Metrohm. People you can trust. - surface-technology-germany.de · TG3: S/B-Titrationen & Argentometrie 786 SwingHead 855 RoboticTitrosampler X1-4 . 29.05.18 21 Internal configuration

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Metrohm. People you can trust.

Deutsche METROHM Prozessanalytik GmbH & Co. KG

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ZukünftigeAnforderungen(Industrie4.0)

andieOberflächenindustriedurchAutomatisierungderAnalytikmitwartungsfreienSensorenerfüllen

DanielSchlak/DeutscheMetrohmProzessanalytikGmbH&Co.KG

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Zukünftige Herausforderungen:

-  Industrie 4.0 (Integrierter galvanischer Betrieb)

Stichworte:

•  Vernetzung = Entwicklung geeigneter Oberflächen

•  Vernetzung = galvanischen Produktion

Voraussetzung: Einbindung verschiedener Anlagenkomponenten (CPS – Cyber Physischen System)

zu einem selbstorganisierenden Netz

produktionsbezogene Informationen (Badzustände/Konzentrationsangaben) jederzeit in Echtzeit verfügbar machen

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Zukünftige Herausforderungen:

-  Industrie 4.0 (Integrierter galvanischer Betrieb)

Stichworte: Verknüpfung von Produktions- mit Qualitäts- und Badpflegedaten (Nutzung von Kosteneinsparpotentialen)

•  Notwendigkeit zur Prozessdatenverarbeitung

!  Lückenlose Dokumentation der Prozesse

!  Transparenz über gesamten Produktionsprozess für schnelle Fehleranalyse

!  Erkennung von vorbeugenden Badpflege und Wartungsarbeiten

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Aktuelle Anforderungen: Endkunden: Auftragsvergabe nur bei Implementierung von automatisierter Prozessüberwachung

- Externe Zugriffsmöglichkeit auf Badparameter - Nachweispflicht Badzustände über Jahre -  Analysenqualität mit internen Standards sicherstellen

-  Direkte Einbindung in Prozesssteuerung

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Aktuelle Anforderungen: Endkunden: Auftragsvergabe nur bei Implementierung

von automatisierter Prozessüberwachung Beispiel: Aluminiumbeize mit Spülen

Ursache: Qualitätsprobleme bei Bauteilen im Automotivbereich

mit schlechten Klebeverhalten durch Fluoridverschmutzungen

Prozessbäder: Entfettung - Spülen - Beizbad - Spüle 1 - Spüle 2 Parameter: F(frei), F(ges), LF, Säure Folge: Prozessanalytik* verpflichtend für sämtliche Zulieferer

* inklusive Prozesssteuerung / - Dokumentation

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Badführung – Qualitätskontrolle: Status: Vorschriften Badhersteller Nasschemische Methoden: (Chem. Reaktion zwischen Analyt + Reagenz) Säure / Base Titration Redox - Titrationen Komplexometrische (Fällungs-) Titrationen ____________________________________________ Photometrie meist in manueller Ausführung nicht automatisiert!

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Badführung – Qualitätskontrolle: Anforderung an Inline – Sensoren: -  Selektiv

-  Robust

-  Wartungsarm

-  Verlässlich

-  Vernetzt

-  Fernwartungszugriff

-  Automatische Nachdosierfunktion

pH - / LF Sensoren nur eingeschränkt geeignet zur Badführungssteuerung!

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Messtechniken zur Qualitätsüberwachung:

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Atline - Online

Resultat

Prozess-steuerung

Korrektur

by pass

Prozess

Einsatzgebiete Online: - Parameterhalbwertszeit: kurz - Hohe Analysenfrequenz - Wenige Parameter - Wenige Messstellen - Analytik vor Ort - Regelung

Spezielle Anforderungen: -  Kurze Probenahmeleitungen -  Rückspülung -  Filtration -  Absetzbehälter -  Temperierung -  Anzeige Bedarfswartung

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Prozess

Resultat

Prozess-steuerung

Korrektur

Manuelle Probenahme

Einsatzgebiete Atline: - Parameterhalbwertszeit: mittel, lang - Ein oder mehrere Parameter - Viele Messstellen - Analytik im Betrieb / am Prozess - Kombination von Analysenmethoden

Atline - Online

Spezielle Anforderungen:

-  Unterschiedliche Probenmatrix -  Rückspülung -  Temperierung -  Einfache Bedienung durch

Betriebspersonal

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Badführung – Qualitätskontrolle: Beispiel Übersicht Bäder – Lohngalvanisierung

16 Bäder

12 Parameter

Nasschemische Methoden für fast alle Parameter anwendbar!

Badbezeichnung

Parameter Analysenhäufigkeit[proWoche] Analyseverfahren

Chromschwefelsäurebeize

Schwefelsäure 6 Säure-Base-Titration

Chrom(VI) 6 Redox-Titration

Chrom(III) 1 Redox-Titration

Chrombad

Chrom(VI) 6 Redox-Titration

Chrom(III) 1 Redox-Titration


Fluorid 6 Direkt-Messung

Glanznickel

Borsäure 2 Säure-Base-Titration

Chlorid 2 KomplexometrischeTitration

Nickel 2 KomplexometrischeTitration

Edelmattnickel



H3BO3 6 Säure-Base-Titration

NickelEdelmattTrägerA 6

NickelEdelmattTrägerB 6 Redox-Titration

BeschleunigerACCSchwefelsäure 2 Säure-Base-Titration

AdhemaxAccelerator1 2 Redox-Titration

AktivatorNAZinn(II) 1 Redox-Titration

Salzsäure 6 Säure-Base-Titration

Halbglanznickel




ImmersionKupferSchwefelsäure 2 Säure-Base-Titration

Kupfer/Nickel 2 KomplexometrischeTitration

Mikroporignickel




SauerKupferCupracid

Kupfer 6 KomplexometrischeTitration



Supramattnickel

ZusatzDF 6

Spezialzusatz 6 Redox-Titration




Vorreinigung Schwefelsäure 6 Säure-Base-Titration

Vortauchlösung Salzsäure 6 Säure-Base-Titration

Entmetallisierung Kupfer(II) 1 KomplexometrischeTitration

Chem.Entchromen Salzsäure 1 Säure-Base-Titration

CuAktivatorKupfer(II) 1 KomplexometrischeTitration


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Anforderungen an ein automatisiertes nasschemisches Analysensystem: 1.  Robuste Module (Nassteilkomponenten/Sensoren)

- geringer Wartungsaufwand / - kosten - verlässliche Ergebnisse

2. Einfache Bedienbarkeit (einfache Softwareoberfläche)

- User- / Experten-Ebenen 3. Direkte Einbindung ins Netzwerk / Buskommunikation

- Fernwartungszugriff 4.  QM – Anforderung (Dokumentation)

- Badganglinien, Nachdosiermengen, automatische Überprüfung

5.  Flexibler Aufbau für zukünftige Änderungen - modularer Aufbau, Integration neuer Parameter

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Neue Sensoren für die Überwachung der Badparameter:

8 Wellenlängen: 470, 502, 520, 574, 590, 610, 640, 660 100 % Lösungsmittel-resistent

Optrode – Titration im neuen Licht

Photometrischer Sensor

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Vorteile:•  AutomatischeEinstellungdergewünschtenWellenlänge

•  SichereautomatischeAuswertungallerTitrationenmitFarbindikatoren

•  AbbildungderBadherstellervorgaben

•  Platzsparender,lösemittelresistenterSensor

Optrode

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Neue Sensoren für die Überwachung der Badparameter: Beispiele:Fällungstitrationen/SB-TitrationenPhosphatierbäder: Zn,Ni,Mn-EDTA–RücktitrationmitMgSO4ChemischNi-Bäder: Ni Indikator:Eriochromschwarz-TVorreinigung: H2SO4Methylorange

Wichtig:AuchdurchNiederschlägebeiFällungstitrationenwirddieAuswertungnichtbeeinträchtigt!

Optrode

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1Schliffhülse2Schaft3PFTFE-Schutzhülse4Thermistor-  Ansprechzeit0,3s-  Auflösung10-5K

Thermoprobe

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NeueSensorenfürdieÜberwachungderBadparameter:

Thermoprobe Thermotitration:

-  Überwachung der Temperaturänderung aufgrund einer exothermen oder endothermen Reaktion

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NeueSensorenfürdieÜberwachungderBadparameter: Thermoprobe

Branche: Oberflächenbearbeitung Parameter: 0-10 % HCl, 0-5 % HNO3 Medium: HCl- / HNO3- Beizen Prozess: Tauchbeizen zur

Drahtherstellung Analytik: Thermotitration Prozessein- Bindung: Netzwerk (CSV Export)

Direkte Ansteuerung Nachdosierpumpen

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Beispiele: Automatisierte Badüberwachung mit ProcessLab Systemen Beispiel: Lohngalvanisierung (Atline) Parameter: H2SO4, Cr(VI), Cr(III), H3BO4, Cl, Ni, Sn(III), Cu, HCl, F, Cu Bäder: 16 (Chromschwefelsäure-, Chrom-, Nickel-, Kupfer-, Reinigungs- und Beizbäder)

Y1-

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Externes Messgefäß: Fluoridmessungen

TG1: Redox-titrationen TG2: Komplexometrie

TG3: S/B-Titrationen & Argentometrie

786 Swing Head

855 Robotic Titrosampler

X1-4

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Internal configuration may vary depending on application.

Process Ion Chromatograph

Multikomponentenbestimmung mit einer einzigen Analyse:

•  Präzise Überwachung zahlreicher Haupt- und

Nebenkomponenten galvanischer Bäder und Spuren von Verunreinigungen

•  Erfassen von organischen und anorganischen Ionen oder polarern Substanzen

•  Im Konzentrationsbereich von ng/L- bis %

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Beispiel: Chrombad


Branche: Luftfahrt, Galvanik Parameter: Fluorid, Chlorid, Sulfat,

Methandisulfonsäure MDSA), Chromsäure Medium: Chrombad, Chromsalz Prozess: Verchromungsprozess Analytik: Ionenchromatographie

Chromsalz 2 g/L gelöst in Reinstwasser; Fluorid 61 mg/kg; Chlorid 59 mg/kg; Sulfat 1.132 mg/kg

Chrombad mit Sulfat 1,2 g/L; Methandisulfonsäure (MDSA) 2,1 g/L; Chromsäure 176 g/L

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Weitere Applikationen


Bestimmung organischer Säuren in galvanischen Bädern z.B.: •  Zitronensäure, Ameisensäure, Milchsäure oder

auch Gluconat und Salicylat im g/L-Bereich •  Weinsäure und Zitronensäure neben

Hypophosphit und Wolframat •  Fluorid neben Citrat, Lactat und Acetat

Untersuchung von Nickel-, Kupfer- oder Zinkbädern auf z.B.: •  Iodat und Iodid •  Fluorid, Chlorid und Nitrat •  Hypophosphit, Phosphit und Phosphat

5,4 g/L Citrat, 7,4 g/L Fluorid, 46,1 g/L Lactat, <0,2 g/L Acetat in einem kataphoretischen Galvanisierbad (AN-O-014)

18,9 g/L Hypophosphit, 2,0 g/L Phosphit , 2,0 g/L Phosphat in einem Vernickelungsbad (AN-S-247)

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24Beispiel Glanzbildner in einem Ni-Bad (Saccharin)

Ausblick: Nahinfrarotspektroskopie zur Qualitätssicherung

•  Bestimmung organischer Komponenten (z.B. Glanzbildner, Tenside) in Kupfer- und Nickelbädern

•  Inline-Säurezahlbestimmung •  Konzentrationsbestimmung eingesetzter Grundchemikalien in der

Wareneingangs-kontrolle (z.B. von Säuren, Laugen oder Wasserstoffperoxid)

•  Onlineanalyse anorganischer Säuren in Ätzbädern •  Tensid- und Ölbestimmung in Reinigungs- und Entfettungsbädern

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R²=0,9994

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20

NIR-V

orhe

rsage[%

]

Konz.Referenzanalytik[%]

Kalibrierung Glanzbildner (g/L)

Beispiel Darstellung der Routineanalytik


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•  NIRS XDS Process Analyzer – 4 resp. 9 Channels


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•  Sonde – NIRS PA Clamp on Cell

Schutzschlauch mit Stickstoffspülung (optional)

Flussrichtung der Probe

•  KeindirekterKontaktmitderProbe•  DieOptikistgegenKorrosionundBelegunggeschützt

Lichtleiter

Flussrichtung der Probe


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Kommunikation und Datenmangement

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Remote – Zugriff Teamviewer als zugelassenes Software - Tool Zugangssicherheit Freischaltung durch Anwender Automatisch generierte Partner-ID + dynamisches Sitzungspasswort


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•  Datenbank

•  Mit Regelkartenfunktion

nach Parameter oder Bad

Darstellung Warn- und Eingreifgrenzen

ProcessLab Manager

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Fazit Einführung von gewinnt zunehmend an Bedeutung „Prozesskontrolle statt Produktkontrolle“ „Qualität muss hergestellt nicht gemessen werden“ •  Sichere Erfüllung von steigenden Qualitätsansprüchen bei zunehmend komplexeren Beschichtungsvorgängen •  Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und Einspareffekte zu nutzen

•  Individuelle Lösungen abhängig von Behandlungsvorgang und Qualitätsrelevanz der Elektrolytkonzentration notwendig

Process Analytik

Atline – Online

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Fazit 1.  Einsatz robuster möglichst wartungsfreier Sensoren / Module (Thermoprobe / Optrode / NIR Spektroskopie)

2.  Automatische Prozeduren zur Eigenkontrolle (Plausibilitätsprüfung / Meldung bedingter und zyklischer Wartungen)

3.  Direkte Einbindung in die Prozesssteuerung / Fernwartungszugriff (Bus Anbindung / Remotecontrol)

Anforderungen an zukünftige Prozessanalysatoren (CPS)

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VERTRAUEN IN

MENSCHEN

VERTRAUEN IN

WERTE VERTRAUEN IN UNSERE FIRMA

VERTRAUEN IN IDEEN

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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