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Oberflächenbehandlung Mit Kaizen und Plasma in die Zukunft

| Autor / Redakteur: Inès A. Melamies * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Radikaler Wandel: Statt mit Lösemittel und Primer werden die LED-Maschinenaufbauleuchten vor ihrem Verkleben umweltfreundlich mit Atmosphärendruckplasma vorbehandelt.

Bild 1: Ungefährlich für die Elektronik: Spezielle Openair-Plasma Rotationsdüsen arbeiten bei der Vorbehandlung des Leuchten-Aluminumgehäuses praktisch potentialfrei.
Bild 1: Ungefährlich für die Elektronik: Spezielle Openair-Plasma Rotationsdüsen arbeiten bei der Vorbehandlung des Leuchten-Aluminumgehäuses praktisch potentialfrei.
(Bild: Plasmatreat)

Mit Kaizen, übersetzt "Wandel zum Besseren", brach im Jahre 2001 für die Mitarbeiter der Herbert Waldmann GmbH & Co. KG im schwäbischen Villingen-Schwenningen ein neues Produktionszeitalter an. Das Familienunternehmen zählt zu den führenden Entwicklern und Produzenten von Licht-, Elektro- und Medizintechnik.

Begeistert von der japanischen Philosophie stellte Firmenchef Gerhard Waldmann damals den gesamten Betrieb auf das "Just-in-Time"-Produktionssystem um. Der kontinuierliche Verbesserungsprozess zieht sich durch alle Ebenen des Unternehmens und betrifft in der Produktion sämtliche Arbeitsschritte, von der Entwicklung über die Teilefertigung bis hin zum Endprodukt.

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Hohe Anforderungen an die Beständigkeit

Ein wichtiger Produktbereich des Herstellers ist die Fertigung von Industrieleuchten, insbesondere von Maschinenaufbauleuchten (Bild 1). Sie dienen z.B. zur Innenbeleuchtung von zerspannenden Werkzeugmaschinen, bei denen die Leuchtengehäuse und Blenden umherfliegenden Metallspänen Widerstand leisten müssen (Bild 2).

Die Leuchten sind aber vor allem auch chemischen Substanzen wie Kühlschmiermitteln und Ölen ausgesetzt. Nichts davon darf die Klebverbindung beeinträchtigen, weshalb die Anforderungen an deren Dichtigkeit extrem hoch sind. Eine feste und langzeitstabile Verklebung verlangt jedoch eine gute Vorbehandlung der Materialoberfläche. Der Einsatz nass-chemischer, umweltschädigender Substanzen zur Vorbehandlung von Materialoberflächen zählt in der Industrie noch immer zu den häufigsten Anwendungs­methoden.

Bei Waldmann war es nicht anders: Jahrelang reinigte ein Mitarbeiter die Klebeflächen mit Hilfe eines Baumwolltuches manuell mit lösemittelhaltigem Isopropanol bzw. einem Kunststoffreiniger. Als Nächstes legte er die Teile in eine automatische Primeranlage, wo sie zunächst mit einem Aktivator und anschließend mit einem chemischen Haftvermittler per Filzkopfauftrag behandelt wurden. Ein vierter Arbeitsschritt sah die Entnahme und Ablage zum Ablüften der Teile vor, wonach sie schließlich per Wagen zu einer zehn Meter entfernten Klebeanlage gebracht wurden.

Dieser Prozess ist nicht umweltfreundlich und die Verarbeitung der chemisch reaktiven Substanzen verlangt einen hohen zusätzlichen Reinigungs-, Material- und Entsorgungsaufwand. Auch müssen Faktoren wie Offenzeiten, Haltbarkeitsdaten oder die Lagerstabilität des Primers sowie der Sauberkeitszustand der Steigleitungen innerhalb der Anlage ständig im Auge behalten werden.

Allein für Aktivator und Haftvermittler, Ersatzteile, Service und Wartung der Primeranlage fielen jährlich Kosten im fünfstelligen Bereich an. Es stand fest, dass der gesamte nasschemische Prozess einem umweltfreundlichen und wirtschaftlich effizienteren weichen sollte. Die Frage war nur – welches Verfahren konnte ihn bei gleichzeitiger Sicherung der hohen Ansprüche an die Verklebung ersetzen?

Die Wende begann damit, dass der Technologie-Ingenieur Denis Stehle ein Seminar des Klebstoffherstellers Rampf besuchte. Hier lernte er erstmals eine Methode zur Haftungsoptimierung kennen, über die er zuvor nur gelesen hatte: die Vorbehandlung von Materialoberflächen mit Atmosphärendruckplasma (AD-Plasma), genauer, die Openair-Plasmatechnologie von Plasmatreat.

Mit seiner vor 20 Jahren entwickelten Plasmadüsentechnik hatte der Plasmaanlagenbauer ein Vorbehandlungsverfahren geschaffen, bei dessen Anwendung allein Druckluft als Prozessgas und elektrische Energie benötigt werden. Dadurch werden in der Produktion Emissionen von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen (volatile organic compounds, VOC) von vorneherein vermieden. Das Verfahren kommt vor allem bei Materialien wie Kunststoffen, Metallen, Glas und Keramik zum Einsatz.

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