Siegelwerkzeuge

Forschungstitel:
Abstandsmessung im Siegelwerkzeug

Arbeitsgruppe: Abfüll- und Verpackungsprozesse

Forschungsstelle und wissenschaftliche Projektbetreuung:

  • Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV), Außenstelle für Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik Dresden, Ralph Jänchen
  • Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM Freiburg), Alexander Fromm

Finanzierung: IVLV
Laufzeit: 2017

Nach wie vor gehört das Wärmekontaktsiegeln zu den am häufigsten eingesetzten Fügeverfahren für flexible Kunststoffverbunde. Hierbei schmelzen zumeist dauerbeheizte Werkzeuge die thermoplastischen Schichten immer dünnerer Folien auf und müssen diese bei immer höheren Maschinengeschwindigkeiten verbinden. Im gleichen Maße steigen Dichtheitsanforderungen und optische Ansprüche an die Naht.

Die Wärmekontaktsiegeltechnologie bietet im Vergleich z. B. zum Ultraschallsiegeln aktuell kaum Möglichkeiten der exakten, hochdynamischen Inlineerfassung und Auswertung von Prozessparametern. Die geeignete wirkstellennahe und zeitlich hinreichend aufgelöste Messung der Siegeltemperatur ist daher Ziel des AiF-IGF-Vorhaben 18470 BR „HePhaiStOs“. Darüber hinaus ist der Siegelweg entscheidend für die Beurteilung der Schmelzeverdrängung als Voraussetzung für eine hohe Nahtqualität. So ließe sich u.a. erkennen, ob die Verdrängung des Materials in einem 4-Lagenbereich hoch genug ist, um auch im 2-Lagenbereich einen ausreichenden Werkzeugkontakt und damit Wärmeübergang zur Folie sicherzustellen. Die Gewährleistung stabiler Prozessbedingungen setzt ebenso eine exakte Ausrichtung der Siegelwerkzeugteile zueinander voraus. Diese gestaltet sich meist aufwändig, wird nach Formatwechseln häufig nicht nochmals kontrolliert und kann durch Verunreinigungen beeinträchtigt sein. Umso mehr ist eine Abstandsmessung essentiell für die effiziente, zuverlässige Werkzeugmontage und/oder die frühzeitige Identifikation von Verschleiß oder Nahtkontamination.

In vorangegangenen Untersuchungen konnte eine direkte Abhängigkeit der Siegelnahtfestigkeit vom Siegelweg nachgewiesen werden. Hierfür wurden stets Messaufnehmer außerhalb der Siegelbacken angebracht, was größere Messabweichungen und/oder schwingungsabhängiges Rauschen mit sich bringen kann und Bauraum erfordert. Perspektivisches Ziel ist es daher, die Abstandserfassung mithilfe von Dünnschichtsensoren in das Siegelwerkzeug zu integrieren. Im IVLV-Projekt soll die Machbarkeit des Vorhabens nachgewiesen werden. Dies beinhaltet:

  • Auswahl des Messprinzips, Beschaffung geeigneter Beschichtungsmaterialien, Erarbeitung der Abscheideprozesse und Maskierungsvorrichtungen, Beschichtungstests
  • Schaffung einer sicheren elektrischen Sensorisolation gegenüber dem elektrisch leitfähigen Träger
  • Konzeption und Realisierung von Testsystemen, Ersatzversuche zur Dimensionierung des Sensorsystems bezüglich Messbereich und erzielbarer örtlicher Auflösung
  • Aufbau eines Demonstrators mit Abstandssensoren auf Dünnschichtbasis, Kalibrierung
  • Evaluierung des Detektionspotenzials in Versuchsreihen

Die angestrebte Entwicklung zielt auf eine bessere Prozessüberwachung, -regelung und -handhabung beim Wärmekontaktsiegeln, ist jedoch perspektivisch auch für andere Heiß- oder auch Kaltfügeverfahren einsetzbar. Sie eignet sich voraussichtlich auch zur berührungslosen, ortsaufgelösten Erfassung der Foliendicke im Zusammenhang mit einer kontinuierlichen Messung der Bahnkraftverteilung.

Projektberichte

Aktuelle Termine zu diesem Projekt

05. / 06.02.2020
Abfüll- und Verpackungsprozesse, Erhalt der LebensmittelqualitätVVD MEETS FREISINGER TAGE: Recycling Ort: Fraunhofer IVV, Freising