Schmelzedetektion

Forschungstitel:
Schmelzedetektion mit Ultraschallsensoren

Arbeitsgruppe: Abfüll- und Verpackungsprozesse

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Dresden, Johanna Wolf

Finanzierung: IVLV e. V.
Laufzeit: 2022

Strategien zur Erhöhung der Recyclingquote bei flexiblen Verpackungen bestehen in der Substitution von Verbundfolien durch Monomaterialien und der Erhöhung des Rezyklatanteils in den Verpackungsfolien. Derartige Folien weisen jedoch beim Siegeln ein deutlich eingeschränktes Prozessfenster und veränderte Verarbeitungseigenschaften auf. Um die Qualität trotz steigender Anforderungen zu sichern, erhöht sich die Notwendigkeit der engen Abstimmung zwischen Material, Prozess und Maschinenparameter.

Zentral für die Herstellung qualitätsgerechter Siegelnähte ist die Ausbildung einer Polymerschmelze zum Verbinden der Folien entlang der Naht. Hierfür muss die thermoplastische Siegelschicht der Folie einen schmelzflüssigen Zustand erreichen. Dieser Zusammenhang wird durch die Viskosität beschrieben. Die Viskosität der Schmelze beeinflusst darüber hinaus die Verkettung und Ausrichtung der Molekülketten im Nahtbereich und somit die Nahtqualität. Derzeit besteht jedoch keine Erfassungsmöglichkeit der Viskosität der Siegelschicht während des Prozessablaufs.

Der Ansatz des Fraunhofer IVV ist, die Viskosität der Polymerschmelze beim Siegeln mit Hilfe von Ultraschallsensoren zu überwachen. Das akustische Messsignal des Sensors ermöglicht aufgrund der Veränderung der Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Materialdichte die Viskosität der Schmelze zu erfassen.

Ziel dieses IVLV Projekts ist die Entwicklung eines Siegelwerkzeugs zur Messung der Viskosität der Siegelschicht mittels Ultraschallsensoren, um den Proof of Concept zu erbringen. Hierfür wird ein Versuchsaufbau zur Sensorintegration in den Wärmekontaktfügeprozess realisiert, um so verschiedene Messverfahren zu vergleichen. Durch die Auswertung der Sensordaten und Ableiten erster Korrelationen zu im Labor bestimmten Materialdaten wird das Potential dieses Ansatzes zur Detektion der Schmelzeausbildung abgeschätzt. Darüber hinaus erfolgt die Ermittlung möglicher Anwendungsfelder.

Durch die Erfassung der Schmelzeviskosität als Messgröße soll ein Rückschluss auf die Nahtqualität während des Prozesses unter Einbezug der Materialeigenschaften ermöglicht werden, um künftig durch eine adaptive Anpassung der Siegelparameter die Prozessstabilität und somit auch die Produktsicherheit zu erhöhen.