Verfahren zur Klassifizierung von Partikeln in der Automobilindustrie mittels Luminiszenzspektroskopie
Schmauz, Günther - Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) (2010)
Die technische Entwicklung in der Automobilindustrie hat in jüngster Vergangenheit eine verstärkte Anfälligkeit funktionsrelevanter Komponenten gegenüber Partikelverunreinigungen - sog. Restschmutz - mit sich gebracht. Beispiele für diese Schadensfälle sind Verstopfen von Düsen im Einspritzsystem, Verklemmen von Schiebern im Getriebe, Beschädigung von Lagerlaufflächen, Leckagen in hydraulischen und pneumatischen Dichtungssystemen sowie Kurzschlüsse in elektronischen Steuersystemen. Aus diesem Grund müssen partikuläre Rückstände auf sauberkeitskritischen Komponenten gemäß VDA-19 messtechnisch erfasst und analysiert werden.
Erstes Kriterium zur Bewertung der Partikel auf Bauteiloberflächen ist deren Anzahl und Größe. Darüber hinaus sind die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Partikel für das Eintreten eines Schadensfalls entscheidend. Elektronische Komponenten reagieren nur kritisch auf elektrisch leitende Partikel. In mechanischen Aggregaten hingegen können lediglich Partikel mit einer gewissen Härte zu Beschädigungen führen. Zur vollständigen Beschreibung der Bauteilsauberkeit ist somit die Bestimmung der Anzahl und Größe der Partikel notwendig und - je nach Anwendungsfall - deren mechanische oder elektrische Materialeigenschaften. Das derzeitige Verfahren nach Stand der Technik stellt die energiedispersive Röntgenanalyse am Rasterelektronenmikroskop (REM-EDX) dar. Dieses Verfahren ist jedoch technisch sehr aufwändig und liefert darüber hinaus nur die Elementverteilung des Materials. Die Materialeigenschaften, die sich aus der Molekülstruktur des Materials ergeben, können somit nur abgeschätzt werden.
Zur Entwicklung eines technisch einfachen Verfahrens, zur direkten Bewertung von Partikeln entsprechend ihrer Materialeigenschaften, müssen zunächst die in der Automobilindustrie auftretenden Partikelquellen betrachtet und die daraus resultierenden Partikel nach Werkstoffen gruppiert werden. Anhand der relevanten Materialeigenschaften der praxistypischen Restschmutzpartikel werden aus den Werkstoffgruppen vereinfachte Materialklassen abgeleitet. Zur vollständigen Bestimmung des Schädigungspotenzials von Restschmutzpartikeln ist somit neben der Größen- und Anzahlbestimmung lediglich deren Einordnung in die zugehörige Materialklasse notwendig.
Zur Auswahl des Messprinzips, auf dessen Grundlage die Materialklassifizierung erfolgt, wurden Analyseverfahren anhand der Anforderungen der Automobilindustrie einander gegenübergestellt. Durch diese Betrachtung wurde ersichtlich, dass die Lumineszenzspektroskopie die aufgestellten Anforderungen komplett erfüllt. Dieses Prinzip ermöglicht eine direkte Aussage über die Materialklasse und somit die Materialeigenschaften der Partikel. Des Weiteren bedarf die Lumineszenzspektroskopie keiner teuren Gerätetechnik und ist mit der Lichtmikroskopie zur Bestimmung der Partikelgröße und -anzahl kombinierbar.