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Intelligente Prozesssteuerung für die Kunststoffverarbeitung

Schematischer Extrusionsprozess mit Softsensor zwischen Eingangsgrößen und Vorhersagen

Virtuelle Sensoren sind nun auch in der Kunststoffverarbeitung einsetzbar. Die Effizienz von Kunststoffverarbeitungsprozessen und die Qualität der Produkte sind heute von großer Bedeutung. Daher arbeitet das SKZ seit fast drei Jahren an der Umsetzung von Softsensoren in der Kunststoffverarbeitung. Ziel ist die Entwicklung von virtuellen Sensoren zur Prozess- und Qualitätskontrolle in der Kunststoffaufbereitung und Extrusion, welche typische Nachteile von „echten“ Hardware-Sensoren eliminieren.

Es existiert eine Vielzahl von möglichen Anwendungen für den Einsatz von virtuellen Sensoren in der Kunststoffaufbereitung. Virtuelle Sensoren sind im Gegensatz zu Hardwaresensoren nicht physisch existent, sondern verwenden die Informationen anderer Sensoren um über ein Prozessmodell komplexe Messwerte zu erschließen.

In den letzten Jahren wurden durch intensive Forschungsarbeit weitere Anwendungsgebiete erschlossen. Es wurden robuste virtuelle Sensoren zur Berechnung von Qualitätskenngrößen aus den Ist-Werten der Prozessparameter erstellt. Es konnten unter anderem folgende Anwendungen demonstriert werden: Viskosität gefüllter und ungefüllter Systeme, Blendzusammensetzung und Füllstoffgehalt.

Die Vorteile von virtuellen Sensoren liegen hierbei in der großen Robustheit, da keine verschleißenden Hardwarekomponenten benötigt werden und Störeinflüsse durch Hardwarefehler oder Umgebungseinflüsse toleriert oder detektiert werden können. Weiterhin sind diese Systeme vor allem langfristig deutlich preiswerter als komplexe inline Messsysteme auf der Basis von Spektrometern oder Rheometern.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass virtuelle Sensoren ein großes Potential in der Kunststoffaufbereitung und Extrusion haben. Trotzdem können einige Limitationen, wie die starke Abhängigkeit der Modelle von den in der Modellierung repräsentierten Materialien und Maschinen, schwer überwunden werden. Es konnten dennoch Konzepte entwickelt werden, um die Anwendbarkeit in der Kunststoffverarbeitung stark zu verbessern. Ausgehend von den Ergebnissen werden zukünftige Forschungsarbeiten auf eine Entwicklung von Regelungsstrategien auf der Basis von Prozessmodellen, sog. modellprädiktive Regelung, ausgerichtet sein.

Die neuesten Erkenntnisse werden in Kürze in einem  Buch veröffentlicht, welches zum Selbstkostenpreis über die SKZ-Homepage und den Buchhandel erworben werden kann.

Wir danken der atlan-tec Systems GmbH, die uns mit über 20 Jahren Erfahrung in der industriellen Anwendung von virtuellen Sensoren sowohl mit Wissen als auch mit Softwaretools und Support im Projekt unterstützt hat.

Das IGF-Vorhaben 17413N der Forschungsvereinigung Fördergemeinschaft für das SKZ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags gefördert. Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung.

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung eines Softsensors für den Extrusionsprozess. (Bild: SKZ)

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Ansprechpartner:

Dr. Johann Erath
Leiter Forschungsmanagement
+49 931 4104-472
j.erath@skz.de
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