Er lässt sich schmieden, walzen, fräsen und schweißen, ist bruchfest, gut härtbar und steif: Stahl ist einer der vielseitigsten und beliebtesten metallischen Werkstoffe. Und er lässt sich unbegrenzt recyceln. Aber Stahl ist nicht gleich Stahl, denn die Legierung aus Eisen, Kohlenstoff und diversen anderen Materialien hat je nach Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften. Mehr als 2400 Stähle standen 2017 im europäischen Register und es kommen kontinuierlich neue Varianten hinzu.
Mit bloßem Auge sind sie nicht zu unterscheiden. Für Metallverarbeiter stellt sich die Frage: Hat die Metalllegierung die chemische Zusammensetzung, die der Lieferant versprochen hat? Entspricht sie den Prozessanforderungen, den Kundenanforderungen beziehungsweise den Produktanforderungen? Weltweit sorgen Materialfehler und -fälschungen innerhalb der Lieferketten immer wieder für Probleme. Für Metallproduzenten, Metallverarbeiter, Metallhändler oder Servicepartner weltweit ist somit die Überprüfung von ein- und ausgehenden Metallen und deren Legierungen zu einer kritischen Aufgabe der Qualitätskontrolle geworden.
Die Lösung für diese Zielgruppen sind Spektrometer. Sie analysieren die charakteristischen Lichtemissionen, die verschiedene Elemente wie Kohlenstoff oder Nickel beim Verdampfen erzeugen. Um diesen Prozess zu beschleunigen und Anwendern am Wareneingang zu helfen, die Zusammensetzung von Werkstoffen ohne Umweg über das Labor zu bestimmen, hat Spectro Analytical Instruments den mobilen Metallanalysator Spectrotest und die kompaktere Variante Spectroport entwickelt. Maßgeschneiderte Ventilblöcke von SMC liefern das für eine saubere Messung benötigte, hochreine Edelgas Argon dazu.
Spectro gehört zu den weltweit führenden Herstellern von Analysegeräten auf dem Gebiet der optischen Emissions- und Röntgenfluoreszenz-Spektrometrie. Die präzisen Analysegeräte des Unternehmens aus Klevekommen bei der Elementanalyse von Materialien in Industrie, Forschung und Lehre zum Einsatz. Gegründet 1979 als Drei-Mann-Betrieb, ist Spectro heute ein Unternehmensbereich der Ametek Materials Analysis Division und beschäftigt weltweit mehr als 400 Mitarbeiter. Mehr als 40.000 Geräte des Unternehmens sind rund um den Globus für hochpräzise und schnelle spektroskopische Materialanalysen im Einsatz.
Argon verdrängt die normale Luft
und alle in ihr enthaltenen Stoffe
Argon wird bei Metallanalysatoren dazu verwendet, eine Schutzatmosphäre zu erzeugen. „Das Edelgas verdrängt die normale Luft und alle in ihr enthaltenen Stoffe“, erläutert Frank Sponer, Engineer im German Technical Center von SMC. Der Schutz vor Verunreinigungen ist besonders wichtig, wenn es darum geht, verschiedene Metall- und Stahltypen zu unterscheiden. „Elemente wie Kohlenstoff entscheiden mit einem Anteil von etwa 300 ppm, also gerade einmal 0,03 Prozent, über die Korrosionsbeständigkeit von hoch legierten Stählen, die allgemein als Edelstähle bekannt sind. Diese geringen Konzentrationen müssen sauber identifiziert werden, damit der Anwender weiß, mit welchem Stahl er es zu tun hat“, sagt Marcus Freit, Product Manager Mobile Metal Analyzers & OEM Products bei Spectro.
Die beiden Analysatoren des Unternehmens sind nicht nur mobil und flexibel – sie liefern präzise Messergebnisse in Laborqualität direkt vor Ort. Dazu muss die Prüfsonde nur an ein Metallteil gehalten und die Starttaste gedrückt werden. Unter der Argon-Schutzatmosphäre verdampfen dann ein starker Lichtbogen oder kurze, mit mehreren hundert Hertz gepulste Funken einen geringen Anteil der Probe und das Gerät gleicht die Messdaten mit den hinterlegten Kalibrationen ab. Der ganze Prozess dauert in Argon-Atmosphäre nur bis zu 10 s.
Zusätzlich nutzen Spectrotest und Spectroport die Ein-Proben-Standardisierung Ical 2.0. Das Diagnosesystem stellt eine stabile Leistung über den ganzen Tag hinweg sicher. „Und es hilft dabei, die Standardisierung beizubehalten – unabhängig von den meisten Temperaturschwankungen“, so Freit.
Um auch kleinste Konzentrationen von Kohlenstoff und anderen Elementen identifizieren zu können, muss der Prozess absolut rein sein. SMC rüstet die mobilen Analysatoren deshalb mit insgesamt drei Argonverteilern aus, die das Edelgas von der Flasche bis zur Prüfsonde leiten. In den speziell für die beiden leistungsstarken Spektrometer entwickelten Ventilblöcken aus Aluminium kommen neben bis zu drei Ventilen auch Druckregler, Blenden und Drosseln sowie Rückschlagventile zum Einsatz. „Damit absolut nichts das Argon verunreinigt, sind unsere Verteiler zudem komplett frei von Fett, Öl und anderen Schmiermitteln“, betont Sponer.
Mobile Analysatoren müssen nicht nur präzise messen. „Unsere Geräte werden häufig im Wareneingang verwendet, etwa wenn es darum geht, Metallteile vor dem Recycling zu sortieren oder vor der Bearbeitung zu verifizieren“, sagt Freit. „Um unseren Kunden die Arbeit zu erleichtern, muss ein Analysator sehr flexibel und mobil sein.“ Das Gerät muss so kompakt wie möglich ausgelegt werden – bei hoher Leistungsfähigkeit. „Was wir von den Argonverteilern brauchen, ist eine Balance zwischen optimalen Durchflussraten und kleinstmöglichen Abmessungen“, beschreibt Freit die Anforderungen von Spectro.
Sie gelten für die zwei Verteiler im Hauptkörper der beiden Spectrometer ebenso wie für die Prüfsonde. Sie ist mit einem dritten Ventilblock ausgerüstet. Dank des breiten Produktsortiments von SMC konnten die Automatisierungsexperten drei optimal auf die Anforderungen von Spectro zugeschnittene Argonverteiler realisieren. SMC hat 12.000 Basismodelle und 700.000 Varianten im Portfolio. „So können wir ein komplettes System anbieten, das nicht nur hohe Durchflussraten und eine lange Lebensdauer bietet, sondern auch komplett ohne Schmiermittel arbeitet“, sagt Sponer. „Schon bei der Herstellung achten wir auf maximale Sauberkeit.“
Unter Reinraumbedingungen produziert, werden die Argonverteiler vor ihrem Einsatz gründlich von allen Metallresten und Emulsionen befreit. „Die Argonverteiler von SMC erlauben uns, sehr kompakte und leistungsfähige Metallanalysatoren zu entwickeln“, erläutert Freit. „Damit können wir unseren Kunden enorm mobile und flexible Lösungen an die Hand geben, die Zeit sparen und Fehler in der Weiterverarbeitung und im Recycling von Stahl und anderen metallischen Werkstoffen vermeiden.“ Zudem sind die Argonverteiler in Spectrotest und Spectroport baugleich. Freit resümiert: „Die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der SMC Technik hat uns überzeugt – und wir sparen so Entwicklungszeit, da auf bereits bewährte Komponenten zurückgegriffen werden kann.“ ■
Webhinweis
Wie der mobile Spectrotest bei der Analyse von Carbon-Bestandteilen in Stahl funktioniert, zeigt Spectro in diesem Video:
