Projekt 17938/01

Machbarkeitsstudie zur Entwicklung einer Messtechnik zur Überwachung und Regelung der Lösemittelkonzentration in Elektrotauchlackieranlagen

Projektträger

Universität StuttgartInstitut für Industrielle Fertigungund Fabrikbetrieb
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart
Telefon: 0711/970-1765

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Elektrotauch-Lackieranlagen sind, obwohl nur wasserlösliche Lacke eingesetzt werden, noch immer erhebliche Mengen an organischen Lösemitteln im Einsatz. Die Kontrolle dieser Lösemittelkonzentrationen erfolgt in der Praxis nur stichprobenartig durch Labormessungen. Für eine lückenlose Kontrolle, was Voraussetzung für eine Regelung der Konzentration auf das technisch erforderliche Minimum ist, fehlen geeignete Messtechniken. Ziel des Gesamtprojektes ist es, praxistaugliche Messverfahren zu entwickeln und für den praktischen Einsatz zu optimieren. In einem ersten Schritt sollen anhand einer Machbarkeitsstudie die Möglichkeiten und Chancen, dieses Ziel überhaupt erreichen zu können, geprüft werden. Wesentlicher Inhalt ist es deshalb die in Frage kommenden Messprinzipien hinsichtlich ihrer Eignung für den gewünschten Zweck zu untersuchen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wird zunächst eine Recherche durchgeführt deren Ziel es ist, möglichst vollständig die in Frage kommenden Messprinzipien zusammenzufassen und bereits hinsichtlich des gewünschten Einsatzzweckes eine Vorauswahl zu treffen. Eine der wesentlichen Kriterien für diese Auswahl sind neben der prin-zipiellen Funktion vor allem die Einsatzchancen als Prozessgerät in der industriellen Produktion. Neben der Messtechnik sind deshalb auch Kriterien wie online- Fähigkeit, Bedienung, Robustheit und nicht zuletzt die Kosten für Investition und Betrieb von Bedeutung.
Messverfahren, die gute Chancen versprechen, diese Kriterien zu erfüllen, werden in einem zweiten Schritt geprüft, wobei das entscheidende Kriterium die erreichbare Messwertauflösung für die Konzentration des zu bestimmenden Lösemittel ist. Die notwendigen Versuche hierzu werden sowohl im Labor als auch bei Geräteherstellern durchgeführt.
Wenn ein oder mehrere der geprüften Messverfahren als geeignet eingeschätzt werden, soll als abschließender Teil dieser Vorstudie ein vorläufiges Konzept für die Umsetzung in die Praxis ausgearbeitet werden.


Ergebnisse und Diskussion

Um das angestrebte Ergebnis dieser Vorstudie erreichen zu können wurden eine ganze Reihe teils sehr unterschiedlicher Messtechniken hinsichtlich deren Verwendbarkeit für den gewünschten Zweck untersucht. Generell könne diese einzelnen Verfahren in drei Gruppen unterschieden werden:
1. Ausbau und Erweiterung eines vorhandenen Überwachungssystems durch zusätzliche Messtechni-ken und Auswertungsmethoden.
2. Untersuchungen zur Verwendung spektroskopischer Analyseverfahren.
3. Untersuchungen zusätzlicher, einzelner Messtechniken.
Zur 1. Gruppe
Bereits seit mehreren Jahren wird ein Messsystem in der Praxis erfolgreich eingesetzt, das in der Lage ist, online mehrere wichtige Konzentrationsparameter von Elektrotauchlacken zu messen. Es sind dies u.a. der Festkörper- und Pigmentgehalt des Lacks. Für diese beiden Parameter wird ein Kombinations- Messverfahren, bestehend aus Dichte und Ultraschallmessung angewendet. Es zeigte sich bei den Versuchen, dass beide dieser Messgrößen auch signifikant durch die Lösemittelkonzentration beeinflusst werden. Um eindeutige Messergebnisse erzielen zu können ist es daher erforderlich, eine zusätzliche Messgröße zu finden, welche ebenfalls definierte Zusammenhänge zu der Lösemittelkonzentration aufweist. Als geeignet hierzu hat sich die Messung der Lichtbrechung mit einem Refraktometer erwiesen. Es ist damit möglich durch eine Kombination von drei unabhängigen Messgrößen Informationen zur Berechnung von ebenfalls drei gesuchten Konzentrationsgrößen zu erhalten. Entsprechende Auswertungsverfahren wurden bereits entwickelt. Eine weitere Messmethode, basierend auf einer Faseroptik, wo die Lichtdurchlässigkeit der Glasfaser durch Eindiffundieren von organischen Lösemitteln in deren Beschichtung beeinflusst wird, zeigte zunächst gute Ergebnisse, erwies sich aber dann für Messungen im untersuchten Lack als nicht brauchbar. Allerdings stand hierzu im Rahmen der Vorstudie nur ein ganz bestimmter Sensor zu Verfügung. Da es aber eine Reihe von unterschiedlich gefertigten Glasfasern gibt, sollte diese sehr elegante Messmethode bei einer Fortsetzung des Projekts weiter verfolgt werden.
Zur 2. Gruppe
Bei der Untersuchung spektroskopischer Analyseverfahren hat es sich gezeigt, dass nur bei der NIR- Spektroskopie Chancen für die Lösemittelanalytik in Elektrotauchlacken gegeben sind. Hierzu wurden mehrere Versuchsserien durchgeführt, die gezeigt haben, dass dieses Messverfahren prinzipiell möglich ist. Bei speziell angefertigten Proben aus Originalmaterialien mit Variationen bei der Lösemittelkonzentration konnten Analysenergebnisse erzielt werden, die hinsichtlich der Genauigkeit an die gestellten An-forderungen herankommen. Bei dieser Vorstudie konnten allerdings die Einflüsse von einer Reihe anderer, Konzentrationsgrößen, die das Ergebnis beeinflussen noch nicht geklärt werden. Da die zu untersuchenden Elektrotauchlacke heterogen zusammengesetzt sind, ist dies zu erwarten und konnte auch bereits anhand des Einflusses der Pigmentierung gesehen werden. Bevor endgültige Aussagen über die praktische Verwendbarkeit zu machen sind, müssen deshalb noch entsprechende umfangreiche Untersuchungen durchgeführt werden.
Zur 3. Gruppe
Hierbei sind zwei Methoden zu nennen, es sind dies die potentiometrische Messung des Redoxpotentials sowie das Quellverhalten von Kunststoffen in Gegenwart von organischen Lösemitteln.
Beim Redoxpotential konnte zwar eine gewisse Beeinflussung durch die Lösemittelkonzentration nachgewiesen werden, allerdings waren Messgenauigkeit bzw. Messwertauflösung und vor allem eine quan-titative Reproduzierbarkeit nicht ausreichend. Diese Messmethode könnte allenfalls zusätzlich in Kombination mit anderen Messgrößen (siehe Gruppe 1) brauchbare Informationen für den Lösemittelgehalt lie-fern.
Das Problem bei der Kunststoffquellung durch Diffusion organischer Lösemittel ist es, diesen bekannten Effekt messtechnisch darzustellen. Als Methode hierzu wurde die Veränderung der dielektrischen Eigenschaften des Kunststoffs herangezogen. Bei den Versuchen bildete eine Kunststofffolie das Dielektrikum eines Kondensators von dem sowohl die Kapazität als auch indirekt die dielektrische Verluste in Abhängigkeit der Lösemittelkonzentration gemessen wurde. Die Ergebnisse waren insgesamt nicht befriedigend, es waren zwar geringe Effekte zu sehen, aber die Messgenauigkeit war äußerst schlecht. Eine Entwicklung dieser Methode scheint zwar durchaus interessant, jedoch ist dabei das Projektziel, ei-ne praktische Anwendung zu entwickeln, noch sehr weit entfernt. Dazu müssten zunächst Grundlagenuntersuchungen durchgeführt werden um verlässliche Aussagen über die Verwendbarkeit machen zu können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Für diese Vorstudie wurden noch keine Ergebnisse veröffentlicht.


Fazit

Das Ziel dieses Projektteils war es, Aussagen darüber zu ermöglichen, ob das gesuchte Gesamtziel, die kontinuierliche Analyse organischer Lösemittel in Elektrotauchlacken unter Praxisbedingungen, überhaupt möglich ist. Dazu kann anhand der oben kurz zusammengefassten Ergebnisse festgestellt werden, dass es sogar mehrere Möglichkeiten gibt, dieses Ziel zu erreichen. In den nächsten Schritten ist es erforderlich die geeigneten Messverfahren so zu gestalten, dass diese auch praktisch verwertbare Ergebnisse liefern zu können.

Übersicht

Fördersumme

26.075,89 €

Förderzeitraum

13.03.2001 - 12.09.2001

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Umwelttechnik