Reinigung gestanzter Laminate: Öl entfernen, ohne Beschichtungen zu beschädigen

Kurzreferenz: Beschichtungsklasse vs. empfohlene Reinigungsmethode

Wenn Sie es eilig haben, finden Sie hier die wichtigsten Entscheidungsgrundlagen:

Die nicht verhandelbare Regel: Bestimmen Sie zuerst Ihre Beschichtungsklasse. Alles andere - Methode, Temperatur, pH-Wert, Kontaktzeit - ergibt sich aus diesem einen Datenpunkt. Wenn Sie diese Informationen nicht haben, holen Sie sie von Ihrem Stahllieferanten ein, bevor Sie ein Reinigungsverfahren entwickeln.

Warum Öl auf gestanzten Laminaten kein Problem ist

Stanzwerkzeuge müssen geschmiert werden. Das ist nicht verhandelbar - ohne sie beschleunigt sich der Werkzeugverschleiß, es kommt zu Fresserbildung und die Maßgenauigkeit verschlechtert sich während eines Produktionslaufs. Als Schmiermittel wird in der Regel ein leichtes Mineralöl oder eine spezielle Stanzflüssigkeit verwendet, die entweder auf das Band aufgetragen wird, bevor es in die Presse eingeführt wird, oder direkt auf die Stempeloberfläche gesprüht wird.

Nach dem Stanzen bleibt das Öl nicht einfach auf den freiliegenden Oberflächen liegen. Es sickert in die Zwischenräume zwischen den gestapelte Lamellen durch Kapillarwirkung. In einem gepressten Stapel wirken diese Lücken, die manchmal nur einige zehn Mikrometer breit sind, wie Reservoirs. Herkömmliche Oberflächenreinigungsmethoden erreichen sie nicht.

Die folgenden Fehlermöglichkeiten sind unterschiedlich und sollten einzeln genannt werden, da jede von ihnen einen anderen Zeitrahmen hat:

• Adhäsionsbruch in der Nachbearbeitung. EP-Beschichtung, Epoxid-Tauchen und Lackimprägnierung erfordern sauberes Metall. Ölverunreinigungen führen zu Fischaugen, Haftungsverlusten und ungleichmäßiger Deckung. Ölreste in Laminierspalten können während des Prozesses in ein Elektrobeschichtungsbad eindringen und es verunreinigen.
• Kohlenstoffrückstände vom Glühen. Das Spannungsarmglühen von Siliziumstahl erfolgt in der Regel bei Temperaturen zwischen 700°C und 850°C. Bei diesen Temperaturen verkohlt das Öl in den Lamellenzwischenräumen. Dieser Kohlenstoff dringt in die Stahloberfläche ein, stört die Kornstruktur, verringert die magnetische Permeabilität und erhöht die Koerzitivfeldstärke. Das Ergebnis ist ein messbar schlechterer Kern.
• Interlaminare Isolationsüberbrückung. Ölreste in Kombination mit Metallspänen vom Stanzen können partielle Leitfähigkeitspfade zwischen den Laminierschichten erzeugen und die Isolierung, die die Beschichtung bieten soll, kurzschließen. Dies erhöht die Wirbelstromverluste und führt zu örtlicher Erwärmung im Betrieb.
• Korrosion bei Lagerung und Transport. Schneidöle sind keine zuverlässigen Langzeit-Korrosionsschutzmittel. Sobald sie oxidieren oder teilweise abgewaschen werden, korrodiert der blanke Siliziumstahl. Rost zwischen den Lamellen vergrößert die Lücken zwischen den Lamellen, erhöht die Kernverluste und trägt zu hörbarem Lärm im Betrieb bei.

Die Kontamination, mit der Sie tatsächlich zu tun haben

Die Kenntnis des Öltyps auf Ihren Laminaten ist für die Auswahl der Methode ebenso wichtig wie die Kenntnis der Beschichtungsklasse. Diese verhalten sich bei der Reinigung unterschiedlich, und einige Methoden, die bei einem Typ funktionieren, versagen bei einem anderen.

Schneidflüssigkeiten auf Mineralölbasis sind nicht verseifbar - sie reagieren nicht mit Alkali unter Bildung von Seife. In wässrigen Systemen hängt die Entfernung ausschließlich von der Emulgierung ab. Bei der Dampfentfettung lassen sie sich leicht entfernen, da sich die meisten Mineralöle in fluorierten oder mit modifizierten Alkoholen versetzten Lösungsmitteln auflösen.

Geschwefelte oder chlorierte Hochdruck (EP)-Stempelflüssigkeiten werden bei härteren Stählen und Werkzeugen mit engeren Toleranzen verwendet. Diese sind schwieriger zu entfernen und können Rückstände hinterlassen, die einer Reinigung mit einfachen Lösungsmitteln widerstehen. Alkalische Systeme mit abgestimmten Emulgierpaketen wirken hier besser als Lösungsmittel allein.

Rostverhütende Öle die nach dem Stanzen zum Schutz des Transports aufgetragen werden, sind in der Regel dünnflüssig und niedrigviskos. Sie lassen sich in der Regel leichter entfernen als Prägeflüssigkeiten. Da sie aber auf Metalloberflächen haften sollen, sind einige Formulierungen hartnäckiger, als ihre Filmstärke vermuten lässt.

Wenn Ihre Bleche in einem Werk gestanzt, mit einem Rostschutzmittel versandt und vor der Weiterverarbeitung in einem anderen Werk gereinigt wurden, sind möglicherweise zwei verschiedene Ölsorten gleichzeitig vorhanden. Testen Sie Ihr Reinigungsverfahren auf die tatsächliche Kombination, nicht auf einzelne Öle für sich genommen.

Die Beschichtung, die Sie zu schützen versuchen

Das Klassifizierungssystem ASTM A976 definiert die interlaminaren Isolierbeschichtungen von C-0 bis C-6. Sie vertragen nicht alle die gleiche Reinigungschemie, und die Unterscheidungen sind wichtig.

C-3-Beschichtungen sind organisch. Das Bindemittel ist ein Harz - eine Emaille oder ein Lack. Starke alkalische Lösungen bei erhöhten Temperaturen greifen dieses Bindemittel auf die gleiche Weise an wie jedes organische Polymer. Dabei handelt es sich nicht um eine marginale Verschlechterung, sondern um ein systematisches Versagen der Isolierschicht. Ein mit C-3 beschichtetes Laminat, das durch eine heiße Sprühwäsche mit hohem pH-Wert gereinigt wird, weist am Ende eine messbar geringere interlaminare Widerstandsfähigkeit auf, als es am Anfang hatte.

C-4 und C-5 Beschichtungen sind anorganisch, die auf der Phosphatchemie basieren. Sie vertragen mäßig alkalische Bedingungen viel besser als C-3. Sie sind zwar nicht unzerstörbar - eine längere Einwirkung eines hohen pH-Werts bei erhöhter Temperatur zersetzt auch sie -, aber das Arbeitsfenster ist wesentlich größer.

C-2-Glasfolie (Magnesiumsilikat, das hauptsächlich auf kornorientiertem Stahl für gewickelte Kerne verwendet wird) ist im Wesentlichen inert gegenüber wässriger Chemie. Das Problem in der Produktion ist mechanischer Natur - es ist abrasiv und spröde, nicht chemisch empfindlich.

C-0 und C-1 sind auf Oxidbasis, dünn und vertragen im Allgemeinen eine milde wässrige Reinigung. Das Belichtungsfenster ist hier wichtiger als der Chemietyp.

Das mechanische Kernproblem: Öl zwischen den Platten

Die Reinigung der Außenflächen eines Laminatstapels ist einfach. Das Problem ist das Öl, das in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen eingeschlossen ist - unabhängig davon, ob es nach dem Stapeln eingedrungen ist oder auf den einzelnen Lamellen vor der Montage vorhanden war.

Die wässrige Reinigung hängt von der Penetration der Tenside und der hydraulischen Wirkung ab. In engen Zwischenräumen - 0,3 mm bis 0,5 mm sind bei den üblichen Motorlaminatdicken üblich - können wasserbasierte Flüssigkeiten nicht vollständig eindringen. Noch kritischer ist, dass das Wasser, das in diese Spalten eingedrungen ist, nach dem Waschgang nicht abfließt und nicht schnell trocknet. Eingeschlossene Feuchtigkeit an blanken Siliziumstahlkanten schafft ein Korrosionsrisiko, das das Ölproblem durch ein Rostproblem ersetzt.

Methoden auf Lösungsmittelbasis sind hier im Vorteil, da moderne Reinigungslösungsmittel in der Regel eine geringere Oberflächenspannung als Wasser haben. Sie dringen besser in feine Spalten ein und verdampfen bei richtiger Auswahl rückstandsfrei und oxidationsfrei.

Aus diesem Grund ist die Dampfentfettung die bevorzugte industrielle Methode für vollständig montierte Laminatstapel, bei denen interlaminares Öl die Hauptverschmutzung darstellt.

Reinigungsmethoden: Technische Bewertung

Dampfentfettung

Bei der Dampfentfettung wird Lösemitteldampf verwendet, der auf einem kühleren Werkstück kondensiert, um das Teil kontinuierlich mit frischem, nicht verunreinigtem Lösemittel zu spülen. Da der kondensierende Dampf immer sauber ist, lagert er keine Verunreinigungen wieder ab. Der Prozess ist selbstbegrenzend, sobald sich das Teil auf die Dampftemperatur eingestellt hat.

Bei Laminatstapeln ist der entscheidende Vorteil die Penetration. Der Lösungsmitteldampf kondensiert in den Zwischenräumen und trägt das Öl durch Auflösung und Schwerkraftabfluss nach außen. Die mechanische Rotation während des Zyklus verbessert die gleichmäßige Bedeckung.

Moderne Dampfentfettungssysteme mit geschlossenem Kreislauf verwenden modifizierten Alkohol, Hydrofluorether (HFE) oder ähnliche Formulierungen - und nicht die alten chlorierten Lösungsmittel. Diese sind mit allen Beschichtungsklassen nach ASTM A976 kompatibel. Sie greifen organische Harze bei Betriebstemperaturen nicht an und hinterlassen keine wässrigen Rückstände.

Am besten geeignet für: Vormontierte Stapel mit interlaminarem Öl; Reinigung vor der EP-Beschichtung oder vor der Lackierung; Anwendungen, bei denen keine Feuchtigkeitsrückstände erforderlich sind.

Praktischer Zwang: Die Kosten für die Ausrüstung sind höher als beim Sprühwaschen. Der Durchsatz ist chargenorientiert. Die Einhaltung von Vorschriften für die Verwendung von Lösungsmitteln ist erforderlich.

Alkalische wässrige Reinigung

Die alkalische Reinigung entfernt Öle durch zwei Mechanismen: Verseifung (Umwandlung von Ölen auf Esterbasis in wasserlösliche Seifen) und Emulgierung (Dispergierung nicht verseifbarer Öle in der wässrigen Phase). Das Verfahren ist mit der Fließbandproduktion kompatibel und in großem Maßstab kosteneffizient.

Das Risiko bei beschichteten Laminaten ist die Aggressivität der Chemie. Als Arbeitsrahmen:

• pH-Wert unter 10, Temperatur unter 50°C: Im Allgemeinen sicher für C-3- und C-6-Beschichtungen mit kurzen Kontaktzeiten. Die Reinigungswirkung ist reduziert.
• pH 10-12, Temperatur 50-70°C: Annehmbar für C-4 und C-5. Die Kontaktzeit für C-3 in diesem Bereich sollte unter zwei Minuten gehalten werden.
• pH-Wert über 12 oder längeres heißes Einweichen: Beschädigt C-3-Beschichtungen. Nicht empfohlen für organisch beschichtete Laminate, unabhängig von der Temperatur.

Der Trocknungsschritt ist der Punkt, an dem viele Verfahren scheitern, selbst wenn die Waschchemie korrekt ist. Warme, nasse Laminatstapel, die nach dem Waschen in einer Warteschlange stehen, korrodieren an den freiliegenden Stahlkanten. Die Inline-Trocknung mit Druckluft oder die Trocknung im Niedrigtemperatur-Ofen muss unmittelbar auf die Spülphase folgen - sie ist kein separater Prozess, sondern Teil des Reinigungszyklus.

Am besten geeignet für: Einzelne Laminierungen vor dem Stapeln; C-4- und C-5-beschichtetes Material; Inline-Stanz- und Reinigungsvorgänge für hohe Stückzahlen.

Praktischer Zwang: Schlechte Penetration in die Zwischenräume von zusammengesetzten Stapeln. Die Trocknung muss sofort und kontrolliert erfolgen.

Reinigung mit Ultraschall

Bei der Ultraschallreinigung wird die Kavitation - die Bildung und Implosion mikroskopisch kleiner Blasen unter hochfrequenter Schallenergie - genutzt, um Verunreinigungen von Oberflächen und bis zu einem gewissen Grad auch aus engen Spalten zu entfernen. Die Kavitationsenergie breitet sich in den Stapel aus und bietet eine mechanische Unterstützung, die bei der passiven Immersion fehlt.

Die Wahl der Frequenz und der Leistung ist für beschichtete Laminate von großer Bedeutung:

• Niedrige Frequenz (20-40 kHz): Erzeugt aggressive, großblasige Kavitation. Wirksam bei starker Verschmutzung, birgt jedoch die Gefahr einer mechanischen Beschädigung dünner organischer Beschichtungen bei längeren Zyklen.
• Hochfrequenz (80-120 kHz): Erzeugt feinere, sanftere Kavitation. Sicherer für C-3- und C-6-Beschichtungen bei moderaten Leistungsstufen.

Für beschichtete Laminate wird Ultraschall mit höherer Frequenz und mäßiger Leistung in einem milden Lösungsmittel oder einem wässrigen Medium mit niedrigem pH-Wert empfohlen, wobei die Zykluszeiten kurz gehalten werden.

Am besten geeignet für: Zusammengebaute Stapel in der Chargenverarbeitung; Prototypen oder Kleinserien; wenn keine Dampfentfettungsanlage verfügbar ist.

Vorsicht! Verwenden Sie keinen Hochleistungs-Niederfrequenz-Ultraschall bei C-3 beschichteten Laminaten in längeren Zyklen.

Elektrolytische Entfettung

Bei der elektrolytischen Entfettung werden die Teile in einen alkalischen Elektrolyten gelegt und mit Gleichstrom beaufschlagt. Die Elektrolyse erzeugt Sauerstoff- und Wasserstoffgas an der Oberfläche des Teils, und die Blasenwirkung hebt Ölfilme mechanisch ab. Die Oberflächenreinigung ist aggressiver als bei der passiven alkalischen Entfettung.

Für Laminate gelten besondere Einschränkungen. Die alkalische Badchemie birgt dieselben Beschichtungsrisiken wie die herkömmliche alkalische Reinigung - und der elektrische Strom kann bevorzugt durch metallische Kontaktpunkte zwischen den Laminierschichten fließen, was zu einer ungleichmäßigen Behandlung führt. Die Blasenbildung ist im Wesentlichen ein Oberflächenphänomen und hilft nicht bei der Reinigung von Lücken zwischen den Schichten.

Am besten geeignet für: Oberflächenvorbereitung auf C-4- oder C-5-beschichtetem Material, bei dem Ölfilme auf der Oberfläche das Hauptproblem darstellen.

Nicht empfohlen für: C-3 beschichtete Laminate; zusammengesetzte Stapel mit interlaminarer Ölkontamination.

Vorstapel-Reinigung

Die sauberste technische Lösung für das Problem der interlaminaren Penetration ist die Reinigung der einzelnen Lamellen vor dem Stapeln. Wenn gestanzte Lamellen vor dem Zusammenbau entfettet werden, beginnt der Stapel ohne eingeschlossene Verunreinigungen, und jede nachfolgende Oberflächenreinigung ist eher eine Wartung als eine Sanierung.

Das praktische Hindernis ist die Korrosion. Sauberer Siliziumstahl oxidiert in feuchten Umgebungen schnell. Werden die Bleche gereinigt und dann gelagert oder versandt, bevor sie gestapelt werden, benötigen sie eine neue Schutzbehandlung - ein Dünnschicht-Rostschutzmittel, das nach der Reinigung in geringer Menge aufgetragen wird. Dies schafft ein kontrolliertes, leichtes Verschmutzungsproblem anstelle eines schweren, und das Rostschutzmittel kann so ausgewählt werden, dass es mit dem nachgeschalteten Prozess kompatibel ist.

Für Anlagen, in denen Stanzen und Stapeln im selben Gebäude stattfinden, ist die Reinigung vor dem Stapeln oft der technisch sinnvollste Ansatz, auch wenn sie einen zusätzlichen Prozessschritt erfordert.

Reihenfolge der Prozesse

1. Identifizieren Sie die Beschichtungsklasse für Ihr Elektroband (C-0 bis C-6). Holen Sie sich dies aus der Zertifizierung des Stahlwerks, nicht aus Vermutungen.
2. Beurteilen Sie Art und Ort der Kontamination.
   • Nur Stanzöl, Oberflächenfilm? → Wässrige oder milde Lösungsmittel können ausreichen.
   • Rostschutzmittel plus Prägeöl, interlaminare Verschmutzung? → Dampfentfettung für montierte Stapel erforderlich.
3. Auswahl der primären Reinigungsmethode je nach Beschichtungsklasse und Verschmutzungsprofil:
   • C-3 oder C-6, montierter Stapel: Entfetten mit Dampf.
   • C-3 oder C-6, einzelne Laminate vorstapeln: Mild alkalisch (pH < 10, < 50°C, kurze Einwirkzeit) oder mit mildem Lösungsmittel abwischen.
   • C-4 oder C-5, montiert oder einzeln: Alkalische Spritzreinigung (pH < 12, < 70°C) oder Dampfentfettung.
4. Wenn nach dem Reinigen geglüht wird, führen Sie die Reinigung vor dem Glühen durch - nicht danach. Öl, das im Ofen verbleibt, verkohlt. Sauberer Stahl kann beim Glühen in kontrollierter Atmosphäre tatsächlich wieder eine Basisoxidschicht aufbauen. Siehe den Hinweis zur Glühfolge weiter unten.
5. Spülen (nur wässrige Verfahren) mit deionisiertem oder mineralarmem Wasser. Mineralhaltiges Spülwasser hinterlässt Rückstände, die die Haftung der nachgeschalteten Beschichtung beeinträchtigen.
6. Sofort trocknen. Abblasen mit Druckluft oder Trocknen bei niedriger Temperatur innerhalb von zwei bis drei Minuten nach der letzten Spülung. Dies ist bei blankem oder kantenexponiertem Siliziumstahl nicht fakultativ.
7. Prüfen Sie mit dem Wasserbruchtest. Fluten Sie die gereinigte Oberfläche mit sauberem Wasser. Ein kontinuierlicher, ununterbrochener Wasserfilm deutet auf eine saubere, ölfreie Oberfläche hin. Wasser, das abperlt und bricht, deutet auf Restöl hin. Führen Sie diesen Test durch, bevor Sie eine Schutzbehandlung nach der Reinigung auftragen.
8. Korrosionsschutzmittel auftragen wenn die Teile nicht sofort weiterverarbeitet werden sollen. Wählen Sie ein Rostschutzmittel, das mit dem nächsten Prozess in der Abfolge kompatibel ist - einige Formulierungen sind so konzipiert, dass sie von Lacken verdrängt werden oder beim Glühen sauber abbrennen.

Ein Hinweis zur Glühzeitreihenfolge

Wenn der Prozess ein Spannungsarmglühen umfasst - was bei C-4- und C-5-beschichtetem Siliziumstahl üblich ist, bei dem das Stanzen die magnetischen Eigenschaften verschlechtert hat -, ist die Reinigungssequenz nicht mit der Glühsequenz austauschbar.

Durch die Reinigung vor dem Glühen wird Öl entfernt, das sonst im Ofen verkohlen würde. Sauberer Stahl, der einer kontrollierten, leicht oxidierenden Glühatmosphäre ausgesetzt wird, kann eine natürliche Oxidschicht aufbauen oder wiederherstellen, die die Basisisolierung zwischen den Lamellen auf Oberflächen ergänzt, auf denen die ursprüngliche Beschichtung dünn war.

Die Reinigung nach dem Glühen ist weniger effektiv: Das Öl kann während des Erhitzens teilweise migriert oder polymerisiert sein, und bei der Reinigung nach dem Glühen besteht die Gefahr, dass eine frisch gebildete Oxidoberfläche gestört wird. Die akzeptierte Reihenfolge ist: erst reinigen, dann ausglühen.

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