Reinigungs- und Trocknungsqualität sowie Ressourcenverbrauch und Kosten automatisch im Griff

Intelligente Prozesssteuerung mit Lab-on-a-Chip und KI-basiertem Smart Drying

Bei der neuen Smart Drying-Technologie ermöglicht KI die intelligente Steuerung von Trocknungsprozessen mit Warmluft und Vakuum mit dem Ziel, Energiebedarf und Zykluszeiten zu minimieren. Nächster Schritt ist der Einsatz von KI für die Steuerung und Optimierung von Reinigungs- und Spülprozessen.

Eine stabil hohe Prozessqualität sowie Einsparungen bei Energie, Ressourcen und Betriebskosten – Forderungen, denen wasserbasierte Reinigungsprozesse heute gerecht werden müssen. Um diese Ansprüche sicher und effizient umzusetzen, hat Ecoclean das innovative Lab-on-a-Chip-System entwickelt. Es hält die Qualität der Reinigungs- und Spülbäder durch automatisierte Analysen auf Basis verschiedener Messverfahren auf einem optimalen Level. Die neue Smart-Drying-Technologie ermöglicht die KI-gestützte, intelligente Steuerung und Optimierung von Trocknungsprozessen mit Warmluft und Vakuum.

Steigende Ansprüche an die Bauteilqualität führen zu komplexeren Reinigungsprozessen. Vorgegebene Sauberkeitsspezifikationen müssen dabei stabil und reproduzierbar eingehalten werden. Verbunden ist dies immer häufiger mit höheren Dokumentationspflichten der Prozessparameter. Gleichzeitig steht die Anforderung im Raum, energie- und ressourcenschonender zu reinigen, um den CO2-Fußabdruck und Kosten zu verringern. Dem gegenüber steht der Mangel an Fachpersonal mit entsprechender Ausbildung und Reinigungskompetenz.

Ecoclean reagiert auf diese Situation mit innovativen Entwicklungen wie dem Lab-on-a-Chip (LOC)-System und der Smart-Drying-Technologie für die automatisierte Überwachung und intelligente Steuerung der Reinigungsqualität. Diese Lösungen stellen sicher, dass Reinigungs- und Trocknungsprozesse optimal ablaufen und erfüllen durch die konstante Erfassung der Parameter auch Dokumentationsvorgaben.

LOC – umfassende Reiniger- und Badanalysen mit nur einem System

Geht es um eine stabil hohe Prozessqualität sowie Einsparungen bei Energie, Ressourcen und Betriebskosten, eröffnet das innovative LOC-System durch automatisierte Analysen der Reinigungs- und Spülbäder auf Basis verschiedener Messverfahren völlig neue Perspektiven.

Für die Analyse der Konzentration von Reinigungs- oder Passivierungsmedien sowie der Badverschmutzung sind bisher verschiedenste Sensoren erforderlich, die abgestimmt auf das jeweilige Medium beziehungsweise den Prozess in den Bädern eingesetzt werden. Die Messungen erfordern darüber hinaus üblicherweise zahlreiche manuelle Eingriffe. Die aufwändige Ermittlung der Badqualität führt nicht selten dazu, dass Reinigungsmedium unabhängig vom Verbrauch nachdosiert wird. Ebenso werden Badwechsel nach wie vor teilweise zeitabhängig durchgeführt. Beides kann zu einer nicht optimalen Bad- und damit Reinigungsqualität sowie zu einer Ressourcenverschwendung führen.

Dies ändert sich mit dem neuen LOC-System, das sowohl in Mehrbadtauch- als auch Kammeranlagen integriert werden kann. Die Kombination verschiedener Messverfahren in nur einem System eröffnet eine enorme Bandbreite bei der Reiniger- und Badanalyse. Und das, ohne jedes Bad mit verschiedenen Sensoren auszustatten sowie unabhängig vom eingesetzten Reinigungs- oder Passivierungsmedium und Prozess. Die Probennahme erfolgt bei den anlagenintegrierten Systemen automatisch aus den jeweiligen Stationen, die mit der Auswerteeinheit verbunden sind.

Für die Ermittlung der Reinigerkonzentration stehen die Verfahren Titration, pH-Wert, Leitfähigkeit und erstmals auch die Messung der Oberflächenspannung zur Verfügung. Letztere ermöglicht bei modularen Reinigungssystemen den im Bad vorhandenen Tensidanteil separat zu bestimmen und ermöglicht dadurch die gezielte Nachdosierung dieser Komponente. Die Verunreinigung der Bäder kann mittels Fluoreszenz- und Leitwertmessung erfolgen. Diese Messmethoden werden zukünftig durch Verfahren zur Ermittlung der Total Organic Contamination (TOC) und der Partikelmessung ergänzt.

Welche Messungen mit der aus dem Bad gezogenen Probe durchgeführt werden, lässt sich über die Anlagensteuerung eingeben. Zwischen der Probennahme aus den Bädern sorgt eine automatische Spülung dafür, dass die Ergebnisse unverfälscht auf dem Display angezeigt und bei Bedarf entsprechende Aktionen, beispielsweise die Nachdosierung von Medium oder Wasser beziehungsweise ein Badwechsel, initiiert wird.

Bei der ebenfalls verfügbaren Standalone-Variante werden die Proben manuell aus den zu kontrollierenden Bädern entnommen, das weitere Prozedere erfolgt ebenfalls automatisch. Bei beiden Alternativen lassen sich die Messmethoden bedarfsgerecht kombinieren und weitere Funktionen beziehungsweise neue Messmethoden können einfach integriert werden.

Smart Drying – optimale Trocknung bei minimiertem Zeit- und Energiebedarf

Für die Ermittlung der Ist-Reinigerkonzentration stehen die Verfahren Titration, pH-Wert, Leitfähigkeit und die Messung der Oberflächenspannung zur Verfügung, die Badverunreinigung kann mittels Fluoreszenz- und Leitwertmessung detektiert werden. Die Messmethoden lassen sich bedarfsgerecht kombinieren und weitere Funktionen beziehungsweise neue Messmethoden einfach integrieren.

Die Trocknung zählt nicht nur zu den energieintensivsten Prozessen, sondern ist durch den Zeitbedarf auch der Flaschenhals in der Teilereinigung. Trotzdem kommt es nicht selten zu Problemen – insbesondere, wenn unterschiedliche Bauteile zu reinigen und zu trocknen sind. Um auf der sicheren Seite zu sein, werden Trocknungsprozesse häufig anhand eines Worst-Case-Teils zu lange ausgelegt, was sich durch einen erhöhten Energiebedarf mit entsprechend hohen Kosten und eine verminderte Produktivität auswirkt.

Das Ziel lautet daher, mit einem minimierten Energie- und Zeitbedarf optimal getrocknete Teile aus der Anlage zu bekommen. Es wurde von Ecoclean mit der KI-gestützten, intelligenten Smart Drying-Technologie für kombinierte Warmluft-Vakuumtrocknungsprozesse umgesetzt. Basis ist ein speziell für diese Anwendung entwickelter Feuchte-Temperatursensor, der bei verschiedenen Anlagentypen des Herstellers inzwischen zum Standard gehört.

Um die Trocknung zeit- und energieoptimiert zu steuern, wurde das KI-Modell der Smart Drying-Technologie zunächst mit den Daten aus Tausenden Trocknungsversuchen mit unterschiedlichsten Bauteilen und Zielparametern angelernt. Auf Grundlage dieses Knowhows bewertet die KI die Qualität des jeweils stattfindenden Trocknungsprozesses durch die Analyse der Parameter Feuchtigkeit, Temperatur und Druck in der Prozesskammer. Sie entscheidet dann, welche Aktion für eine optimale Trocknung als nächstes am sinnvollsten ist. Das kann beispielsweise bei dünnwandigen Teilen oder Werkstücken aus Kunststoff die Zuführung von Warmluft sein. Wesentlich für den Einsatz der Smart Drying-Technologie sind verfahrenstechnisch stabile, reproduzierbare Prozesse, durch die in der Prozesskammer immer gleiche Voraussetzungen herrschen. Verschlissene Dichtungen oder nicht regelmäßig kalibrierte Sensoren beispielsweise führen hier zu Veränderungen.

Zu den nächsten Entwicklungsschritten bei Ecoclean zählt, die Erkenntnisse aus dem Machine-Learning auf den Einsatz von KI für die Steuerung und Optimierung von Reinigungs- und Spülprozessen zu übertragen.

Über die SBS Ecoclean Gruppe

Die SBS Ecoclean Gruppe entwickelt, produziert und vertreibt zukunftsorientierte Anlagen, Systeme und Services für die industrielle Bauteilreinigung und Oberflächenbearbeitung sowie maßgeschneiderte Automatisierungslösungen. Ein weiteres Geschäftsfeld ist die Entwicklung und Serienproduktion von effizienten alkalischen Elektrolysesystemen für die dezentrale Erzeugung von grünem Wasserstoff. Innovationstreiber sind die beiden in Deutschland ansässigen Kompetenzzentren, welche die globalen Gruppenunternehmen mit technischer Expertise, Forschung und wegweisenden Entwicklungen unterstützen. Die Reinigungslösungen, die weltweit führend sind, tragen bei Unternehmen aus unterschiedlichsten Branchen wie beispielsweise Maschinenbau, Halbleiter-Zulieferindustrie, Präzisionsoptik, Medizintechnik, Automobil- und Zulieferindustrie, Mikro- und Feinwerktechnik, Luft- und Raumfahrt sowie Verbindungstechnik rund um den Globus dazu bei, in hoher Qualität effizient und nachhaltig zu produzieren. Der Erfolg von Ecoclean basiert auf Innovation, Spitzentechnologie, Nachhaltigkeit, Kundennähe, Vielfalt und Respekt. Die Unternehmens-Gruppe vereint die Marken Ecoclean, UCM und Mhitraa. Sie ist mit elf Produktionsstandorten in Deutschland sowie acht weiteren Ländern weltweit vertreten und beschäftigt rund 900 Mitarbeiter/innen.

SBS Ecoclean Group

Savignystrasse 43

60325 Frankfurt am Main

Telefon 069 747 499-0

E-Mail: info@ecoclean-group.net

www.ecoclean-group.net

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