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Daniel Schlak – Prozessüberwachung mit wartungsfreien Sensoren – Einsatz von Thermometrie, optischer Detektion und Nahinfrarotspektroskopie in der Oberflächentechnik

Um eine gleichbleibende Produktqualität sicherzustellen, werden die Behandlungsmedien engmaschig überwacht. Schlüsselparameter werden gemessen, zur Prozesssteuerung verwendet und als Nachweis für die Qualitätssicherung und den Auftraggeber dokumentiert. Die Angaben des jeweiligen Badherstellers sind maßgeblich für die Wahl der Parameter und Badfahrweise.

Basis der Überwachung ist meist die Vorschrift des Badherstellers. Für die Prozessüber-wachung bietet sich eine automatisierte Umsetzung der bewährten Laborvorschriften an. Für weitergehende, qualitätssichernde Maßnahmen können auch eigene Standards definiert werden. Beispielsweise die Überwachung einer Störkomponente, die sich negativ auf einen Folgeprozess, z. B. eine Klebung, auswirken kann.

Für alle Messungen ist eine robuste Sensortechnik mit möglichst langen Wartungsintervallen gefordert. Elektroden auf elektrochemischer Basis weisen den Nachteil auf, dass die Sensoroberfläche sich über die Zeit verändert. Es kommt zu Memoryeffekten und Nachlassen der Sensitivität. Das hat eine Nachkalibrierung zu Folge und der Sensor muss von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Des Weiteren benötigen die Elektroden eine gewisse Pflege durch Nachfüllen des ausfließenden Elektrolyten. Einhalten von Regenerationszeiten haben sich bewährt.

All diese Nachteile treten bei thermometrischen oder optischen Sensoren nicht auf. Bei der thermometrischen Titration wird die Reaktionswärme der Bestimmung für die Detektion des Endpunktes genutzt. Damit ist der Sensor universell für viele Anwendungen geeignet. Durch einen entsprechenden Schutzüberzug ist er gegen hochkonzentrierte Säuren und Flusssäure beständig.

Die optische Endpunkttitration bei der entsprechenden Wellenlänge des Farbindikators liefert hochpräzise Analysenergebnisse mit der Absolutmethode Titration. Ganz ohne Kalibrierung, Ermüdung und Elektrodenpflege.

Durch die Nahinfrarotspektroskopie sind innerhalb von Sekunden die organischen Bestandteile des Bades zugänglich – auch als Multiparameterbestimmung.

Der Vortrag präsentiert drei Fallbeispiele für den Einsatz wartungsfreier Sensoren:

  • Thermotitration für die selektive Überwachung von Fluorwasserstoff bei Prüfätzbädern von Titanteilen
  • Zink/Nickel-Bestimmung mit der Optrode bei der Zinkphosphatierung von Automobilteilen
  • Überwachung von Glanzbildnern im Nickelbad mittel NIR-Spektroskopie