Technische Sauberkeit in der Refabrikation

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1 Fortschritte in Konstruktion und Produktion herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg und Prof. Dr.-Ing. Rolf Steinhilper Band 24 Stefan Schweinstig Technische Sauberkeit in der Refabrikation Shaker Verlag Aachen 2012

2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Bayreuth, Univ., Diss., 2012 Copyright Shaker Verlag 2012 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

3 ZUSAMMENFASSUNG Aufgrund strengerer Toleranzen für technische Systeme, verursacht durch steigende Produktkomplexität, nimmt die Wichtigkeit technischer Sauberkeit in Fertigung und Montage stetig zu. Insbesondere seitens Neuteilherstellern und herstellergebundenen Refabrikationsunternehmen werden auf Komponentenebene zulässige Grade an technischer Sauberkeit hinsichtlich Partikelkontaminationen definiert, welche im Rahmen der Fertigung prozesssicher erreicht werden müssen. Auf Seiten herstellerungebundener Refabrikationsunternehmen werden vergleichbare Anforderungen bezüglich einer zu erreichenden technischen Sauberkeit mit hoher Wahrscheinlichkeit in naher Zukunft aus Gründen eines vergleichbaren Qualitätsniveaus ebenfalls erforderlich sein. Refabrikationsunternehmen sind somit aufgrund vielschichtiger und komplexer Anforderungen im Themenbereich der technischen Sauberkeit mit großen Herausforderungen konfrontiert. Insbesondere durch individuell durchlaufene und somit nicht reproduzierbare Lebenszyklen der einzelnen Altprodukte zur Refabrikation, stellt sich der Grad an technischer Sauberkeit für Altprodukte als zunächst nicht quantifizierbar dar. Dieses Potential wurde im Rahmen der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit in Kapitel 3 im Zuge der Analysen technischer Sauberkeit in der Refabrikation unter Eingrenzung auf zwei Repräsentanten (elektrohydraulische Steuereinheit eines Automatikgetriebes sowie Zylinderkopf eines Dieselverbrennungsmotors) aufgegriffen. Hierzu wurde der aktuelle Stand zweier Refabrikationsunternehmen der Automobilbranche hinsichtlich folgender Kriterien untersucht und bewertet: Technische Sauberkeit auf Komponentenebene vor Erzeugung der Sauberkeit (Altprodukte) Technische Sauberkeit auf Komponentenebene nach Erzeugung der Sauberkeit im Rahmen bestehender Refabrikationsprozesse Technische Sauberkeit auf Komponentenebene von Neuteilen Technische Sauberkeit der Refabrikationsumgebung (Fertigungsumgebung). Basierend auf den durch diese Untersuchungen ermittelten Daten zur technischen Sauberkeit, ließ sich ein quantifizierbarer Grad an technischer Sauberkeit als Ausgangsbasis ermitteln. Diese Erfassung der IST-Situation war notwendig für anschließende, im Zuge dieser wissenschaftlichen Arbeit durchgeführte, Optimierungen.

4 Eine zeitwertgerechte Refabrikation erfordert neben kosteneffizienten Prozessen und Verfahren zur Wertschöpfung an sich ebenso kosteneffiziente Analyseverfahren zur Messung des vorliegenden Grades an technischer Sauberkeit. Im Verlauf dieser wissenschaftlichen Arbeit wurden Lösungen, einerseits für eine vor Erzeugung der technischen Sauberkeit durchzuführende Grobanalytik, sowie andererseits für eine Feinanalytik nach Erzeugung der technischen Sauberkeit (im Rahmen der Refabrikationsprozesse) entwickelt. Die im Kontext der Neuteilproduktion überwiegend angewandten lichtmikroskopischen Verfahren zur Feinanalytik ergeben für eine zeitwertgerechte Refabrikation hohe Kosten, welche die Einsatzmöglichkeiten eines solchen Analyseverfahrens deutlich einschränken bzw. gar ausschließen. Zur Hebung dieses Potentials wurde eine scannerbasierte Lösung zur Analyse technischer Sauberkeit auf Komponentenebene entwickelt. Im Zuge einer Evaluation konnte im direkten Vergleich mit einem lichtmikroskopischen Analysesystem eines führenden Herstellers die Leistungsfähigkeit der entwickelten scannerbasierten Lösung gezeigt werden. Eine Abrundung der Entwicklungen einer Analytik zur Messung technischer Sauberkeit in der Refabrikation stellt die in Abschnitt 4.3 erläuterte allgemein gültige Methodik zur Analyse technischer Sauberkeit dar, welche für Refabrikationsunternehmen erstmalig Lösungen zu diesem Themenkomplex bereitstellt. Herstellerungebundene Refabrikationsunternehmen weisen zudem festgestellt durch Analysen dieser wissenschaftlichen Arbeit ein sehr hohes Potential im Bezug auf technische Sauberkeitsanforderungen/ -spezifikationen auf. Diese sind fast ausschließlich den herstellergebundenen Refabrikationsunternehmen seitens der entsprechenden Neuteilhersteller vorbehalten. Kapitel 5 griff diese Definition technischer Sauberkeitsanforderungen in der Refabrikation auf und entwickelte Lösungen hierzu. Zunächst wurde dazu eine Definition technischer und optischer Funktionalitäten vorgenommen sowie am Beispiel zweier Repräsentanten nachfolgend angewandt. Nach Durchlaufen weiterer Prozessschritte, wie beispielsweise einer Ableitung technischer Sauberkeitsanforderungen, erfolgte erstmalig final die Entwicklung einer allgemein gültigen Methodik zur Definition technischer Sauberkeitsanforderungen für Komponenten in der Refabrikation. Als neuentwickelte Kennzahlen gingen hierbei Sauberkeitsfaktoren, die Remanufacturing Component Cleanliness (RCC), die Original Equipment Component Cleanliness (OECC) sowie ein sich daraus ableitender Degree of Overlapping (DOO) hervor. Weiterentwickelt wurden diese Kennzahlen zu den sog. Remanufacturing Component Cleanliness Classes (RCCC). Eine Optimierung von Reinigungsprozessen zur Erzeugung technischer Sauberkeit in der Refabrikation erfolgte in Kapitel 6. Es wurden hierbei praktische Optimierungen zur Erzeugung der technischen Sauberkeit für die zwei eingangs gewählten Repräsentanten durchgeführt. Für diese wurden signifikante Verbesserungen

5 hinsichtlich des Grades an technischer Sauberkeit erzielt. So wurde für einen der beiden Repräsentanten ein höherer Grad an technischer Sauberkeit erzeugt als dieser in Vergleichsanalysen an Komponenten der Neuteilproduktion festgestellt wurde. Daraus gewonnene Ergebnisse flossen im weiteren Verlauf in die Entwicklung einer allgemein gültigen Methodik zur Optimierung von Reinigungsprozessen in der Refabrikation ein. Diese Optimierung mittels neuentwickelter Methodik umfasst die Entwicklung und Herstellung von Testkörpern sowie deren gezielte und reproduzierbare Kontaminierung. Somit ist eine quantifizierbare Bewertung ausgewählter Reinigungsverfahren und -prozesse ohne bis dorthin vorhandene Störeinflüsse möglich, wie sie durch unterschiedliche technische Sauberkeitsgrade vor einer Versuchsdurchführung vorgelegen haben. In Kapitel 7 wurden die Bestandteile eines Gesamtkonzepts zur Optimierung der technischen Sauberkeit in der Refabrikation gezeigt. Hierbei wurde das Zusammenwirken der in den vorangegangenen Kapiteln entwickelten Lösungen zu einem gesamtoptimalen Konzept im Sinne eines umfassenden Handlungsvorschlages zur technischen Sauberkeit in der Refabrikation vorgestellt.