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Luftultraschall zur Prozess- und Qualitätsüberwachung in der Polymerschaumextrusion

17/09/2020

Das Forschungszentrum Ultraschall und das Kunststoff-Zentrum SKZ, beides Institute der ZUSE-Gemeinschaft, kooperieren ab sofort in einem gemeinsamen Forschungsprojekt zur zerstörungsfreien Prüfung von Polymerschäumen. Großer Wert wird bei diesem Vorhaben auf eine prozessnahe Überwachung der wichtigsten Kenngrößen von Polymerschäumen gelegt.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Weiterentwicklung eines Demonstrators (Abbildung 1) basierend auf luftgekoppeltem Ultraschall (LUS) zur kontinuierlichen Prozessüberwachung in der Polymerschaumproduktion. Vergleichende Messungen mit Referenzmethoden ermöglichen eine Verknüpfung zwischen den schaumspezifischen Kenngrößen und LUS-Spektren. Basierend auf den LUS-Messdaten soll eine direkte Ausgabe der Schaumkennwerte erreicht werden. Somit können bei industriellem Einsatz mit einer automatisierten Datenauswertung Informationen über die laufende Produktion in Echtzeit erlangt und die Prozessführung im Bedarfsfall entsprechend korrigiert werden.

Rohdichte und Zellgröße sind charakteristische Kenngrößen von polymeren Schäumen und bestimmen maßgeblich die Qualität und das Einsatzfeld. Bei der Schaumherstellung wird eine stationäre Prozessführung von Faktoren, wie z. B. Chargenwechsel, Temperaturschwankungen oder Werkzeugverschleiß, beeinflusst. Dies schlägt sich wiederum in den Kenngrößen des geschäumten Polymerwerkstoffes nieder. Die erforderliche Kontrolle dieser Kenngrößen erfolgt bis dato überwiegend offline, d. h. durch stichprobenartige Materialentnahmen gefolgt von Laboranalysen. Eine prozessbegleitende Qualitätsüberwachung ermöglicht eine lückenlose Qualitätssicherung und minimiert die Ausschussproduktion und den Materialeinsatz signifikant. Durch die besonderen Eigenschaften des luftgekoppelten Ultraschalls (LUS) können diese Ziele erstmals erreicht werden.

Zahlreiche Forschungsvorhaben zur LUS-Technologie zeigten die besonderen Eigenschaften dieser Technologie. In der Charakterisierung von Polymerschäumen ist der Einsatz dieser Technologie sehr erfolgsversprechend. Vorteile liegen z. B. in einer zerstörungsfreien und berührungslosen Arbeitsweise, die im Vergleich zu Röntgenstrahlung zudem nicht ionisierend ist. Im Gegensatz zur Terahertz-Technologie sind geringere Systemkosten sowie höhere Messgeschwindigkeiten und Industrietauglichkeit gegeben.


Das Vorhaben 21035 BG der Forschungsvereinigung „Fördergemeinschaft für das SKZ“ wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags gefördert. Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung.

polymerschaumextrusion_skizze_PM