Procesbewaking van industriële onderdelenreinigingsinstallaties

Deeltje gefrast © BIDAG

De technische netheid, met betrekking tot een partikelnauwkeurigheid volgens VDA 19, is tegenwoordig een essentieel kwaliteitskenmerk bij de productie van complexe componenten in de automobielindustrie. Vooral fabrikanten van rijhulpsystemen en veiligheidssystemen tonen hierbij bijzondere interesse, voornamelijk bij elektronische componenten en in vloeistofgeleide systemen. Omdat een cleanroomproductie in de automobielindustrie door de hier gebruikte, grotendeels draaiende bewerkingsprocessen nauwelijks mogelijk is, is men afhankelijk van een eindreiniging van alle componenten. Zo zijn in de afgelopen jaren veel fabrikanten van reinigingsinstallaties op de markt verschenen. De verdere ontwikkeling van reinigingsconcepten, van industriële reinigers tot hoogmoderne numeriek gestuurde reinigingsinstallaties, werd aangedreven door de toenemende eisen van de automobielindustrie.

Maar hoe hoog is het reinigingsniveau van zo'n installatie? Welk kenmerk zou voor de regelkaart als vaardigheidsmonitoring van een reinigingsinstallatie moeten worden gebruikt? De eisen van de automobielindustrie bewegen zich steeds meer weg van gravimetrische schoonheidsvoorschriften naar voorschriften voor maximaal toegestane partikeldiameters. Als men zich realiseert dat het schadepotentieel van een verontreiniging in de meeste gevallen veel meer wordt bepaald door de lengte en de breedte, dan door de grootste en op één na grootste afmetingen van een deeltje, en minder door de som van alle deeltjes onafhankelijk van hun morfologie, wordt duidelijk waarom een gravimetrische restverontreinigingsdetectie nauwelijks nog nodig is. Het reinigingsproces van een industriële onderdelenreinigingsinstallatie heeft echter vrijwel uitsluitend invloed op de totale vervuiling van een onderdeel. Zo kan de reinigingsintensiteit worden beïnvloed door ultrasone parameters, temperatuur of de tijd. De partikeldiameter zelf kan daarentegen niet direct worden beïnvloed door parameters die kunnen worden geregeld. Alleen de poriegrootte van de gebruikte filters, waardoor het vloeibare reinigingsmedium continu wordt geleid, kan worden vastgesteld als een invloedfactor voor de op de baden achterblijvende deeltjesgrootte.

Voor de monitoring van de reinigingsinstallatie blijft daarom ook het gravimetrische resultaat van de schoonheidscontrole de enige optie. Het verschil in massa van een analysefilter dat is beladen met restverontreinigingsdeeltjes en de massa ervan vóór de extractie mag voor een betrouwbare vaststelling niet onder 1 mg liggen. Bij gravimetrisch onderzoek onder niet-klimaatgeregelde omgevingsomstandigheden worden zelfs 3 mg vuilmassa aanbevolen volgens de VDA 19 en ISO 16232 normen. Om een analysefilter met zo'n hoge vuilmassa te belasten, is meestal een zeer grote steekproef nodig van de monsters die voor de schoonheidscontrole beschikbaar worden gesteld, aangezien deze na het reinigingsproces doorgaans een zeer schone staat vertonen. Als het analysefilter met een voldoende aantal deeltjes voor de gravimetrische bepaling van de vuilmassa is beladen, is het bijna niet meer mogelijk om individuele restverontreinigingsdeeltjes te detecteren vanwege overlappingen. De lengte van een restverontreinigingsdeeltje, als het belangrijkste kenmerk voor het inschatten van het schadepotentieel, kan op zo'n filter niet meer worden vastgesteld. Belangrijke informatie gaat daardoor verloren bij de schoonheidscontrole. Om deze toch te kunnen vastleggen, is in de meeste gevallen een tweede analyse nodig, waarbij aanzienlijk minder onderdelen hoeven te worden getest. Een schoonheidscontrole is in vergelijking met andere testmethoden in de kwaliteitszorg van autofabrikanten zeer arbeidsintensief. Daarom moet de zinvolheid van een dubbele controle worden heroverwogen.

De noodzakelijke bepaling van het schadepotentieel van een deeltje vereist dat de filterbezetting zodanig wordt ingericht dat individuele deeltjes in hun morfologie kunnen worden vastgesteld. Dit kan echter bijna uitsluitend ten koste gaan van de mogelijkheid tot gelijktijdige machinebewaking via het gravimetrische resultaat van een schoonheidscontrole.

De vraag rijst dus naar een geschikte en kosteneffectieve oplossing voor de bewaking van industriële onderdelenreinigingsinstallaties. De mogelijkheid van chemische bewaking van de reinigingsmedia wordt hier slechts genoemd. Hiervoor zijn voor verschillende media verschillende testmiddelen beschikbaar. Omdat de reinigingswerking van een installatie echter door een groot aantal andere parameters wordt beïnvloed, wordt deze mogelijkheid hier niet verder uitgewerkt. Uiteindelijk is het aantal en de grootte van de achtergebleven deeltjes op een component na de reiniging bepalend. Vanwege de grote spreiding in de maximale lengte van de bij een schoonheidscontrole gedetecteerde grootste deeltjes, is statistische bewaking met behulp van regelkaarten nauwelijks meer haalbaar.

Sommige fabrikanten van industriële reinigingsinstallaties bieden een geautomatiseerde schoonheidscontrole aan na het reinigingsproces. Hierbij worden steekproefsgewijs gereinigde onderdelen volledig automatisch geëxtraheerd. Op deze manier kan de vaardigheid van de reinigingsinstallatie tijdens het proces worden gecontroleerd. Een tijdige ingreep bij afwijkingen van de streefzstand wordt hierdoor mogelijk. Of een investering in deze relatief arbeidsintensieve oplossing gerechtvaardigd is, moet per geval worden beslist.

Een andere benadering is de continue bewaking van het reinigingsmedium met behulp van een vloeistofdeeltjesdetector. Tijdens het reinigingsproces worden de door het onderdeel gereinigde deeltjes via dit medium afgevoerd, waardoor in dat stadium onvermijdelijk een toename van het aantal deeltjes wordt geregistreerd. Afhankelijk van de filtratiesnelheid zal het aantal deeltjes na het proces afnemen. Omdat de waarde daardoor met grote spreidingen gepaard gaat, rijst de vraag naar een geschikte grenswaarde voor het maximale toegestane aantal en de grootte van de deeltjes in het reinigingsmedium.

De meest betrouwbare methode biedt echter de bewaking met behulp van testdeeltjes, zoals beschreven in de herziene editie van VDA 19 voor het bepalen van de terugvindingsgraad bij de extractie van een schoonheidscontrole. Dit betreft spanen die in de in de richtlijn vermelde groottenklassen worden geproduceerd. De te reinigen componenten kunnen worden besmet met een vooraf vastgestelde hoeveelheid van deze deeltjes. Door een schoonheidscontrole kan het aantal deeltjes dat na de fijne reiniging op het onderdeel achterblijft, worden bepaald. Via het verschil in deeltjesaantallen in de verschillende groottenklassen kan zo een procentuele mate van reinigingsintensiteit voor verschillende deeltjesgroottes worden berekend.