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Die
Erfindung beschreibt ein automatisch ablaufendes Verfahren zur Bestimmung
der Hydrophilie einer Oberfläche
an einer oder mehreren Stellen. Hierdurch kann die Benetzbarkeit
einer Oberfläche mit
Wasser an einer oder mehreren Stellen bestimmt werden. Beispielsweise
kann hierdurch der Erfolg einer hydrophilierenden Behandlung von
Kunststoffoberflächen,
beispielsweise vor deren Lackierung mit wasserbasierten Lacken,
kontrolliert werden. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur
Kontrolle des Ergebnisses einer Reinigung der festen Oberfläche, wobei
hydrophobe Oberflächenverunreinigungen
wie beispielsweise Fette oder Öle
entfernt werden. Je hydrophiler die Oberfläche durch die Reinigung geworden
ist, d. h., je größer die
mittlere Belegung der Oberfläche
mit Wasser nach dem Reinigen ist, desto vollständiger sind die hydrophoben
Verunreinigungen von der Oberfläche
entfernt worden. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den
Erfolg einer Reinigung von Gegenständen aus Metall, Kunststoff,
Glas und/oder Keramik beispielsweise im Zuge der Herstellung oder
der Bearbeitung solcher Teile zu kontrollieren. Weiterhin ist die
Erfindung beispielsweise geeignet, um den Erfolg der Reinigung von
Geschirr und/oder Tabletts in kontinuierlichen Reinigungsanlagen
zu überprüfen.
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Die
Erfindung liegt insbesondere auf dem Gebiet der Reinigung von harten
Oberflächen
in industriellen Produktionsprozessen. Insbesondere betrifft die Erfindung
metallische Oberflächen,
die belegt sind mit Korrosionsschutzölen oder mit Ölen, die Formgebungsprozesse
wie beispielsweise Walzen, Umformen, Ziehen, Kaltfließpressen
oder die spanabhebende Bearbeitung erleichtern. Dabei betrifft die Erfindung
denjenigen Teil einer industriellen Fertigungskette, in dem dieses Öl durch
Reinigung von den Oberflächen
zumindest weitgehend entfernt werden soll, um anschließend die
Oberflächen
einer weiteren Behandlung wie beispielsweise einer chemischen Umwandlung
(Konversionsbehandlung) oder einer Beschichtung zu unterziehen.
Bei der Konversionsbehandlung kann es sich beispielsweise handeln um
eine schichtbildende oder nichtschichtbildende Phosphatierung, eine
Chromatierung, eine Anodisierung oder eine Behandlung mit Lösungen,
die Übergangsmetallionen
und/oder einfache und/oder komplex gebundene Fluoride und/oder deren
Säuren
enthalten. Beispiel einer Beschichtung ist die Beschichtung mit
organischen Polymeren oder mit solchen organischen Substanzen, die
beim Erwärmen
und/oder bei der Bestrahlung mit infraroter, sichtbarer oder ultravioletter
Strahlung unter Polymerbildung vernetzen (beispielsweise eine Lackierung),
oder die Beschichtung mit metallischen Schichten, beispielsweise
eine Beschichtung mit metallischem Zink, Nickel, Chrom, Aluminium
oder mit Legierungen, die jeweils zumindest zu 50% aus einem der
genannten Elementen bestehen.
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Es
gibt eine Vielzahl industrieller Fertigungsprozesse, bei denen Metallbänder oder
Formteile aus Metallen umgeformt und/oder gefügt und anschließend gereinigt
werden, um die Oberfläche
für weitere
Bearbeitungsschritte wie beispielsweise eine Konversionsbehandlung
oder eine Beschichtung vorzubereiten. Für die Formgebungsprozesse werden die
Oberflächen
in der Regel mit Walz- oder Umformölen belegt, die das Umformen
erleichtern und insbesondere ein Verschweißen der metallischen Oberfläche des
Werkstücks
mit dem Werkzeug verhindern sollen. Beispiele solcher Umformprozesse
sind nichtspanabhebende Verfahren wie beispielsweise Walzen, Biegen,
Ziehen oder Kaltfließpressen
sowie spanabhebende Verfahren wie Schneiden, Bohren oder Fräsen. Werden
metallische Materialien zwischen unterschiedlichen Verarbeitungsstufen
gelagert und/oder transportiert, ist es üblich, die Oberflächen durch
ein Korrosionsschutzöl
vor einer Korrosion zu schützen.
Vor den beispielshaft genannten weiteren Bearbeitungsschritten chemische
Konversionsbehandlung und/oder Beschichtung müssen diese Öle durch geeignete Reinigerlösungen zumindest
so weitgehend entfernt werden, daß auf den Oberflächen verbliebene
Restölmengen
die nachfolgenden Prozeßschritte
nicht negativ beeinflussen. Eine erfolgreiche Reinigung zeigt sich
daran, daß die
Oberfläche
nach der Reinigung so hydrophil ist, daß der nach der Reinigung auf
der Oberfläche
befindliche Wasserfilm innerhalb eines vorzugebenden Zeitintervalls,
beispielsweise zwischen 10 Sekunden und 2 Minuten nicht aufreißt und das
Wasser nicht mehr oder weniger vollständig abläuft. Eine mit einer wäßrigen Reinigerlösung erfolgreich
gereinigte Oberfläche
ist daher nach der Reinigung mit einem gleichmäßigen Wasserfilm überzogen.
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Herkömmlicherweise
führt man
zu Kontrolle der Hydrophilie der gereinigten Oberfläche einen
sogenannten „Wasserbruchtest" durch. Hierbei beurteilt man
visuell, welcher Prozentsatz der Oberfläche unmittelbar nach der Benetzung
oder in einem Zeitintervall von bis zu etwa 2 Minuten nach der Benetzung nicht
oder nicht mehr mit Wasser benetzt ist. Je größer der prozentuale Anteil
nichtbenetzter Teilstücke der
Oberfläche,
desto schlechter ist das Reinigungsergebnis. Eine solche visuelle
Beurteilung ist zwar einfach durchzuführen, setzt jedoch voraus,
daß Personal
zur Durchführung
dieser Kontrolle zur Verfügung
steht. Dabei wird dieser Test bisher üblicherweise nicht an den Original-Werkstücken in
der Produktionslinie, sondern labormäßig an Musterteilen durchgeführt.
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Es
ist bekannt, den Wassergehalt von Lösungsmitteln oder den Feuchtigkeitsgehalt
von Produkten dadurch zu bestimmen, daß man die Absorption von Infrarotstrahlung
bei einer oder mehreren vorgegebenen Wellenlängen durch die Probe bestimmt.
Dabei wählt
man die vorgegebenen Wellenlängen
so aus, daß bei
diesen Wellenlängen
Wasser die Infrarotstrahlung besonders stark absorbiert. Als Infrarotstrahlung
bezeichnet man bekanntermaßen denjenigen
Ausschnitt aus dem Spektrum elektromagnetischer Strahlung, der sich
an die langwellige Grenze der Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei
etwa 760 nm anschließt.
Bei Wellenlängen
im Bereich von etwa 1 mm geht die Infrarotstrahlung in Mikrowellenstrahlung über. Im
engeren Sinne kann man den Wellenlängenbereich zwischen etwa 760 und
etwa 15000 nm als Infrarotstrahlung bezeichnen. Für die quantitative
Bestimmung von Wasser eignen sich besonders Wellenlängen im
Bereich der sogenannten nahen Infrarotstrahlung. Hierunter kann
der Wellenlängenbereich
von etwa 760 nm bis etwa 2800 nm verstanden werden. In diesem Bereich
weist Wasser eine Reihe von besonders ausgeprägten Absorptionsbanden auf,
die um 1430, 1900 und 2720 nm liegen. Einzelheiten zur Wasserbestimmung durch
Infrarotabsorption können
beispielsweise folgender Übersicht
entnommen werden: C. Jones „Near-Infrared
Analysis in the Process Industry",
Analysis Instrumentation 28th Annual Symposium
Abstracts, ISBN 0-87664-687-9 (1982), SS. 21–25.
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Zur
Bestimmung der Hydrophilie einer Oberfläche und insbesondere zur Kontrolle
eines Reinigungsergebnisses wurde die Infrarotabsorption nach Kenntnis
der Patentanmelderin noch nicht eingesetzt. Vielmehr wird in dem
Artikel von M. Stiles, T. Haasner, B. Haase: „Überprüfung der Reinigungsqualität und Restschmutzbestimmung – Teil II", JOT 1988(7), SS.
58–63
angeführt,
daß der
Wasserbruchtest, hier als Wasserablaufprobe bezeichnet, nicht in Form
einer on-line-Prüfung durchgeführt werden kann.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Hydrophilie einer
festen Oberfläche
nach einer hydrophilierenden Behandlung, wobei man die Oberfläche mit
Wasser benetzt, mit Infrarotstrahlung bestrahlt, die Intensität der von
der Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge oder bei mehreren vorgegebenen
Wellenlängen
mißt und
aus der gemessenen Intensität
(gegebenenfalls umgerechnet in Absorption) die mittlere Belegung
der Oberfläche
mit Wasser bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung
der Hydrophilie der Oberfläche
programmgesteuert automatisch abläuft und das Ergebnis der Bestimmung
lokal oder an einem entfernten Ort ein Warnsignal erzeugt wird und/oder
in dem Fall, dass die hydrophilierende Behandlung der Oberfläche in deren
Reinigung besteht, automatisch eine Überprüfung der Zusammensetzung der
zur Reinigung der Oberfläche
verwendeten Reinigerlösung
eingeleitet wird. Vorzugsweise führt
man diese Messung in einem Zeitintervall zwischen etwa 10 Sekunden
und etwa 2 Minuten nach der Benetzung der Oberfläche mit Wasser durch.
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Für dieses
Verfahren verwendet man vorzugsweise Infrarotstrahlung bei einer
vorgegebenen Wellenlänge
oder mehreren vorgegebenen Wellenlängen im Bereich zwischen etwa
760 und etwa 2800 nm. Dabei wählt
man vorzugsweise solche vorgegebenen Wellenlängen, bei denen Wasser eine
besonders starke Absorption aufweist. Demnach ist es bevorzugt,
daß man
die Intensität
der von der Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bei einer oder mehreren vorgegebenen Wellenlängen im
Bereich von 1430, 1900 und/oder 2720 nm mißt.
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Vorzugsweise
geht man hierbei so vor, daß man
eine oder mehrere Quellen für
Infrarotstrahlung geeigneter Wellenlänge in der Nähe des Meßelements
anordnet, das die Intensität
der von dem zu untersuchenden Ausschnitt der Oberfläche zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung mißt.
Durch mehrere Strahlungsquellen, die um das Meßelement zur Messung der zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung herum angeordnet sind, läßt sich erforderlichenfalls
eine besonders gleichmäßige Bestrahlung
desjenigen Oberflächenausschnitts
erreichen, dessen Belegung mit Wasser gemessen werden soll. Verfälschungen durch
Abschattungen werden hierdurch vermieden oder zumindest verringert.
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Die
Größe des Meßflecks
auf der Oberfläche,
in dessen Bereich die Intensität
der Infrarotstrahlung von dem Meßelement erfaßt wird,
hängt zum
einen vom Abstand des Meßelements
von der Oberfläche
und zum anderen von dessen Öffnungswinkel
ab. Dabei wird ein um so größerer Bereich
der Oberfläche
erfaßt,
je weiter das Element von der Oberfläche entfernt ist. Um einen
ausreichend großen
Ausschnitt der Oberfläche
(z. B. ca 3 cm × 4
cm) bei der Messung der Intensität
der Infrarotstrahlung erfassen zu können und andererseits zu gewährleisten,
daß die
Intensitätsmessung
mit ausreichender Genauigkeit erfolgt, ist es empfehlenswert, einen
Abstand zwischen Meßelement
und Oberfläche
von etwa 18 bis etwa 50 cm, beispielsweise von etwa 20 bis 30 cm
vorzusehen. Dabei wird die Messung auf einer reflektierenden Oberfläche vorzugsweise
so durchgeführt,
daß die
Oberfläche
in einem Winkel von etwa 75° mit
Infrarotstrahlung bestrahlt wird und man die Intensität der entgegen
der Strahlrichtung zurückreflektierten
Strahlung mißt.
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Im
Rahmen der Aufgabenstellung ist es nicht zwingend erforderlich,
die mittlere Belegung der Oberfläche
mit Wasser beispielsweise als Masse des Wassers pro m2 Oberfläche oder
als mittlere Schichtdicke des Wasserfilms exakt zu bestimmen. Vielmehr genügt es in
der Regel, durch Vergleich mit gut benetzbaren Standardproben festzustellen,
ob die Intensität
der von der Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung nach Absorption eines Teils der Infrarotstrahlung
durch das an der Oberfläche
haftende Wasser in einer Größenordnung
liegt, die für
eine vollständig
benetzbare Oberfläche
typisch ist. Demnach geht man vorzugsweise so vor, daß man die mittlere
Belegung der Oberfläche
mit Wasser durch Vergleich der Intensität der von der Oberfläche zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bei mindestens einer vorgegebenen Wellenlänge mit
der Intensität
der von einer mit Wasser benetzten Standardoberfläche bei
der vorgegebenen Wellenlänge
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bestimmt. Dabei ist es selbstverständlich wünschenswert,
die Standardoberfläche und
die zu prüfende
Oberfläche
unter gleichen Meßbedingungen
(Intensität
der Infrarot Strahlungsquelle, Abstand von Strahlungsquelle und
Meßelement von
der Oberfläche)
zu untersuchen. Weiterhin ist es empfehlenswert, als Standardoberfläche das
gleiche Material wie für
die zu untersuchende Oberfläche
zu verwenden.
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Das
Verfahren ist demnach geeignet, die mittlere Belegung eines ausgewählten Bereichs
einer Oberfläche
mit Wasser zu bestimmen. Die Absorption der Oberfläche für Infrarotstrahlung
geeigneter Wellenlänge
ist um so stärker,
je vollständiger
der ausgewählte
Bereich mit einem Wasserfilm bedeckt ist. Ein Aufreißen des
Wasserfilms aufgrund mangelnder Hydrophilie (schlechter Reinigung)
vermindert die Absorption für
Infrarotstrahlung geeigneter Wellenlänge und erhöht damit die Intensität der zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bei dieser Wellenlänge. Durch Vergleich mit der
von einer vollständig benetzten
Standardprobe unter entsprechenden Meßbedingungen zurückgestrahlten
Intensität
von Infrarotstrahlung läßt sich
so ermitteln, ob der untersuchte Ausschnitt der Oberfläche vollständig oder nur
teilweise mit einem Wasserfilm bedeckt ist. Je schwächer die
Absorption für
Infrarotstrahlung geeigneter Wellenlänge, desto weniger Wasser befindet sich
auf dem vermessenen Teil der Oberfläche. Dies heißt, daß entweder
ein dünner,
aber gleichmäßiger Wasserfilm
vorliegen kann oder daß ein
aufgebrochener, jedoch dickerer Wasserfilm vorliegt, der die Oberfläche nur
stellenweise bedeckt. Hierdurch ist es möglich, den Benetzungsgrad des
ausgewählten Oberflächenausschnitts
beispielsweise in Prozent bezüglich
vollständiger
Benetzung mit vorgegebener Wasserfilmdicke festzustellen.
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Das
Ergebnis eines Reinigungsschritts kann also zum einen dadurch überprüft werden,
daß man feststellt,
zu welchem Prozentsatz ein ausgewählter Ausschnitt einer Oberfläche mit
einem Wasserfilm bedeckt ist bzw. welche mittlere Dicke der Wasserfilm aufweist.
Alternativ hierzu kann man die Intensität der von unterschiedlichen
Stellen der Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung messen und miteinander vergleichen. Hierdurch
läßt sich
feststellen, ob verschiedene, sich entsprechende Stellen der Oberfläche unterschiedlich
hydrophil und damit unterschiedlich gut gereinigt sind. In dieser
Ausführungsform
ist das Verfahren geeignet, die Gleichmäßigkeit des Reinigungsergebnisses
an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche festzustellen. Demnach
ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet,
daß man
Unterschiede der Hydrophilie einer Oberfläche an unterschiedlichen Stellen
bestimmt, indem man die unterschiedlichen Stellen der Oberfläche mit
Infrarotstrahlung bestrahlt, die Intensität der von den unterschiedlichen
Stellen der Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge oder bei mehreren vorgegebenen
Wellenlängen
mißt und
die Intensitäten
der von den unterschiedlichen Stellen der Oberfläche zurückgestrahlten Infrarotstrahlung
miteinander vergleicht.
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Zweckmäßigerweise
wählt man
für das
erfindungsgemäße Verfahren
Oberflächen
aus, die mindestens so weit relativ zur Waagrechten geneigt sind, daß Wasser
von hydrophoben Bereichen der Oberfläche ablaufen kann. Die Oberfläche soll
demnach zumindest nicht exakt waagrecht liegen. Vielmehr ist es
zweckmäßig, daß die Oberfläche im Zeitraum
zwischen dem Benetzen mit Wasser und der Durchführung der Messung der von der
Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung um einen Winkel von >10° zur
Waagrechten geneigt ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, zwischen dem Benetzen
mit Wasser und der Durchführung
der Messung immer angenähert
gleiche Zeitspannen verstreichen zu lassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann beispielsweise dafür
verwendet werden, den Erfolg einer hydrophilierenden Oberflächenbehandlung
von Kunststoffen (beispielsweise Behandlung mit starken chemischen
Oxidationsmitteln, mit einem Plasma oder mit ionisierender Strahlung)
zu kontrollieren. Soweit diese hydrophilierende Behandlung nicht
mittels einer wäßrigen Lösung erfolgt,
ist es für
das erfindungsgemäße Verfahren
erforderlich, die Oberfläche
mit Wasser zu benetzen. Führt
man das erfindungsgemäße Verfahren
durch, um den Erfolg einer Reinigung der Oberfläche mit einer wäßrigen Reinigerlösung zu
kontrollieren, kann der Reinigungsvorgang selbst den Benetzungsschritt
darstellen. Demnach wird die Oberfläche in diesem Fall dadurch
mit Wasser benetzt, daß man
sie mit einer wäßrigen Reinigerlösung reinigt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere zur Anwendung bei Produktionsprozesssen konzipiert,
bei denen es sich bei der betroffenen Oberfläche um eine metallische Oberfläche handelt, die
nach der Reinigung einer chemischen Umwandlung (= Konversionsbehandlung)
oder einer Beschichtung unterzogen wird. Im einleitenden Teil dieser
Offenbarung wurde bereits erläutert,
was unter einer „chemischen
Umwandlung" oder
einer „Beschichtung" beispielsweise verstanden
werden kann. Das Verfahren kann demnach insbesondere bei der Herstellung
von beschichtetem Bandstahl, im Fahrzeugbau und in der Haushaltsgeräteindustrie
eingesetzt werden. Insbesondere ist vorgesehen, daß es sich
bei der betroffenen Oberfläche
um die Oberfläche
eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftwagens, oder um die Oberfläche eines
Fahrzeugteils handelt, die nach der Reinigung phosphatiert wird. Dabei
werden insbesondere schichtbildende Phosphatierverfahren durchgeführt, beispielsweise
die derzeit üblicherweise
durchgeführte
Niedrigzink-Phosphatierung.
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Führt man
das Verfahren an Kraftfahrzeugkarosserien durch, die nach dem Zusammenbau
gereinigt und anschließend
phosphatiert werden, kann man vorsehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren
an mehreren Stellen der Fahrzeugkarosserie durchgeführt wird.
Hierbei kann festgestellt werden, ob die Reinigerlösung an
allen Teilen der Fahrzeugkarosserie gleichmäßig gut wirkt. Dies kann insbesondere
dann von Bedeutung sein, wenn unterschiedliche Fahrzeugteile – wie durchaus üblich – aus unterschiedlichen
Materialien von ggf. unterschiedlichen Herstellern gefertigt werden,
wobei diese unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Ölen belegt
sein können.
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Da
gerade im Fahrzeugbau Qualitätssicherung
eine besondere Bedeutung hat, sieht man im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorzugsweise vor, daß die
Ergebnisse der Bestimmung der Hydrophilie derart abgespeichert werden,
daß der Bezug
zu dem kontrollierten Fahrzeug oder Fahrzeugteil festgehalten bleibt.
Hierzu können
beispielsweise an den Transporteinrichtungen für die Fahrzeuge bzw. Fahrzeugteile
Strichcodes angebracht werden, die zur Identifizierung des gerade
vermessenen Fahrzeugs bzw. Fahrzeugteils dienen. Im Falle späterer Reklamationen
kann dann nachvollzogen werden, wie das Reinigungsergebnis für das betroffene
Fahrzeug bzw. Fahrzeugteil jeweils ausgefallen war.
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Hinsichtlich
einer Relativbewegung der Oberfläche,
deren Hydrophilie zu bestimmen ist, zu dem Meßelement für die Infrarotstrahlung können 2 Fälle unterschieden
werden: Es kann vorgesehen werden, daß während der Meßdauer sich
die Oberfläche
nicht relativ zu dem Meßelement,
das die Intensität
der Infrarotstrahlung mißt,
bewegt; es kann jedoch auch vorgesehen werden, daß während der Meßdauer sich
die Oberfläche
relativ zu dem Meßelement,
das die Intensität
der Infrarotstrahlung mißt, bewegt.
Bei den beispielhaft genannten industriellen Produktionsprozessen
ist es die Regel, daß sich
die Bauteile bzw. die Metallbänder
mehr oder weniger gleichförmig
durch die einzelnen Bearbeitungszonen bewegen. Wünscht man während der Durchführung der
Messung keine Relativbewegung des untersuchten Oberflächenausschnitts
zu dem Meßelement,
ist es daher erforderlich, daß sich
das Meßelement
mit der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegt
wie der zu untersuchende Ausschnitt der Oberfläche.
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Alternativ
hierzu kann aber auch vorgesehen werden, daß während der Durchführung der
Messung sich die Oberfläche
relativ zu dem Meßelement, das
die Intensität
der Infrarotstrahlung mißt,
bewegt. In dieser Ausführungsform
ist das Meßelement
fest montiert und das Bauteil, dessen Oberflächenhydrophilie geprüft werden
soll, bewegt sich an dem Meßelement
vorbei. Während
der Meßdauer,
die üblicherweise
im Bereich weniger Sekunden (etwa 1 bis etwa 10 Sekunden) liegen
kann, wird hierdurch ein größerer Ausschnitt
der Oberfläche
erfaßt,
als dem eigentlichen Meßfleck
entspricht. Hierdurch erhält man
eine Aussage über
die mittlere Wasserbelegung desjenigen Oberflächenausschnitts, der sich während der
Meßdauer
an dem Meßelement
vorbei bewegt.
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Bei
gleicher Meßdauer
wird daher im Fall der relativ zum Meßelement stillstehenden Oberfläche ein
kleinerer Ausschnitt der Oberfläche überprüft als im
Fall der relativ zum Meßelement
bewegten Oberfläche.
Den selben Effekt, nämlich
das Erfassen von Oberflächenausschnitten
variabler Größe, könnte man
auch dadurch erreichen, daß man
den Abstand des Meßelements
von der Oberfläche
verändert. Dies
ist jedoch weniger empfehlenswert, da sich mit zunehmendem Abstand
des Meßelements
von der Oberfläche
die Intensität
der das Meßelement
erreichenden Infrarotstrahlung verringert. Durch längere Meßzeiten
könnte
dies teilweise kompensiert werden. Jedoch wäre es bei dieser Verfahrensweise
ratsam, die Meßeinrichtung
für jeden
Abstand des Meßelements
von der Oberfläche
zu kalibrieren. Dies bedeutet einen höheren Aufwand, bringt aber
keine wesentlichen Vorteile mit sich.
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Unterteilt
man die Zeit, in der die Oberfläche eines
Bauteils, beispielsweise einer Automobilkarosserie, an dem Meßelement
vorbeiläuft,
in verschiedene Meßabschnitte,
kann verglichen werden, ob in jedem Meßabschnitt (der jeweils einem
anderen Ausschnitt der Oberfläche
entspricht) dieselbe Bedeckung mit Wasser festgestellt wird. Auch
hierdurch lassen sich Ungleichmäßigkeiten
des Reinigungsergebnisses feststellen.
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Entsprechendes
gilt für
den Fall, daß man das
Verfahren zur Kontrolle der Hydrophilie einer Kunststoffoberfläche nach
einer hydrophilierenden Behandlung kontrolliert.
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Man
sieht in dem erfindungsgemäßen Verfahren
vor, daß,
gesteuert von einem Steuersystem, die Bestimmung der Hydrophilie
der Oberfläche
programmgesteuert automatisch abläuft und das Ergebnis der Bestimmung
lokal oder an einem entfernten Ort ausgegeben oder zur weiteren
Verarbeitung auf einem Datenträger
gespeichert wird und/oder je nach Ergebnis der Bestimmung lokal
oder an einem entfernten Ort ein Warnsignal erzeugt wird und/oder
automatisch eine Überprüfung der
Zusammensetzung der zur Reinigung der Oberflächen verwendeten Reinigerlösung eingeleitet
wird, sofern die hydrophilierende Behandlung der Oberfläche in deren
Reinigung besteht.
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Somit
dient das erfindungsgemäße Verfahren
zur Kontrolle einer hydrophilierenden Behandlung einer Oberfläche, beispielsweise
einer Reinigung von hydrophoben Verunreinigungen, ohne daß es hierzu
eines menschlichen Eingreifens bedarf. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann daher in einem kontinuierlichen Produktionsprozeß eingesetzt werden,
ohne daß menschliche
Arbeitskraft für
seine Durchführung
gebunden wird. Das Verfahren kann eingesetzt werden, um das Ergebnis
eines Reinigungsschrittes zu überprüfen, d.
h. um zu bestimmen, wie vollständig
eine Oberfläche
nach der Reinigung benetzbar ist. Je nach Ausführungsform des Verfahrens kann
das Ergebnis entweder lokal oder an einem entfernten Ort ausgegeben
werden. Weiterhin kann es zur weiteren Verarbeitung – beispielsweise
zum Erkennen von Trends oder als Aufzeichnung im Rahmen einer Qualitätssicherung – auf einem
Datenträger
gespeichert werden. Weiterhin kann vorgesehen werden, daß ab einem
vorgegebenen Anteil unbenetzter Oberfläche nach der Reinigung eine oder
mehrere vorzugebende Maßnahmen
erfolgen. Beispielsweise kann lokal oder an einem entfernten Ort
ein Warnsignal erzeugt werden. Dies kann ein optisches oder ein
akustisches Signal sein oder eine Anzeige auf einem Bildschirm.
Weiterhin kann je nach Ergebnis der Bestimmung der Benetzbarkeit automatisch
eine Überprüfung der
Zusammensetzung der Reinigerlösung
eingeleitet werden, die ggf. dazu führen kann, daß Komponenten der
Reinigungslösung
automatisch nachdosiert oder daß Maßnahmen
zur Pflege bzw. Erneuerung der Reinigerlösung eingeleitet werden.
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In
dieser Ausführungsform
ist die Erfindung speziell dafür
geeignet, die Benetzbarkeit einer Oberfläche zu bestimmen, nachdem man
die Oberfläche mit
einer Reinigerlösung
gereinigt hat. Welche der aus dem Stand der Technik bekannten Reinigerlösungen hierfür verwendet
wird, ist für
die Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ohne Belang.
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Dabei
stellt es einen vorteilhaften Aspekt der Erfindung dar, daß das Ergebnis
der Kontrolle der Hydrophilie der Oberfläche, nicht nur lokal, sondern auch
an einem entfernten Ort ausgegeben werden kann. Dabei wird unter
dem Begriff „entfernter
Ort" ein Ort verstanden,
der sich nicht im unmittelbaren oder zumindest im optischen Kontakt
mit dem Steuersystem befindet, das das erfindungsgemäße Verfahren
steuert. Der entfernte Ort kann beispielsweise ein zentrales Prozeßleitsystem
darstellen, das im Rahmen eines Gesamtverfahrens zur Oberflächenbehandlung
von beispielsweise Metallteilen als Teilaufgabe das Ergebnis des
Reinigungsschrittes kontrolliert und ggf. Anweisung zur Überprüfung der
Reinigerlösung
gibt. Der entfernte Ort kann auch eine zentrale Leitwarte darstellen,
von der aus der Gesamtprozeß kontrolliert
und gesteuert wird und die sich beispielsweise in einem anderen
Raum als das Reinigerbad, dessen Reinigungsleistung kontrolliert werden
soll, befindet. Als entfernter Ort kommt jedoch auch eine Stelle
außerhalb
des Werkes in Betracht, in dem der Reinigungsschritt durchgeführt wird.
Hierdurch wird es möglich,
daß Spezialisten den
Erfolg des Reinigungsschrittes überprüfen und ggf.
Maßnahmen
zur Regenerierung der Reinigerlösung
anstoßen,
ohne sich in räumlicher
Nähe zu
der Reinigerlösung
zu befinden. Hierdurch ist es wesentlich seltener erforderlich,
daß sich
Spezialpersonal am Ort der Reinigerlösung aufhält.
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Dabei
kann auch vorgesehen werden, für Zwecke
der Qualitätssicherung
die Zuordnung des Meßergebnisses
zum überprüften Werkstück, beispielsweise
zu einer Automobilkarosse, festzuhalten und auf einem Datenträger abzuspeichern.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Werkstück mit einer
charakteristischen Markierung, beispielsweise mit einem Barcode,
versehen wird, durch deren automatisches Ablesen das gerade überprüfte Werkstück identifiziert
werden kann.
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Ein
anderer wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt jedoch darin, daß das Steuersystem
für das
Verfahren je nach Ergebnis der Kontrolle der Hydrophilie der Oberfläche von
sich aus eine Überprüfung und
als deren Ergebnis erforderlichenfalls Maßnahmen zur Regenerierung der
Reinigerlösung
veranlaßt,
ohne daß es
hierzu eines menschlichen Eingreifens bedarf.
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Dabei
kann ein unzureichendes Reinigungsergebnis nach unterschiedlichen
vorgegebenen Kriterien definiert werden: Man kann einen Toleranzbereich
vorgeben, innerhalb dessen die mittlere Belegung der gereinigten
Oberfläche
mit Wasser in der Regel liegen sollte. Weiterhin kann man einen
Kontrollbereich vorgeben, in dem die mittlere Belegung mit Wasser
nur in einer vorgegebenen beschränkten Anzahl
von Fällen
liegen darf, beispielsweise bezogen auf die Zahl der durchgeführten Bestimmungen oder
auf die Zeit. Liegt die mittlere Belegung mit Wasser häufiger im
Kontrollbereich, ergreift das System eine oder mehrere der vorgewählten Maßnahmen. Dabei
kann gleichzeitig eine Trendanalyse vorgesehen werden. Als Ergebnis
dieser Trendanalyse kann vorgesehen werden, daß Maßnahmen eingeleitet werden,
wenn die Anzahl der Fälle,
in denen die mittlere Belegung mit Wasser im Kontrollbereich liegt,
mit der Zeit zunimmt. Und schließlich kann eine Untergrenze
für die
mittlere Belegung mit Wasser festgelegt werden, unterhalb derer
auf jeden Fall eine oder mehrere der vorgesehenen Maßnahmen
automatisch eingeleitet werden.
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Welche
vorzugebende Maßnahmen
vom Steuersystem für
das erfindungsgemäße Verfahren angestoßen werden
können,
wurde bereits weiter oben erläutert.
Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, daß das Steuersystem von sich
aus die Bestimmung von einem oder mehreren Parameter der Reinigungslösung anstößt. Beispielsweise
kann das Steuersystem eine Bestimmung der Alkalität, des Tensidgehalts
und/oder der Ölbelastung
der Reinigerlösung
oder auch mehrere dieser Bestimmungen anstoßen. Wie diese Bestimmungen
automatisch durchgeführt
werden können,
ist beispielsweise in den
deutschen
Patentanmeldungen 198 02 725, 198 14 500 ,
198 20 800 und
198 36 720 beschrieben. Je nach Ergebnis
der Analyse der Zusammensetzung der Reinigerlösung können weitere Maßnahmen
wie beispielsweise Nachdosieren von Komponenten der Reinigerlösung, deren
Aufbereitung oder Erneuerung vorzugsweise automatisch veranlaßt und durchgeführt werden.
Auch diese Maßnahmen,
die die Funktionsfähigkeit
der Reinigerlösung
wieder herstellen, sind in den genannten
deutschen Patentanmeldungen 198 02 725 ,
198 14 500 ,
198 20 800 und
198 36 720 beschrieben.
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Unabhängig davon,
welche Maßnahmen
zur Kontrolle und zur Regenerierung der Reinigerlösung das
System anstößt, ist
es empfehlenswert, daß die Durchführung dieser
Maßnahmen
und ihr Ergebnis auf einem Datenträger zur späteren Auswertung protokolliert
und lokal und/oder an einem entfernten Ort angezeigt werden.
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Als
extremste Maßnahme
kann vorgesehen werden, daß unterhalb
eines bestimmten Schwellenwertes der mittleren Belegung mit Wasser
der gesamte Produktionsprozeß angehalten
und eine entsprechende Alarmmeldung lokal und/oder an einem entfernten
Ort ausgegeben wird.
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Vorzugsweise
sieht man in dem erfindungsgemäßen Verfahren
vor, daß sich
die verwendete Meßeinrichtung
nach vorgegebenen Zeitintervallen, die beispielsweise im Bereich
zwischen einer Stunde und einem Tag liegen können, nach einer vorgegebenen
Anzahl von Messungen, beispielsweise nach jeder zehnten bis hundertsten
Messung, oder dann, wenn die Ergebnisse zweier Messungen um einen vorgegebenen
Mindestbetrag voneinander abweichen, selbst auf Funktionsfähigkeit überprüft. Hierdurch
kann die Gefahr vermindert werden, daß eine Alarmmeldung oder eine
schwerwiegendere Maßnahme
aufgrund einer Fehlfunktion der Meßeinrichtung eingeleitet wird.
Vorzugsweise wird für
eine spätere Überprüfung oder
für Zwecke
der Qualitätssicherung
das Ergebnis der Selbstüberprüfung der
Meßeinrichtung
auf einem Datenträger
festgehalten.
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Die Überprüfung kann
beispielsweise so geschehen, daß zunächst ein
trockenes Probestück
in den Strahlgang der Meßeinrichtung
gebracht wird, dessen Beschaffenheit den untersuchten Werkstücken entspricht.
Die von der Oberfläche
dieses Probekörpers
zurückgestreute
Infrarotstrahlung liefert den Maximalwert der Intensität bzw. den
Minimalwert der Absorption. Anschließend kann man in den Strahlengang
einen oder mehrere Filter einbringen, die eine vorgegebene Absorptionsfähigkeit
für Infrarotstrahlung
haben. Die Meßeinrichtung überprüft, ob sie
die erwarteten Absorptionswerte (die selbstverständlich im Steuersystem der
Anlage hinterlegt sein müssen)
tatsächlich
mißt.
Weicht die gemessene Absorption durch die Filter um einen vorgegebenen
Mindestbetrag vom Erwartungswert ab, deutet dies auf eine Fehlfunktion
der Meßeinrichtung
hin. In diesem Fall sieht man vorzugsweise vor, daß eine Alarmmeldung
lokal und/oder an einen entfernten Ort ausgegeben wird mit dem Hinweis,
die Meßeinrichtung
zu überprüfen. Weiterhin
sieht man in diesem Falle vorzugsweise vor, daß das Steuersystem für das Verfahren
die weitere Ausführung
des Verfahrens so lange unterbricht, bis die Meßeinrichtung überprüft wurde.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat also den Teilaspekt, daß weitgehend
unabhängig
von einem menschlichen Eingreifen zum einen der Erfolg einer hydrophilierenden
Oberflächenbehandlung, insbesondere
einer Oberflächenreinigung
kontrolliert wird. Werden ungenügende
Reinigungsergebnisse festgestellt oder zeigt sich ein Trend, daß sich die Reinigungsergebnisse
zunehmend verschlechtern, obwohl sie noch im Toleranzbereich liegen,
kann automatisch eine Überprüfung der
Zusammensetzung der Reinigerlösung
veranlaßt
und als Ergebnis dieser Überprüfung die
Reinigerlösung
mit Komponenten ergänzt
oder Badpflegemaßnahmen
für die
Reinigerlösung
eingeleitet werden. Hierdurch ist es möglich, in einer industriellen
Fertigungskette weitgehend ohne menschliche Kontrolle eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.
Die während
der Anwendungsdauer des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Informationen
und die durchgeführten
Maßnahmen
werden vorzugsweise auf Datenträger
abgespeichert und stehen für
Zwecke der Qulitätssicherung,
für spätere Auswertung
sowie zum Sammeln von Information für das Steuersystem zur Verfügung. Hierdurch
kann das Steuersystem lernfähig
ausgestaltet werden. Durch Übertragung
der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens
anfallenden Daten an einen entfernten Ort ist es möglich, auch
von entfernter Stelle aus den Erfolg des Reinigungsschrittes zu
kontrollieren. Damit erhöht
das erfindungsgemäße Verfahren
einerseits die Produktionssicherheit und verringert andererseits
den manuellen Aufwand hierfür.
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Ausführungsbeispiel
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wurde an einer Durchlauf-Reinigungsanlage für Probebleche (Abmessungen
10 × 20
cm), wie sie zur Kontrolle von Oberflächenbehandlungsprozessen im
Automobilbau üblichen
sind, überprüft. Dabei
wurden Probebleche aus unterschiedlichen Materialien verwendet, die
im Automobilbau üblich
sind: kaltgewalzter Stahl, schmelztauchverzinkter Stahl, Aluminium,
vorphosphatierter Stahl. Strahlungsquelle für die Infrarotstrahlung und
Meßelement
für die
von den Probeblechen zurückgestrahlte
Infrarotstrahlung wurden so positioniert, daß die feuchten Bleche nach
der Reinigung an Strahlungsquelle und Meßelement vorbei transportiert
wurden. Als Strahlungsquelle diente eine Wolfram-Halogen-Lampe.
Sie lieferte Infrarotstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 700 bis 2000
nm. Als Meßelement
für die
von den Probeblechen zurückgestrahlte
Infrarotstrahlung diente ein Bleisulfiddetektor. Die Intensitätsmessung
erfolgte bei 1921 nm, wobei als Intensitätsreferenz die Strahlung von
1703 nm verwendet wurde. Die jeweiligen Wellenlängen wurden durch Filter selektiert.
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Die
vor dem Meßelement
vorbeiziehenden mit Wasser benetzten Probebleche führten zu
einer charakteristischen Schwächung
der vom Meßelement
registrierten Infrarotstrahlung bei der vorgewählten Wellenlänge. Diese
charakteristische Schwächung
war für
Probebleche einer Materialsorte im wesentlichen konstant. Ein mangelhaftes
Reinigungsergebnis wäre
bei einzelnen Probeblechen daran erkennbar gewesen, daß eine deutlich
geringere Schwächung
der von der Oberfläche
zurückgestrahlten
Infrarotstrahlung bei der vorgegebenen Wellenlänge entsprechend einer deutlich
geringeren mittleren Dicke des Wasserfilms festzustellen gewesen. Beispielsweise
war dies bei nicht gereinigten Blechen der Fall.