Pressespiegel
 Technische Sauberkeit:
 Ein Hebel der Produktivität und ein starkes Marketing-Argument!
 
 (GfPMagazin März 2016


Technische Sauberkeit:
Ein Hebel der Produktivität und ein starkes Marketing-Argument!

Prof. Dr.-Ing- Nicolas P. Sokianos

Viele Jahre wurden diejenigen Produktionsleute, die penibel auf Sauberkeit in den Fertigungsstätten achteten, als eher schrullig angesehen. Montageleiter mit einem Faible für eine ästhetisch ordentliche und saubere Produktion mussten Konflikte mit ihren Kollegen aus der Logistik, dem Einkauf oder aus der Instandhaltung ausfechten: Die Anlieferung von Materialien in Kartons unterschiedlicher Größe, die zudem in den Montagehallen ausgepackt wurden, Berge von Verpackungsmaterial und Staub generierten, gehören heute der Vergangenheit an. Die erforderlichen Zulieferteile werden in gesonderten Hallen ausgepackt, kommissioniert und in Spezialträgern an die Verbaustationen angeliefert - bei Bedarf Just-in-Sequence. Dies geschieht selbstverständlich in penibel sauber gehaltenen Betriebsmitteln. Haben Instandhalter Reparaturarbeiten an Betriebseinrichtungen zu leisten oder sind gar Umbauten von der technischen Seite her angesagt, so sind extrem sorgfältige Abdichtungsmaßnahmen erforderlich, wenn parallel dazu die Produktion weiterlaufen soll.

Es sind schon einige Jahre her, als der CEO eines bedeutenden Konzerns der deutschen Elektroindustrie sehr ernsthaft mit mir über die Sinnhaftigkeit eines schlüssigen und konsequenten Total Production Maintenance-Konzeptes (TPM) diskutierte. TPM fordert grundsätzlich sehr saubere Produktionsstätten, dies jeden Tag nicht nur zu besonderen Anlässen, etwa wenn hoher Besuch ansteht. So etwas ist mit den Mitarbeitern zu entwickeln, zu unterstützen und es muss mit koordinierten betriebstechnischen oder auch mit psychologischen Maßnahmen sehr fest in die "Produktions-DNA" des Unternehmens und seiner Lieferanten verankert werden.
"Quick and dirty" mag vorübergehend Geld sparen, mittelfristig jedoch werden sich Qualitäts- und auch Produktivitäts-Probleme einstellen. Die gehen nämlich meist als "Pärchen" einher! Quality is free, predigte schon im letzten Jahrhundert einer der großen Qualitätsgurus aus den USA, P. Crosby, ähnlich argumentierte auch Deming. Beide wurden zuerst von den Japanern verstanden; deren Lehre ist, japanisch um die Konzepte von Shing? Shigeo (das Toyota-Produktionssystem) verfeinert und vertieft, als Erfolgsrezept in der ganzen Welt angekommen. Qualität setzt Technische Sauberkeit voraus.

(Foto: Chirurgische Nadeln, N. Sokianos)

Reinraumfertigung
Quick and dirty geht in bestimmten Produktsegmenten hoher Technologie nicht mal eine Woche gut. Das haben schon die Entwickler von Systemen und Geräten für die Raumfahrt schnell erkannt, auch die Waferproduktion (Halbleiterindustrie) verstand da keinen Spaß. Reinraumklassen wurden bereits in den 80er Jahren definiert und somit auch die maximale Zahl von zulässigen Partikeln, die im direkten und indirekten Produktionsumfeld zulässig waren. Der Aufwand dafür ist beträchtlich gewesen, spezielle Schleusen sind erforderlich, Umluft- und Filtersysteme, abgedichtete Räume, Schutzanzüge für die Mitarbeiter und für die Besucher, damit sich keine unerwünschten Partikel von den Mitarbeitern auf die hochsensible Elektronik oder auf die Teilekomponenten übertragen, sich setzen können und zu Fehlern führen.

(Bild: Auszüge aus dem TPM Handbuch von YAMAHA)

Management von "Qualitäts-Transfer"
Waren ursprünglich derartige High-End-Produktionsstätten fast ausschließlich in sehr hoch entwickelten Industrieländern zu finden, meist gekoppelt mit Sicherheitsauflagen gegen Know-how-Diebstahl und Spionage aus der UdSSR (es ging nämlich um Produkte im Umfeld der Computer-Herstellung, die damals nicht in den "Ostblock" exportiert werden durften), so hat sich im neuen Jahrtausend die Lage komplett geändert: IBM hat schon lange seine komplette Fertigung von Laptops (Thinkpad) an die chinesische Firma Lenovo verkauft, Appel lässt fast ausschließlich in Asien die teueren und technologisch anspruchsvollen Produkte herstellen, selbstverständlich in Reinräumen oder unter erhöhten Anforderungen an "Technische Sauberkeit". Was sehr klar beweist, dass mit geeigneten Technologie-Transfer-Maßnahmen und mit den erforderlichen Investitionen in voll- oder teilautomatisierten Anlagen heute eine hervorragende Qualität aus Ländern erfolgt, die noch vor 50 Jahren als technologisch gänzlich unterentwickelt galten.
Ohne Reinraumfertigung und umgesetzten Konzepten der Technischen Sauberkeit würden wir heute nicht die gewohnte Qualität und Zuverlässigkeit vom Handy oder Laptop erhalten. Die Reklamationsrate würde die Giganten der Branche finanziell schwer beschädigen, die Globalisierung der Produktion würde deutlich begrenzt bleiben wie sie in den 90ern auch war.

Medizingeräte-Fertigung
In der Fertigung von Geräten für medizinische Einsätze, von der chirurgischen Nadel bis zum Katheter oder Herzschrittmacher, gelten naturgemäß erhöhte Anforderungen bezüglich der Technischen Sauberkeit und dazu noch bei Bedarf eine sterile Produktion. Entsprechende amerikanische, europäische, japanische und auch russische Normen sind erlassen worden und sind zu erfüllen, will man die Zulassung als Betrieb zur Herstellung von solchen Produkten oder Arzneimitteln erhalten.

Abhängig von dem Grad der praktizierten Fertigungstiefe ist die Lieferantenkette der Medizingerätehersteller z.T. auch den erhöhten Anforderungen ausgesetzt, obgleich die Verantwortung zur Erfüllung der Normen und Auflagen dem finalen Hersteller bindend trifft. Die Konsequenzen bei Nichterfüllung der geforderten Landesstandards kann zum Entzug der Genehmigung des Vertriebs der Medizinprodukte in China, Russland oder Japan führen. Nicht nur die EU und die USA haben diesbezüglich scharfe Standards implementiert!

Anforderungen beim Spritzgießen im Reinraum
Bei der Herstellung von spritzgegossenen Formteilen im Reinraum sind besondere Vorkehrungen zu treffen, die die Erfüllung der Reinheitsanforderungen für die verschiedenen Reinheitsklassen sicherstellen. Die Einteilung in Reinheitsklassen zwischen 1 und 100.000 ist genormt, die Zahl bezeichnet jeweils die zulässige Anzahl Partikelgrößen in µm pro Kubikmeter bei einer definierten Strömungsgeschwindigkeit (VDI 2083/ bzw. Federal Std. 209D US.), wobei die Ziffer der Reinraumklasse die Anzahl der Partikel in einer Größe von 0,5 µm bezeichnet.
Unter Reinraumbedingungen hergestellte Spritzgießteile werden für unterschiedliche Industriebereiche eingesetzt, wie z.B. für die Elektronikindustrie, Pharmaindustrie, Biotechnik, für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Anwendung und für die Nahrungsmittelindustrie.

Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten für die Herstellung von Spritzgießformteilen im Reinraum:

  1. die gesamte Spritzgießmaschine wird im Reinraum aufgestellt und betrieben, auch die Verpackung erfolgt direkt neben der Produktion,
  2. es wird die Reinraumbedingung nur im Arbeitsbereich der Maschine hergestellt. Der Aufwand ist in diesem Fall geringer, je-doch sind die Schnittstellen für die Handhabung der gespritzten Formteile sowie für den Werkzugwechsel kritisch.

Spritzgießmaschinen
Die Spritzgießmaschinen müssen so aufgebaut sein, dass Verschmutzung, Abrieb und Leckage minimiert sind. Kann man auch diese Effekte nicht vermeiden, so ist durch eine zweckmäßige Maschinenkonstruktion dennoch eine Minimierung möglich.
Da im Reinraum mit einer Luftzirkulation gearbeitet wird, sollten die Maschinen so aufgebaut sein, dass gerade im Arbeitsbereich, d. h. im Bereich zwischen dem Werkzeug und dem Spritzaggregat eine gute Luftzirkulation möglich ist und möglichst nicht mit Verschmutzung und besonders großem Abrieb gerechnet werden muss.

Spritzgießwerkzeuge
Auch die Spritzgießwerkzeuge müssen so aufgebaut werden, dass sie den besonders hohen Reinheitsanforderungen genüge tragen. Das üblicherweise erforderliche Schmieren von Führungssäulen, der Auswerfmechanik sowie der Kernzüge ist nicht möglich, da die Verschmutzung und der Abrieb die Reinraumbedingungen zunichte machen könnten. Durch besondere Werkstoffe und ein besonderes Know-how kann sichergesellt werden, dass die Werkzeuge trocken, d.h. ohne äußere Schmierung, betrieben werden können.

Roboter
Die Entnahme von Formteilen durch Roboter ist für Formteile, die direkt neben der Maschine mannlos verpackt werden sollen, eine Notwendigkeit. Es werden jedoch besondere Anforderungen an die Ausführung der Roboter gestellt, und zwar in Bezug auf Reinheit, Abriebsminimierung usw., da der Einsatzbereich der Roboter üblicherweise oberhalb der Werkzeuge liegt und somit eventuell auftretender Abrieb unmittelbar in den Entformungsbereich der Formteile eindringen würde und zu Verunreinigung führen würde.

Rohstoffe
Rohstoffe für die Spritzgießverarbeitung unter Reinraumbedingungen müssen besondere Bedingungen erfüllen. Das ebenfalls unter Reinraumbedingungen hergestellte Granulat wird in Europa nur von wenigen Rohstoffherstellern angeboten. Eine besondere Prüfung und eine sorgfältige Verpackung in Vakuumbehältern sind Voraussetzung für die problemlose Verarbeitung unter Reinraumbedingungen.

Peripheriegeräte
Alle Geräte, die für die Herstellung benötigt werden und Einfluss auf die Reinraumbedingungen nehmen, müssen die hohen Anforderungen erfüllen. Dies gilt insbesondere für Kühl- und Temperiergeräte, für Fördergeräte und natürlich auch für alle Verbindungen, wie z.B. für Rohr-, Schlauchverbindungen und sonstige Verbindungen.

Verpackung
Die im Reinraum hergestellten Produkte müssen möglichst unmittelbar nach der Herstellung in Behältnisse verpackt werden, die eine nachträgliche Verunreinigung der Produkte sicher vermeiden.

Diese Übersicht soll genügen, um die Problematik, aber auch die Chancen eines Zulieferers von Kunststoffteilen unter Einsatz von Reinraumfertigung darzustellen.

5 S: Technische Sauberkeit inklusive!
Das sehr bekannte japanische "Mantra" des 5 S hat quasi per Definition die "technische Sauberkeit" m. E. inkludiert. Selbstverständlich sind nach diesem Konzept die Mitarbeiter dafür verantwortlich, ihren Arbeitsplatz penibel sauber zu halten.Alles was nicht benötigt wird, vom Arbeitsplatz zu entfernen und diszipliniert die Qualitätsvorgaben zu beachten. Die Umsetzung muss in Fleisch und Blut übergehen, muss eingeimpft sein wie Mike Rother durch die Offenlegung des japanischen KATA-Konzeptes erläutert hat.

(Bild: Japanische 5-S-Methode zur Etablierung von Standard
bezüglich einer sicheren, ordentlichen und effizienten Arbeitsplatzumgebung)

Überwachung der Bauteilsauberkeit
Eine Herangehensweise zur Überwachung der Technischen Sauberkeit ist die Sauberkeitsprüfung an den Bauteilen. Diese kann zum einen über eine Direktprüfung an der Teileoberfläche erfolgen, zum anderen mit Hilfe geeigneter Extraktions- und Analyseverfahren. Bei der direkten Bauteilinspektion muss zunächst zwischen den Verschmutzungsarten partikulär und nicht partikuläre unterschieden werden.

Direktinspektion partikulärer Verschmutzungen
Partikuläre Verschmutzungen können mit dem Streiflichtmessverfahren direkt auf der Bauteiloberfläche identifiziert werden. Die VDA 19 beschreibt dieses Verfahren als einzige Möglichkeit zur Direktinspektion von Partikeln. Streiflichtmessgeräte dienen lediglich der Lokalisierung von Partikel auf einer Oberfläche. Hinzu kommt, dass komplexe Geometrien die Messbarkeit stark beeinflussen. Die sauberkeitsempfindlichen Teile mit komplexen Geometrien, begrenzen die Anwendung dieses Verfahrens nur an bestimmten Bauteilbereichen. Des Weiteren kann mit diesem Verfahren weder die Partikelgröße gemessen, noch eine Analyse zum Partikelmaterial durchgeführt werden. Eine reine Lokalisierung von Partikeln führt damit nicht zu einer prozesssicheren Kontrolle der Teilesauberkeit.

Direktinspektion nicht partikulärer Verschmutzungen
Betreffend der nicht partikulären bzw. filmischen Verschmutzungen ist festzustellen, dass die heutigen Normen keine standardisierten Vorgaben diesbezüglich stellen. Dennoch hat sich eine Vielzahl verschiedener Prüfverfahren in der Industrie etabliert, z.B. Fluoreszenzmessung und Kontaktwinkelmessung.
Insbesondere die Fluoreszenzspektroskopie bietet eine vielversprechende Möglichkeit filmische Verunreinigungen direkt auf der Bauteiloberfläche zu detektieren. Das Messverfahren ist dabei sehr robust gegenüber Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit.
Filmische Verunreinigungen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Langlebigkeit von Produkten. Rückstände organischer Substanzen können, z.B. während dem Laserbetrieb (bei Laserbearbeitungsgeräten), verdampfen und auf den eingebauten Optiken wieder kondensieren. Der Laserstrahl kann bei betroffenen Optikkomponenten die Beschichtung beschädigen, was im schlimmsten Fall zum Systemausfall führt. Des Weiteren ist die Forderung nach einer prozesssicheren Oberflächensauberkeit aufgrund der eingeführten Klebeverfahren enorm gestiegen. Die Messfläche der handelsüblichen Geräte liegt bei wenigen cm2, sodass z. B. punktuell sauberkeitskritische Klebestellen im Vorfeld geprüft werden können.
Mit den Messwerten können Grenzwerte für eine hinreichend saubere Oberfläche definiert werden. Darüber hinaus können durch Sauberkeitskontrollen ungereinigter Bauteile, Veränderungen im Anlieferzustand, bzgl. des Verschmutzungsgrads, überwacht werden. Die Kosten für die Anschaffung eines Fluoreszenzmessgerätes liegen heutzutage zwischen 7.000 und 9.000 Euro. Die Anschaffung eines Messgerätes kann sich damit schnell rentieren. Vorausgesetzt, dass die fehlerhafte Funktion sich durch eine unzureichende Bauteilsauberkeit begründen lässt.

(Foto: POCKOCMOC
In der Raumfahrtechnik ist technische Sauberkeit zwingend erforderlich.
N. Sokianos)

Fazit:
Die Technische Sauberkeit wird weiter an Bedeutung gewinnen. Zu Recht!

LOGICON®-Consulting
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