Verschmutzungen auf Bauteilen, wie Reste von Umformölen, beeinträchtigen die Produktqualität. Einen wesentlichen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses leistet deshalb der Reinigungsprozess Entfetten.

Damit der nachfolgende Prozess gelingt, müssen Umformteile sauber und fettfrei sein. (Bild: Pero)

Bei der Verarbeitung von Blechteilen und Metall ist teilweise der Einsatz von Schmierstoffen und Ölen erforderlich. So zum Beispiel Kühlschmierstoffe vor dem Drehen und Fräsen oder Umformöle. Da die Rückstände der Fette und Öle in weiteren Verarbeitungsschritten störend wirken können, gehört das Entfetten zur vorbereitenden Oberflächenbehandlung. Bei dem Prozess werden spezielle Lösemittel, sogenannte Entfettungsmittel eingesetzt. Die Mittel lösen Fette und Öle von der Oberfläche des Werkstücks, entfetten und entölen diese also. Das Entfetten kann mit flüssigen Lösungen oder als Trockenentfettung erfolgen.

Während Schmierstoffe und Öle bei bestimmten Verarbeitungsschritten notwendig sind und beispielsweise das bereits erwähnte Umformen, Drehen und Fräsen erleichtern, wirken sie bei anderen Prozessen erschwerend. So verhindern sie unter anderem das Aufbringen einer gleichmäßigen und haltbaren Beschichtung. Vor dem Lackieren und dem Auftragen einer Pulverbeschichtung ist es daher in jedem Fall nötig, das Werkstück zu entfetten und somit auf die Beschichtung vorzubereiten.

Gleiches gilt für andere Verfahren, wie beispielsweise die Eloxierung von Aluminium oder Fügeprozesse. Zu guter Letzt kann es sich bei dem Entfetten auch um eine Erfüllung des Kundenwunschs handeln. Die Entfernung von Fetten, Schmier- und Korrosionsschutzölen kann also auch dann sinnvoll beziehungsweise notwendig sein, wenn keine weitere Verarbeitung (im eigenen Betrieb) erfolgt.

Entgraten und Entfetten – der letzte Schliff für präzise Blechteile

Entgraten und Entfetten – der letzte Schliff für präzise Blechteile

Das Entfetten wird grundlegend in fünf Verfahrensarten unterschieden:

Öko-Umformschmierstoffe statt mineralölhaltiger Stoffe

Mit dieser Teilereinigungsanlage zum Entfetten sind dank der geräumigen Gitterbox mit den Abmessungen 1.250 x 840 x 970 mm sogar Chargen bis zu 1.000 kg möglich. (Bild: Dürr Ecoclean)

Die Entfettungsmittel werden bei dieser Variante mit Druck durch Düsen auf das Werkstück aufgebracht. Die Oberfläche des Metalls wird also abgespült. Dadurch kommt es nicht nur zum Entfetten. Auch andere Rückstände und Verschmutzungen, wie beispielsweise Späne, werden von dem Werkstück entfernt. Bei dieser Art der Entfettung handelt es sich also um eine chemische und mechanische Reinigung. Sie ist allerdings ungeeignet, wenn Blechteile oder Metallstücke komplizierte Formen aufweisen und einige Abschnitte dadurch schwieriger zu erreichen sind.

Bei dieser Form der Entfettung werden die Werkstücke in den Lösemitteln eingetaucht. Die Entfettungsmittel entfernen die Rückstände und lösen diese ab. Die mechanische Reinigung fehlt jedoch. Um dieses Problem zu umgehen, wird gegebenenfalls zusätzlich Ultraschall eingesetzt. Dieser sorgt dafür, dass auch die Fette und Öle in Rillen, Ritzen und Bohrungen entfernt werden können. Erreicht wird dies, da der Ultraschall Mikro- und Makroschwingungen in der Flüssigkeit erzeugt. Für eine bessere Ausnutzung der Chemikalien zur Entfettung wird zudem in einigen Fällen auf eine Kaskadenschaltung bei den Tauchbädern zurückgegriffen. Mit dieser kann auch der Wasserverbrauch verringert werden. Je nach Form der Werkstücke und vorhandener Technik können die beiden Verfahren der Spritzreinigung und des Tauchens mit Ultraschall auch miteinander kombiniert werden.

In diesem Video zeigt Reinigungsanlagenhersteller Höckhdie Kombination der Verfahren der Spritzreinigung und des Tauchens mit Ultraschall.

Zur gleichzeitigen Oberflächenentfettung und -konversion in Einkammer-Spritzanlagen hat Surtec das Produkt Surtec 609 A Zetaclin entwickelt. (Bild: Surtec)

Das Dampfentfetten ist für Werkstücke geeignet, die nur (noch) schwach durch Fette und Öle verschmutzt sind. Das Verfahren zum Entfetten wird in einer Kammer durchgeführt. Das Lösemittel wird bis zum Siedepunkt erhitzt, der Dampf dann auf das kalte Werkstück geleitet. Hier kondensiert der Dampf und das Lösemittelkondensat spült die Oberflächen ab.

Bei der Vibrationsreinigung kommen keinerlei Chemikalien oder wässrige Lösungen zum Einsatz. Stattdessen werden die Werkstücke in Schwingungen versetzt, deren Frequenz die Anhaftungskraft von Fetten, Ölen, Spänen und anderen Rückständen auf dem Metall überwindet. Verschmutzungen und Schmierstoffe werden also „abgerüttelt“ und anschließend abgesaugt. Es sind also keinerlei Lösemittel von Nöten, was sich positiv auf Kosten und Umwelt auswirkt.

In diesem Video zeigt Wackereinen Ausschnitt der Bauteilreinigung mittels modifiziertem Alkohol zum Entfetten.

Auch bei der Trockenentfettung sind weder Wasser noch Chemikalien erforderlich. Entwickelt wurde das Verfahren von BIP-Industrietechnik und beruht auf dem Effekt der Physisorption. Öle und Fette binden an Zeolithen und können somit von den Oberflächen der Werkstücke entfernt werden. Da auf Lösemittel und Wasser verzichtet werden kann, entfallen auch das anschließende Trocknen von Blech und Metall und die Entsorgung der Chemikalien bei dem Tockenentfettungsverfahren. Trockenentfettung von Bauteilen – ohne Wasser und Chemie

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Trockenentfettung von Bauteilen – ohne Wasser und Chemie

Welche Substanzen für die Entfettung benötigt wird, ist selbstverständlich abhängig von der Art des Entfettungsverfahrens und des zu entfettenden Metalls beziehungsweise Blechs.

Biologischer Öl- und Fettabbau in der Teileentfettung realistisch

Biologischer Öl- und Fettabbau in der Teileentfettung realistisch

Blick in die Rotainer-Beizanlage von Siedentop: Im geschlossenen Container-System werden die Bauteile mit Tauchbeize besprüht. (Bild: Oliver Farys)

Zunächst wurden halogenierte Kohlenwasserstoffe für das Entfetten verwendet. Sie haben eine enorm hohe Reinigungsleistung, sind damit also effektiv einsetzbar. Allerdings haben derartige Substanzen, wie Trichlorethylen und Perchlorethylen, verheerende Auswirkungen auf die Umwelt. Ein Einsatz ist aufgrund moderner Umweltstandards nicht mehr wünschenswert. Als verbreitete Alternativen hierzu bieten sich nicht-halogenisierte Mittel an. Verbreitet ist zudem eine Lösung aus drei Komponenten:

Die Elektrolytlösung hat einen hohen Wassergehalt, der sich in der Regel bei etwa 90 Prozent befindet. Wie alkalisch sie sein darf, hängt von dem Blech beziehungsweise Metall ab, das zu entfetten ist. Mild alkalische Lösemittel werden unter anderem für Aluminium, Buntmetalle und Zinkdruckguss verwendet. Für das Entfetten von Stahl und Edelstahl werden hingegen stark alkalische Lösungen verwendet. Die Salzmischung dient als sogenannte Builder-Substanz. Sie bilden also als Basis beziehungsweise Gerüst der Lösung, sind anorganische Schmutzträger und verseifen die Fette.

Nachhaltig säubern mit gebündeltem Licht

Nachhaltig säubern mit gebündeltem Licht

Tenside sind den meisten im Privatbereich aus Wasch- und Spülmitteln bekannt und erfüllen bei dem Entfetten von Blech und Metall die gleiche Funktion wie bei dreckigem Geschirr: Sie benetzen, lösen und emulgieren oder demulgieren die Fette und Öle. Bei dem Emulgieren wird das Fett in der Lösung gehalten. Bei dem Demulgieren schwimmt der Fettschmutz auf der Lösung - ähnlich den Fettaugen auf einer Suppe.

Alles rund um die industrielle Teile- und Oberflächenreinigung erfahren Fachbesucher auf der MesseParts2Clean in Stuttgart.

Bei dem vorgestellten trockenen Entfetten werden Zeolithe verwendet. Zeolithe sind Alumosilikate in kristalliner Form. Sie kommen in der Natur vor, können jedoch auch synthetisch hergestellt werden. Fettbindende Zeolithe werden bei dem trockenen Entfetten direkt oder mithilfe eines Pads auf das Werkstück aufgebracht. Die Fette binden an die inneren Oberflächen der Zeolithe und können dann gemeinsam mit dem Granulat vom Blech oder Metall abgenommen werden.

Steigende Sauberkeitsanforderungen und zunehmender Kostendruck machen die Bauteilreinigung und das Entfetten bei Umformteilen zu einem qualitätskritischen Fertigungsschritt. (Bild: Höckh Metall-Reinigungsanlagen)

Wie erwähnt, kommen bei Aluminium und Buntmetallen milde alkalische Lösemittel zum Einsatz. Bei Stahl und Edelstahl hingegen stärkere alkalische Lösungen. Die Wahl der jeweiligen Substanzen hängt jedoch nicht nur von dem Material ab, auf dem sie verwendet werden. Auch der Verschmutzungsgrad und das verwendete Fett beziehungsweise Öl spielen eine Rolle. Bei dem erwähnten Lösemittel aus drei Komponenten können die einzelnen Substanzen in Konzentration und Art jeweils passend aufeinander abgestimmt und angepasst werden.

Eine pauschale Aussage lässt sich daher hier nicht treffen. Wichtig ist, dass die Substanzen jeweils passend zu dem Material, dem jeweiligen Verfahren zum Entfetten und der Art des Fetts ausgewählt werden. In der Praxis kann diese Anpassung Tests und Laboruntersuchungen erfordern, sofern sich diese noch nicht in vorbereiteter und effizienter Form finden.

Der Fachverband industrielle Teilereinigung e.V. unter dem Dach des ZVO (Zentralverband Oberflächentechnik e.V.) hat sich ganz der Teilereinigung als wertschöpfendem Prozessschritt verschrieben.

Das Entfetten stellt eine zwingende Notwendigkeit vor Beschichtungen, Bedrucken, Lackieren und anderen Verarbeitungsprozessen dar, ist jedoch teilweise mit Herausforderungen und Problemen verbunden. Darunter:

Oberflächen von schwierigen Tiefziehölen gründlich befreien

Oberflächen von schwierigen Tiefziehölen gründlich befreien

Wahl des passenden Verfahrens für das Entfetten

Wie erwähnt, wird die Wahl des Verfahrens zum Entfetten von Blech(-teilen) und Metall von den folgenden Faktoren bestimmt:

Darüber hinaus ist auch entscheidend, welche Technik und Kapazitäten für das Entfetten zur Verfügung stehen. Soll keine eigene Anlage für das Entfetten installiert werden, kann das Trockenentfettungsverfahren eine geeignete Alternative sein. Ebenso stellt aber auch das Auslagern der Entfettung an einen spezialisierten Betrieb eine Möglichkeit dar, den eigenen Aufwand so gering wie möglich zu halten.

Eine sehr hohe Reinigungsleistung erzielten halogenierte Kohlenwasserstoffe. Diese sind aber zugleich auch stark umweltbelastend und werden daher kaum noch verwendet. Heute üblicher sind die folgenden Medien für das Entfetten, die je nach Ausführung und Verfahren ebenfalls hohe Reinigungsleistungen bei zugleich geringerer Belastung für die Umwelt erzielen:

Eingesetzt werden diese wiederum in den folgenden Verfahren:

Waschstraßen für die Teilefertigung

Waschstraßen für die Teilefertigung

Die verschiedenen Verfahren zum Entfetten können je nach Wirkungsgrad und gewünschtem Ergebnis miteinander kombiniert werden. So eignet sich das Injektionsflutwaschen beispielsweise für die grobe Vorreinigung, bei der Späne und auch ein Teil von Fett und Öl entfernt werden. Im Anschluss kann das nun nur noch leicht verschmutzte Werkstück beispielsweise durch Dampfentfetten oder Spritzreinigung feingereinigt werden.

Feinstreinigung: Entfettung in der Gitterbox

Feinstreinigung: Entfettung in der Gitterbox

Wurden Chemikalien zum Entfetten benutzt, müssen diese nicht in jedem Fall sofort nach der Verwendung entsorgt werden. Es ist auch möglich, sie wiederaufzubereiten - also zu recyclen. Allerdings sind die dafür nötigen Verfahren mit weiteren Kosten verbunden. Dabei handelt es sich um Kosten für:

Auch hier ist es wieder nicht möglich, eine pauschale Angabe zu den Kosten zu machen. Denn diese sind abhängig von der Art und Menge der Chemikalien, die zum Entfetten verwendet werden. Gleiches gilt für die Entsorgung der Chemikalien, sollten diese nicht wiederaufbereitet werden können. Langfristig kostengünstiger sind daher Verfahren wie die Trockenentfettung oder der Einsatz von Ultraschall und Vibration, da hier bei dem Entfetten keine Chemikalien anfallen müssen.

Eine Dissertation zum Thema Auswahl und optimale Auslegung industrieller Bauteilreinigungsanlagengibt sehr schöne und tiefe Einblicke zum Thema Bauteilreinigung und Entfetten.

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