Bäder und Beschichtungslinien in der Metallbearbeitung: Füllstand und Zufuhr in Vorbehandlung, Tauchbad und Lackierung

Bevor ein Metallteil seine Beschichtung bekommt, durchquert es Wasch-, Entfettungs- und Vorbehandlungsbäder, danach durch Tauchbad, Lackierung oder Sprühauftrag. Wie gut die Schicht wird, hängt auch davon ab, ob diese Bäder gefüllt sind und ob Paste, Kleber, Flussmittel oder Trennmittel in der vorgesehenen Menge ankommen. Dieser Beitrag richtet sich an Prozessingenieure von Vorbehandlungs- und Beschichtungslinien und an die Anlagenbauer, die solche Linien errichten. Schichtdicke, Fehlstellen und die Prüfung des beschichteten Teils behandeln die Beiträge zur Oberflächenprüfung; hier geht es um das, was die Linie versorgt. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen; in einer davon ist ein Radar-Füllstandssensor von KEYENCE im Einsatz.

Wichtige Punkte im Überblick

Sinkt der Stand im Wasch- oder Entfettungstank, liegen Teile im Korb teilweise trocken oder die Umwälzpumpe zieht Luft, ein zu hoher Stand läuft über.
Der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR wird über dem Bad montiert und misst ohne Kontakt mit der Reinigungslösung.
Für übertunnelte Tauchbäder sieht ein Konzept den Sensor über der Badoberfläche vor, und beim Fernbereichsmodell lässt sich die Anzeigeeinheit bis zu 30 m entfernt außerhalb des Tunnels montieren.
An einer Tauchlackierlinie wurde der Füllstand einer kathodischen Paste auf öliger Basis mit einem Nahbereichsmodell getestet, mit sehr gutem Ergebnis.
In einer Messung an einer Druckgießmaschine erfasste ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X den Trennmittelauftrag von rund 50 ml/min für ein bis zwei Sekunden je Sprühstoß.

Waschen und Entfetten: Füllstand über dem Bad

Wasch- und Entfettungstanks stehen am Anfang jeder Vorbehandlung. Sinkt der Stand, liegen Teile im Korb teilweise trocken oder die Umwälzpumpe zieht Luft; ein zu hoher Stand läuft über. Der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR wird über dem Bad montiert und misst ohne Kontakt mit der Reinigungslösung. Sein Leitfaden für den Nahbereich nennt die Teilereinigung als Einsatzfeld und das Füllstandsmanagement von Reinigungsmitteln als Anwendung. Der Katalog der Modellreihe FR führt Wasser und Chemikalien unter den Medien, die der Sensor erfasst.

An einer Beschichtungslinie ist ein solcher Sensor am Tank der Waschanlage im Einsatz. Dazu kommt dort ein neuer Tank, dessen Füllstand ebenfalls zu überwachen ist. Laut Katalog haben alle Modelle der Modellreihe eine PTFE-Linse, und für Chemikalien gibt es eigene Chemiemodelle; ob ein Modell zur jeweiligen Reinigungslösung passt, ist je Medium zu prüfen.

Übertunnelte Tauchbäder: Sensor über dem Bad, Anzeige außerhalb

Größere Vorbehandlungslinien führen die Teile durch abgedeckte Bäder. Ein Anlagenbauer errichtet für einen Endanwender eine solche Linie für Blechteile. Die Anlage ist bereits in der Montage, die Füllstandsmessung ist als Konzept beschrieben: knapp dreißig Radar-Füllstandssensoren, rund die Hälfte davon als Fernbereichsmodelle über Tauchbädern, deren Füllstand geregelt werden soll.

Die Bäder sind übertunnelt, im Tunnel herrschen rund 50 °C und hohe Luftfeuchte. Daraus ergibt sich die Aufteilung: Der Sensor sitzt im Tunnel über der Badoberfläche, die Auswerteeinheit außerhalb, wo sie ablesbar und zugänglich bleibt. Das betrifft gut ein Dutzend Messstellen. Beim Fernbereichsmodell der Modellreihe FR lässt sich die Anzeigeeinheit getrennt vom Sensorkopf montieren, mit bis zu 30 m Abstand; der Erkennungsbereich reicht bis 20 m.

Für den Planer heißt das: Pro Bad werden zwei Orte festgelegt, die Messposition über der Oberfläche und der Platz der Anzeige außerhalb des Tunnels. Die Kabelwege dazwischen gehören in dieselbe Planung wie die Halterungen. Zwischen Sensor und höchstem Füllstand ist laut Benutzerhandbuch außerdem ein Mindestabstand einzuhalten, bei Flüssigkeit 100 mm im Nahbereich und 50 mm im Fernbereich.

IBC, Mischtank und Pumpensumpf: Füllstand rund um die Linie

Die andere Hälfte der Messstellen derselben Linie liegt nicht am Bad, sondern an kleineren Behältern: an vier IBCs, an gut zehn Mischbehältern und an Pumpensümpfen. Im Pumpensumpf schützt der Füllstand die Pumpe vor dem Trockenlaufen, an Mischbehältern zeigt er, ob nachgesetzt werden muss. Für diese Behälter sind Messabstände bis etwa 2 m genannt. Der Nahbereich des Radar-Füllstandssensors reicht bis 1,5 m, der Fernbereich bis 20 m; welches Modell an welchen Behälter kommt, folgt aus dem jeweiligen Abstand.

Auch ohne eigene Vorbehandlungslinie stellt sich die Frage. Ein Metallbaubetrieb mit eigener Beschichtung interessiert sich für den Füllstand an Stellplätzen für Chemikalien-IBCs und an Positionen mit viel Schmutz, außerdem für den Wasserverbrauch der Beschichtung.

Paste und Kleber im Tauchprozess

Nicht jedes Bad ist wässrig. An einer Tauchlackierlinie für Fahrzeugkomponenten geht es dem Beschichtungslabor um den Füllstand einer kathodischen Paste auf öliger Basis. An der Linie wurde ein Nahbereichsmodell des Radar-Füllstandssensors aufgebaut und getestet, mit sehr gutem Ergebnis. Vorgesehen sind zwei Messstellen mit 5 m Kabel.

In einer Tauchmaschine, in der Schrauben mit einem Spezialkleber beschichtet werden, soll der Stand des Klebers im Bad erfasst werden.

In beiden Fällen ist das Medium weder Wasser noch Reinigungslösung. Für ölige Medien mit einer relativen Permittivität unter 3 sieht die Anleitung die Einstellung Ölige Flüssigkeit vor, für wässrige Medien die Einstellung Flüssigkeit. Ob der Sensor die Oberfläche einer Paste oder eines Klebers stabil erfasst, beantwortet deshalb der Versuch am realen Bad, wie an der Tauchlackierlinie geschehen.

Flussmittel, Trennmittel, Lack: kleine Mengen am Schlauch

Viele Beschichtungsmedien werden nicht getaucht, sondern gesprüht, und die Mengen sind klein. Vor dem Löten werden Aluminiumplatten mit Flussmittel besprüht. Ein Konzept für die Sprühanlagen sieht vor, an Schläuchen von 6 mm Außen- und 4 mm Innendurchmesser 100 bis 400 ml/min zu überwachen. Die Grenzwerte sollen in der Steuerung liegen, damit die Dosierpumpe richtig eingestellt bleibt und sicher Flussmittel durchfließt. Für solche Mengen an dünnen Schläuchen ist der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-X gedacht, laut Katalog für Leitungen von 2,7 bis 14 mm Außendurchmesser.

An einer Druckgießmaschine wurde der Auftrag von Trennmittel mit der Modellreihe FD-X gemessen: rund 50 ml/min für ein bis zwei Sekunden, je Sprühstoß 1 bis 2 ml. Rechnerisch ergeben 50 ml/min über 1 bis 2 s etwa 0,8 bis 1,7 ml, das passt zur Menge je Stoß. Der Katalog der Modellreihe FD-X nennt als kleinste momentane Durchflussrate 0,1 ml/min; für einzelne Stöße bietet sie neben dem Impulsausgang einen Shot-Modus und einen integrierten Durchflussmodus.

Beim Lack geht es öfter um den Verbrauch. Ein Hersteller von Kaminen aus Metall möchte wissen, wie viel Lack ein einzelnes Teil braucht; dafür kommt die Modellreihe FD-X in Frage. Bei einem Ventilatorhersteller soll in einem Anlagenbereich eine mit Lackstaub belastete Flüssigkeit erkannt werden. Dafür kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H am Rohr in Frage. Der Lineup-Katalog führt Lackieren und Dosieren unter den Anwendungen der anklemmbaren Durchflussüberwachung.

Temperatur im Beschichtungsschritt und Strahlmittel davor

Neben Füllstand und Durchfluss wird an Beschichtungsschritten auch die Temperatur gefragt. Ein Schweißtechnikbetrieb plant für ein künftiges Projekt einen Beschichtungsschritt, bei dem ein Roboter mit einem Heizgebläse arbeitet; anschließend wird geschweißt. Zu messen sind 120 bis 150 °C. Dafür kommt einer der Digitalen Infrarot-Temperatursensoren der Modellreihe FT in Frage, mit 10 m Kabel und Gehäuse.

Vor dem Beschichten wird oft gestrahlt. Für den Sandfluss in einem transparenten Schlauch kommt einer der Digitalen Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N mit passendem Lichtleiter in Frage; ob er den Sand im Schlauch stabil erkennt, zeigt erst ein Versuch. Dosierstationen als Maschinenmodul und die Druckluft an der Lackieranlage behandelt der Beitrag zur Prozesssensorik im Maschinenbau.

Häufige Fragen

F Wie wird der Füllstand in einem übertunnelten Tauchbad gemessen?

Ein Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR sitzt im Tunnel über der Badoberfläche und misst ohne Kontakt mit dem Bad. Beim Fernbereichsmodell lässt sich die Anzeigeeinheit getrennt vom Sensorkopf außerhalb des Tunnels montieren, bis 30 m entfernt; es misst bis 20 m.

F Erfasst ein Radar-Füllstandssensor auch Paste oder Kleber?

An einer Tauchlackierlinie wurde der Füllstand einer kathodischen Paste auf öliger Basis mit einem Nahbereichsmodell getestet, mit sehr gutem Ergebnis. Für einen Spezialkleber an einer Schrauben-Tauchmaschine steht ein solches Ergebnis noch aus. Weil sich solche Medien von Wasser unterscheiden, ist ein Versuch am realen Bad der übliche Weg.

F Lassen sich Sprühstöße von 1 bis 2 ml überwachen?

In einem dokumentierten Test an einer Druckgießmaschine wurden mit der Modellreihe FD-X rund 50 ml/min für ein bis zwei Sekunden gemessen, bei 1 bis 2 ml je Stoß. Ihr Katalog nennt 0,1 ml/min als kleinste momentane Durchflussrate. Die Bewertung je Stoß übernimmt die Steuerung.

F Prüft die Messung am Bad auch die Schicht am Teil?

Nein. Füllstand und Durchfluss zeigen, ob die Linie versorgt ist. Schichtdicke, Fehlstellen und Vollständigkeit der Beschichtung werden an Prüfstationen am beschichteten Teil gemessen.

F Welche Behälter rund um eine Vorbehandlungslinie brauchen einen Füllstand?

Neben den Bädern selbst sind es IBCs mit Chemikalien, Mischbehälter und Pumpensümpfe. In einem dokumentierten Konzept entfällt etwa die Hälfte von knapp dreißig Messstellen auf solche Behälter. Je nach Messabstand kommt der Nahbereich des Radar-Füllstandssensors der Modellreihe FR bis 1,5 m oder der Fernbereich bis 20 m in Frage.

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