Komplettlösungen für Sauberkeitsanalysen aus einer Hand

Leica und PALL: Gemeinsame Sache für Ihre Workflowoptimierung

Interview mit Nicol Ecke zum Thema integrierte Komplettlösungen für die Sauberkeitsanalyse von PALL und Leica Microsystems, Februar 2017
LMS Heerbrugg, J. DeRose, D. Roccia, C. Raidl

Leica Microsystems und PALL haben sich zusammengeschlossen, um Automobilherstellern und -Zulieferern Experten-Lösungen für die Sauberkeitsanalyse anzubieten. Diese Zusammenarbeit vereinfacht Anwendern die komplizierte Suche nach Produkten, die sich problemlos in einen Workflow integrieren lassen. Der neue Service von Leica und PALL bietet bewährte Lösungen aus einer Hand, einschließlich technischer Beratung. Anwender profitieren damit umgehend von einem optimierten Workflow, abgestimmt auf ihre Bedürfnisse. Hierdurch lassen sich Ergebnisse schnell, präzise und reproduzierbar, über den gesamten Workflow erzielen.

Wir haben mit Nicol Ecke, Application Specialist Manager bei Leica Microsystems in Wetzlar (Deutschland) gesprochen, um genaueres über die Zusammenarbeit und die Vorteile für Anwender durch einen optimierten Sauberkeitsworkflow zu erfahren.

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Für welche Aufgaben wird die PALL Leica Sauberkeitssystemlösung eingesetzt?
Welche Bauteile, Komponenten werden mit einem solchen System analysiert? Haben Sie Beispiele?

Nicol Ecke: Die technische Bauteilsauberkeit hat ihren Ursprung in der Automobil- und Zulieferer Industrie. Teile und Komponenten werden immer kleiner und werden in Systemen verbaut, die hohe Anforderungen erfüllen müssen, wie z. B. in Einspritzdüsen, Kolben und Getriebe usw. Die Sauberkeit von Bauteilen hat einen Einfluss auf die Qualität, Funktionalität und Langlebigkeit von Systemen. Im schlimmsten Fall können partikuläre Verunreinigungen ein Grund für ein Versagen eines Systems sein.

Jeder Zulieferer muss die Sauberkeit seiner Komponenten und Bauteile prüfen, sodass das Endprodukt reibungslos läuft und keine Ausfälle verursacht werden. Eine Reinigung der Teile ist deshalb unerlässlich. Für diese Aufgabe werden Spülmaschinen oder Spülkabinette eingesetzt, z.B. von der Firma PALL. Die PALL Corporation ist ein namhafter Hersteller von Spülkabinetten und Filtern.

Die Bauteile werden gereinigt, die Flüssigkeit wird anschliessend filtriert und die Partikel werden auf dem Filter aufgefangen. Die Filter werden in einem Ofen getrocknet und können anschließend im nächsten Arbeitsschritt mit einem Analysesystem von Leica ausgewertet werden. Um das Schadenspotenzial zu charakterisieren, werden die Partikel unter dem Mikroskop ausgezählt, d.h. quantifiziert und klassifiziert. Harte Partikel, wie Metalle oder Schleifmittelrückstände haben ein grösseres Schadenspotenzial. Zudem sind metallische Partikel leitend und können auf elektronischen Komponenten Kurzschlüsse verursachen. Deshalb ist eine zusätzliche Information über den Charakter der Partikel wichtig. Reflexe auf Partikeln sind ein wertvolles Indiz und werden genutzt um metallische Partikel zu identifizieren. Diese sogenannten „Killer-Partikel“ (grosse metallische oder harte Partikel), wie z. B. Schleifmittel-Rückstände, können die Langlebigkeit von einem Bauteil, Getriebe oder Diesel Einspritzpumpe beeinflussen oder sogar zu einem Systemausfall führen. Mit einer vollständigen Sauberkeitsanalyse sollen „Killer-Partikel“ identifiziert und Rückschlüsse auf die Kontaminationsquelle gezogen werden. Ziel ist es die Prozesskette zu optimieren und somit die Kontamination zu minimieren.

PALL und Leica bieten gemeinsam einen einzigartigen Workflow für die Bauteilsauberkeit an, indem der komplette Arbeitsablauf integriert ist. Dabei kann PALL umfassende Paketlösungen für die Ausstattung des Sauberkeitslabors anbieten: von der Extraktion, d.h. der Trennung von Partikeln und Bauteil bis hin zur fertigen Analyse mit einem passenden optischen Auswertesystem von Leica. Der Kunde profitiert dabei weiterhin von der Expertise der beiden namenhaften Firmen vor Ort.

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Welche Vorteile bietet die PALL Leica CLEX Systemlösung im Gegensatz zu den allgemein genutzten Methoden in der Sauberkeitsanalyse?
Wie kann die Effizienz der Arbeitsabläufe durch eine solche Lösung verbessert werden?

Nicol Ecke: PALL und Leica Microsystems sind in der Lage, den gesamten Arbeitsablauf/Workflow in der Bauteilsauberkeit perfekt abzubilden. Der Kunde hat den Vorteil die Gesamtlösung, Spülkabinett und Partikelmessplatz, von einem Anbieter zu erwerben ohne auf die individuelle Beratung der PALL und Leica Experten verzichten zu müssen. Dies ist ein Mehrwert für den Kunden und bietet nicht nur Neueinsteigern auf dem Gebiet der Bauteilsauberkeit viele Vorteile bei der Beratung, Anschaffung und Inbetriebnahme ihres Labors für die technische Sauberkeit. Zudem bietet PALL ein umfassendes Portfolio an Verbrauchsmaterialien und Filtern an, die auch einen aktiven Beitrag zur Prozessoptimierung leisten und beispielsweise den Partikeleintrag minimieren können.

Welche Leistungsvorteile bietet die PALL Leica Sauberkeitsanalysesystemlösung?

Nicol Ecke: Der Erwerb einer Laboreinrichtung von einem Anbieter „get all by one“, ist ein grosser Vorteil für den Kunden. Die Installationsplanung sowie Schulungstermine werden zwischen PALL und Leica abgestimmt. Die gute Zusammenarbeit kann bereits während einer Produktvorführung demonstriert werden. Der Kunde erhält Vorort bereits einen ersten Eindruck, wie ein solcher Arbeitsablauf, von der Bauteilreinigung bis zur Analyse, aussehen kann.

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Können Sie anhand von einem Beispiel erklären, wie der Prozess in der Sauberkeitsanalyse durch eine solche Lösung von PALL und Leica, und die Beratung, unterstützt und verbessert wird?

Nicol Ecke: Beim Aufbau oder Ausbau eines Labors für die technische Sauberkeit wünscht der Kunde oftmals eine übergreifende Beratung. Viele Fragen beziehen sich nicht nur auf das Analysensystem, sondern auch auf die Extraktion, beispielweise welches Filtermaterial ist geeignet? Welchen Einfluss hat die Präparation des Filters auf das Analysenergebnis? Wir informieren die Kunden über Zusammenarbeit zwischen Leica und PALL. Auf Wunsch kann sogar eine gemeinsame Demonstration Vorort durchgeführt werden. PALL verfügt über einen Demo-Truck (Mini-Labor) ausgestattet mit einem Spülkabinett von PALL und einem Analysensystem vom Leica. Der komplette Arbeitsablauf von der Reinigung bis zur Analyse eines Bauteils kann demonstriert werden.

Wie wichtig ist die Partikelanalyse mit einem Mikroskop in der Sauberkeitsanalyse?

Nicol Ecke: Im Gegensatz zur Gravimetrie oder der manuellen Vermessung der größten Partikeln unter dem Mikroskop, liefert die automatische Partikelanalyse mit dem Mikroskop eine Größenverteilung aller Partikel, verschiedene Messparameter, wie Länge und Breite, sowie objektive und zuverlässige Messergebnisse. Die Wahl des richtigen Analysensystems hängt von den Anforderungen und Spezifikationen der Bauteile ab. Das Mikroskop hat sich als Analysesystem bewährt, weil die Partikel auf dem Filter sehr gut kontrastieren, detektiert und automatisch ausgewertet werden können. Mit der Bestimmung von Länge, Breite und gegebenenfalls Höhe der Partikel kann das Schadenspotenzial charakterisiert werden. Zusätzlich können metallische Partikel oder Korund, die ein höheres Schadenspotential aufweisen als beispielsweise weiche Kunststoffpartikel oder Fasern, bestimmt werden. Partikel können nach der Analyse relokalisiert, begutachtet und dokumentiert werden. Dabei kann der Partikel im optischen System mit unterschiedlichen Vergrößerungen und Kontrastverfahren inspiziert werden.

Leica bietet für jede Anforderung eine passende Lösung an. Für die Standardanalyse nach der VDA19 oder täglichen Analyse von Partikeln größer 30 µm ist das Digitalmikroskop DMS1000 die ideale Lösung. Lichtmikroskope, z. B. das DM4 M und DM6 M, bieten eine höhere Auflösung. Hier können neben größeren Partikeln auch Partikel ab 5 Mikrometer normgerecht ausgewertet werden. Dies ist beispielsweise in der Reinheitskontrolle von Ölen wichtig oder wenn die Spezifikationen der Bauteile sehr hoch sind. Um hier normgerecht auswerten zu können, werden höhere optische Auflösungen benötigt, wie sie auch in den verschiedenen Normen wie der ISO16232, VDA19 und der DIN 51455 beschrieben werden.

Gegenüber optischen Partikeldurchflusszählern, die auf Lichtstreuung beruhen und keine Informationen über die Geometrie (Länge, Breite) oder die Natur von Partikeln (metallisch, nicht metallisch) liefern, bieten Mikroskop basierende Lösungen detaillierte und reproduzierbare Ergebnisse. In einem Report können Ergebnisse und Bildern anschließend auf Knopfdruck dokumentiert werden. Zudem besteht bei Durchflusszählern das Problem, dass Ergebnisse verfälscht werden können, z.B. können Öl- oder Lufttröpfchen mitgezählt werden. Grosse, schwere Partikel sacken in der Flüssigkeit auf den Boden und werden dadurch oftmals nicht mitgezählt. Deshalb bietet die Mikroskoplösung hier entscheidende Vorteile, da die Partikel erkannt, bestimmt, analysiert und dokumentiert werden können.

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Welche Anfragen in der Sauberkeitsanalyse haben Sie in der Vergangenheit beantwortet?

Nicol Ecke: Im Bereich der Automobilindustrie und ihrer Zulieferer ist die Überprüfung der technischen Sauberkeit mittlerweile Standard geworden.

Partikel können einfach anhand guter Kontraste ausgewertet werden. Mit Zusatzinformationen, wie dem Metall, Charakter, können leitende Partikel identifiziert werden, was beispielsweise bei ABS Systemen wichtig ist. Die grosse Herausforderung für Anwender und Analysesystem entsteht meist in der Praxis, wenn die Partikelfracht auf dem Filter zu gross ist. D. h., wenn viele Partikel auf dem Filter Cluster bilden und dadurch eine Auswertung des Filters nicht möglich ist. Der Anwender gerät dann oftmals in einen Konflikt. Eine gute Beratung ist dann wichtig, z.B. Verringerung der Bauteile, die gespült werden oder die Verwendung einer Filterkaskade bzw. ein anderes Filtermaterial. PALL und Leica bieten dem Kunden diesen Service.

Zudem bietet die neue Norm VDA19, die 2015 in Kraft getreten ist, den Vorteil, dass der Anwender im Vordergrund steht und Hilfestellungen gegeben werden, ab wann ein Filter nicht mehr auswertbar ist.

Welche Herausforderungen in der Sauberkeitsanalyse sind in der Zukunft zu bewältigen? Welche zusätzlichen Leistungen werden erwartet, um Arbeitsabläufe und Innovationen zu optimieren?

Nicol Ecke: Im Bereich Automotive sind wir gut aufgestellt - Normen, Applikationswissen und gutes Kontrastverhalten der Partikel. Die Automobil- und Zulieferer Industrie ist hier sehr weit. Andere Branchen stehen noch vor der Herausforderung die technische Sauberkeit zu etablieren. So steigen die Anforderungen an die Produktsauberkeit in der Medizintechnik, Optik, Elektronik oder Feinmechanik stetig. Das können partikuläre oder filmische Verunreinigungen sein oder andere Artefakte wie Kratzer. Für diese Branchen stellt der Aufbau und die Definition der technischen Sauberkeit  eine Herausforderung dar: Was und wie soll gemessen werden? Welches Kontrastverfahren eignet sich für die Kontrastierung der Partikel und wie kann der Prozess anschließend standardisiert werden?

Ändern sich die aktuellen Bedürfnisse im Bereich der Sauberkeitsanalyse im Vergleich zur Vergangenheit?

Nicol Ecke: Wir erkennen zwei Trends. Die Bauteile werden immer kleiner und empfindlicher. Daher ist der Peak noch nicht erreicht. Zusätzliche Anforderung an die Bauteilsauberkeit werden gefordert. Der Stand der Technik bleibt nicht stehen. Es werden kleinere und feinere Komponente gefertigt und die Toleranzen werden enger. Zudem werden immer mehr Informationen über die partikulären Verunreinigungen gewünscht um das Schadenspotential besser charakterisieren zu können und zum anderen um die Quelle der Kontamination identifizieren zu können.

Das Thema „Bauteilsauberkeit“ wird heute offener behandelt als in der Vergangenheit. Dadurch findet ein intensiver Austausch zwischen Kunden und Lieferanten statt.

Die Mikroskopsystemlösungen von Leica sind VDA19 tauglich und wurden vom IPA Fraunhofer Institut getestet. Zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse und eine einfache Handhabung machen die Analysensysteme von Leica in der Praxis zu einem zuverlässigen Partner.

Etablierte Hersteller wie PALL und Leica bieten langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Bauteilsauberkeit von der die Kunden profitieren. Beide Unternehmensgruppen verfügen über speziell geschulte Servicetechniker und Applikationsspezialisten und bieten einen weltweiten Service. Über 30 Jahre lange Erfahrung auf dem Gebiet der techn. Bauteilsauberkeit und die kontinuierliche Weiterentwicklung von neuen Lösungen, bieten dem Kunden viele Vorteile. Ebenfalls wird ein grosser Wert auf eine fachgerechte Installation und Schulung des Personals gelegt. Damit wird sichergestellt, dass auch Anwender, die keine Experten sind, das System bedienen können.

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