Filmische Verunreinigung in der Fertigung stoppen

In der industriellen Fertigung ist Sauberkeit längst kein Nice-to-have mehr, sondern knallharte Notwendigkeit. Wer die Herausforderung filmischer Verunreinigung unterschätzt, spielt mit gravierenden wirtschaftlichen Risiken – von Produktionsausfällen bis hin zu Rückrufaktionen. Während partikuläre Verunreinigungen wie Staub oder Späne mit bloßem Auge oder unter dem Mikroskop erkennbar sind, bleibt die filmische Verunreinigung oft lange unentdeckt.

Dabei sind genau diese unsichtbaren Rückstände hochgefährlich. Öle, Fette, Silikone oder Reinigungschemikalien legen sich als dünner Film auf Bauteiloberflächen und stören nachfolgende Prozesse wie Kleben, Lackieren oder Beschichten – häufig mit fatalen Folgen.

Filmische Verunreinigung bedroht Hightech-Branchen

Ob Automobilindustrie, Elektronikfertigung, Medizintechnik oder Luft- und Raumfahrt – überall dort, wo Funktionalität, Haftung oder elektrische Leitfähigkeit kritisch sind, steht die Vermeidung filmischer Verunreinigungen ganz oben auf der Agenda. Besonders dramatisch wird es, wenn Rückstände erst beim Endkunden auffallen oder – schlimmer noch – während der Produktnutzung zum Versagen führen. In der Mikroelektronik reicht oft schon eine atomare Kontamination aus, um die Funktion einer Baugruppe vollständig zu stören.

Dazu Dominik Lausch, CEO Denkweit: „Das Thema ‚Filmische Verunreinigung & saubere Fertigungsprozesse‘ ist deshalb so wichtig, weil kleinste Rückstände auf Oberflächen die Funktionalität, Haftung oder Qualität von Bauteilen massiv beeinträchtigen – besonders in sicherheitskritischen Bereichen wie Automotive, Medizintechnik oder Elektronik.“

Dipl.-Phys. Frank-Holm Rögner, Gruppenleiter Reinigungs- und Hygienetechnologien und stellvertretender Bereichsleiter Elektronenstrahl am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, ergänzt: „Aktuelle Entwicklungen etwa in der Zulieferindustrie für die Mikroelektronik würden damit niemals erfolgreich sein. Hier stören zum Teil schon filmische Restbeläge von wenigen Atomlagen die Funktion von Baugruppen.“

Aber auch für die Lackhaftung, die Festigkeit von Klebverbindungen und die Qualität optischer Systeme spiele die Beherrschung filmischer Verunreinigungen eine entscheidende Rolle. „Da es immer preiswerter ist Verunreinigungen zu vermeiden, als diese wieder abzureinigen (wenn es denn überhaupt noch geht), sind saubere Fertigungsprozesse enorm wichtig, um in komplexen Produktionsketten wirtschaftlich agieren zu können.“

Herausforderung in industriellen Prozessen

Technik

Filmische Verunreinigung: Alles, was Sie dazu wissen müssen

Eine filmische Verunreinigung ist eine dünne, nicht-partikuläre Schicht aus unerwünschten, fremdartigen Bestandteilen auf Teil- oder Vollflächen von Bauteilen. In industriellen Prozessen ist sie eine enorme Herausforderung.Hier klicken!

Partikuläre Verunreinigung: Unsichtbare Risikoquelle

Neben der filmischen Verunreinigung sorgt auch die partikuläre Verunreinigung für eine unerwünschte Belastung in einem Prozess oder Produkt, die dessen Qualität, Sicherheit oder Funktionalität beeinträchtigen kann. Partikuläre Rückstände bestehen aus festen Teilchen: Staub, Fasern, Abrieb. Sie entstehen durch Bearbeitung, Transport oder Handhabung – und lassen sich oft relativ leicht entfernen.

Filmische Verunreinigungen hingegen sind flächige Schichten, die sich meist aus Schmierstoffen, Prozesshilfsmitteln, Reinigungsrückständen oder sogar Fingerabdrücken zusammensetzen. Ihre Tücke liegt in der Unsichtbarkeit und der oft erst verzögert auftretenden Wirkung: fehlerhafte Klebverbindungen, schlechte Lackhaftung oder elektrische Fehlfunktionen sind nur einige der typischen Auswirkungen.

Dipl.-Ing. André Lohse, Leiter Anwendungstechnik - Head of Applications, Sita Messtechnik GmbH, erläutert: „Der Unterschied zwischen partikulären und filmischen Verunreinigungen liegt sowohl in ihrer Erscheinung als auch in ihrer Wirkung: Partikuläre Verunreinigungen sind feste, mit bloßem Auge oder unter dem Mikroskop sichtbare Fremdkörper hauptsächlich im Bereich 15 bis 1.000 µm: Partikel, Späne, Staub oder Fasern, die hauptsächlich aus den Bearbeitungsprozessen selbst, aber auch aus Handling, Transport oder der Umgebung stammen.“

Sie begünstigten mechanische Schäden, Verschleiß, Fehlfunktionen oder können auch kurzfristige Fehler wie Kurzschlüsse auslösen. Dipl.-Phys. Frank-Holm Rögner vom Fraunhofer FEP weiß um die Wichtigkeit der Begrifflichkeiten: „Aktuell beschäftige ich mich mit vielen weiteren Fachkolleginnen und Fachkollegen in einem DIN-Arbeitsausschuss mit der Entwicklung einer Norm (DIN 4878-1) zur Erstellung einer Sauberkeitsspezifikation. Die Begriffsdefinitionen spielen dabei eine große Rolle, um ein einheitliches Verständnis zur Sauberkeit von Bauteiloberflächen zu erreichen.“

Gefährliche Rückstände im gesamten Fertigungsprozess

Ob nun filmische oder partikuläre Verunreinigung - der gesamte Produktionsprozess vom Wareneingang bis zur Verpackung steht unter Verdacht, wie Dipl.-Ing. André Lohse bestätigen kann: „Betroffen sind alle Produktionsschritte und -bereiche, in denen Oberflächen eine Rolle spielen – vom Kleben, Schweißen und Kontaktieren über Lackieren und Beschichten oder Härten, bis hin zu Montage, Qualitätskontrolle, Endprüfung und Verpackung.“

Typische Fehlerquellen für filmische Verunreinigungen seien nicht optimal abgestimmte Prozessketten, eine fehlerhafte oder unzureichende Reinigung, mangelnde Überwachung von Reinigungsparametern und Oberflächen, die Nutzung kontaminierter Materialien oder Werkzeuge, unzureichende Personalqualifizierung sowie problematische Umgebungsbedingungen. „Diese Fehler lassen sich durch optimierte Prozesse, regelmäßige Überprüfung und Dokumentation der Qualitätsparameter, Prozessführung mit korrigierenden Eingriffen und gezielten Mitarbeiterschulungen erheblich minimieren.“

Filmische Verunreinigungen sind kein Phänomen

Für Frank-Holm Rögner sind filmische Verunreinigungen kein Phänomen, sondern eine tagtägliche Begleiterscheinung: „Bearbeitungshilfsstoffe wie Öle, Kühlschmierstoffe, Reinigungsmittel sind allgegenwärtig, für viele Fertigungsschritte unerlässlich und sie hinterlassen filmische Verunreinigungen. Mir fällt keine Branche ein, in der filmische Verunreinigungen nicht auftreten würden. Interessant ist eher, wo diese Verunreinigungen den größten Schaden verursachen können. Aktuell ist die Zulieferindustrie von ASML und verschiedener Zeiss-Sparten stark mit diesem Thema beschäftigt, da hier selbst Restverunreinigungen von wenigen Atom-Monolagen für die Präzisionsprozesse im Ultrahochvakuum ausgeschlossen werden müssen.“

Dies Alles umfasst also sämtliche Produktionsschritte – von der Warenannahme über die Fertigung bis hin zu Verpackung und Versand. Filmische Verunreinigung kann dabei nicht nur durch Produktionshilfsstoffe entstehen, sondern ebenso durch den Menschen (Fingerabdrücke), die Produktionsumgebung (Aerosole, Staubpartikel) sowie durch das Verpackungsmaterial selbst (Ausgasungen).

Vom Wischtest bis zur FTIR-Spektroskopie

Welche Messmethoden werden aber eingesetzt, um eine filmischen Verunreinigung nachzuweisen oder zu verwerfen? „Das Spektrum an Analysemethoden ist groß“, sagt Denkweit-CEO Lausch, „allerdings gibt es wenige gute Methoden für den industriellen Einsatz, da große Flächen untersucht werden müssen. Optische Methoden sind hier besonders geeignet.“

„Das Methodenspektrum reicht also von einfachen Schnelltests bis hin zu hochkomplexen Laboranalysen, die die Identifikation und Quantifizierung selbst sehr geringer Rückstände deutlich unterhalb der Mikrogramm-Schwelle pro Quadratzentimeter ermöglichen“, erklärt André Lohse von Sita Messtechnik. „Hierbei sind jedoch die Verfahren hinsichtlich ihrer Eignung für die nachzuweisenden Verunreinigungen und Sauberkeitsanforderungen als auch die Prüfsituation auszuwählen.“

So hat der Fachverband Industrielle Teilereinigung (FiT) mit der Richtlinie ‚Filmische Verunreinigungen beherrschen‘ ein praxisnahes Kompendium geschaffen: Sie stellt gängige Prüf- und Analyseverfahren vor, bewertet diese anhand verschiedener Einsatzprofile und gibt konkrete Tipps sowie Lösungsansätze für häufige Problemfälle.

Mikrowaage macht Rückstände messbar

Kai-Uwe Geiger, Chemiker in der Analytik und Methodenentwickler bei der ZF Group, und Co-Referent Dr. Martin Fahr, Nägele Mechanik, sprechen auf der 8. Fachkonferenz ‚Filmische Verunreinigung & saubere Fertigungsprozesse‘ vom 21. Bis 22. Oktober 2025 in Bad Gögging zum Thema ‚μNVR - Analysebaukasten zur Prüfung löslicher Rückstände‘.

Geiger gibt hier eine Vorschau auf den Vortrag: „Eine Quarzkristall-Mikrowaage ist das zentrale Werkzeug für die Analyse von filmischen Rückständen auf Produkten. Damit dieses Werkzeug bei uns optimal eingesetzt werden kann, haben wir in enger Kooperation mit dem Hersteller den gesamten Prozess rund um die Anwendung gezielt weiterentwickelt. Das Ergebnis ist eine sehr praxisnahe und effiziente Lösung, die sich im Alltag bewährt. Damit haben wir die vorhandenen Stärken dieses Tools zusammen noch einmal verbessert.

Ein wesentlicher Vorteil liegt im äußerst geringen Probenbedarf. Die Waage ermöglicht präzise Messungen mit minimalem Rückstandsmaterial, das heißt, auch mit geringsten Mengen lassen sich zuverlässige Ergebnisse erzielen. Der zeitliche Aufwand reduziert sich erheblich, weil die Schritte, die sonst große Lösungsmittelmengen bedurften und umständliche Handhabung bedingten, herunterskaliert werden können. Gleichzeitig werden durch den deutlich geringeren Einsatz von Lösungsmitteln die gesundheitliche Belastung für die Nutzerinnen und Nutzer und die Gefahren durch entzündliche Flüssigkeiten minimiert – ein wichtiger Beitrag zur Arbeitssicherheit und zum Gesundheitsschutz.“

So hilft KI bei der Erkennung filmischer Verunreinigung

Was aber, wenn es zu einer filmischen Verunreinigung kommt, die nicht mehr entfernt werden kann? Dipl.-Ing. Lohse weiß um die Gefährlichkeit eines solchen Szenarios: „Der denkbar schlimmste Fall bei filmischer Verunreinigung sind komplette Produktausfälle, Rückrufe oder erhebliche Nacharbeiten, Imageschäden sowie der Verlust von Kunden und Marktanteilen, wobei im schlimmsten Fall sogar die Sicherheit von Menschen gefährdet werden kann.“

Nach Angaben von Lohse sind genaue Zahlen zu den Schäden durch filmische Verunreinigungen schwierig festzulegen. Sie liegen demnach jedoch - abhängig von Branche und Anwendung - oft im Bereich von Tausenden bis Millionen Euro und beinhalten zusätzliche Aufwände für Nacharbeit, Ausschuss, Standzeiten, Reklamationen und verminderte Kundenzufriedenheit.

Damit dies nicht geschieht, könnten Unternehmen heute schon auf KI-basierte Bildverarbeitungssysteme auch von Denkweit setzen, dazu Dominik Lausch: „Unsere Lösung ermöglicht heute die automatisierte Detektion von filmischen Verunreinigungen in der Linie – ohne aufwändige Vorbereitungen oder Laboranalysen. Das spart Zeit, senkt Fehlerquoten und erhöht die Prozesssicherheit.“

Auch André Lohse sieht Innovationen und neue Entwicklungen in diesem Bereich: „Diese umfassen die Automatisierung und Integration von Reinigungsschritten speziell mit lokal-wirkenden Verfahren (Laser, Plasma, CO₂) und Prozess- und Sauberkeitskontrolle durch Inline-Sensorik, den gezielten Einsatz von KI zur Echtzeitanalyse und Prozessoptimierung bis ins Auftragsmanagement sowie neue und weiterentwickelte Prüfverfahren.“ All dies erfordere und ermögliche die Digitalisierung der Reinigungsprozesse und Qualitätsüberwachung, insbesondere auf Basis offener Datenstandards.