Richtlinie: Filmische Verunreinigungen sicher beherrschen

Zu den filmischen Verunreinigungen gehören Öle und Fette, aber auch Rückstände von Korrosionsschutzmitteln, Beschichtungen, Kühlschmierstoffen und weiteren Fertigungshilfsmitteln. Ebenso dazu zählen Konservierungsstoffe und Klebstoffe sowie Handschweiß und Fingerabdrücke. Ganz allgemein lassen sich filmische Verunreinigungen als dünne, zusammenhängende (nicht‑partikuläre) Schicht aus unerwünschten, fremdartigen Bestandteilen auf Teil‑ oder Vollflächen von Bauteilen beschreiben.

Dass Öle, Fette und ähnliche Substanzen für bestimmte Prozesse störend wirken, ist hinreichend bekannt. Daher rührt die derzeit sehr gebräuchliche Spezifikation „öl- und fettfrei“. Die (vollständige) Abwesenheit eines unerwünschten Stoffes an einer relevanten Oberfläche zu fordern, ist sicherlich ein sinnvoller erster Schritt. Er sensibilisiert alle Beteiligten darauf, dass ölige und fettige Rückstände störend wirken können. Während allerdings die ähnliche Anforderung „silikonfrei“ in vielen Fertigungsprozessen durch die Vermeidung von silikonhaltigen Fertigungshilfsmitteln auch praktisch umgesetzt werden kann, lässt sich auf „ölige“ und/oder „fettige“ Fertigungshilfsmittel in der Regel nicht verzichten. Wesentliche Fertigungshilfsmittel wie Kühlschmiermittel in der zerspanenden Werkstoffbearbeitung enthalten notwendigerweise natürliche oder synthetische Öle oder Fette. Die Praxis erfordert daher das Festlegen von prozesstauglichen Grenzwerten für hinreichende Sauberkeit.

Die Situation für Teilehersteller und Reinigungsanlagenbetreiber wird immer anspruchsvoller, da eine zunehmende Anzahl an Fertigungsprozessen und Endanwendungen auf saubere Bauteiloberflächen hinsichtlich filmischer Verunreinigungen angewiesen ist. Um diesen stetig steigenden Anforderungen richtig zu begegnen, können die Leitlinien für eine qualitätssichernde Prozessführung in der Bauteilreinigung und Checkliste zur Planung eines Reinigungsprozesses des FiT eine erste Orientierung geben. Die vorliegende Richtlinie „Filmische Verunreinigungen beherrschen“ behandelt das Thema umfassend.

Im Einführungsteil der Richtlinie werden zur Vereinheitlichung des Sprachgebrauchs Definitionen und Begriffe gegeben. Anschließend werden Vorkommen/Quellen filmischer Verunreinigungen sowie deren Eigenschaften und Auswirkungen erläutert. Anhand einiger Prozesse, Endanwendungen und Branchen wird die zunehmende Bedeutung filmischer Verunreinigungen in Fertigungsprozessen dargestellt. Abschließend wird der Geltungsbereich dieser Richtlinie abgesteckt.

Um Fertigungs- und Reinigungsprozesse in-House zu erarbeiten, zu etablieren und zu optimieren und somit eine hohe Gesamtprozessqualität und eine reproduzierbare Qualität des Endproduktes zu gewährleisten, ist ein gewisses Grundlagenwissen eine wesentliche Voraussetzung. Ausgehend vom Dreh- und Angelpunkt dieser Richtlinie, der Prozesskette in der Teilereinigung, werden der Ausgangszustand der Teile vor der Reinigung sowie die derzeit zur Verfügung stehenden Lösungen hinsichtlich Reinigungschemie und Reinigungsverfahren zusammenfassend dargestellt. Die grundlegend notwendige Kenntnis der Sauberkeit beziehungsweise des Verschmutzungsgrades der Bauteile entlang des Reinigungsprozesses kann einzig durch die optimale Anwendung geeigneter Mess-, Prüf- und Analysetechnik erlangt werden. Dafür wird eine Auswahl der gängigsten, verfügbaren Verfahren vorgestellt und insbesondere die anwendungstechnischen Möglichkeiten und Grenzen hervorgehoben. Abschließend werden die aktuellen Ansätze und Lösungen in der Prozessüberwachung aufgezeigt.

Der Praxisteil verknüpft die Grundlagen miteinander und bietet Lösungsansätze zu typischen Aufgabenstellungen in der Teilereinigung. Er gibt Handlungsempfehlungen, um Reinigungsprozesse systematisch und qualitätsgerecht zu gestalten und notwendigen Prozessanpassungen oder gar auftretenden Prozessstörungen richtig zu begegnen. Zudem zeigt die Richtlinie praxisnahe Möglichkeiten zur Überwachung der Wirkungs- und Störstoffe im Reinigungsprozess sowie zur Prüfung des Bauteilzustandes entlang der gesamten Prozesskette auf.

Neben der Identifikation der Quellen chemischer/filmischer Verunreinigungen und der Prüfung der Sauberkeit von Funktionsflächen als typische Aufgabenstellung wird ein methodisches Vorgehen zur Ermittlung von Grenzwerten für eine hinreichende Bauteilsauberkeit hinsichtlich filmischer Verunreinigungen vorgeschlagen. Anhand der Handlungsempfehlungen für typische Aufgabenstellungen werden die zur Verfügung stehenden Mess-, Prüf- und Analysetechniken im praktischen Einsatz dargestellt und die Vorteile und Einschränkungen der verschiedenen Verfahren veranschaulicht. 

Ferner gibt die FiT-Richtlinie weiterführende Handlungsempfehlungen zu sauberkeitsgerechtem Umgang mit Bauteilen, zu reinigungsgerechter Bauteilgestaltung sowie zur Handhabung von Proben für oberflächenanalytische Untersuchungen.
 

Die Berücksichtigung dieser Empfehlungen verbessert die erfolgreiche Beherrschung filmischer Verunreinigungen in, vor und neben der Prozesskette der Teilereinigung.

Die Richtlinie wurde erarbeitet vom FiT-adhoc-Arbeitskreis „Filmische Verunreinigungen“. Dank gilt den beteiligten Autoren und Firmen Dr. Michael Flämmich, VACOM Vakuumkomponenten und Messtechnik GmbH, Jena, André Lohse, SITA Messtechnik GmbH, Dresden, Andreas Schaab, SurTec Deutschland GmbH, Zwingenberg, Dr. Andreas Schäfer, nanoAnalytics GmbH, Münster, Wolfgang Schmitt, DODUCO Solutions GmbH, Pforzheim, Dr. Christian Worsch, VACOM Vakuumkomponenten und Messtechnik GmbH, Jena.