Reinigungsstrahlen an Steckverbindern mit Trockeneis

Die Kraft des Eises

Ein wenig Schmutz ist immer. Aber der muss auch bei Elektronikbauteilen wie Steckverbindern im Automotive-Bereich abtransportiert werden. Eberhard erprobt dazu ein Trockeneisverfahren.

Robotergestütztes Modul: Kleinste Schneepartikel auf Kohlendioxidbasis will Eberhard für das Reinigen von Automotive-Steckverbindern einsetzen. (Foto: Eberhard)

Es gibt verschiedene Gründe für die Entstehung von Verunreinigungen an Steckverbindern. Die galvanisch verzinnten oder vergoldeten Metallkontakte neigen beim Stanzen oder Biegen zum Abschaben feinster Metallspäne oder Flitter, welche zu Kurzschlüssen führen können. Auch beim Spritzen der Kunststoffgehäuse entstehen Grate. Staub und Pollen aus der Luft oder Abrieb bei Sortier- und Zuführaufgaben kommen hinzu. Steckverbinder für die Automobilindustrie weisen zudem eine komplexe Geometrie mit gewinkelten Kontakten und hinterschnittenen Konturen auf. Sie haben über 300 Kontakte in bis zu acht Reihen. Durch die gestiegenen Sauberkeitsstandards für Steckverbinder wird zusätzlich zu anderen Verfahren das bisher in der Lackierindustrie verwendete CO2-Schneestrahlen von Eberhard erprobt.

Eberhard sieht sich als Technologieführer bei Maschinen für die vollautomatische Herstellung von Steckverbindern. Das Projekt soll zeigen, dass diese Elemente gemäß der neuen kundenseitigen Anforderungen an Produkte gereinigt werden können. Nur noch kleine Partikel mit einer Größe von weniger 200 Mikrometer und elektrisch leitende Partikel weniger 100 Mikrometer dürfen auf den Steckern vorhanden sein. Die Verfahren Druckluft- und atmosphärisches Plasma-Reinigen sowie große CO2-Pellets sind für die Reinigung gemäß der neuen Standards ungeeignet. Bei der Druckluftreinigung bleiben zu viele Partikel der unterschiedlichsten Größenklassen auf den Steckern haften, und die Taktzeit ist zu lang. Beim Plasma-Reinigen kommt man nicht dicht genug an die zu reinigenden Oberflächen heran. CO2-Pellets größer als ein Millimeter sind zum Beschuss der zum Teil 0,4 mal 0,5 Millimeter kleinen, empfindlichen Kontakte mit Abständen unter einem Millimeter nicht geeignet.

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Trockeneis ist Kohlendioxid (CO2) in fester Form. Mit Hilfe von Druckluft werden zirka minus 78 Grad Celsius kalte Trockeneispartikel auf die zu reinigenden Flächen gestrahlt. Dadurch entstehen in den Anhaftungen Thermospannungen, die eine Rissbildung und Versprödung hervorrufen und zur Ablösung führen. Eine "mechanische" Reinigung erfolgt beim Auftreffen der durch Druckluft beschleunigten CO2-Schneepartikel auf die Oberfläche. Beim Aufprall der Schneepartikel kommt es zum sofortigen Übergang der Eiskristalle vom festen in den gasförmigen Zustand ohne vorherige Verflüssigung (Sublimation). Dies führt zu einer rund 600-fachen Volumenvergrößerung und einem Abtransport abgelöster Verschmutzungen.

Das Verfahren ist schonend und umweltfreundlich. Es bleiben keine umweltschädigenden Strahlmittelreste wie Abwasser oder Strahlgranulate zurück. CO2stammt aus natürlichen Quellen, oder fällt als Nebenprodukt in chemischen Prozessen an. Das Trockeneisstrahlen ist nicht abrasiv und zeigt daher hervorragende Eigenschaften auch bei der Reinigung sensibler Oberflächen. Das Verfahren kann für die jeweilige Aufgabe exakt reguliert werden.

Im Unterschied zum CO2-Strahlen mit vorgefertigten Pellets sind die Partikel beim Schneestrahlen kleiner, ermöglichen inline eine Taktzeit von weniger als fünf Sekunden und einen geringeren Ressourcenverbrauch. Die Reinigungsleistung des von Eberhard gestarteten Projekts wird im Wesentlichen von den Betriebsparametern des Strahlgeräts und des zu entwickelnden Bewegungsprofils der Strahlpistole abhängen. Alle zu reinigenden Oberflächen der verschiedenen Steckverbinderfamilien sollen abgedeckt werden.

Die Steckverbinderfamilien unterscheiden sich in Ihrer Geometrie hinsichtlich Größe, Öffnungen, Hinterschneidungen und Anordnung der Kontakte. Die dadurch notwendige Variation der Parameter wie Strahlabstand, Fahrweg und -geschwindigkeit, Strahlwinkel, Druck der Blasluft, die Wahl der Düsenanzahl und -form wird für die entsprechende Steckergeometrie ermittelt und dokumentiert. Durch die Bestimmung eines optimalen Betriebsparametersatzes wird die maximale Reinigungswirkung bei gleichzeitig geringem Ressourcenverbrauch angestrebt. Eberhard wird, nach marktreifer Entwicklung, das Reinigungsmodul auf Kundenwunsch in neue Komplettanlagen einbauen und auch als Nachrüstlösung anbieten.  bw

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