text: Ecoclean So gelingt der Durchblick – Bauteilreinigung von Röntgenröhren
  23.02.2021 Autor / Redakteur: Doris Schulz / Kristin Breunig
  Präzision und Sauberkeit tragen maßgeblich zur Funktionssicherheit von Röntgenröhren bei. Die Restschmutzvorgaben, die bei der Bauteilreinigung der Röhren zu erfüllen sind, sind hoch. Als die Anlage für die Reinigung der Komponenten von Spiralrillenlagern bei Philips ersetzt werden musste, spielten daher die Sauberkeitsanforderungen eine wichtige Rolle bei der Auswahl der neuen Anlage. Die Wahl fiel auf die Spritz-Flut-Reinigungsanlage von Ecoclean.
  Die Reinigung der Komponenten von Spiralrillenlagern soll in einer Standardanlage erfolgen. Reinigungsversuche vor der Investition ergaben, dass lediglich mit der Eco-C-wave die geforderten Ergebnisse erzielt werden.
  (Bild: Philips Medical Systems DMC)
  Am 8. November 1895 gelang Wilhelm Conrad Röntgen eine der Erfindungen des 19. Jahrhunderts – die Röntgenstrahlen. Kurz danach startet die Entwicklung von Röntgenröhren der Firma Philips Medical Systems DMC. Denn, ein Jahr später, im März 1896, begann der in Thüringen geborene Glasbläser Carl Heinrich Florenz in seiner Hamburger Werkstatt mit dem Fertigen von Röntgenröhren. Drei Jahre später erhielt der Technologie-Pionier das erste Patent für eine Röntgenröhre mit wassergekühlter Antikathode. Die Weiterentwicklung der Röhren in atemberaubendem Tempo sowie der enorme Erfolg der Röntgentechnologie beflügelten die Nachfrage weltweit und ließen den Handwerksbetrieb mehr und mehr zur Spezialfabrik für Röntgenröhren werden. 1927 übernahm der damals einzige Aktionär, Philips, die Fabrik.
  Seither prägt das Unternehmen die Röntgentechnik mit modernen Lösungen und kontinuierlichen Verbesserungen. Die Produkte, die in den Systemen von Philips Healthcare zum Einsatz kommen sowie unter der Marke Dunlee vertrieben werden, leisten einen wesentlichen Beitrag zu den Fortschritten in der bildgebenden Diagnostik, Computertomographie und interventionellen Radiologie. "Neben modernen Fertigungstechnologien, hoher Präzision und permanenten Prozessoptimierungen spielt die Sauberkeit der Bauteile eine wichtige Rolle für die Funktionssicherheit und Langlebigkeit unserer Produkte", merkt André Hatje, leitender Ingenieur für Prozessentwicklung im Bereich Röntgenröhren, an. Deutlich machen dies die Restschmutzvorgaben, die bei der Reinigung der Bauteile der verschiedenen Röntgenröhren zu erfüllen sind: maximal zwei Partikel der Größe 5 µm und maximal ein 10 µm großer Partikel.
  Spezieller Reinigungsprozess stellt Anforderungen
  Die hohen Sauberkeitsanforderungen waren ein Kriterium als die Anlage für die Reinigung der Komponenten von Spiralrillenlagern ersetzt werden musste. Die Lager, das Herzstück der Hightech-Röntgenröhren, werden aus Molybdän gefertigt. Nach dem Einbringen der Rillenstruktur mittels Laser folgt ein trockener Schleifprozess. Daran schließt sich die Reinigung an, bei der die Schleifstäube sowie eventuell noch vorhandene Schmauchspuren in den Rillen zu entfernen sind.
  Die Anforderung des Prozessentwicklers war klar: Dieser Reinigungsprozess sollte in einer kompakten Standardanlage erfolgen, um u. a. die Prozessvalidierung zu vereinfachen. Fündig wurde Philips bei Ecoclean in Filderstadt. "Die bei den verschiedenen Herstellern durchgeführten Reinigungsversuche zeigten, dass wir die Teile der Spiralrillenlager nur mit der Eco-C-wave von Ecoclean so sauber bekommen, wie wir es haben möchten", berichtet Hatje.
  Die Eco-C-wave, die Anlage für Tauch- und Spritzprozesse, wird mit dem bereits vorher bei Philips eingesetzten, sauren Reinigungsmedium betrieben und benötigt 6,9 m2 Fläche. Sie ist für die Prozessschritte Reinigen und zweimal Spülen mit drei Flutbehältern ausgestattet. Ihre strömungsoptimierte, zylindrische Gestaltung und stehende Anordnung verhindert Schmutzablagerungen in den Tanks. Darüber hinaus verfügt jeder Tank über einen separaten Medienkreislauf mit Vollstromfiltration, sodass die Reinigungs- und Spülflüssigkeit beim Befüllen und Entleeren sowie im Bypass gefiltert wird. Die Aufbereitung des für den letzten Spülprozess eingesetzten vollentsalzten-(VE-)Wassers erfolgt durch das integrierte Aquaclean-System.
  Angepasst an die hohen Sauberkeitsanforderungen sind die Arbeitskammer und das Drehgestell elektropoliert ausgeführt. Letzteres sorgt durch sein Design auch dafür, dass die Teile vom integrierten Ultraschall allseitig gut erreicht werden. Frequenzgesteuerte Pumpen ermöglichen den Volumenstrom beim Fluten und Entleeren an die Teile anzupassen. Dadurch lassen sich auch unterschiedliche Füllgrade der Arbeitskammer für einen intensiveren Medienaustausch im kritischen Bauteilbereich realisieren. Die Trocknung erfolgt mit Heißluft und Vakuum. "Mit dem Reinigungsergebnis sind wir sehr zufrieden. Alle Teile kommen so aus der Anlage, dass wir sie direkt in einen Reinraum einschleusen und weiterbearbeiten können", ergänzt André Hatje. Diese nächsten Schritte beinhalten das Glühen und Benetzen der Komponenten mit Flüssigmetall.
  Von kleinen Schrauben über Anodenteller und Kathodenhülsen bis zu Gehäusetöpfen mit einem Durchmesser von 225 mm reicht das Bauteilspektrum, das bei Philips in einer 18 Jahre alten, mehrstufigen Ultraschallanlage von UCM gereinigt wird. Die Bandbreite an Metallen, aus denen die Komponenten hergestellt werden, besteht aus Nickel-Eisen-Werkstoffen, Edelstahl, Molybdän, Kupfer, Wolfram und Titan. "Die Teile werden nach verschiedenen Bearbeitungsschritten wie beispielsweise Schleifen und Galvanisieren zwischen- sowie vor dem Glühen beziehungsweise Löten endgereinigt. Die Anlage ist daher die am meisten frequentierte Maschine unserer Materialversorgung und liefert nach wie vor zufriedenstellende Reinigungsergebnisse", weiß André Hatje.
  Bei der Kapazität stieß man allerdings an Grenzen und entschied daher, in eine zweite Anlage zu investieren. Bei Philips war klar, dass die neue Anlage wieder von UCM, dem auf Präzisions- und Feinstreinigung spezialisierten Unternehmensbereich der SBS Ecoclean Group, kommen sollte. Auch wenn Prozess, Anzahl der Reinigungs- und Spülstufen sowie Trocknung von der bestehenden Anlage übernommen werden konnten, sollte das neue Reinigungssystem flexibler und schneller werden und ein noch besseres Ergebnis liefern. "Es gab bei der Zwischenreinigung einige Bauteile, bei denen das Ergebnis nicht zu 100 Prozent erreicht wurde. Für die nachfolgenden Prozesse spielt das keine Rolle, aber nach der der Endreinigung müssen die Teile praktisch partikelfrei sein", beschreibt der Prozessentwickler Hatje. Das heißt, die Vorgaben von ≤ zwei Partikel 5 µm und ein Partikel ≤ 10 µm müssen zuverlässig eingehalten werden.
  Flexibilität für effektive Reinigung
  Die vollständig gekapselte Ultraschall-Reinigungsanlage beinhaltet inklusive Be- und Entladung zwölf Stationen und zwei Umsetzer. Sie sind ebenso wie die Parameter der in den verschiedenen Becken durchzuführenden Prozesse frei programmierbar. Es können dadurch Stationen beliebig angefahren und Prozesse frei gestaltet werden. "Um die Sauberkeitsanforderungen bei den verschiedenen Komponenten und Folgeprozessen abzudecken, arbeiten wir bei dieser Anlage mit rund 30 verschiedenen Reinigungsprogrammen, die über ein integriertes Barcodesystem automatisch ausgewählt werden", erklärt André Hatje. Die Transportgestelle der Anlage verfügen über unterschiedliche Greifer. Dies ermöglicht, dass verschiedene Reinigungsbehältnisse aufgenommen und programmspezifische Funktionen wie Heben und Senken sowie Drehen des Behältnisses in den Behandlungsstationen durchgeführt werden können. Der realisierbare Durchsatz liegt je nach Programm bei zwölf bis 15 Körben pro Stunde im dreischichtigen Betrieb an sechs Tagen pro Woche.
  Die ersten vier Becken nach der Beladung ermöglichen Reinigungsprozesse mit dazwischengeschalteten Spülschritten. Sie sind am Boden sowie an zwei Seiten mit Mehrfrequenz-Ultraschall (25 und 75 kHz) ausgestattet. Durch die in die Wannenwände eingeflanschten Plattenschwinger befinden sich keine Bauteile in den Becken, an denen sich Schmutznester bilden können. Die Reinigungsbecken verfügen zusätzlich zu einem Zweiseitenüberlauf für den Austrag von schwebenden und aufschwimmenden Partikeln über eine Bodenfiltration. Sie sorgt dafür, dass entfernte und am Boden angelagerte Verunreinigungen durch eine Spüldüse abgeschwemmt und am tiefsten Punkt des Beckens abgesaugt werden. Die Flüssigkeit aus der Oberflächen- und Bodenfiltration wird über getrennte Filterkreisläufe aufbereitet. Ausgestattet sind die Reinigungsbecken darüber hinaus mit Einrichtungen für eine elektrolytische Entfettung. "Diese Funktion haben wir gemeinsam mit UCM schon für die alte Anlage entwickelt. Dadurch bekommen wir auch Teile sauber, auf denen sich angetrocknete Polierpaste befindet", ergänzt André Hatje.
  Neu dagegen ist eine in die fünfte Behandlungsstation integrierte Spritzspüle mit VE-Wasser. Sie entfernt auch sehr feine Stäube, die sich nach der Reinigung und dem ersten Tauchspülen noch auf der Oberfläche befinden. Der Spritzspüle schließen sich drei Tauchspülstationen an, wobei dem VE-Wasser der letzten Spüle für Komponenten aus Eisenwerkstoffen ein Korrosionsinhibitor beigemischt ist. Alle vier Spülstationen verfügen über einen separaten Lift-out. Er ermöglicht, die Körbe nach der definierten Verweilzeit nicht nur aus den Becken herauszufahren, sondern auch Warenbewegung während des Spülprozesses. Für die Trocknung der Teile sind in den folgenden zwei Stationen kombinierte Infrarot-Vakuumtrockner installiert. Eine Einhausung inklusive Laminarflowbox wirkt in der Entladestation einer Rekontamination der Komponenten entgegen. "Das neue System bietet uns deutlich mehr Möglichkeiten bei der Reinigung. Wir erreichen dadurch bessere Reinigungsergebnisse in kürzeren Zykluszeiten. Daher planen wir unsere alte Anlage durch UCM entsprechend modernisieren zu lassen", merkt André Hatje abschließend an.
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  UCM /Gebr. Brasseler; Acp Systems ; Wirthwein Medical GmbH Co. KG; KUMAVISION; Philips Medical Systems DMC; www.petermosimann.ch/Swiss Medtech; Devicemed; Medical Mountains; Nürnberg Messe/Heiko Stahl; DPMA; Qosina; Coldplasmatech; Vulkam; Horn/Sauermann; acp systems AG; Wirthwein Medical; Ottobock; Kuka; Wibu-Systems AG; BV-Med; BV-Med/Darius Ramazani u. VDGH; Devicemed/Daniel Grimm; Messe Berlin GmbH; Fraunhofer EMFT/ Bernd Müller; gemeinfrei; Tuca Paoli; TU Graz; ETH Zürich / Max-​Planck-Institut für Intelligente Systeme