Industrie + Technik

Galvanikprozesse oder nasschemische Anlagen, die Leiterplatten ätzen oder Wafer für Solarzellen herstellen, erfordern Säuren und Laugen. Sensoren, die hier Leitfähigkeit und Durchfluss feststellen, müssen besonders widerstandsfähig sein.
Nasschemische Anlagen zur Oberflächenbehandlung enthalten mehrere Leitfähigkeitssensoren. Um Stillstandszeiten etwa für einen ungeplanten Sensoraustausch zu vermeiden, nutzen Anlagenbauer Sensorik in Kunststoffgehäusen aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polypropylen (PP). Stahl- oder Edelstahlgehäuse eignen sich nicht, wenn die Prozesse aggressive Medien erfordern; die Gehäuse würden innerhalb kürzester Zeit zerstört, selbst wenn sie keinen direkten Kontakt zu Säuren und Laugen haben. Mit verschiedenen Fittings, Dichtungen und Nennweiten lassen sich die Kunststoffgehäuse in unterschiedliche Anlagen integrieren.<figure><img src="https://media.graphcms.com/KAuVWj4S26FAo1JZW2nU"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Foto: littlewolf1989 / Adobe Stock</figcaption></figure>
Das Unternehmen Rena mit Hauptsitz in Gütenbach im Schwarzwald entwickelt Produktionsanlagen zur nasschemischen Oberflächenbehandlung in der Solar-, Halbleiter- und Medizintechnik, darunter die nasschemischen Inline- und Batch-Prozesse für die Solarzellenfertigung. Dazu gehören Sensoren, welche die Leitfähigkeit demineralisierten Wassers messen, ebenso wie solche, die Ätzprozesse überwachen.<h2>Das Ätzen überwachen</h2>Um die Konzentration von Säuren und Laugen zu bestimmen, ist die induktive Leitfähigkeitsmessung das Mittel der Wahl. Ein in der Primärspule (Sender) fließender Wechselstrom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das im umgebenden ionisch leitfähigen Medium einen Strom induziert. Der Stromfluss im Medium erzeugt wiederum ein Magnetfeld, das in der Sekundärspule (Empfänger) des Sensors eine Spannung und damit einen Stromfluss bewirkt. Dieser ist ein Maß für die Leitfähigkeit des Mediums.Da die Leitfähigkeit temperaturabhängig ist, erfasst ein Fühler im Sensor die Temperatur des Mediums. Der Temperatureinfluss wird dann über den in der Elektronik eingestellten Temperaturkoeffizienten (TK-Wert) kompensiert. Das induktive Leitfähigkeitsmessgerät vom Typ 8228 des Unternehmens Bürkert Fluid Control Systems liefert diesen Messwert als 4…20-mA-Signal. Das Standardsignal ist unempfindlich gegenüber Störungen, etwa dem Einschalten anderer Geräte, und gegenüber Spannungsverlusten durch den Leitungswiderstand.In den Anlagen zur nasschemischen Oberflächenbehandlung übernehmen diese Messgeräte mehrere Aufgaben: Bei Ätzprozessen überwachen sie den Kühlwasserkreislauf, denn beim Durchbruch des Wärmetauschers – was allerdings selten vorkommt – würde zwanzigprozentige Flusssäure in den Sekundärkreislauf eindringen. Die Leitfähigkeitssensoren erkennen in einem solchen Fall die Konzentrationsänderung und melden sie der Steuerung, die den Prozess abschaltet und so Folgeschäden verhindert.Eine andere Aufgabe für die induktiven Leitfähigkeitsmessgeräte bei Ätzprozessen ist die Konzentrationsüberwachung alkalischer Medien. Sie liefern eine gleichmäßige Oberfläche (Texturen). Hierbei sind die richtigen Mischungsverhältnisse entscheidend für die Bearbeitungsqualität. Die Messgeräte arbeiten zwischen 100 µS·cm–1 und 2 S·cm–1, die Auflösung beträgt 0,1 µS·cm–1.<h2>Reinstwasser prüfen</h2>Bei der Waferproduktion reinigt demineralisiertes, vollentsalztes (VE) oder Reinstwasser. Dessen Qualität wird in den nasschemischen Anlagen ebenfalls per Leitfähigkeitsmessung überwacht (Foto oben). Da dieses Wasser kaum leitet, übernehmen dies konduktive Messgeräte vom Typ 8222 neutrino. Ihr Sensor besteht aus zwei medienberührenden Elektroden sowie einem Temperaturfühler und arbeitet von 0,05 µS·cm–1 bis 10 mS·cm–1. Das Messsignal verarbeitet der Sensor direkt und überträgt es als 4…20-mA-Signal an die Steuerung.<figure><img src="https://media.graphcms.com/J6cndD8VSQaNIIWaUIJZ"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Konduktives Leitfähigkeitsmessgerät zur Qualitätsüberwachung von Reinstwasser.</figcaption></figure>
<h2>Durchflüsse bestimmen</h2>Das Inline-Durchflussmessgerät Typ 8030 und das Inline-Dosiergerät Typ 8035 überwachen die Medienzufuhr oder prüfen auf Leckagen. Sie bestehen aus einem Sensorfitting mit Flügelrad und einem Transmitter; beide Teile lassen sich mit einem Bajonettverschluss verbinden. Das Sensorfittingsystem von Bürkert gewährleistet den Einbau in alle Rohrleitungen. Die Sensoren eignen sich für Fließgeschwindigkeiten von 0,3 bis 10 m·s–1. Ihre Gehäuse bestehen aus PVDF oder glasfaserfreiem PP und sind absolut dicht.Martin Schramm ist Field Segment Manager Key-Applikation Sensoren und Sensorsysteme bei Bürkert Fluid Control Systems. <a href="https://buerkert.de" target="_blank">buerkert.de</a>

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