RobInPro

Forschungstitel:
Robuste Dünnschichtsensoren zur Inprozesskontrolle und -steuerung kritischer Prozessparameter bei der Kunststoffverarbeitung (RobInPro)

Arbeitsgruppe: Abfüll- und Verpackungsprozesse

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Dresden, Ralph Jänchen
  2. Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM Freiburg, Alexander Fromm

IGF-Vorhaben: 20340 BG
Finanzierung: BMWi
Laufzeit: 2019-2021

Für eine Vielzahl von Verbrauchsgütern sowie bei der Herstellung technischer Produkte wird zum Verschließen flexibler Verpackungen überwiegend das Wärmekontaktverfahren eingesetzt. Eine nachhaltige Produktion sowie die Produktsicherheit stellen dabei höchste Ansprüche an die Qualität der Fügenähte, besonders deren Dichtheit und Verschmutzungsfreiheit. Da keine fehlerhaften Produkte zum Verbraucher gelangen sollen, bedarf es intelligenter, adaptiver Prozesse.

Neuartige, im Fügewerkzeug integrierte Temperatursensoren mit sehr kurzer Ansprechzeit und hoher Empfindlichkeit könnten künftig jede Naht überprüfen, fehlerhafte Ware zuverlässig ausschleusen oder die Prozessparameter nahezu in Echtzeit anpassen. Der Funktionsnachweis für die dünnschichtbasierte Messtechnologie konnte im IGF-Vorhaben »Dynamische Heißsiegelprozesse … unter Einsatz verbesserter Sensortechnik … (HePhaiStOs)« erbracht werden. Dem während dieses Vorhabens identifizierten Entwicklungsbedarf zur Validierung des Sensorsystems unter industriellen Randbedingungen wird nun im beantragten Projekt nachgegangen.

Um die industrieseitigen Anforderungen erfüllen zu können und eine Marktetablierung zu ermöglichen, liegt der Projektfokus auf der

  • Erhöhung der Standzeit des Schichtsystems durch Weiterentwicklung bzw. Erweiterung bisher verwendeter Materialkombinationen, Gradierungen und Dotierungen u.a. zur Anpassungen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten
  • Verbesserung der Detektionsempfindlichkeit der Sensoren
  • Beeinflussung des Wärmestroms innerhalb des Multilagensystems durch Integration thermischer Isolationsschichten ohne signifikanten Einfluss auf den Wärmeeintrag in die Folie
  • Minimierung der Anhaftneigung der Werkzeugoberfläche gegenüber Folienmaterialien durch Erarbeitung einer geeigneten Antiadhäsivbeschichtung
  • Ertüchtigung des Sensorsystems für industrielle Einsatzbedingungen u.a. durch Eruierung einer geeigneten Kontaktierungslösung.

Insbesondere die Herausforderungen Standzeit, Kontaktierung und Anhaftneigung sind essentiell für die Realisierung jedweder Art von werkzeugintegrierten Sensoren und Aktuatoren auf Dünnschichtbasis. So bringen die zu erarbeitenden Lösungen über den Projektrahmen hinaus z.B. Themen wie dünnschichtbasierte Abstandsmessung oder dünne Heizschichten (beides Machbarkeitsstudien im Rahmen IVLV-geförderter Projekte) voran.

Überdies soll im Projekt eine Methodik entwickelt werden, mit der die Anhaftneigung von Werkzeugoberflächen gegenüber Kunststoffen bewertbar ist. Die Schutz- und Antihaftbeschichtungen adressieren auch bei klassischen Füge- und Formwerkzeugen die Erhöhung von Maschinenverfügbarkeit und Produktqualität.

Nicht zuletzt wird mit einer Modellierung des Schichtsystems der Wärmestrom vom Werkzeug in den Folienverbund insbesondere bei kontinuierlichen Prozessen simulativ untersucht, um die Auslegung von Werkzeug bzw. Schichtsystem zu unterstützen.

Die Entwicklungen helfen insbesondere kmU, ihren Wettbewerbsvorteil zu sichern bzw. auszubauen und den steten Bestrebungen nach intelligenten Maschinen und Prozessen, sicheren Produkten und minimalem Ressourcenverbauch gerecht werden zu können. Zudem rückt die Rezyklierbarkeit respektive Wiederverwendbarkeit von (Kunststoff)Verpackungsmaterialien immer stärker ins Visier der Gesetzgebung. Ein Lösungsansatz kann der Einsatz weniger komplexer Packmittel sein, was den Anspruch an Prozessführung und antiadhäsive Werkzeugoberflächen weiter erhöht.

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV e.V.) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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