Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen & identifizieren deren Ursache elmug4future Marcel Kleßen

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1 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen & identifizieren deren Ursache elmug4future Marcel Kleßen

2 Inhalt VACOM Verunreinigungen: Stand der Dinge VIDAM - Sauberkeitsmessgerät Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. III. IV. Bauteilsauberkeit von Kanülen Schweißbarkeit von Bauteilen Zusammenfassung Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 2

3 Inhalt VACOM Verunreinigungen: Stand der Dinge VIDAM - Sauberkeitsmessgerät Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. III. IV. Bauteilsauberkeit von Kanülen Schweißbarkeit von Bauteilen Zusammenfassung Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 3

4 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 4

5 VACOM: Spezialist für Vakuumtechnik Precision & Purity UHV XHV UCV Vakuum Mechanik Elektrische Durchführungen Vakuum Messtechnik Vakuum Optik Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 5

6 Inhalt VACOM Verunreinigungen: Stand der Dinge VIDAM - Sauberkeitsmessgerät Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. III. IV. Bauteilsauberkeit von Kanülen Schweißbarkeit von Bauteilen Zusammenfassung Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 6

7 Verunreinigungen Stand der Dinge Partikuläre Verunreinigungen Nachweismethoden qualitativ, quantitativ, etabliert Filmische Verunreinigungen 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

8 Inhalt VACOM Verunreinigungen: Stand der Dinge VIDAM - Sauberkeitsmessgerät Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. III. IV. Bauteilsauberkeit von Kanülen Schweißbarkeit von Bauteilen Zusammenfassung Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 8

9 VIDAM VIDAM = Vakuum-induzierte Desorptions-Analyse Messgerät Restschmutz Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 9 9

10 Ausgasrate [mbar*l/(s*cm 2 )] VIDAM VIDAM = Vakuum-induzierte Desorptions-Analyse Messgerät = Vakuum-induzierte Gaschromatographie Messgrößen: Filmische Verunreinigungen auf Bauteilen H 2 0, C x H y, C x H y O z, Organik, (mit entsprechendem Dampfdruck) Desorptionsrate Q(t) Restschmutz auf Bauteil = Q t dt QMS Ion gauge 1E-07 Desorptionsrate vs. Zeit 1E-08 Q(t) 1E-09 Test chamber Pump system 1E-10 Restschmutz Zeit Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen

11 VIDAM - Messergebnisse Quantitatives Ergebnis: Restschmutz [g/cm²] bzw. [g] Festlegung von Grenzwerten 12 µg/ cm² Spektrale bzw. massezahlspezifische Aussage über Restschmutz Identifikation von Verunreinigungen Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 11

12 VIDAM - Messergebnisse Massezahl 18 Wasser (H 2 O) S µg/ cm² Massezahl 1 44 Atmosphärenbestandteile (N 2, O 2, CO 2, CO, ) Massezahl Fertigungshilfsmittel (FHM) wie z.b.: - Kühlschmiermittel - Schneid- & Konservierungsöle - Läpp- & Polierpaste - Reinigungsmittel und Kontaminationen wie z.b.: - Fingerabdrücke - Hautcreme Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 12

13 VIDAM - Messergebnisse Analytik: logarithmische Skalierung Features leichter zu erkennen S µg/ cm² Massezahl Fertigungshilfsmittel (FHM) wie z.b.: - Kühlschmiermittel - Schneid- & Konservierungsöle - Läpp- & Polierpaste - Reinigungsmittel und Kontaminationen wie z.b.: - Fingerabdrücke - Hautcreme Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 13

14 VIDAM - Bauteilspektrum Schüttgut Werkstoffe: Einzelteile Stahl, Edelstahl, Große Bauteile Gesamte Baugruppen Einfache Geometrien Aluminium, Kupfer, Gold, Titan, Keramik, Glas Komplexe Geometrien Rohre Kapillaren / Kanülen Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 14

15 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 15

16 Inhalt VACOM Verunreinigungen: Stand der Dinge VIDAM - Sauberkeitsmessgerät Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. III. IV. Bauteilsauberkeit von Kanülen Schweißbarkeit von Bauteilen Zusammenfassung Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 16

17 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 17

18 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) Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 18

19 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien Kontaminierte Prüflinge US-Nassreinigung (*) 1,7 µg/ cm² 0,2 µg/ cm² CO2-Reinigung (*) konventioneller Reinigungsprozess Niederdruckreinigung 1,0 µg/ cm² 1,3 ng/ cm² Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 19

20 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien Kontaminierte Prüflinge US-Nassreinigung (**) 1,7 µg/ cm² 1,4 ng/ cm² CO2-Reinigung (**) mit angepasstem Reinigungsmittel Niederdruckreinigung 1,0 µg/ cm² 1,3 ng/ cm² Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 20

21 I - Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien Ergebnis: Bauteilsauberkeit zerstörungsfrei & integral geprüft 2 Reinigungsverfahren liefern Bauteile mit Restschmutz << 10ng/cm² (Organik) Hausinterne US-Nassreinigung angepasst erfüllt Anforderungen Ziel erfüllt US-Nassreinigung (**) 1,4 ng/ cm² (**) mit angepasstem Reinigungsmittel Weiteres Vorgehen : Ergebnisse sind für Hersteller CO2-Reinigungsgerät und Hersteller Niederdruckreinigungsanlage sehr wertvoll Folgeprojekte sind im Gespräch Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 21

22 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 22

23 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 23

24 II - Bauteilsauberkeit von Kanülen Kanülen Reiniger 20,5 µg 0,2 µg/ cm² Vergleich Kanüle & Reiniger Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 24

25 II - Bauteilsauberkeit von Kanülen Ergebnis: Nach der Reinigung noch deutliche organische Verunreinigungen nachweisbar Restschmutz (organisch) 20,5 µg/bauteil Kanülen 20,5 µg 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 25

26 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 26

27 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 27

28 III - Schweißbarkeit von Bauteilen Charge 1 Charge 2 26 mg 4,0 mg FHM 1 FHM Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 28

29 III - Schweißbarkeit von Bauteilen Charge 1 Charge 2 26 mg 4,0 mg FHM 1 FHM Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 29

30 III - Bauteilsauberkeit von Kanülen Ergebnis: Keine anderen FHM nachweisbar Unterschiedliche Mengen Korrosionsschutzmittel festgestellt Restschmutz (organisch) 4,0 26,0 mg/bauteil Charge 1 26 mg Weiteres Vorgehen : Weitere Untersuchungen zur Festlegung eines zweckmäßigen Grenzwertes laufen Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 30

31 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 31

32 IV - Weitere Anwendungsfälle VIDAM Routinemäßige Wareneingangs- und Warenausgangskontrolle: VACOM Reinheitsstandards (= verbindliches Lastenheft ggü. unseren Kunden) Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 32

33 Inhalt VACOM Verunreinigungen: Stand der Dinge VIDAM - Sauberkeitsmessgerät Anwendungsfälle I. Reinigungsverfahren für komplexe Geometrien II. III. IV. Bauteilsauberkeit von Kanülen Schweißbarkeit von Bauteilen Zusammenfassung Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 33

34 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 Integraler Nachweis von filmischen Verunreinigungen Marcel Kleßen 34

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Marcel Kleßen VACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH Gabelsbergerstraße Jena/Germany