Ultraschallreinigung von Injektoren im Serienbetrieb: Was Wiederaufbereiter brauchen und ein Tischgerät nicht leisten kann

Die Injektoren verlassen die Ultraschallreinigungsanlage optisch sauber. Auf dem Spritzbildprüfstand fallen sie trotzdem durch, während die nächste Charge bereits wartet. Bei der Ultraschallreinigung von Injektoren im Serienbetrieb zählt die Zahl der freigegebenen Teile pro Schicht. Der saubere Eindruck allein reicht nicht aus. Was hat der Reinigungszyklus tatsächlich erreicht, wenn in einer Querbohrung mit 0.3 mm Durchmesser noch Verkokungen sitzen?

Ein Ultraschallreinigungsgerät für Injektoren ist ein Werkzeug innerhalb des Prozesses. Definieren Sie deshalb zuerst die geforderte Sauberkeit im Inneren, das Prüfverfahren und den Produktionsplan, bevor Sie Tankvolumen in Litern oder Generatorleistung in Watt festlegen.

600 Teile pro Tag: Den gesamten Prozesszyklus auslegen

Bei 600 Dieselinjektorgehäusen pro Tag beginnt die Auslegung mit der verfügbaren Produktionszeit. Eine Beispielrechnung: Von einer Schicht mit acht Stunden bleiben nach Abzug von 60 Minuten für geplante Unterbrechungen noch 420 Minuten. Bei 20 Teilen pro Charge ergeben sich 30 Chargen und damit 14 Minuten pro Charge. Der Abzug von 60 Minuten ist dabei eine beispielhafte Annahme.

Bei einem rein sequenziellen Ablauf müssen diese 14 Minuten das Beladen, Reinigen, Spülen, Trocknen und Entladen abdecken. Sie entsprechen also nicht 14 Minuten Beschallungszeit. Laufen einzelne Prozessschritte parallel, bestimmen die Engpassstation und die Abfolge der Transfers den Chargentakt.

Erfassen Sie bearbeitete und freigegebene Teile getrennt. Denn auch Badvorbereitung, Filterwartung und Umrüstungen beanspruchen die verfügbare Produktionszeit. Weitere Hinweise finden Sie in unserem Beitrag zur automatisierten Reinigung und Produktionseffizienz.

Bei 0.3 mm-Bohrungen müssen Frequenz und Leistungsdichte im Versuch ermittelt werden

Festgebrannte Verkokungen, Bohrungen mit 0.3 mm Durchmesser und 600 Teile pro Tag reichen nicht aus, um Frequenz oder Leistungsdichte festzulegen. Dazu fehlen unter anderem Bohrungslänge, Angaben zu Sacklochbohrungen, Ablagerungsdicke, Grundwerkstoff, Beschichtungen und der Demontagezustand des Injektors. Die Flüssigkeit muss die verschmutzte Oberfläche erreichen. Eine höhere Leistung reinigt keine Bohrung, die durch eingeschlossene Luft unbenetzt bleibt.

Niedrigere Frequenzen erzeugen im Allgemeinen kräftigere Kavitationsereignisse. Höhere Frequenzen verändern das Blasenverhalten und die räumliche Verteilung der Reinigungswirkung. Der Bohrungsdurchmesser allein bestimmt deshalb noch keine geeignete Frequenz. Betrachten Sie 28 kHz und eine höhere Frequenz wie 53 kHz oder 80 kHz als mögliche Einstellungen, die an Ihren Teilen zu verifizieren sind. Darauf geht auch unser Beitrag zur wachsenden Bedeutung der Ultraschallreinigung in der Fertigung ein.

Legen Sie den Versuch fest, bevor Sie die Anlagentechnik kaufen. Verändern Sie jeweils nur eine Größe: zuerst die Frequenz, dann stufenweise die Leistungsdichte und anschließend die Beschallungszeit. Reinigungschemie, Temperatur und Beladung bleiben dabei konstant. Trennen Sie bei jeder Versuchsstufe ein Probeteil auf oder verwenden Sie das vom Wiederaufbereiter freigegebene Prüfverfahren. Dokumentieren Sie sowohl die Rückstände in den Bohrungen als auch mögliche Schäden an Dichtsitzen, Beschichtungen und bearbeiteten Flächen. Die Abbruchregel muss vor dem ersten Durchlauf feststehen: Überschreitet ein Schaden in einer Stufe den vereinbarten Grenzwert, endet die Versuchsreihe dieser Gruppe sofort. An dieser Gruppe dürfen anschließend weder höhere Frequenzen oder Leistungen noch längere Beschallungszeiten erprobt werden. Eine Stufe gilt nur dann als geeignet, wenn Rückstände und Schäden innerhalb der vereinbarten Grenzen liegen. Bevor eine solche Einstellung in die Spezifikation eingeht, muss sie mit neuen Prüfteilen im vollständig beladenen Korb unter ungünstigsten Bedingungen und beim angestrebten Chargentakt erneut bestätigt werden.

Geben Sie die Leistungsdichte als Generatorausgangsleistung geteilt durch das Flüssigkeitsvolumen im Betrieb an. Bei beispielhaften 1,200 W und 200 L ergibt das 6 W/L. Fordern Sie Angaben zu Spitzenleistung, Dauerleistung und Einschaltdauer an. Heizungen und Pumpen sind getrennt auszuweisen.

Warum nach zehn Minuten bei 53 kHz noch Verkokungsspuren bleiben

Bleiben nach zehn Minuten bei 53 kHz Verkokungsspuren in Querbohrungen zurück, kommen mehrere Ursachen infrage. Jede verlangt eine eigene Prüfung: eingeschlossene Luft in einer Sacklochbohrung, die deshalb nicht benetzt wird; eine Teileausrichtung im Korb, die keinen Flüssigkeitsaustausch zulässt; unzureichende Reinigung an einer bestimmten Korbposition unter Vollbeladung; oder Kohlenstoffpartikel, die im Bad in Schwebe bleiben beziehungsweise erneut abgelagert werden. Der durchschnittliche W/L-Wert sagt nichts über das Schallfeld an der jeweiligen Position aus.

Solange eingeschlossene Luft als Ursache nicht ausgeschlossen ist, darf eine höhere Leistung nicht als Lösung gelten. Richten Sie das Teil neu aus, befüllen oder durchspülen Sie die Bohrung und bestätigen Sie die Benetzung, bevor Sie weitere Parameter ändern. Ein voller Korb kann einzelne Positionen abschirmen. Erfassen Sie deshalb die Reinigungsergebnisse an mehreren Positionen unter Beladung. Filtration, Überlaufwehre und Flüssigkeitsverschleppung beeinflussen, ob abgelöste Kohlenstoffpartikel wieder auf die Oberfläche gelangen. Entgasung und die gemessene Spitzentemperatur beeinflussen außerdem, wie schnell die Flüssigkeit in die Bohrung eindringt.

Fehlerhaftes GDI-Spritzbild: Anlage und Flüssigkeitskreislauf getrennt betrachten

Besteht ein GDI-Injektor die Spritzbildprüfung nach 15 Minuten bei 40 kHz und 50°C weiterhin nicht, sind mehrere Fragen zu klären: Verbleiben Rückstände im Injektor? Gelangt Verschmutzung aus dem Prüfkreislauf hinein? Oder liegt überhaupt kein Reinigungsfehler vor, sondern eine verschlissene oder beschädigte Düse, ein mechanischer beziehungsweise elektrischer Defekt oder ein Prüfstand, dessen Funktion noch nicht mit nachweislich intakten Injektoren bestätigt wurde? Klären Sie den letzten Punkt zuerst. Prüfen Sie nachweislich intakte Injektoren sowie die Ansteuerung auf demselben Prüfstand. Injektoren, die diese Prüfungen nicht bestehen, gehören nicht in den Reinigungsversuch. Ein 5 µm-Filter im Rail misst nicht die innere Sauberkeit eines Injektors. Auch ein sauberer nachgeschalteter Filter beseitigt keine teilweise verstopfte Düse.

Betrachten Sie 80 kHz und eine vakuum- oder druckunterstützte Benetzung als getrennte Versuchsansätze, deren Wirkung erst nachzuweisen ist. Bestätigen Sie zunächst den Ausgangszustand: die bisherigen 40 kHz und 50°C, jedoch mit nachgewiesener Benetzung und einem sauberen, gefilterten Bad. Bilden Sie anschließend Gruppen für die einzelnen Einflussgrößen: nur die Frequenz ändern, nur die unterstützte Benetzung einsetzen und beide Maßnahmen kombinieren. Jede Gruppe durchläuft denselben Prüfstand für Spritzbild, Durchfluss und Dichtheit, der auch zur Freigabe dient. Vergleichen Sie jede Gruppe mit nur einer Änderung mit dem bestätigten Ausgangszustand. So wird der jeweilige Einzeleffekt sichtbar. Die kombinierte Gruppe zeigt, ob Wechselwirkungen bestehen. Bei ausreichender Teilezahl und genügend Wiederholungen lassen sich die Wirkungen mit diesem Versuchsaufbau trennen. Eine einzige Gruppe mit beiden Änderungen reicht dafür nicht aus.

Untersuchen Sie Rail, Prüfflüssigkeit und Filter auf Partikel in den relevanten Größenbereichen. So beantworten Sie die Filterfrage anhand gemessener Partikelzahlen und nicht allein anhand der angegebenen Filterfeinheit.

Grenzen Sie die Funktionsprüfung klar ab: Für ein demontiertes Injektorgehäuse gelten andere Validierungsanforderungen als für einen vollständig montierten Injektor. Je nach Modell und freigegebenem Verfahren des Wiederaufbereiters können nach der Reinigung Prüfungen von Durchfluss, Leckage, Spritzbild und Ansteuerung erforderlich sein. Eine bestandene Reinigungsprüfung belegt noch nicht, dass die Einspritzfunktion wiederhergestellt ist.

Frisches Öl und festgebrannte Verkokungen erfordern unterschiedliche Vorbehandlungen

Entfernt ein Bad mit 28 kHz frisches Öl, löst aber selbst nach 30 Minuten kaum festgebrannte Verkokungen, müssen sowohl die chemische Zusammensetzung der Ablagerungen als auch die Anlagenleistung geprüft werden. Braucht der Prozess mehr Zeit oder das Teil eine Vorbehandlung?

Entscheiden Sie anhand eines Vergleichs der Reinigungswirkung in mehreren Zeitstufen. Teilen Sie repräsentativ verschmutzte Teile in Gruppen auf und behandeln Sie diese bis auf einen Faktor identisch: ohne Vorbehandlung, mit einer Tauch- oder Spritzvorbehandlung sowie mit erhöhter Badtemperatur innerhalb der zulässigen Grenzen für Reinigungschemie und Teile. Zur Einordnung: Für die Einkammer-Reinigungsanlage JTS-1036AD mit Hubvorrichtung und die Mehrkammer-Reinigungsanlage JTM-60384AD-1 mit sechs Bädern aus Jietais Automobilprogramm ist jeweils eine maximale Reinigungstemperatur von 60°C angegeben. Das ist eine technische Anlagengrenze und kein Sollwert für den Prozess. Ein Versuch mit erhöhter Temperatur muss stets innerhalb der Grenzen der tatsächlich eingesetzten Anlage bleiben.

Prüfen Sie jede Gruppe mit gestuften Beschallungszeiten, beispielsweise 5, 10 und 20 Minuten als noch zu verifizierende Versuchsstufen. Verwenden Sie für jede Stufe separate Teile: Schäden sind nicht reversibel, und ein aufgetrenntes Teil lässt sich nicht erneut einsetzen. Legen Sie vor Versuchsbeginn eine Abbruchbedingung fest. Jeder sichtbare Angriff auf bearbeitete Oberflächen, Dichtsitzflächen oder Beschichtungen beendet die Versuchsreihe dieser Gruppe sofort. Frühere Stufen bleiben mögliche Einstellungen und sind noch keine abgesicherten Prozessfenster. Bestätigen Sie die Einstellung, die den Grenzwert für innere Rückstände, die vereinbarte Schadensgrenze und gegebenenfalls erforderliche Funktionsprüfungen erfüllt, an neuen Prüfteilen. Wählen Sie dann das Prozessfenster, das diese Anforderungen mit ausreichender Reserve einhält, und bestätigen Sie es unter Vollbeladung.

Nutzbaren Korbraum statt Tankvolumen spezifizieren

Geben Sie für Injektorgehäuse die nutzbare Korblänge, -breite und -höhe, das Gewicht im beladenen Zustand, den Flüssigkeitsstand im Betrieb und den Freiraum über dem höchsten Teil an. Fordern Sie eine Zeichnung, die diese Angaben eindeutig von den Innenabmessungen des Tanks unterscheidet. Richten Sie Querbohrungen so aus, dass sie sich befüllen und entleeren können.

Installationsanforderungen für das brasilianische Werk eindeutig festlegen

Für ein Angebot über eine 200 L-Anlage an einem Netz mit 380 V und 60 Hz reichen diese drei Zahlen nicht aus. Geben Sie an, ob 200 L das Bruttovolumen des Tanks oder das Flüssigkeitsvolumen im Betrieb bezeichnet und ob sich die Angabe auf einen Tank oder die gesamte Anlage bezieht. Fügen Sie Teilezeichnung, Korbbelegung, Produktionsziel und Abnahmekriterien bei.

Elektrische Versorgung: Bestätigen Sie Phasenanzahl, Spannungstoleranz, verfügbare Stromstärke sowie die Ausführung von Neutral- und Schutzleiter. Fordern Sie die gesamte Anschlussleistung, den erwarteten gleichzeitigen Leistungsbedarf und die Anforderungen beim Anlauf an. Lassen Sie die Werte für Generatoren, Heizungen, Pumpen und Trocknung getrennt aufführen. Legen Sie fest, wer die Einhaltung der geltenden brasilianischen Installationsanforderungen prüft.

Aufstellung: Geben Sie Türabmessungen, Einbringweg, zulässige Bodenbelastung, freie Höhe bis zur Decke und Wartungsflächen an. Ergänzen Sie Transportabmessungen, Betriebsgewicht einschließlich Flüssigkeit und Teilen sowie die Positionen der Anschlüsse.

Betriebsmedien und Zuständigkeiten: Definieren Sie Wasserqualität und Wasserversorgung, Entwässerung und Abwasserentsorgung, Absaugung und Wärmeabfuhr sowie gegebenenfalls die Druckluftversorgung. Legen Sie anschließend fest, wer Kabel, Rohrleitungen, Wasseraufbereitung und Abfallentsorgung bereitstellt. Abwasserfragen behandelt unser Überblick zu Umweltschutztrends bei industriellen Reinigungsanlagen. Das Angebot sollte außerdem Inbetriebnahme, Schulung, Dokumentationssprache, Ersatzteile und die Abnahmeprüfung am Aufstellort benennen.

Wo ein Tischgerät an seine Grenzen stößt

Ein Tischgerät kann zeigen, dass eine bestimmte Reinigungschemie und Frequenz eine bestimmte Verschmutzung an einem Musterteil entfernen. Ein einzelner Musterversuch belegt jedoch weder einen erreichbaren Chargentakt mit beladenem Korb noch einen Filterkreislauf, der Kohlenstoffpartikel zuverlässig aus dem Bad entfernt. Ebenso wenig liefert er einen dokumentierten Nachweis für mehrere Hundert Teile pro Tag. Eine Tischstation mit dem tatsächlichen Korb, Filtration und einer lückenlosen Aufzeichnung des laufenden Betriebs lässt sich validieren. Ein einmaliger Musterversuch kann diesen Nachweis nicht erbringen.

Ein injektorspezifisches Abnahmeprotokoll vorbereiten

Ersetzen Sie eine mündliche Freigabe durch ein Protokoll, mit dem Ihr Werk das Ergebnis reproduzieren kann. Erfassen Sie für jede Injektorfamilie die Reinigungsbedingungen, die Messgrundlage der Leistungsdichte, den Grenzwert für innere Rückstände samt Prüfverfahren, die Schadenskriterien und die nachfolgenden Funktionsprüfungen. Ergänzen Sie Badzustand, Beladungsmuster, gemessene Spitzentemperatur und Zeitstempel. So wird aus einem Musterergebnis eine Arbeitsanweisung für die Produktion. Verweise auf ISO 16232 oder VDA 19.1 beziehen sich auf den Rahmen zur Bewertung der technischen Sauberkeit von Bauteilen. Diese Regelwerke sind keine Emissionsnormen und legen Ihren Rückstandsgrenzwert nicht fest. Dieser ergibt sich aus der Zeichnung oder den Vorgaben des Wiederaufbereiters beziehungsweise des Endkunden.

Der sinnvolle nächste Schritt ist ein kostenloser Reinigungsversuch mit Ihren verschmutzten Teilen und Ihren schriftlich festgelegten Kriterien für Annahme und Ablehnung. Kostenlos ist die Reinigung selbst unter vereinbarten Bedingungen. Die Teile erhalten Sie zur eigenen Prüfung zurück. Auftrennen, quantitative Messung innerer Rückstände sowie Spritzbild- und Funktionsprüfungen sind separate Leistungen. Wer sie durchführt, welchen Umfang sie haben und welche Kosten entstehen, wird vorab vereinbart; ihre Durchführung ist nicht automatisch eingeschlossen. Übermitteln Sie Teile, Prozessbedingungen und Abnahmeanforderungen über unseren Service für kundenspezifische Lösungen. So kann die weitere Abstimmung auf beobachteten Ergebnissen aufbauen.