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  • 12. August 2014

    Sauberkeitskontrolle mittels optimierter Fluoreszenzmesstechnik direkt am Prozess

    Zur Sicherung der hohen Qualität von Oberflächenbeschichtungen sowie Klebe- und Schweißverbindungen ist eine hinreichende Sauberkeit der Bauteiloberflächen erforderlich. Damit rückt die optimierte Fluoreszenzmesstechnik in den Fokus, die eine Bauteilkontrolle direkt am Prozess durchführt. Die SITA Messtechnik GmbH präsentierte auf der zurückliegenden parts2clean diesbezügliche Lösungen und erzielte mit dem Vortrag „Konzentration messen – Sauberkeit kontrollieren – Verschmutzung überwachen“ großen Zuspruch.

    Bauteilsauberkeit

    Die SITA Messtechnik GmbH bietet Lösungen, die eine Bauteilkontrolle direkt am Prozess durchführt.
    (Foto: SITA Messtechnik GmbH)

    Zur Sicherung der Bauteilsauberkeit wird eine ständige Teilekontrolle nach dem Reinigungsprozess erforderlich. Für diese Aufgabe eignet sich im Besonderen eine optimierte und in der Handhabung einfach gestaltete Fluoreszenzmesstechnik, die es ermöglicht, die Bauteilkontrolle direkt am Prozess durchzuführen. Die Messgeräte lassen sich dafür applikationsspezifisch anpassen.

    Filmische Verschmutzungen erkennen

    Bauteilsauberkeit

    Präsentation auf der parts2clean
    (Foto: SITA GmbH)

    Zum Erfassen filmischer Verunreinigungen auf Oberflächen von Metall, Keramik und Glas haben sich Fluoreszenzmessgeräte von Sita bewährt. Grundlage der berührungslosen Messung ist die Eigenschaft von Fertigungshilfsmitteln wie Ölen, Fetten, Kühlschmierstoffen, Konservierungsmitteln sowie Hautfetten, bei Anregung mit UV-Licht zu fluoreszieren. Die Intensität der Fluoreszenz ist abhängig von der Schmutzmenge auf der Oberfläche.

    Das Messverfahren ermöglicht eine Messung unabhängig von der Oberflächen-Rauheit. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung wird in RFU (relative fluorescence unit) gemessen. Fluoreszenzmessgeräte werden entsprechend den Forderungen der Norm DIN ISO 9001:2008 auf eigens dafür entwickelte Normale justiert. Dies sichert die Vergleichbarkeit aller Geräte.

    Sauberkeitskontrolle
    mittels „CleanoSpector“

    Das mobile und robuste Messgerät CleanoSpector wurde speziell für die Qualitätssicherung industrieller Reinigungsprozesse entwickelt. Die intuitive Bedienung gewährleistet ein einfaches und schnelles Messen an der Anlage und im Labor.

    Durch den integrierten Zielpointer lässt sich der Messfleck mit 1 mm Durchmesser exakt positionieren. Dies ermöglicht die Kontrolle von Bauteilen verschiedenster Größe und Gestalt. Für unterschiedliche Bauteile und Prozesse werden Profile angelegt und durch Kalibrierung, Warn- und Eingriffsgrenzen, Anzahl und Lage der Messpunkte sowie Empfindlichkeit exakt an die Aufgabe angepasst.

    Bauteilsauberkeit

    Messgerät „CleanoSpector“ zur Qualitätssicherung industrieller Reinigungsprozesse
    (Foto: SITA Messtechnik GmbH)

    Im Messmodus Sauberkeit zeigt das Gerät die Sauberkeit in Prozent an. Dabei erfolgt die Kalibrierung auf ein ideal sauberes Bauteil, das 100 Prozent Sauberkeit entspricht. Stark verschmutzte Bauteile werden mit kleiner 10 Prozent Sauberkeit bewertet. Mit dem Messsystem Sita Clean Line CI steht eine Lösung für die fertigungsintegrierte Sauberkeitskontrolle zur Verfügung. Entsprechend den Aufgabenstellungen kann mit einem oder mehreren Sensoren gemessen werden.

    Definition und Kontrolle der Sauberkeit

    Ausgangspunkt der applikationsspezifischen Anpassung sind definierte Sauberkeitsanforderungen für die betreffende Bauteiloberfläche. Dies erfolgt oft auf Basis der Erfahrungen des Anlagenführers, der im Rahmen einer Monitoring-Phase den Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der Sauberkeitskontrolle und der Produktqualität empirisch ermittelt. Empfohlen wird jedoch, die erforderliche Bauteilsauberkeit durch Analysieren der Auswirkungen unterschiedlicher Verschmutzungen auf den Folgeprozess zu definieren. Die Fluoreszenzmessung erfasst die Stärke der Schmutzschicht der ausgewählten Bauteile, die anschließend beschichtet, verklebt oder verschweißt werden.

    Nach Bewertung der Qualität der fertigen Bauteile anhand bewährter Prüfverfahren, wie beispielsweise Abreißversuchen nach DIN EN ISO 4624 für Klebeverbindungen mit Kraftmessung bis zum Versagen sowie Beurteilung des Bruchbildes beziehungsweise bei Beschichtungen mit dem Gitterschnitttest nach DIN EN ISO 2409 oder dem Salzsprühtest nach DIN EN ISO 9227, können die Anforderungen an die Bauteilsauberkeit definiert werden.

    Bauteilsauberkeit

    Für die Sauberkeitskontrolle werden Grenzwert, Anzahl und Lage der Messpunkte auf den Stoßflächen definiert. (Foto: SITA Messtechnik GmbH)

    Sauberkeitskontrolle in der Praxis

    Häufig erfolgt die Produktprüfung auch nach firmeninternen Vorschriften, wie folgende Praxisbeispiele zeigen. Beim Schweißen enstehen durch filmische Verunreinigungen auf den Stoßflächen Gase, die Poren in der Schweißnaht verursachen. Je höher deren Anzahl und Größe, desto geringer ist die Festigkeit und damit Qualität der Schweißverbindung. Die Porenzahl der Schweißnähte wurde in „sehr gering“, „hinreichend gering“ und „hoch“ unterteilt. Durch die Sauberkeitskontrolle vor dem Laserschweißen konnte gezeigt werden, dass die Anzahl der Poren mit steigender Verunreinigung der Stoßflächen zunimmt. Für die Sauberkeitskontrolle in der Produktion wurden Grenzwert, Anzahl und Lage der Messpunkte auf den Stoßflächen definiert.

    Stichproben und Testergebnisse

    Für die Qualitätsprüfung der Klebeverbindung von Gehäusen für Gasarmaturen werden diese einer Dichtheitsprüfung unterzogen. Die Gehäuse müssen einem Innendruck von mindestens 1000 mbar ohne Druckabfall standhalten. Filmische Verunreinigungen auf der Klebefläche verringern die Haftung des Klebstoffs. Aus den Testergebnissen von Stichproben wurden die zu erwartenden Häufigkeitsverteilungen berechnet. Anhand dieser wird deutlich, dass mit der Reinigung ohne Optimierung die Qualitäts-Anforderungen nicht erfüllt werden können.

    Knapp 50 Prozent der Teile bestanden den Drucktest nicht. Die mittlere Sauberkeit der Klebefläche betrug 31,6 Prozent. Nach Optimierung des Reinigungsprozesses konnte die mittlere Sauberkeit auf 86,5 Prozent erhöht und der erwartete Ausschuss drastisch reduziert werden. Die Sauberkeit der Klebefläche wird mit einem Messgerät (CleanoSpector) ständig überwacht, um den Ausschuss weiter zu minimieren und die Häufigkeit der Dichtheitstests zu reduzieren.

    Bauteilsauberkeit

    Die SITA Messtechnik GmbH stellte auf der zurückliegenden parts2clean Lösungen im Bereich Sauberkeitskontrolle vor. (Foto: SITA Messtechnik GmbH)

    Weitreichende Einsatzgebiete

    Beim Reinigen von Bauteilen zum Einsatz in sauerstoffreicher Atmosphäre empfiehlt die ASTM-Norm G93-03 die Fluoreszenzmessung zum Nachweis von Verunreinigungen. Für die in mg/m² angegebenen Grenzwerte für Verunreinigungen lassen sich entsprechende Werte der Fluoresenzmessung anhand von Produktionsmustern und Verfahren der instrumentellen Laboranalytik ermitteln. Beispiele dafür sind die Lösungsmittel-Extraktion mit anschließender Bestimmung der organischen Schmutzmenge durch Infrarot-Spektroskopie oder die Bestimmung des Restkohlenstoffes auf der Bauteiloberfläche.

    Neben der Sauberkeitskontrolle lassen sich die Fluoreszenzmessgeräte schließlich auch zur Schichtdickenmessung von Ölen wie beispielsweise temporären Korrosionsschutzschichten oder Stanzölen einsetzen.

    Quelle: André Lohse, Applikations-Ingenieur und
    Lars Schümann, Qualitätsmanagementbeauftragter SITA Messtechnik GmbH

    Weitere Infos und Kontakt:
    SITA Messtechnik GmbH
    Gostritzer Str. 63
    01217 Dresden
    Deutschland

    Ansprechpartner:
    Daniel Schümann
    Telefon: +49 351 871-8041
    Fax: +49 351 871-8258
    e-Mail: daniel.schuemann@sita-messtechnik.de

    Verweise:

    Messverfahren – Die Abklingmessung
    Korrelative Mikroskopie zur Partikel-Analytik
    Mikrotomographie zur Partikel-Analyse
    Partikel – Störgrößen bei Messverfahren
    Der „Illig“-Wert
    Gravimetrie – Wägen im Mikrogramm-Bereich
    Auf der Jagd mit Partikelfallen
    Verfahren zur Partikelmessung
    EDX-Analyse zur Partikel-Messung



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