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Schmutzindikator: Rückstände auf gereinigten Teilen quantifizieren

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Mit einem Gerät zur Online-Erfassung von Stoffkonzentrationen gelingt es jetzt, Verunreinigungen und Restkontaminationen auf funktionellen Oberflächen gereinigter Bauteile zu quantifizieren. Vorgestellt wird das Gerät auf der Fachmesse für Teilereinigung und Teiletrocknung „Parts2clean“ vom 28. – 30. Oktober in Friedrichshafen.

Die Forderung der Hightech-Automotive-Systemlieferanten, mit weltweit positionierten Fertigungsstandorten, nach einheitlichen und zentral überwachten Qualitätsvorgaben im Sinne der Automobilhersteller zu fertigen, konnte bis dato nur unzureichend erfüllt werden. Die Gründe dafür sind vielfältig. Eine DIN-konforme Richtlinie für das Erfassen und Bewerten von Partikel-Restverschmutzungen wird beispielsweise derzeit erst durch einen Arbeitskreis unter Federführung des IPA Stuttgart erarbeitet. Sie behandelt jedoch nicht die Beurteilung schichtbildender, chemischer Kontaminationen.

Reinheitsanalysen werden nur mit hohem personellen Aufwand im Labor unter Einsatz teurer Analyseapparaturen realisiert. Die bisher angewendeten Prüfverfahren sind teilweise subjektiv und das erstellte Prüfergebnis ist nur mit zeitlichem Versatz verfügbar.
Bei der Optimierung von Analyseverfahren in der Metallreinigungstechnologie ist es Dansotec jetzt aber gelungen, den Oberflächenzustand gereinigter Bauteile vollautomatisch „In situ“ zu erfassen und zu dokumentieren. Das bedeutet für den Anwender einen sofortigen Zugriff auf objektive Prüfergebnisse, auch bei komplizierten Bauteilgeometrien.
Der „Kontavisor“, so die Systembezeichnung, ist allerdings kein „automatisches Labor“, welches einzelne chemische Elemente einer vorhandenen Substanz selektieren und genau definieren kann, sondern eine produktionsorientierte Überwachungseinheit, die einen permanenten Soll-Ist-Wert-Vergleich von Qualitätsvorgaben durchführt, anzeigt und dokumentiert.
Vorgabe eindeutiger Prüfkriterien
Durch das von Dansotec in Kooperation mit der Systektum GmbH aus Flensburg entwickelte Verfahren ist es der Automobilindustrie möglich, ihren Zulieferern eindeutige Qualitätsmerkmale und Prüfkriterien vorzugeben. Ein einfaches und variables Handling gewährleistet dem Anwender eine kontinuierliche Prozessüberwachung, mit einer verständlichen Protokollierung. Die vom Kunden geforderte Sauberkeit der gereinigten Bauteile wird eindeutig definiert und weltweit vergleichend geprüft und dokumentiert. Fertigungszeugnisse und Prüfzertifikate dokumentieren den erreichten Reinigungsgrad.
Bewertung der Reinigungsleistung
Durch den Einsatz des Kontavisors ist auch der Entwickler wässriger Reinigungsmittel in der Lage, eine vergleichende Bewertung der Reinigungsleistung verschiedener Formulierungen zu definieren, die Wirksamkeit unterschiedlicher Buildergerüste bzw. Tensid-Kombinationen zu qualifizieren und die negativen Auswirkungen durch notwendige Inhibitoren oder polare Substanzen (Inhibitoren und Demulgatoren ziehen auf gereinigte Oberflächen auf) zu ermitteln. Auch die qualitative Bewertung der Ausbildung notwendiger Schutzfilme, z. B. Korrosionsschutzbeölung oder Aminfilme, lässt sich durch den Kontavisor realisieren.
Variabel im Einsatz
Die Prüfung der gereinigten Werkstücke direkt vor oder nach einzelnen Fertigungs- oder Behandlungsschritten vermeidet Folgefehler und ermöglicht eine Ergebniskorrektur durch gezielte Nachbehandlung. Der praktische Einsatz ist in zwei Varianten möglich.
  • Einerseits kann das Messsystem durch manuelle Handhabung bei der selektiven Einzelteilmessung im Prüflabor verwendet oder bedarfsorientiert zur punktuellen Prüfung von Chargen z. B. in der Härterei eingesetzt werden.
  • Andererseits ist das Prüfverfahren über eine automatische Sensorführung am Roboterarm vollautomatisierbar. Die Prüfeinrichtung wird hierbei in den Materialfluss integriert. Der Roboter entnimmt jedes Einzelteil aus der Fertigungslinie und führt das Prüfobjekt zum fest positionierten Sensor. Bei der „In situ“-Messung wird der Sensor im Takt zum Werkstück geführt.
Die direkte Anzeige des Kontaminationswertes und Visualisierung runden die Merkmale des Systems ab.
Grundlage des Messverfahrens ist die zeitaufgelöste, laserinduzierte Fluoreszenzspektroskopie. Bei diesem Verfahren wird nicht die Gesamtfluoreszenz eines angeregten Mediums ausgewertet, sondern die spezifische Abklingfunktion der erfassten Substanzen.
Fluoreszenzverhalten
Und so funktioniert das System: Eine zu untersuchende Oberfläche wird mittels eines mit 3 kHz gepulsten UV-Mikrochip-Lasers optisch angeregt. Die von Kohlenwasserstoffgruppen ausgehende Fluoreszenz wird von einem Interferenzfilter differenziert und dann mittels Photomultiplier quantitativ ausgewertet. Nach jedem einzelnen Laserpuls wird die spezifische Abklingfunktion der Fluoreszenz aufgenommen. Der Auswertvorgang wird 3000-mal pro Sekunde wiederholt, was eine hohe statistische Sicherheit gewährleistet. Aus der Summe dieser Daten wird ein Kontaminationswert errechnet. Restkontaminationen im Feinstbereich wie z. B. geringste Rückstände von Bearbeitungsmedien werden schnell und zuverlässig quantifiziert.
Zu den wesentlichen Komponenten des Kontavisors zählen der UV-Microchip-Laser, ein Photomultiplier und der zentrale Micro-Controller, in dem die Signalverarbeitung stattfindet. Diese sind in einem 19“-Gehäuse integriert. Für die Signalübertragung zwischen dem Aufstellungsort des Zentralgerätes und der Messstelle kommen zwei Quarzglasfasern zum Einsatz. Der Mess-Sensor enthält keine aktiven Bauteile.
Dansotec GmbH Tel. 02472/ 801205, Fax 02472/801208 www.dansotec.de

Bewerten des PrüFergebnisses
Ermittelter Zahlenwert entspricht der Anzahl der erfassten Photonen (Counts)
Beispiele
  • ungenügend gereinigte Oberfläche mit visuell kaum wahrnehmbarer Restölkontamination 2000 – 3500 Counts
  • Fingerprint auf blanker, polierter Oberfläche 300 – 350 Counts
  • reine, kontaminationsfreie Oberfläche 0 – 15 Counts
Diese Zahlenwerte sind exemplarisch und können je nach Anwendungsfall differieren.
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