Menü

Big Data in der Kunststoffverarbeitung

Zerstörungsfreie Prüfmethoden beim Compoundieren

Die Überwachung von Produktionsprozessen und die dabei auftretende Generierung und Verarbeitung großer Datenmengen (Big Data) hat in den letzten Jahren zunehmend an Wichtigkeit gewonnen und führt letztlich zu einem verbesserten Qualitätsstandard vieler Produkte. In der Kunststoffbranche bestehen insbesondere beim Compoundieren, der Basis für die sich daran anschließenden, formgebenden Verarbeitungsverfahren, hohe Ansprüche bezüglich der Prozesskontrolle und der dafür notwendigen Messverfahren zur Informationsgewinnung über den Ist-Zustand. Seit Langem etabliert sind hierbei Druck- und Temperaturmessungen. Moderne Messmethoden bieten aber weit darüber hinausreichende Möglichkeiten.

Für die Ermittlung dieser vielfältigen Daten stehen ebenso diverse Messverfahren zur Verfügung:

Messverfahren zur Ermittlung von Big Data

Ultraschall etwa kann genutzt werden, um Füllstoffgehalte in Schmelzen und Partikelgrößenverteilungen für Füllstoffen und Additiven zu charakterisieren, eignet sich aber auch zur Bestimmung deren Viskosität und umgeht somit den Einsatz teurer Online-Rheometer. Da Ultraschall auch in anderen Bereichen (etwa der Medizintechnik) schon lange genutzt wird ist dessen technischer Reifegrad sehr hoch und es bestehen spezialisierte, ausgereifte Signal- und Datenverarbeitungsalgorithmen.

Aufgrund der üblichen Temperaturschwankungen während der Compoundierung treten allerdings Limitierungen der Messgenauigkeit einiger Ultraschall-Anwendungen auf.

Mikrowellen- und Terahertz-Verfahren verwenden hingegen elektromagnetische Wellen, die im Frequenzbereich an Radiowellen und den sichtbaren Bereich angrenzen. Der industrielle Reifegrad befindet sich allerdings noch unter dem der Ultraschall-Technik. An der Überführung dieser Techniken in industrielle Anwendungen arbeitet das Kunststoff-Zentrum SKZ seit über zehn Jahren.

So konnte bereits der Aufschmelzgrad von Kunststoffen (vgl. Abbildung), der Verschleiß von Schneckenelementen oder der Feuchtgehalt von Kunststoffschmelzen inline ermittelt werden. Zudem besteht ein ausgereiftes und kommerziell verfügbares System zur Messung von Wanddicken bei der Extrusion. Mit einer ausgeprägten Temperaturunabhängigkeit und der vollständig berührungslosen Messweise stehen auch für die Zukunft die Chancen der Mikrowellen und Terahertz-Verfahren gut, dort Fuß zu fassen, wo Ultraschall an seine Grenzen kommt.

 

Aufschmelzgrad von Polyethylen

Inline mittels Terahertz-Technik ermittelter Aufschmelzgrad von Polyethylen während des Compoundierens.

 

Darüber hinaus existieren sowohl zahlreiche optische und spektroskopisch arbeitende Verfahren, die Farben, Additive, Compoundbestandteile oder den Materialabbau charakterisieren können, als auch thermografische Methoden, die mit dem Einsatz von Wärmebildkameras Kennwerte beim Extrudieren ermitteln können.

Für die bestmögliche Nutzung all der erfassbaren Daten sind fortschrittliche Methoden zur Signal- und Datenverarbeitung als auch deren visueller Darstellung von Nöten. Dafür kommen neben klassischen Ansätzen auch moderne Methoden des Machine-Learnings zum Einsatz.

Für fast jede Anwendung kann ein zerstörungsfreies Messverfahren gefunden werden. So speziell die jeweiligen Fragestellungen jedoch sind, müssen individuell die technischen, wirtschaftlichen und physikalischen Aspekte betrachtet werden.

 

Das Kunststoff-Zentrum SKZ, ein Institut der Zuse-Gemeinschaft, arbeitet im Rahmen laufender Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten an der weiteren Verbesserung von Inline-Messtechniken  für die Kunststoffverarbeitung auf Basis Ultraschall-, Mikrowellen-, Terahertztechnik und spektroskopischen Methoden. Hier werden in Kooperation mit Partnern aus Forschung und Industrie fortschrittliche Methoden der Signal- und Datenverarbeitung entwickelt und in kommerziell verfügbare Messsysteme, deren Anwendung kein Expertenwissen mehr voraussetzt, überführt.

Die Deutsche Gesellschaft für Qualität (DGQ) und das Kunststoff-Zentrum SKZ kooperieren im Bereich Weiterbildung, um mit der Kombination aus Kunststofffachwissen und Managementsystem-Know-how auch neue Impulse für Innovationen zu schaffen.

 

Deutsche Gesellschaft für Qualität hat 4,58 von 5 Sternen 127 Bewertungen auf ProvenExpert.com