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MAFAC und SEW Eurodrive auf dem Weg zur Teilereinigung 4.0

Die Konzepte für Industrie 4.0. formieren sich. Auch der Fachverband Industrielle Teilereinigung (FiT) widmet sich dem Thema und initiierte 2017 das Forschungsprogramm „QSRein 4.0“. Unter diesem Dach soll in verschiedenen Entwicklungsprojekten nach Ansätzen für die Digitalisierung der Reinigungsprozesse gesucht werden. Ende April brachten SEW Eurodrive und MAFAC eine Pilotanlage an den Start, die vergleichbare Messwerte für die Qualität von Reinigungsbädern liefern soll.

Industrie 4.0 ist in aller Munde. Doch was genau bedeutet die Digitalisierung für die Reinigungsbranche? Sind Maschinentechnologie, Reinigungschemie und -verfahren soweit, dass eine Vernetzung möglich ist? Wie eine Expertenumfrage des Fachverbandes im Jahr 2017 ergab, besteht in der Bauteilreinigung noch großer Handlungsbedarf, um eine Digitalisierung zu ermöglichen.

QSRein 4.0
Mit dem Forschungsprojekt QSRein 4.0 will der Fachverband Industrielle Teilereinigung diese notwendigen Voraussetzungen schaffen und anwen-dungsorientierte sowie nutzbringende 4.0-Lösungen hervorbringen. Die Aufgabe besteht im ersten Schritt darin, die noch relativ junge Disziplin der Reinigungstechnik auf eine neue Stufe zu heben. Das heißt, sie von der bislang erfahrungsbasierten zu einer wissensbasierten Prozessführung zu entwickeln, um hierüber Anknüpfungspunkte für die Kommunikation mit der Fertigungsperipherie und die digitale Vernetzung zu schaffen.


Datensammlung und Vernetzung
Ein Blick auf die momentane Situation der wässrigen Teilereinigung zeigt, dass weder Anlagentechnologie noch Chemie oder Verfahren eigenständig wahrnehmen, wann die Reinigungswirkung der Bäder nachlässt und auch keine automatisierte Reaktion darauf möglich ist. Nach wie vor kommen Anlagenbetreiber nicht umhin, die Reinigungsbäder manuell zu beobachten und einen Badwechsel vorzunehmen. Dies erfolgt aktuell auf Basis von Erfahrungswerten, nicht aber aufgrund vergleichbarer Kennzahlen oder Signale seitens der Technik. Badwechsel und Maschinenstandzeit sind demnach keine planbaren Prozessgrößen. Eine Voraussetzung für Reinigung 4.0 sind verifizierte Daten über ein vernetztes Selbstmonitoring, das den Badwechsel zentral abrufbar ankündigt, so dass die Maschinenverfügbarkeit planbar wird und die vor- und nachgelagerten Prozesse darauf reagieren können. Noch ein paar Schritte weiter gedacht, würde die Maschine eigenständig einen Badwechsel anstoßen und damit die Reinigungswirkung beziehungsweise die Qualität der Teile konstant stabil halten. Ebenso würde die gesamte Fertigungskette, vom Materialfluss bis hin zu den vor- und nachgelagerten Prozessen darauf vernetzt reagieren. „Damit dies in Zukunft möglich wird, sind noch zahlreiche Beobachtungen und Auswertungen von Prozess und Maschinen notwendig. Wir suchen nach Schnittpunkten und auswertbaren Daten, um die Kommunikation relevanter Informationen zu realisieren,“ meint Thomas Gutmann, Leiter Customer Support bei MAFAC.

Gemeinsame Entwicklungsarbeit SEW Eurodrive und MAFAC
Zusammen mit SEW Eurodrive, dem führenden Hersteller für Antriebstechnik, entwickelte MAFAC eine Pilotanlage, die seit April 2019 am SEW-Standort Forbach in Frankreich am Start ist und erste Erkenntnisse für die Digitalisierung liefert. Damit verfolgen die beiden Kooperationspartner ein weiteres Projekt innerhalb der 4.0-Aktivitäten von SEW: Ziel des Projekts mit MAFAC ist die Maschinenverfügbarkeit zu steigern, den Prozess stabil zu halten, die Reinigungsqualität zu sichern sowie möglichst umfassende Parameter zu sammeln und daraus erste Standards für die Vernetzung abzuleiten.

Pilotprojekt smart@cleaning
Die Versuchsanlage umfasst zwei Spritzreinigungsmaschinen des Typs MAFAC KEA mit Einbad-Technik, die an einen Roboter und eine Produktionsanlage für Getriebegehäuse gekoppelt sind. Die im Drei-Schichtbetrieb produzierten Aluminium-Bauteile durchlaufen einen zweistufigen Reinigungsprozess, in dem sie für die Lackierung vorbereitet werden. „Da die Oberflächenaufbereitung von Aluminium-Bauteilen für die Lackierung mittels Hydrolack sehr sensibel und die Haftungsqualität schwer zu halten sind, nahmen wir uns diesen Vorgang als Musterprozess vor,“ erklärt Roland Denefleh, Leiter Technologieentwicklung Oberflächenbeschichtungen bei SEW Eurodrive. „Das Lackiersystem und die Reinigungschemie müssen kompatibel sein. Dabei kommt es auf die richtige Zusammensetzung, exakte Dosierung und stabile Qualität der Reinigungsbäder an.“ Wie dies im Einzelfall aussehen muss, wird Stand heute über zahlreiche Tests und auf Basis von Erfahrungswerten ermittelt. „Sobald sich am Lacksystem etwas ändert, müssen wir stets von Neuem testen, welcher Reiniger in welcher Dosierung die Haftungsqualität des Lacks gewährleistet. Dieser Aufwand ist zeitintensiv und nicht wirtschaftlich,“ so Franziska Link, die Projektleiterin und Expertin für die Bauteilvorbehandlung bei SEW Eurodrive. Dabei wirken viele Stellgrößen auf den gesamten Reinigungsprozess ein, die teils noch unbekannt, schlecht greifbar und nicht vertrauenswürdig sind. Alles in allem bietet die aktuelle Situation also einen reichen Fundus für Industrie 4.0-orientierte Untersuchungen.

Mit der Pilotanlage besteht nun die Möglichkeit, unterschiedliche Analyseverfahren zu identischen Badparametern zu vergleichen und die wechselseitige Beziehung zwischen Lackanhaftung und Reinigungsqualität zu untersuchen. Darüber hinaus erlaubt sie eine maximal mögliche Eigensteuerung der Maschine. Zur Datenerhebung ist die Anlage mit einem speziell aufgebauten Pflegemodul ausgestattet, das für eine detaillierte Analyse des Badzustandes sorgt. Es verfügt über einen dreifach-kaskadierten Ölabscheider mit mehreren Probeentnahmestellen und einem vorgeschalteten Filter mit Messtechnik zur digitalen Überwachung der Builderkonzentration und zur Leitwertüberwachung. Ebenso erfolgt ein digitales Monitoring des Filterzustandes sowie die Möglichkeit einer verbrauchsorientierten Nachdosierung der Reinigerkomponenten mittels einer Dosiereinrichtung. Die Nutzung eines vollautomatischen Teilmengenaustrages zugunsten längerer Badstandzeiten ist vorbereitet. Das Pflegemodul ist an die beiden Kammern der MAFAC KEA Maschinen gekoppelt (Reinigen, Spülen) und die verfügbaren Prozess-, Anlagen- und Qualitätsgrößen werden zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Hierfür wurde die MAVIATIC Steuerung der Maschinen netzwerkfähig gemacht, so dass die Daten über das Ethernet in das zentrale Netzwerk von SEW übermittelt und zur Auswertung gespeichert werden.

Grundlagenarbeit und erste Erkenntnisse
In der ersten Untersuchungsphase wird es nun darum gehen, die vielen und sehr unterschiedlichen Analyseverfahren sowohl für die Überwachung der Badqualität als auch der Oberflächensauberkeit auf ihre Zuverlässigkeit zu überprüfen. Hierbei muss beachtet werden, dass einige Analyseergebnisse in wenigen Minuten vorliegen und in der Produktion erfasst werden können. Bei anderen Analysen wird jedoch ein Labor benötigt, weshalb die Werte erst nach mehreren Tagen verfügbar sind. „Bevor diese Daten nicht eindeutig vorhanden sind, ist die automatisierte Digitalisierung noch stark begrenzt,“ meint Thomas Gutmann. Als Vorstufe ermöglicht die Pilotanlage eine sogenannte manuelle Digitalisierung, über die eine eindeutige Zuordnung der Analyseergebnisse zum Produktionszeitpunkt gewährleistet ist. Dies erfolgt über eine Kennzeichnung mittels QR-Code, wobei die jeweiligen Informationen über die eigens dafür entwickelte Bediensoftware des Steuermoduls erfasst werden. Dies wiederum ermöglicht Echtzeit-Monitoring, Grenzwertüberwachung, Trendanalysen und Meldungen zu Prozess und Anlagentechnik im Sinne einer vorausschauenden Wartung. Die manuelle Digitalisierung dient auch dazu, die Aussagefähigkeit der Messungen zu überprüfen. „Sobald wir auf diesem Weg ausreichend vertrauenswürdige Daten gesammelt haben und auch wissen, ob die eingesetzten Messmittel das richtige messen, können wir über den nächsten Schritt in Richtung 4.0 nachdenken,“ meint Roland Denefleh. „Dabei werden wir versuchen, mit der ermittelten Datenbasis die Parameter zu finden, die eine „eindeutige“ Korrelation zwischen Badqualität und Bauteilsauberkeit charakterisieren. Natürlich wird auch der Versuch unternommen, die „richtigen“ Kausalitäten zu finden. Hierfür wird sicherlich eine größere Datenmenge notwendig sein, ebenso die Einbeziehung der Lackindustrie. Die gewonnen Erkenntnisse sind Grundlage für zukünftige Anforderungen an Reinigungsanlagen und Basis für die generelle Digitalisierung aller Reinigungsprozesse bei SEW Eurodrive.“

Datum: Mai 2019

Im Rahmen des QSRein 4.0 Forschungs-vorhabens des FiT e.V. untersuchen MAFAC und SEW Eurodrive den Reinigungsprozess von Aluminiumteilen für einen anschließenden Lackierprozess. Ziel des Projekts: die Maschinenverfügbarkeit steigern, den Prozess stabil halten, die Reinigungsqualität sichern sowie möglichst umfassende Parameter sammeln und erste Standards für die Vernetzung gewinnen.

Die Versuchsanlage umfasst zwei Spritzreinigungsmaschinen des Typs MAFAC KEA mit Einbad-Technik, die an einen Roboter und eine Produktionsanlage für Getriebegehäuse gekoppelt sind.

Zur Datenerhebung ist die Anlage mit einem speziell aufgebauten Pflegemodul ausgestattet, das für eine detaillierte Analyse des Badzustandes sorgt. Dafür ist es mit mehreren Probeentnahmestellen und diverser Messtechnik zur digitalen Überwachung der Builderkonzentration und zur Leitwertüberwachung ausgestattet. Ebenso erfolgt ein digitales Monitoring des Filterzustandes.

Verschiedene Analysen liefern Hinweise über die Korrelation zwischen Badqualität und Sauberkeit.