DE4403457A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Spülen von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spülen von Werkstücken innerhalb von An­ lagen zur galvanischen oder chemischen Oberflächenbehand­ lung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Das Verfahren bzw. die Vorrichtung können aber auch über­ all dort angewendet werden, wo eine Behandlung von Gegen­ ständen mit Flüssigkeiten erfolgt und diese Flüssigkeiten nachträglich von der Oberfläche wieder entfernt werden müssen.

Die Notwendigkeit der Einsparung von Wasser in der Ober­ flächentechnik hat schon frühzeitig zu Methoden der effek­ tiven Ausnutzung von Spülwasser beispielsweise bei der naßchemischen Behandlung von Leiterplatten geführt. Durch die Einführung des Sprühspülens konnte der Wasser­ verbrauch erheblich reduziert werden. Diese Methode wurde durch Kombination mit der Kaskadenspülung noch weiter verbessert.

Mehrfachspülverfahren mittels Sprühspülen unter Verwendung von externen Behältern werden in DE 27 39 341 und DE 30 22 981 beschrieben.

Die Erfindung nach DE 27 39 341 sieht einen kaskadenförmi­ gen Fluß der Spülflüssigkeit bei Anwendung des Sprühver­ fahrens vor. Die einem bestimmten Spülmittelbehälter ent­ nommene Spülflüssigkeit wird gegen den Gegenstand gesprüht und anschließend nicht wieder demjenigen Spülmittelbehäl­ ter zugeführt, dem sie entnommen worden ist, sondern dem nachgeordneten Spülmittelbehälter mit dem nächsthöheren Grad an Konzentratverschleppung. Die Spülflüssigkeit, die dem letzten Spülmittelbehälter mit der größten Konzentrat­ verschleppung entnommen worden ist, wird, nachdem sie zur Durchführung des ersten Spülvorganges gegen den aus der Behandlungsanlage kommenden Gegenstand gesprüht worden ist, anschließend nicht einem Spülmittelbehälter, sondern einer Wertstoff-Aufbereitungsanlage in Form eines Ionen­ austauschers, Verdampfers, Filters und dgl. zugeführt oder in einen Ablauf geleitet.

Das Spülverfahren nach DE 30 22 981 ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweils in einem eigenen Kreislauf ge­ führten, aus einem Vorratsbehälter gesteuert austretenden Spülwasser unterschiedlicher Verunreinigungskonzentration den sich ständig in derselben Spülkammer befindlichen zu beschichtenden Teilen zugeführt werden, nach der jeweili­ gen Spülbehandlung die Spülwasser in einem zugehörigen Behälter gesammelt und danach wiederum dem zugehörigen Vorratsbehälter zugeführt werden.

Dabei stehen die Vorratsbehälter der jeweiligen benachbar­ ten Spülstufen von der niedrigeren zur höheren Verun­ reinigungskonzentration miteinander in offener Überlauf­ verbindung.

Die Anwendung des Intervallsprühspülens zeigt DE 26 40 932.

Nach diesem Verfahren werden die Gegenstände in periodi­ scher Wiederkehr in kurzfristigen Intervallen mit einem Spülmittel behandelt. Dabei folgt dem Spülvorgang jeweils ein Abtropfvorgang, der mit dem Spülvorgang mindestens zeitgleich, vorzugsweise jedoch länger ist.

Eine Steuerung der Konzentration des Spülwassers durch Messung der Leitfähigkeit und Zuführung von Frischwasser wird in DE 18 05 655 beschrieben.

Hier wird zunächst mit einer geringen Reinwassermenge dosiert vorgespült und danach mit einer größeren Reinwas­ sermenge dosiert nachgespült, wobei die Menge des zur Vorspülung verwendeten Reinwassers durch die gemessene Endkonzentration an gelösten Stoffen des bei der Nachspü­ lung ablaufenden Spülwasser gesteuert wird.

All diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Ausnutzung des Wassers noch nicht restlos erfolgt und der Spüleffekt verbesserungsbedürftig ist.

Besonders die extrem kurzen Spülzeiten beim Sprühspülen verhindern eine Vollvermischung des Frischwassers mit der an der Werkstückoberfläche anhaftenden Verschleppung. Das macht sich besonders bei geringen Konzentrationsdiffe­ renzen bemerkbar.

Auch werden beim Sprühspülen konstante Spülzeiten einge­ setzt, ohne daß auf eine unterschiedliche Warenfläche der einzelnen Chargen Rücksicht genommen wird.

Eine Kontrolle des Spülergebnisses oder des Verlaufes der Durchmischung während eines Spülvorganges erfolgt nicht. Das kann auch dazu führen, daß Unregelmäßigkeiten beim Spülvorgang, die durch Defekte im Spülkreislauf verursacht werden können, zumindest nicht sofort feststellbar sind.

Die Steuerung der Frischwasserzufuhr mittels Leitfähig­ keitsmessung bringt zwar gewisse Wassereinsparungen. Diese Methode ist jedoch zur Beurteilung der Qualität des Spül­ prozesses nur bedingt geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den technologischen Ablauf des Spülvorganges hinsichtlich Spülergebnis, Spül­ zeit und Werkstückdurchsatz so zu gestalten, daß ein mini­ maler Spülwassereinsatz gegeben ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 und 3 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit Anwendung der Erfindung sind zumindest die folgenden technischen und wirtschaftlichen Vorteile erreichbar:

Durch die Kreislaufführung des Spülwassers bis zu entspre­ chend kleinen Konzentrationsänderungen gemäß Anspruch 1 wird das Wasser auch bei unterschiedlicher Chargenfläche restlos ausgenutzt.

Gleichzeitig wird die Spülzeit optimiert.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß auf nachfolgende Spülarbeitsgänge verzichtet werden kann, sobald der vorgegebene Wert des Endspülkriteriums überschritten wird, d. h. das erforderliche Spülergebnis erreicht ist.

Dadurch kann die Behandlungszeit weiter verkürzt und der Wassereinsatz reduziert werden.

Durch die Merkmale des Patentanspruches 2 wird gewährlei­ stet, daß die Konzentrationsmessungen auf die unterschied­ lichen chemischen oder physikalischen Eigenschaften der einzelnen Verfahrenslösungen abgestimmt werden, so daß der Meßprozeß bei kurzer Einschwingzeit mit hinreichender Genauigkeit ausgeführt werden kann.

Durch die Merkmale der Patentansprüche 3 und 4 ist eine technisch einfache Realisierung gegeben.

Das Merkmal des Patentanspruches 5 trägt dem Umstand Rech­ nung, daß die unterschiedlichen Konzentrationen der Spül­ wasser Meßsignale in einem sehr großen Empfindlichkeitsbe­ reich zur Folge haben.

Durch die unterschiedliche Sensibilität der Sensoren kann immer in einem günstigen Teil des Meßbereiches des jewei­ ligen Sensors gemessen bzw. gearbeitet werden.

Alternativ zu dem oben angegebenen Aufbau können natürlich auch ein oder mehrere an sich bekannte Standspülbäder zwischen dem galvanischen Bad und dem Spülbad angeordnet werden.

Durch die Merkmale des Patentanspruches 6 ist eine bild­ liche Darstellung des Ablaufes des Spülvorganges gegeben. Ein Vergleich des Sollwertes des Spülkriteriums mit dem aktuellen Wert des Spülkriteriums sowie ein Verfolgen des zeitlichen Verlaufs des aktuellen Spülkriteriums ermög­ lichst eine direkte Kontrolle der Spülergebnisse.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all­ gemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Dabei zeigt Fig. 1 die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Spülen von Werkstücken.

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand einer Labor­ anlage zum Durchkontaktieren von Leiterplatten. Diese Anlage ist mit einem galvanischen Bad 1 und Spülbädern ausgerüstet. Im Beispiel stellt das eine Spülbad ein Standspülbad 2 und das andere ein Spritzspülbad dar.

In dem galvanischen Bad 1 befindet sich eine Badflüssig­ keit 60. Im Standspülbad 2 und im Spritzspülbad 3 sind Standspülwasser 61 und Spritzspülwasser 62 enthalten.

Das galvanische Bad 1, das Standspülbad 2 und das Spritz­ spülbad 3 sind mit Pumpen 10, 11, 12 und mit Niveauwäch­ tern 32, 33 und 34 ausgerüstet.

An dem galvanischen Bad 1 und dem Standspülbad 2 sind außerdem noch Filter 13 und Heizungen 15 angebracht. An allen Bädern befinden sich weiterhin noch Temperatur­ fühler 30.

Ein Ventil 22 ist mit einer Frischwasserzuführung 7 verbunden, in die eine Wasseruhr 35 eingebaut ist.

In Leitungen 4, 5 und 6 sind Sensoren 36, 37 und 38 vorhanden, mit denen die Konzentration der Badflüssigkeit 60 und der Konzentrationsverlauf des Standspülwassers 61 und des Spritzspülwassers 62 in Form analoger Signale erfaßt wird.

Am Ausgang der Pumpe 11 befinden sich Ventile 20 und 23.

Am Ausgang der Pumpe 12 sind ein Ventil 21 und Sprühdüsen 14 des Spritzspülbades 3 angeordnet.

An ein Ventil 23 ist eine Konzentratableitung 8 ange­ schlossen.

Die Sensoren 36, 37 und 38 sind über Transmitter 40 und die Niveauwächter 32, 33 und 34, die Ventile 20, 21, 22 und 23, die Pumpen 10, 11 und 12, die Heizungen 15 und die Temperaturfühler 30 sind direkt an einen Prozeßrechner 51 angeschlossen.

Der Prozeßrechner 51 ist außerdem mit einer Visualisierungs­ einrichtung 52 und einer Warentransportsteuerung 53 ver­ bunden.

Vor Beginn der Spülprozesse werden von der Badflüssigkeit 60 Verdünnungen mit Wasser im zu erwartenden Konzentra­ tionsbereich des Standspülwassers 61 und des Spritzspül­ wassers 62 sowie mit etwas höherer und niedriger Konzen­ tration hergestellt.

Ausgehend von den Verdünnungen werden die Werte der Spül­ kriterien durch Division der Konzentration der Badflüssig­ keit 60 mit der Konzentration der jeweiligen Verdünnung berechnet und diese Werte mit Hilfe der Sensoren 36, 37 und 38 gemessen.

Die Meßgrößen werden über dem jeweiligen Spülkriterium aufgetragen und über die Visualisierungseinrichtung 52 in den Prozeßrechner 51 eingegeben.

Es handelt sich hierbei quasi um eine Kalibrierung, die von dem Prozeßrechner 51 selbständig ausgeführt wird.

Auf der Visualisierungseinrichtung 52 sind die Ausrüstun­ gen entsprechend Fig. 1 dargestellt, werden der Status der Ventile und der Niveauwächter sowie die Füllstände der Bäder angezeigt und außerdem das Soll- und das aktuelle Spülkriterium des Standspülwassers 61 und des Spritzspül­ wassers 62 eingeblendet.

Der Sollwert für das Spülkriterium der Spülwässer wird bei diesem Ausführungsbeispiel mit 1000 festgelegt. Bei normalem Betrieb der Badgruppe hat das Standspülwasser 61 eine deutlich höhere Konzentration als das Spritzspül­ wasser 62.

Die Pumpen 10 und 11 belegen ständig die Badflüssigkeit 60 bzw. das Standspülwasser 61 zur Reinigung durch die Filter 13.

Arbeitet das galvanische Bad 1 und/oder das Standspülbad 2 warm, gleicht der Prozeßrechner 51 ständig die Verdunstungs­ verluste des galvanischen Bades 1 bzw. des Standspülbades 2 aus, indem bei Niveauunterschreitung des galvanischen Bades 1 durch Öffnen des Ventiles 20 Standspülwasser 61 und bei Niveauunterschreitung des Standspülbades 2 durch Öffnen des Ventiles 21 Spritzspülwasser 62 nachgefüllt wird.

Das Spritzspülbad 3 wird bei Niveauunterschreitung durch Öffnen des Ventiles 22 mit Frischwasser über die Frischwas­ serzuführung 7 aufgefüllt.

Wird von der Warentransportsteuerung 53 ein Warenträger vom galvanischem Bad 1 in das Standspülbad 2 gebracht, spült das durch die Pumpe 11 belegte Standspülwasser 61 die Ware ab.

Danach erfolgt der Spülprozeß in analoger Weise im Spritz­ spülbad 3 durch Versprühen des Spritzspülwassers 62 aus den Sprühdüsen 14.

Das Standspülwasser 61 durchläuft im technologischen Kreislauf die Leitung 5 mit dem Sensor 37. Dieser Prozeß hat zur Folge, daß sich an der Visualisierungseinrichtung 52 der aktuelle Wert des Spülkriteriums erst schnell und dann langsam ändert.

Beim Spritzspülwasser 62 geschieht der gleiche Vorgang durch das Signal des Sensors 38.

Der Konzentrationsverlauf der Spülwässer zeigt dabei nähe­ rungsweise das Antwortverhalten eines Verzögerungsgliedes 1. Ordnung auf ein sprungförmiges Eingangssignal.

Ist die übliche Abbruchgrenze von 95% der sich einstel­ lenden Mischungskonzentration erreicht, wird durch den Prozeßrechner 51 der Spülvorgang abgebrochen und ein entsprechender Befehl an die Warentransportsteuerung 53 gegeben.

Die Bestimmung der Zeit bis zum Erreichen der Abbruchgren­ ze erfolgt dabei durch Verfolgen des Anstieges der Kurve der Konzentration der Spülwässer von Beginn des Spülvor­ ganges an.

Nimmt der Konzentrationsanstieg während des Spülvorganges einen abweichenden Verlauf, so zeigt dieses der Prozeß­ rechner 51 auf der Visualisierungseinrichtung 52 an und signalisiert eine Störung.

Solange das Spülkriterium des Spritzspülwassers 62 den Wert von 1000 noch nicht unterschritten hat, erfolgen die Spülvorgänge ohne eine Zuführung von Frischwasser. Nach ca. 200 Spülprozessen hat das Spülkriterium des Spritzspülwassers 62 den aktuellen Wert von 1000 erreicht.

Besteht keine Notwendigkeit zum Ausgleichen von Verdun­ stungsverlusten im galvanischen Bad 1 und im Standspülbad 2, öffnet der Prozeßrechner 51 das Ventil 23 solange, bis Standspülwasser 61 entsprechend der Menge des Spritzspül­ wassers 62 über die Konzentratableitung 8 abgepumpt ist.

Durch Öffnen des Ventils 21 und Anschalten der Pumpe 12 wird das Spritzwasser 62 in das Standspülbad 2 entleert.

Wenn das Spritzspülbad 3 leer ist, öffnet der Prozeß­ rechner 51 das Ventil 22 und Frischwasser kann über die Frischwasserzuführung 7 einfließen.

Durch ein Signal des Niveauwächters 33 beim Erreichen des Füllstandes sperrt der Prozeßrechner 51 das Ventil 22 wieder ab.

Alle weiteren Spülprozesse laufen in gleicher Weise ab.

Bei frisch angesetztem Standspülbad 2 und Spritzspülbad 3 haben die Spülkriterien der Spülwasser aktuelle Werte über 10 000.

Solange in diesem Fall das Spülkriterium des Standspül­ wassers 61 den Wert von 1000 noch überschreitet, bricht der Prozeßrechner 51 den Spülprozeß nach dem Standspülbad 2 ab und gibt an die Warentransportsteuerung 53 den Befehl, den Warenträger aus dem Standspülbad 2 auszufahren und den Spülprozeß zu beenden.

Erreicht das Spülkriterium des Standspülwassers 62 den Wert von 1000, müssen die Warenträger auch im Spritzspül­ bad 3 gespült werden.

Dieses Spülkriterium kann als Ausgangspunkt für technolo­ gische Varianten zur Optimierung des Spülprozesses verwen­ det werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Spülen von Werkstücken innerhalb von Anlagen zur galvanischen oder chemischen Oberflächenbe­ handlung, bei denen der zu spülende Gegenstand in aufein­ ander folgenden Spültakten aus verschiedenen Spülbädern mit Spülwasser zunehmend geringerer Konzentration behandelt wird und die ablaufende Spülflüssigkeit jeweils wieder in einen der Behälter geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften von unterschiedlichen Konzentra­ tionen von Spülwässern (61) und (62) vorher durch Verdünnen einer Badflüssigkeit (60) mit Wasser bestimmt wer­ den
und daß aus diesen Konzentrationen der Spülwässer die Spülkrite­ rien berechnet werden
und daß während des Spülvorganges die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Badflüssigkeit (60) und der Spülwässer (61) und (62) gemessen werden
und daß daraus die aktuellen Werte der Spülkriterien der Spülwäs­ ser (61) und (62) ermittelt werden
und daß ein minimal zulässiger Wert der Spülkriterien der Spül­ wässer (61) und (62) festgelegt und in den Prozeßrechner (51) eingegeben wird
und daß die zu den Spülkriterien der Spülwässer (61) und (62) gehörenden Meßwerte erfaßt und in einen Prozeßrechner (51) eingegeben werden
und daß die zeitliche Änderung der Meßwerte während des Spülvor­ ganges erfaßt wird
und daß der Spülvorgang abgebrochen wird, wenn die zeitlichen Änderungen der Meßwerte einen vorgegebenen Wert unter­ schreiten
und daß das Spülwasser (61) aus einem Spülbad (2) teilweise abgepumpt wird, wenn das Spülkriterium des Spülwassers (62) den vorgegebenen Wert unterschritten hat
und daß daraufhin das Spülwasser (62) in das Spülbad (2) gepumpt wird
und daß ein Spülbad (3) mit Frischwasser aufgefüllt wird
und daß der Prozeßrechner (51) einen Befehl zum Abbruch des Spülprozesses an eine Warentransportsteuerung (53) gibt, wenn das Spülwasser (61) oder (62) nach Ende des Spül­ vorganges den vorgegebenen Wert des Spülkriteriums über­ schreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Badflüssigkeit (60) und der Spülwässer (61) und (62), die
Dichte
Ionenaktivität
Elektrochemisches Potential
Oberflächenspannung
Extinktion
Trübung
Leitfähigkeit
mittels Sensoren (36, 37, 38) erfolgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einem Behandlungsbad, einem oder mehreren Spülbädern, Rohren für Zu- bzw. Abfluß des Spülwassers, Pumpen für das Spülwasser, Ventilen, Filtern, Heizungen, Temperaturfühlern und Niveauwächtern und automatischer Steuerung des Spülvorganges und des Warentransportes dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (36, 37, 38) zum Messen der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Badflüssigkeit (60) und der Spülwässer (61) und (62) vorhanden sind
und daß die Sensoren (36, 37, 38) über Transmitter (40) und Ventile (20, 21, 22, 23), Niveauwächter (32, 33, 34) sowie Pumpen (10, 11, 12) an einen Prozeßrechner (51) angeschlossen sind
und daß der Prozeßrechner (51) mit einer automatischen Warentransportsteurung (53) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (36, 37, 38) an verschiedenen Stellen des Spülkreislaufes eingesetzt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichartige Sensoren (36, 37, 38) unterschiedlicher Empfindlichkeit einsetzbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (51) mit einer Visualisierungseinrichtung (52) verbunden ist.