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Inline-Messsystem jetzt auch für Flachfolien im Einsatz

05.10.2012
Im Rahmen des BMWi-geförderten Verbundprojekts IRIS hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT gemeinsam mit dem Institut für Kunststoffverarbeitung IKV an der RWTH Aachen ein Folieninspektionssystem für Mehrschichtfolien entwickelt. Das 2009 gestartete InnoNet-Projekt fand nun seinen Abschluss in der erfolgreichen Erprobung des Systems unter Produktionsbedingungen an einer Flachfolienanlage.

In Deutschland erwirtschaftete die kunststoffverarbeitende Industrie 2011 einen Umsatz von 55,9 Milliarden Euro, das bedeutet eine Steigerung gegenüber dem Vorjahr um 15 Prozent. Die Verpackungsindustrie hat hierbei einen Anteil von rund einem Drittel, wobei sie ihre Umsätze mehr als zur Hälfte mit extrudierten Verpackungssystemen generiert.


Produktionsanlage für Mehrschichtflachfolien bei der Kuhne GmbH in Sankt Augustin mit Messsystem.

Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen


Folieninspektionssystem mit VenPad der Octagon Process Technology GmbH misst die Einzelschichtdicken einer Mehrschichtflachfolie.

Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen

Aber nicht nur die Nachfrage, sondern auch die Anforderungen an die Kunststoffverpackungen, denen die Hersteller Rechnung tragen müssen, nehmen stetig zu. Dabei spielt die Funktionalisierung der Verpackungsfolien durch einen komplexen Schichtaufbau eine immer größere Rolle.

So kann beispielsweise eine Zusatzschicht aus Ethylenvinylalkohol-Copolymer (EVOH) als Diffusionsbarriere für Sauerstoff und Wasserdampf eine längere Haltbarkeit von Lebensmitteln garantieren. Die Mindestdicke der einzelnen Funktionsschichten liegt heute bei 2 – 100 µm. Um diese geforderte Mindestdicke zu gewährleisten, tragen Kunststoffhersteller das teure Funktionsmaterial mit einer Materialreserve auf. EVOH und vergleichbare Kunststoffe wie Polyamid (PA) stellen dabei einen erheblichen Kostenfaktor dar.

Qualität garantieren und Materialverlust vermeiden

Die Herausforderung bei der Produktion von Mehrschichtfolien besteht für Hersteller nun darin, die Funktionsschichten hinreichend dick aber ohne Überschuss in die Folie einzubringen. Hier setzt das Folieninspektionssystem an: Mit einem Messstrahl fährt das Gerät die Folie punktförmig von einer Seite zur anderen diagonal ab und ermittelt die Dicke jeder einzelnen Schicht. Der Sensor ist dabei in der Lage, bei Produktionsgeschwindigkeit viele Schichten simultan zu messen. Eine Software wertet die Daten aus und gibt bei Abweichungen gegenüber den Solldicken eine sofortige Rückmeldung. So können unmittelbar nach der Messung Korrekturen am laufenden Prozess vorgenommen und je nach Messergebnis die Materialreserve bei gleichbleibender Qualität der Folie entweder minimiert oder aufgestockt werden. Diese Inline-Messung ist derzeit mit keinem anderen Werkzeug möglich.

Einen anderen Nutzen erbringt das Folieninspektionssystem, wenn es um die gleichmäßige Verteilung der Funktionsschicht über die Folienbreite geht. Da die Funktionsschicht produktionsbedingt zum Rand hin dünner ausläuft, werden die Ränder an beiden Seiten abgeschnitten. Dies bedeutet einen großen Materialverlust für den Hersteller, den es zu minimieren gilt. Mit Hilfe des Messsystems kann nun ermittelt werden, wo der Bereich mit den signifikanten Randeffekten beginnt und so unnötiger Materialverlust verhindert werden.
Messsystem für Dauereinsatz geeignet

Unter der Leitung von Stefan Hölters vom Fraunhofer ILT und Janina Overbeck vom IKV wurden bereits bei der Firma A+C Plastic Kunststoff GmbH in Eschweiler Langzeitmessungen von über 12 Monaten an Blasfolien durchgeführt. Sie erbrachten den Nachweis, dass sich das Messsystem für den Dauereinsatz eignet. Dank des Trägersystems »VenPad« des Projektpartners Octagon Process Technology GmbH konnten die Messbedingungen konstant gehalten und eine fehlerfreie Messung realisiert werden. Die Messergebnisse haben die Experten nun auf Flachfolien übertragen. In mehrtägigen Versuchen bei dem Anlagenbauer Kuhne GmbH in Sankt Augustin wurde das Messsystem dort erfolgreich unter industrienahen Bedingungen getestet.
Ansprechpartner

Dipl.-Phys. MBA Stefan Hölters
Leiter der Gruppe Klinische Diagnostik und mikrochirurgische Systeme
Telefon +49 241 8906-436
stefan.hoelters@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Privatdozent Dr. Reinhard Noll
Leiter des Kompetenzfeldes Messtechnik und EUV-Strahlquellen
Telefon +49 241 8906-138
reinhard.noll@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Axel Bauer | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

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