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Ob groß, ob klein – Ziel ist: Elektrisch rein

Hohe Anforderungen an die Reinigung hochsensibler Baugruppen
Ob groß, ob klein – Ziel ist: Elektrisch rein

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GE Inspection Technologies ist eines der weltweit führenden Unternehmen auf dem Markt der technologiebasierten zerstörungsfreien Material-Prüflösungen (NDT = Non- Destructive Testing) und entwirft, produziert und betreut Radiographie-, Ultraschall-, Endoskopie- und Wirbelstromprüfgeräte. Produkte des Unternehmens werden in den verschiedensten Industrien eingesetzt, zum Beispiel in der Luftfahrt, der Energieerzeugungsindustrie, der Öl- & Gas- sowie der Automobilindustrie. Das Unternehmen ist Teil von General Electric, USA, einem der weltweit größten Unternehmen mit einem Jahresumsatz von annähernd 150 Milliarden Dollar, dessen Gründung auf den Erfinder Thomas Alva Edison zurückgeht.

Kolb Cleaning Technology, Willich & GE Inspection Technologies, Köln

Der Hauptsitz von GE Inspection Technologies mit weit über 1000 Mitarbeitern in 25 Ländern befindet sich in Hürth bei Köln und ist ein Teilbereich von GE Measurement & Control, einer GE Business Unit von GE Oil & Gas mit circa 4,6 Milliarden Umsatz und 12.000 Mitarbeitern weltweit
Der Anwendungsbereich der zerstörungsfreien Prüfung ist vielfältig und reicht von der Inspektion neu hergestellter Bauteile z.B. in der Automobil- oder Luftfahrtindustrie bis hin zu Prüfungen im Rahmen der Wartung von Pipelines, Flugzeugen, Energieerzeugungsanlagen oder ganzen Fabrikanlagen als Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung. Geprüft wird unter anderem mittels Ultraschall-, Röntgen- und Wirbelstromverfahren, wobei in bestimmten Prüfprozessen auch verschiedene Verfahren miteinander kombiniert werden.
Die dafür notwendigen Geräte werden u.a. in Köln-Hürth produziert. Das Produktportfolio ist beeindruckend und reicht vom Endoskop über Röntgenapparate und -einrichtungen für die Materialprüfung, Ultraschallprüfgeräte und Dickenmessgeräte bis zu Wirbelstromprüfgeräten und Blattmesssystemen mit den jeweils dazugehörigen Softwarelösungen. Eines ist allen Produkten gemeinsam: Ihr elektronisches „Gehirn“ ist komplex und muss möglichst nachhaltig nahezu toleranzfrei funktionieren. Die Baugruppen für die unterschiedlichsten Geräte von Handheld bis Vollkörperprüfanlage werden in der Elektronikfertigung in Köln bestückt und müssen vor dem Einbau in das jeweilige Produkt von allen Rückständen, die ihre Funktion einschränken könnten, gründlich gereinigt sein – und dies auch noch möglichst effizient und kostengünstig.
Nicht nur sauber sondern rein
Für GE Fertigungsingenieur Volker Vitzthum keine ganz leichte Herausforderung. Denn die frisch produzierten Boards, die zur Reinigung angeliefert werden, unterscheiden sich signifikant in Größe, Bestückungsdichte, Wertigkeit und Menge. Dazu kommt noch eine ständig wechselnde Zahl von reparierten PCBs, denn auch die Produktwartung und -reparatur ist Aufgabe des Kölner Unternehmens. Unterschiedliche Verunreinigungen wie gelötetes NoClean Flussmittel, Wärmeleitpasten oder Industriestäube und Fette müssen rückstandsfrei abgereinigt werden. Einzelne DIN A4 große Module, deren Wert schon einmal bei 10.000 Euro liegen kann, oder Mengen lediglich ein paar Quadratzentimeter kleiner Platinen mit minimaler Bestückung – maschinell bestückte Leiterplatten oder manuell gelötete Reparaturstellen: Die Anforderung war, alle Teile in einem reproduzierbaren Prozess in einer Anlage zu reinigen.
Reinigen bedeutet in diesem Fall nicht nur optisch sauber, sondern die Herstellung elektrischer Reinheit, also die Entfernung aller Rückstände die im schlimmsten Fall zur Elektromigration und damit zu massiven Fehlfunktionen oder sogar Ausfällen der sensiblen Messgeräte führen können.
Es bedurfte umfangreicher Versuche mit Reinigern und Maschinen bis man die richtige Konfiguration gefunden hatte. Schleimbildung des Reinigers, die zu Ablagerungen in der Prozesskammer des Reinigungssystems führte, unzureichende Spülung, die Rückstände hinterließ und damit Elektromigration möglich machte oder zu lange Trocknungszeiten waren nur einige Probleme, mit denen das Team um Volker Vitzthum zu kämpfen hatte.
Das Rennen machte schließlich eine Maschinen-/ Reiniger-Kombination des deutschen Herstellers Kolb Cleaning Technology, die in der Lage war, all die hohen Anforderungen zu erfüllen. Als Reinigungssystem wurde das Modell PSB 600 H50 gewählt, ein vollautomatisches System speziell für die Reinigung von Baugruppen, Hybriden und Misprints.
Vollautomatisch die Anforderungen erfüllt
Das Kolb PSB 600 H50 ist ein parallel arbeitendes Dreitank Batch System mit drei separaten Kreisläufen, einem horizontalen Sprühdruck-Rotorsystem mit Asynchron-Rotoren und einem vollautomatischen fünf Stufen Prozess (Reinigen, MediumWipe, Spülen mit Trinkwasser, DI-Klarspülen und Trocknen). Als Reiniger wurde das Produkt MultiEx VR qualifiziert, ein wasserbasierender alkalischer, salzfreier Breitbandreiniger ebenfalls vom selben Hersteller. In umfangreichen Reinigungsversuchen mit dem Hersteller entwickelte das Kölner Unternehmen nun die detaillierten Prozessparameter, die es erlauben, alle anfallenden Reinigungsaufgaben in einem Prozess abzubilden. Die in der SPS hinterlegten, vollautomatisch abrufbaren Programme spezifizieren, regeln und überwachen diesen Prozess jeweils für die unterschiedlichen Aufgaben; vom 30 Minuten Kurzprogramm für kleine Boards oder Reparaturen bis zu 90 Minuten Programmen für große und sehr komplexe Baugruppen. Für die unterschiedlichen Boardgrößen fertigte der Hersteller spezielle Aufnahmen und Körbe für die Prozesskammer, sodass das System immer optimal beladen werden kann.Die Kombination aus hohem Volumen-Sprühdruck mit dem entsprechenden Reiniger löst in diesem Prozess sämtliche Verschmutzungen von den Baugruppen vollständig ab. Die asynchrone Anordnung der Rotoren verhindert dabei Sprühschatten oder sogenannte tote Winkel.
Für jeden Zyklus liefert die Maschine das dokumentierte Ergebnis elektrischer Reinheit, ermittelt durch die automatische Restionenkontamination-Messung des DI-Wassers der zweiten Spülstufe. Das System geht erst dann in den Trocknungsmodus, wenn die Belastung des Spülwassers unter den definierten Leitwert sinkt und somit sichergestellt ist, dass alle Boards rückstandsfrei gereinigt sind.
Eine Aufbereitung des Spülwassers ist nicht notwendig, da es durch die technische Konfiguration des Systems so unschädlich ist, dass GE Inspection Technologies dafür eine Einleitgenehmigung in das Abwassernetz der Stadt Hürth erhalten wird. Damit entfallen auch zusätzliche Kosten für entsprechende Wasseraufbereitungspatronen. Die Trocknung erfolgt schließlich mit einem patentierten Heißluftverfahren bei 95 Grad, gemessen durch eine Messsonde direkt in der Prozessammer, mit der auch kleinste Nischen sicher abtrocknen. Notwendige Wartungsarbeiten werden durch die SPS Steuerung gemeldet und lassen sich durch große Wartungszugänge leicht und schnell erledigen, sodass das Handling des gesamten Reinigungverfahrens mit geringem Personalaufwand und geringen Betriebskosten bewerkstelligt wird.
Am Ende steht nach gründlicher Vorarbeit und qualifizierten Tests ein stabiler, effizienter Reinigungsprozess mit dokumentierter elektrischer Reinheit für alle neu produzierten oder wieder instandgesetzte Baugruppen – ob Einzelstücke oder Mengen, ob groß oder klein.
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