gewisse (hohe / niedrige / „weiß noch nicht genau“) Anforderungen an die Bauteilsauberkeit stellen 01.07.2015 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen | Marcel Kleßen 34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Marcel Kleßen [email protected] +49 3641 8734-216 VACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH Gabelsbergerstraße 9 07749 Jena/Germany www.vacom.de
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