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Forschung

Mit Luftultraschall den Durchblick bei der Schaumextrusion behalten

In einem aktuellen Forschungsprojekt entwickelt das SKZ zusammen mit dem Forschungszentrum Ultraschall (FZ-U) aus Halle (Saale) eine inline-fähige Qualitätsüberwachung für die Extrusion von Polymerschäumen. Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die Bestimmung der Rohdichte von Schäumen zuverlässig möglich ist.

12.05.2022
Luftultraschall Schaumextrusion

Transmissionsanordnung zur Messung von Luftultraschallsignalen mit dem gemessenen Schaum in der Mitte und den Ultraschallwandlern oben und unten (links) und schematischer Zusammenhang zwischen der Schallamplitude und der Rohdichte von Schäumen (rechts). (Foto: SKZ)

Luftultraschall-Technologie bestimmt die Rohdichte von Schäumen

Schäume tragen als Dämmmaterial und Leichtbauwerkstoff in vielen Bereichen maßgeblich zu einer steigenden Energieeffizienz bei. Vor allem im Bausektor werden die isolierenden Eigenschaften zur Wärmedämmung genutzt. Zunehmend werden Schäume auch im Leichtbau verwendet und kommen als Kern in sogenannten Sandwichstrukturen im Automobil-, Maritim-, Luft- und Raumfahrtbereich zum Einsatz. Durch den wachsenden Bedarf zusammen mit steigenden Anforderungen und Neuentwicklungen, wie z. B. nanozelluläre Schäume, wird eine zuverlässige Qualitätsüberwachung immer wichtiger. Inline-Messverfahren bieten dafür die idealen Voraussetzungen, da während der Produktion die Materialparameter überwacht und gegebenenfalls sehr schnell angepasst werden können. Für die Anwendung in der Schaumextrusion entwickelt das SKZ zusammen mit dem FZ-U derzeit eine kontaktlose, zerstörungsfreie sowie inlinefähige Prüfmethode auf Basis der Luftultraschall-Technologie. 

Direkte Korrelation von Messgrößen mit den Schaumkennwerten
Aktuelle Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt zeigen, dass die Rohdichte direkt mit der durch den Schaum gemessenen Schallamplitude korreliert. Die Messungen wurden mit einer Transmissionsanordnung durchgeführt, bei der sich Sender und Empfänger auf jeweils einer Seite des Schaumes befinden und der Schall durch den Schaum geleitet wird (siehe Bild). Um die Rohdichte eines unbekannten Schaumes zu ermitteln, werden zunächst Referenzmessungen an Schäumen des gleichen Typs mit unterschiedlichen bekannten Rohdichten durchgeführt. Über diese Referenz wird dann die Rohdichte des unbekannten Schaums ermittelt. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung bei der Extrusion. Abweichungen können direkt zu einer Anpassung des Herstellungsprozesses genutzt werden. 
Die Messtechnik wurde bisher erfolgreich an Schäumen aus Polyethylen (PE) sowie Polyurethan (PUR) getestet und wird im Projektverlauf auf weitere Materialsysteme übertragen. Außerdem untersucht das SKZ zusammen mit dem FZ-U, ob die Messtechnik von der Transmissions- auf die einseitige Reemissionsanordnung übertragen werden kann. Dadurch werden die Messungen von der Dicke des Schaumes unabhängiger. Interessierte Unternehmen sind aufgerufen, die Eignung des neuen Verfahrens mithilfe zur Verfügung gestellter Bauteile kostenneutral am SKZ testen zu lassen.

Das Vorhaben 21951 N wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags gefördert. Interessierte Unternehmen sind eingeladen, sich kostenfrei an dem laufenden Projekt zu beteiligen, um dieses nach ihren Bedürfnissen und Fragestellungen mitzugestalten. 

Forschungszentrum Ultraschall
Das Forschungszentrum Ultraschall (FZ-U) ist eine industrienahe Forschungseinrichtung auf dem Gebiet der Ultraschalltechnik. Es beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit den Themenfeldern Zerstörungsfreie Prüfung (vorwiegend luftgekoppelter Ultraschall), Ultraschallsensorik und medizinischer Ultraschall. Das FZ-U bietet Forschungs- und Entwicklungsleistungen sowie Beratung und Fortbildung. Darüber hinaus erarbeitet es im Rahmen von geförderten Forschungsprojekten innovative, praxisorientierte Ansätze.
 

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Ansprechpartner:

Luis Wachter
Scientist | Zerstörungsfreie Prüfung
Würzburg
+49 931 4104-345
l.wachter@skz.de

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