Optimierte Prozesse bei der Teilereinigung mit geringer Tensidreserve

Eine qualitativ hochwertige Oberflächenbehandlung oder -beschichtung setzt bei Metallteilen nach der Formgebung eine definierte Bauteilsauberkeit voraus. Werden Bauteile unzureichend gereinigt, führt das zu Mängeln bei der Oberflächenqualität. Folgeschäden und hohe Kosten können das Ergebnis sein. Die Aufgabe der Teilereinigung ist die Öl-, Fett- und Partikelentfernung.

Dazu sind bei der wässrigen Teilereinigung eine hohe Verfahrenssicherheit und somit stabile Verhältnisse der Zustandsgrößen der Bäder erforderlich. Zu den wesentlichen Kenngrößen, die einen Badzustand bei der Teilereinigung charakterisieren, gehören die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit, die Schmutzkonzentration sowie die Konzentrationen der eingesetzten Reinigerkomponenten Builder und Tensid (Netzmittel).

Um aus Sicherheitsgründen eine Reserve zur Reinigungskraft in den Bädern zu gewährleisten, werden derzeit die Reinigerkomponenten oft stark überdosiert. Das kontinuierliche Überwachen der Reinigerkonzentration ermöglicht eine verbrauchsgerechte Dosierung und damit eine wirtschaftliche und ökologische Optimierung der Reinigungsprozesse.

Mit dem Optimierungsprozess verfolgt man folgende Ziele bei der Teilereinigung: eine Kostenverringerung beim Reinigereinsatz, das Vermeiden von Anreicherungen der Reinigerbestandteile in den nachfolgenden Spülbädern, das Verlängern der Badstandzeiten und eine Kostenreduzierung bei Wasser und Abwasser.

Im Verbund mit einer nachgeschalteten Sauberkeitskontrolle der Teile sorgt ein kontinuierliches Überwachen der Badzustandsgrößen für eine nachhaltige Steigerung der Verfahrenssicherheit bei der Teilereinigung. Dadurch können eine unzureichende Teilesauberkeit und deren Ursachen rechzeitig erfasst und die notwendigen Maßnahmen eingeleitet werden.

Überwachen der Tensidkonzentration während der Teilereinigung

Für das Überwachen und Nachdosieren des Builders lässt sich dessen Konzentration hinreichend genau durch Messen der Leitfähigkeit oder durch Säure-Base-Titration bestimmen. Mit der Messgröße „Oberflächenspannung“ ist das Überwachen der Tensidkonzentration und damit ein verbrauchsangepasstes Nachdosieren möglich.

Die dazu verwendeten Blasendrucktensiometer von Sita erfassen auf diese Weise die Konzentration der freien, reinigungsaktiven Tenside. Für die Online-Überwachung und das automatische Dosieren der Netzmittel hat sich das Prozessmessgerät Sita Clean Line ST weltweit am Markt etabliert. Für schnelle und einfache Messungen sowie Analysen zur Badüberwachung am Prozess sind das mobile Tensiometer Sita Pro Line t15 und das Handtensiometer Sita Dynotester geeignet.

Zum einfachen Kontrollieren von Metalloberflächen auf filmischen Restschmutz hat Sita ein Fluoreszenzmessgerät (Sita Cleanospector) entwickelt. Dieses Gerät erfasst die Schmutzschicht durch Anregung deren Fluoreszenz mit Licht im UV-Bereich.

Organische Stoffe zeigen bei dieser Anregung eine starke Eigenfluoreszenz, was den Nachweis von Öl- und Fettfilmen sowie Korrosionsschutzmitteln ermöglicht. Eine Photodiode im Sensorkopf des Geräts erfasst die Intensität der emittierten Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich des blauen Lichtes. Je höher die Intensität, desto größer ist der Restschmutz. Das Messverfahren funktioniert auf Oberflächen von nicht oder schwach fluoreszierenden Materialien und Flüssigkeiten.

Fluoreszenzmessgerät für die Teilereinigung arbeitet nach konfokalem Prinzip

Das Fluoreszenzmessgerät Sita Cleanospector arbeitet nach dem konfokalen Prinzip: Das Anregungslicht und das durch die Fluoreszenz emittierte Licht folgen dem gleichen, parallelen Strahlenverlauf. Der Durchmesser des Messpunkts beträgt 1 mm.

Die Positionierung des Sensorkopfs ist unproblematisch und eine Online-Messung ohne Schwierigkeiten möglich. Aufgrund einer automatischen Umgebungslichtkompensation lässt sich ein berührungsloses Messen direkt an der Anlage zur Teilereinigung realisieren.

Das Bedienkonzept des Messgeräts ermöglicht eine einfache Handhabung: Die Messung wird einfach per Start-Knopf begonnen. Der integrierte Zielpointer unterstützt zusätzlich zum Anvisieren der Messstelle die Einstellung des optimalen Messabstands. Angezeigt wird der Grad der Sauberkeit der Metalloberfläche in Prozent.

Das Kalibrieren des Messgeräts erfolgt auf Teilen ohne Schmutz (ideal sauber). Die Kalibrierwerte entsprechen einer Sauberkeit von 100%. Anhand von Referenzproben ist ein Grenzwert für eine hinreichende Sauberkeit zu ermitteln.

Bewertung der Teilereinigung über Bauteilsauberkeit

Über die Kontrolle der Bauteilsauberkeit lässt sich das Ergebnis der Teilereinigung bewerten und damit der Prozess optimieren. So muss bei einer unzureichenden Sauberkeit der Bauteiloberflächen auf den Reinigungsprozess beispielsweise durch Erhöhen der Reinigerkonzentration oder Durchführen von Badpflegemaßnahmen eingewirkt werden, um Fehler bei der nachfolgenden Oberflächenbehandlung oder -beschichtung auszuschließen.

Das Optimieren der Reinigerkonzentration bildet die Grundlage für eine wirtschaftliche Prozessführung in der Teilereinigung. So ermöglichen eine kontinuierliche Sauberkeitskontrolle und die Überwachung der Reinigerkonzentration, die Sicherheitsreserve des Reinigers im Bad zu verringeren, bis der festgelegte Grenzwert für eine hinreichende Bauteilsauberkeit erreicht ist. Anschließend müssen Grenzwerte für die Reinigerkonzentration definiert und durch eine automatische messwertbasierte Dosierung eingehalten werden.

Überwachung bei der Teilereinigung lässt sich automatisieren

Zum Automatisieren der Überwachung und Dosierung des Tensids wird das Prozessmessgerät Sita Clean Line ST, das über einen Messwertspeicher sowie Stromschnittstellen für die Messwerte verfügt, in Verbindung mit einem Regler oder einer SPS eingesetzt. Dabei besteht die Möglichkeit, mit einem prozess- und anlagenspezifischen Dosieralgorithmus eine Sollwertregelung für die Tensidkonzentration zu realisieren.

In zahlreichen Anwendungsbereichen der Oberflächenbehandlung – von der Automobilkarosse bis zu Präzisionsteilen für Pumpen und Lager – konnten die Reinigungsprozesse durch Überwachen und messwertbasiertes Dosieren der Reinigerkomponenten Builder und Tensid erfolgreich optimiert werden. Damit war es möglich, die Prozesse so zu steuern, dass bei minimalem Einsatz der Betriebsstoffe wie Wasser und Reiniger sowie Energie stets eine hinreichend hohe Reinigungsqualität erreicht wird.

Mit dem neu entwickelten Gerät Sita Cleanospector lässt sich die Badüberwachung mit der Bauteilkontrolle verknüpfen und so eine neue Dimension in der Verfahrenssicherheit und wirtschaftlichen sowie ökologischen Prozessführung erreichen.

Dipl.-Ing. Daniel Schümann ist Leiter Applikation bei der Sita Messtechnik GmbH in 01217 Dresden.