Überwachung von Prozessflüssigkeiten mittels Refraktometern

Die Konzentration im Blick

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Viele Betriebe setzen unter anderem Kühlschmiermittel, Trennmittel und Reinigungslösungen auf Wasserbasis als Betriebsmittel ein. Hierbei kommt es oft auf die genaue Konzentration des Stoffes an, der dem Wasser zugegeben wird. Mithilfe von Refraktometern lassen sich die Qualität der Prozessflüssigkeiten gleichmäßig hoch halten und ihre Produktionskosten senken.

Refraktometer nutzen bei der Messung das Phänomen der Lichtbrechung aus. Licht ändert an der Grenzfläche zwischen zwei Medien die Richtung, weshalb ein Strohhalm in einem Glas Wasser dem Betrachter geknickt erscheint. Der Brechungsindex, der das Ausmaß der Lichtbrechung beschreibt, verhält sich proportional zur Konzentration eines Stoffes zum Beispiel in einer wässrigen Probe.

Refraktometer sind mittlerweile in der Lage, in vielen Anwendungsbereichen die Konzentrationsüberwachung kritischer Prozessflüssigkeiten zu übernehmen. Der japanische Refraktometer-Hersteller Atago erweitert seine Modellpalette, die in Deutschland von Gimat Liquid Monitoring vertrieben wird, beständig, um auch schwierige und Spezialanwendungen zuverlässig bedienen zu können.

Wie die folgenden Beispiele zeigen, können Refraktometer im Bereich der Überwachung von Prozessflüssigkeiten große Vorteile bieten. So findet sich eine häufige Anwendung in der industriellen Oberflächenbehandlung etwa von Metallteilen. Damit die Oberflächenbehandlung das gewünschte, bestmögliche Resultat erzielt, muss das angewendete Agens die optimale Konzentration aufweisen. Andernfalls kann die Beschaffenheit der Oberfläche deutlich leiden. Bei einem Hersteller von Getränkedosen trat beispielsweise folgendes Problem auf: Bei mangelhafter Oberflächenbehandlung haftete die Farbe bei Bedruckung der Dosen nur schlecht oder gar nicht. Dadurch wurden komplette Chargen an Getränkedosen unverkäuflich. Daher ist es essentiell, stets zu überwachen, dass die Konzentration dem Richtwert entspricht.

Konzentrationsüberwachung von Trennmitteln

Ein weiteres Beispiel für die Vorteile der Konzentrationsüberwachung wässriger Lösungen findet sich bei der Herstellung von metallischen Gussstücken. Zum Teil werden Trennmittel als Prozesshilfsstoff verwendet, um das reibungslose und leichte Entfernen der Gussstücke aus der Form zu unterstützen. Wichtigster Prozessparameter im Rahmen ihrer Konditionierung ist die Konzentration der flüssigen Hilfsstoffe. Wenn die Konzentration ungeeignet eingestellt ist, treten Qualitätsprobleme auf, etwa in Form von Farbflecken auf der Produktoberfläche bei zu niedriger Konzentration. Wenn sie zu hoch eingestellt ist, können sich die Gussstücke verziehen, wenn sie aus der Form entnommen werden. Abhilfe kann nur eine regelmäßige Messung der Konzentration des Trennmittel-Wassergemischs mit Hilfe von Refraktometern leisten.

Auch bei der Reinigung der Produktionsanlagen spielt eine regelmäßige Konzentrationsüberwachung der Reinigungslösungen eine große Rolle. Bei der Herstellung von Gummihandschuhen werden die Tanks und Rohrleitungen oft mit einer wässrigen Lösung von Dimethylformamid (DMF) gereinigt. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen wird die Reinigungslösung in der Regel wiederverwendet, solange bis die Reinigungswirkung durch die zu starke Kontamination der DMF-Lösung abnimmt. Mit der Messung des Brechungsindex kann der Anstieg der Kontamination der Reinigungslösung beobachtet werden und somit der genaue Zeitpunkt bestimmt werden, wann diese erneuert werden muss.

Automatisierung durch Inline-Refraktometer

Im Gegensatz zur Messung mit einem Hand-Refraktometer können Anlagen mit Inline-Refraktometern und einer kontinuierlichen Überwachung der Chemikalienkonzentration automatisiert werden. Wenn abnormale Werte außerhalb der Prozessgrenzen auftreten, leuchtet die Alarmlampe oder eine Hupe ertönt. Die Produktionsmitarbeiter werden dadurch sofort alarmiert.

Durch die Einbindung des 4–20 mA-Ausgangssignals oder über die digitale Schnittstelle können die Messdaten des Inline-Refraktometers an eine zentrale Steuerung oder das Prozessleitsystem übergeben werden. Dadurch wird eine Automatisierung der Dosierung realisierbar. Inline-Refraktometer zählen daher zu den wichtigsten Instrumenten der Qualitätskontrolle, um finanzielle Verluste durch fehlerhafte Chargen frühzeitig zu vermeiden.

Ein großer metallverarbeitender Betrieb hat kürzlich mehrere Inline-Refraktometer CM 800a des japanischen Herstellers Atago installiert. Die Messgeräte werden auf verschiedenen Prozessstufen eingesetzt: Zum einen dort, wo Trennmittel und Wasser gemischt werden, bevor das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird. Zum anderen dort, wo das Trennmittel-Wasser-Gemisch nach dem Gebrauch gefiltert und gesammelt wird. Vor der Umstellung auf Inline-Refraktometer wurden Messgeräte für die elektrische Leitfähigkeit eingesetzt. Von Anfang an hatten die Leitfähigkeits-Sensoren aber das Problem, dass sie sehr anfällig für Ablagerungen waren.

Eine sehr häufige und zeitintensive Reinigung war die Folge, weshalb sich das Unternehmen für die Methode der Refraktometrie entschied. Die Wahl fiel dabei auf das CM 800a mit seiner flach eingebetteten Saphirglas-Optik, die weitgehend unempfindlich gegenüber Ablagerungen ist. Durch die zuverlässige Überwachung der Trennmittel-Konzentration mittels mehrerer CM 800a konnte das Unternehmen aufgrund der Vermeidung fehlerhafter Produkte und weniger Wartungsaufwand seine Produktivität deutlich verbessern. ■


Die Autoren

Dr. Volker Koschay

Geschäftsführer

Dr. Sebastian Barfüßer Chemiker

Gimat Liquid Monitoring
www.gimat.de

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