Partikuläre Mess­ systeme miteinander vergleichen

Rein- sowie Sauberräume gewinnen für in-dustrielle Umgebungen immer mehr an Be-deutung: Mit der Richtlinie VDA 19 bezie-hungsweise ISO 16232 wurden für die Auto-mobilindustrie und für den Maschinenbau verbindliche Auflagen zur Kontrolle und Ein-haltung der technischen Sauberkeit einge-führt. Die Bauteilsauberkeit dient hier als ein wichtiges Qualitätskriterium, da sie für die Zuverlässigkeit und Funktion von Maschinen sowie Produktionsteilen entscheidend ist: «Es geht darum, eine mögliche Verunreinigung festzustellen und die schädlichen Partikel zu quantifizieren», erklärt Ralf Nerling, General-bevollmächtigter der Firmengruppe Nerling und Vorstand beim CEC. «Mit diesem Know-how können die Mitarbeiter effizienter ferti-gen und dabei auch Zeit und Kosten sparen.»

Komplettanlage mit Prozesskette zur Qualitätsanalyse
Um die Bauteilsauberkeit gewährleisten zu können, ist in der Regel die Installation eines Rein- beziehungsweise Sauberraumsystems und dort die regelmässige Überprüfung von Raumkonditionen beziehungsweise Produk-ten notwendig. «Die Sauberkeitsanalyse kann von den Bauteilherstellern entweder an ak-kreditierte Laboratorien vergeben oder in ei-nem betriebseigenen Labor durchgeführt werden», so Nerling. Beim Betrieb eines Sau-berkeitslabors ist entscheidend, dass es direkt in die Fertigungsumgebung implementiert wird – und zwar so, dass die Wege zwischen den Produktionsschritten und dem Labor kurz sind. Dies reduziert das Kontamina­ tionsrisiko und gewährleistet einen unge-störten Materialfluss.

Eine individuelle Gesamtlösung, die dies berücksichtigt und optimal auf die Be-dingungen vor Ort eingeht, war bisher jedoch mit sehr hohen Kosten und umfangreicher logistischer Planung verbunden. Da die Her-steller der einzelnen Reinraumkomponenten nur selten Einblick in die Prozesskette vor und nach dem Einsatz ihres eigenen Gerätes erhielten, waren eine umfassende Erörte-rung des Prozessablaufs sowie eine umfängli-che Beratung nur eingeschränkt möglich. Auf der parts2clean 2017 in Stuttgart präsentiert das Cleaning Excellence Center daher bei-spielhaft eine Komplettanlage mit einer ge- samten Prozesskette von der Reinigung bis zur Qualitätsanalyse im Reinraum nach VDA 19.1, an der insgesamt mehr als 20 Unterneh-men beteiligt waren: Im Einzelnen wurden die Entgratung (Benseler) und Reinigung von Bauteilen (Dürr Ecoclean) im Sauberraum so-wie der Transport durch die Grauzone mit-tels reinraumgerechtem Schleusenwagen (Kögel) in den Reinraum des Prüflabors (Ner-ling) zum Nachweis der Bauteilsauberkeit de-monstriert. Im Prüflabor der Reinraumklasse ISO7 oder auch ISO8 (Nerling) wurde die Pro-zessfolge Spülen (Gläser) – Filtertrocknung (Binder) – Gravimetrie (Sartorius) – Mikro­ skopie (Jomesa) und Protokollerstellung (CleanControlling) gezeigt.

Sicherstellung der Messqualität
Zur Erfassung der Sauberkeit können verschiedene standardisierte Verfahren verwendet werden: «Zunächst erfolgt die Extraktion, das heisst die Gewinnung der Partikel vom Prüfobjekt mittels Ultraschall, Spritzen, Spülen, Schütteln oder über einen applikationsnahen Prüfstand», erklärt Nerling. «Sie werden abgefiltert und im Anschluss analysiert.» Dazu werden je nach Partikelart verschiedene Mikroskopie-Systeme sowie Flachbettscanner eingesetzt.

Für metallische Teilchen wird zum Bei-spiel eine linear polarisierte Auflichtmikros-kopie durchgeführt. Bei Partikelgrössen­ von > 3 µm eignet sich hierfür am besten die Mate-rialmikroskopie, für Teilchen > 25 µm die Un-tersuchung mittels Stereomikroskop.

Um langfristig eine korrekte Messung und präzise Ergebnisse zu gewährleisten, wird betriebseigenen Laboratorien empfoh-len, ihre partikulären Messsysteme im Rah-men ihres Qualitätsmanagements gemäss ISO 9001 zu überprüfen und die Ergebnisse aus dem Ringversuch in ihr Qualitäts­ managementhandbuch mit aufzunehmen. Besonders gut eignen sich hier Labor-Ring-versuche durch einen unabhängigen Anbie-ter, bei denen identische Vergleichsproben mit den gleichen Abläufen, aber unterschied-lichen Messsystemen untersucht werden. Sie eröffnen nicht nur die Möglichkeit, eine prä-zise Analyse über die eigene Messqualität zu erhalten, sondern die Messergebnisse des ei-genen Systems zudem anonymisiert mit de-nen anderer Labore zu vergleichen. Für ak-kreditierte Prüflaboratorien ist es sogar Pflicht, regelmässig an Labor-Ringversuchen, wie sie beispielsweise dreimal jährlich vom CEC angeboten werden, teilzunehmen: «Ge-mäss ISO/IEC 17025 ist zunächst eine Eig-nungsprüfung der Verfahren notwendig, um eine Akkreditierung zu erhalten», erläutert Nerling. «Darüber hinaus fordert die Norm ei-ne jährliche Teilnahme an einem Ringver-such, um die Qualität der Ergebnisse dauer-haft zu sichern.»

Einheitliche Vergleichsprüfung nach VDA 19.1
Die CEC-Ringversuche folgen stets einem standardisierten Ablauf: Zunächst meldet ein Laboratorium seine verschiedenen Messsysteme unabhängig vom Hersteller des Systems für den Labor-Ringversuch an. «Es sind verschiedene lichtoptische Messinstrumente zugelassen: Stereo-, Zoom- und Material-MikroskopieSysteme sowie Flachbettscanner», so Nerling. Anschliessend wird dem Laboratorium ein Testfilter pro angemeldetem System zur Verfügung gestellt, der vom Teilnehmer selbst nach der Standardanalyse der VDA19.1 geprüft wird.

Die Daten, die aus dieser Untersuchung resultieren, werden in einen Prüfbericht übertragen. «Die erforderlichen Inhalte sind die gemessene Anzahl an Partikeln der unterschiedlichen Typisierungen (Unterscheidung in metallisch glänzende und nicht glänzende Partikel sowie Fasern), in den jeweiligen Grössenklassen ab 50 μm bis > 3.000 μm sowie die prozentuale Filterbelegung mit Partikeln und Fasern, gemessen an der Gesamtfläche der Filtermembran», so Steffen Haberzettl, Geschäftsstellenleiter beim CEC. «Ausserdem erfolgt die Angabe der grössten und zweitgrössten Partikel und Fasern für die einzelnen Typisierungen sowie deren Vermessung von Länge und Breite.» Sind die Prüfberichte aller Messsysteme beim CEC eingegangen, erfolgt die vertrauliche Auswertung gemäss DIN 38402-45/3/.

«Dabei wird der z-Score für jeden Messwert der jeweiligen Partikelgrössen in den einzelnen Grössenklassen berechnet, um eine Aussage über die Einordnung der jeweiligen Messergebnisse zu erhalten», erklärt Haberzettl. «Die Identifizierung der grössten und zweitgrössten Partikel sowie der Fasern erfolgt über einen bildlichen Abgleich.

Zudem wird die Abweichung von Länge und Breite zum Durchschnitt berechnet.» Ist dies abgeschlossen, erhalten alle Teilnehmer für jedes angemeldete Messsystem einen an- onymisierten Ergebnisbericht, durch den sie ihre Ergebnisse mit denen der anderen Labo- re vergleichen können. Auf diese Weise lassen sich potenzielle Schwachstellen sofort erken- nen und beseitigen.

Die Lösung
Um eine hieb- und stichfeste Anonymität der Teilnehmer sicherzustellen, wurde jedem Messsystem ein Nummernschlüssel zugeordnet, der das jeweilige Instrument und dessen Ergebnisse lediglich für das zugehörige Labor identifizierbar macht.

Abschliessend erhält jedes System, das erfolgreich teilgenommen hat, eine CEC- Prüfplakette, die Auditoren sofort erkennen lässt, wann das Instrument zuletzt an einem Versuch beteiligt war.