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Die Firmenzentrale von Airbus in Toulouse.
Der bei Airbus Toulouse im Einsatz befindliche Sensor und Touchscreen-Controller des Konzentrationsmesssystems Zestron Eye.
Verlauf der Konzentration des Reinigungsbades durch unterschiedliche Methoden in der Testphase.
Automatische Konzentrationsmessung mit dem Zestron Eye in der Reinigungsanlage NC25 von MBtech.
Prozessschema des Konzentrationsmesssystems mit einer automatischen Nachdosierung (s = Sensor, c = Controller).

Eine wichtige Komponente, um gleichbleibend hochwertige Reinigungsergebnisse im Bereich der Herstellung von elektronischen Baugruppen zu garantieren, ist neben einem optimal abgestimmten Reinigungsprozess auch eine kontinuierliche Badüberwachung. Bei Airbus erfolgte die Überprüfung des Reinigungsbades bisher zwar regelmäßig, aber lediglich manuell. Mit der Installation eines neuartigen automatischen Konzentrationsmesssystems wollte der weltweit führende Flugzeughersteller nun die Überwachung des Reinigungsprozesses signifikant verbessern.

Am Hauptsitz von Airbus im französischen Toulouse hat die Abteilung Avionics & Simulation die Funktion, die Planung, Produktion und Wartung der elektronischen Kontrolleinheiten für die Flugzeugsteuerung, Alarmgeber oder Kommunikationsmodule sicherzustellen. Innerhalb der Produktion ist die Abteilung für die Koordination der Fertigung, die Herstellung und Prüfung der Baugruppen zuständig.

Der Reinigungsschritt ist im Rahmen der Produktion der elektronischen Kontrolleinheiten seit jeher ein fester Bestandteil der Produktionskette. Dieser dient zum einen der Qualitätssicherung, zum anderen werden durch die Reinigung spätere Fehlerbilder wie etwa elektrochemische Migration, die zu Feldausfällen führen können, deutlich minimiert und somit die Langzeitzuverlässigkeit der Elektronik sichergestellt. Dies ist insbesondere wichtig, da innerhalb der zivilen Luftfahrt langjährige Gewährleistungsansprüche gelten.

Reinigungsprozess bei Airbus Toulouse

Der Reinigungsprozess wird in Toulouse in einem Tauchprozess mit Druckumflutung durchgeführt. Dabei kommt ein wässriger Mikrophasenreiniger in einer Mehrkammer-Edelstahl-Reinigungsanlage eines französischen Herstellers zum Einsatz. Der wasserbasierende Reinigungsprozess wird allgemeinen Umweltschutzstandards gerecht und gewährleistet eine hohe Arbeitssicherheit.

Neben den Aspekten des Umwelt- und Arbeitsschutzes sind vor allem gleichbleibend gute Reinigungsergebnisse und eine lange Lebensdauer der Baugruppen Hauptanforderungen an den Reinigungsprozess. An dieser Stelle gibt es verschiedene Faktoren, die sowohl die Qualität der Reinigungsergebnisse als auch die Badstandzeit maßgeblich beeinflussen können. So werden im Reinigungsprozess kontinuierlich Flussmittelrückstände in das Bad eingetragen. In der Praxis bedeutet dies, dass die Badbeladung stetig ansteigt, bis ein kritischer Wert erreicht ist, ab dem der Reiniger keine zufriedenstellenden Ergebnisse mehr liefern kann. Das Reinigungsbad ist in diesem Stadium erschöpft. Eine Verlängerung der Badlebensdauer lässt sich wie im Falle von Airbus durch einen zusätzlichen Filterkreislauf erreichen. Durch diesen werden Flussmittelrückstände kontinuierlich aus der Reinigungschemie entfernt und somit Prozesskosten für den Medienansatz verringert.

Einen weiteren Einfluss auf die Badlebensdauer und Reinigungsqualität haben die Verschleppung von Reinigungsmedium in die Spülstufen oder die Verdunstung. Dadurch kann es zu ungewünschten Verschiebungen in der Konzentration kommen, die von dem empfohlenen Einsatzbereich unterschiedlich stark abweichen können. Im Fall einer deutlich zu niedrigen Einsatzkonzentration sind schlechte Reinigungsergebnisse häufige Folgen. Übersteigt die Konzentration den empfohlenen Einsatzbereich deutlich, sind Materialverträglichkeitsprobleme mit den elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte möglich. Daher ist eine automatische Überwachung der Reinigerkonzentration sinnvoll.

Grenzen der Reinigerbadüberwachung

Die regelmäßige Überprüfung der Konzentration des Reinigungsmediums findet bei Airbus seit jeher statt, da die Produkte höchsten Qualitätsansprüchen gerecht werden müssen. Gleichzeitig ist ein dokumentierter Nachweis erforderlich, der speziell im Rahmen von Audits entsprechend der NADCAP, IPECA oder auch IPECA+ Vorschriften (Industrial Process Control Assessment, internes Nachverfolgungswerkzeug der Airbus-Zulieferer) überprüft wird. Im Rahmen einer Risikoanalyse sind die einzuhaltenden Schlüsselparameter des Reinigungsprozesses definiert. Einer von diesen Schlüsselparametern ist im Fall von Airbus die Einsatzkonzentration des Reinigers.

Bei Airbus wurde die Überwachung der Medienkonzentration durch eine manuelle Methode nach dem Phasentrennungsverfahren durchgeführt, da diese sowohl bei frischen als auch beladenen Reinigungsbädern eine zuverlässige und genaue Messung ermöglicht. Im Rahmen der kontinuierlichen Prozessoptimierung sollte das manuelle Verfahren mittelfristig idealerweise durch eine automatische Methode ersetzt werden. Denn unabhängig davon, wie präzise auch eine manuelle Methode sein mag, sie bietet keine Kontrolle in Echtzeit und keine automatische Dokumentation.

Automatisches Verfahren zur Konzentrationsmessung

Um eine Echtzeitüberwachung und lückenlose Rückverfolgbarkeit zu erreichen, wurde in einem gemeinsamen Projekt zwischen Airbus, dem Hersteller der Reinigungsanlage MBtech und dem Hersteller der Reinigungschemie, Zestron Europe, ein neues automatisches System zur Konzentrationsmessung des Mediums vorgestellt. Dabei handelt es sich um das weltweit erste, das in Echtzeit die Konzentration des Reinigungsmediums sowohl bei frischen als auch bei beladenen Bädern unter Verwendung eines speziellen akustischen Messverfahrens ermittelt.

Speziell auf den wässrigen Mikrophasenreiniger bei Airbus konzipiert, ermöglicht das Gerät mit großer Präzision die Messung der Konzentration. Durch die kompakten Abmessungen des Sensors benötigt dieser nur ein Minimum an Platz, was den Einbau in der Reinigungsanlage deutlich vereinfacht. Die Steuerung des Messsystems findet über eine Kontrollereinheit mit Touchscreen-Bildschirm statt. Zusätzlich ermöglicht das Messsystem eine direkte Verbindung mit der Programmierschnittstelle (API) der Reinigungsmaschine und somit eine Steuerung der Dosiereinheit, was eine vollständige automatische Kontrolle der Konzentration erlaubt.

Testphase der Konzentrationsmesseinheit

Vor dem Start einer vierwöchigen Testphase wurde das Messsystem in der Mehrkammer-Tauchanlage bei Airbus installiert. Während der Testperiode wurden regelmäßig Referenzmessungen durchgeführt. Des Weiteren wurde sowohl eine Leitfähigkeitsmessung als auch die alkalische Reserve des Reinigungsmediums überprüft. Die erhaltenen Resultate zeigen eine jederzeit enge Korrelation zwischen den erwähnten Messmethoden zur Konzentrationsbestimmung. Speziell der Nachweis über die Genauigkeit des automatischen Messsystems (Zestron Eye) zur GC-Analyse war für Airbus ein wichtiger Indikator, der durch die Referenzmessung positiv bestätigt werden konnte. Auf Grundlage der positiven Testergebnisse entschied Airbus sich nach dem Ablauf der vier Wochen für eine dauerhafte Installation der automatischen Messeinheit.

Durch die Festinstallation hat der Operator bei Airbus zu jeder Zeit einen visuellen Überblick in Echtzeit über den aktuellen Stand wichtiger Prozessparameter wie der Reinigerkonzentration, der Reinigungsbadtemperatur und den Sensorstatus. Außerdem werden diese Parameter durch die Traceability-Software NC25Manager, die von dem Anlagenhersteller MBtech entwickelt wurde, zusätzlich auf dem Display der Reinigungsanlage angezeigt.

Seit einem Jahr ist das Messsystem im Einsatz, es überzeugt durch einfache Anwendung und hohe Messgenauigkeit. Ebenso zeigen die aktuellen Prozessparameter die Temperatur, die Konzentration und den Sensorstatus zuverlässig an und meldet, wenn diese außerhalb der vorher definierten Prozessgrenzen liegen. Der Reinigungsprozess wurde dadurch transparenter und lässt sich somit viel genauer analysieren. Ein weiterer Vorteil, insbesondere im Hinblick auf die Prozessaudits, ist die lückenlose Rückverfolgbarkeit der Messparameter durch die kontinuierliche Datenaufzeichnung des Systems. Die nächste von Airbus gestellte Aufgabe besteht darin, ein automatisches Dosiersystem für die Zugabe von Reinigerkonzentrat oder VE-Wasser, das über die SPS der Reinigungsanlage gesteuert wird, einzuführen.

Präziser Reinigungsprozess

Generell eignet sich das Messgerät Zestron Eye für diverse Einsatzvarianten. Durch die kompakte Bauweise und die einfache Bedienung ist es im Grunde in jede Anlage nachrüstbar. Es ist für alle Reiniger vorkalibriert und der Wechsel von einem Reiniger zu einem anderen ist per Knopfdruck möglich.

Productronica 2013: Halle A2, Stand 461