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Digitalisierungsmöglichkeiten bei der Klebstoffverarbeitung

Möglichkeiten des Monitorings von Aushärtefortschritten

Klebstoffe und Dichtmassen sind aus modernen Kunststoffprodukten kaum wegzudenken. Sie finden in der Automobilindustrie, dem Bauwesen, der Elektroindustrie aber auch in zahlreichen Alltagsprodukten ihren Platz. Entsprechend dieser vielseitigen Anwendungsgebiete besteht eine große Diversität. Bei all dieser Vielfalt und Allgegenwärtigkeit beschränken sich Methoden der Aushärteüberwachung aber ausschließlich auf den Klebstoff an sich im Labor und nicht auf bereits applizierte Klebstoffe an realen Bauteilen. Dies führt dazu, dass bei deren Applikation oftmals unnötig lange Wartezeiten als Sicherheitsfaktoren eingehalten werden. Um diese verringern zu können, eignen sich Methoden, um den Aushärtefortschritt zerstörungsfrei und inline bei der Produktion ermitteln zu können. Hierfür verfolgte Ansätze basieren auf luftgekoppeltem Ultraschall und der Terahertz-Technik.

Luftgekoppelter Ultraschall und Terahertzsysteme zur Ermittlung des Aushärtefortschritts

Luftgekoppelter Ultraschall (LUS) baut auf konventionellem, berührendem Ultraschall auf, dessen Eignung zur Charakterisierung von Aushärteprozessen bereits länger bekannt ist, bei dem aber ein Koppelmedium in Kontakt mit Prüfsensor und Prüfobjekt gebracht werden muss. Auf Aushärtungsverläufe lassen bei LUS vor allem die Signallaufzeit und dessen Dämpfung schließen (vgl. Abbildung unten).

Terahertzsysteme (THz) verwenden elektromagnetische Wellen, die im Frequenzbereich an Radiowellen und den sichtbaren Bereich angrenzen. Bei THz lassen sich Aushärtezustände durch messbare dielektrische Unterschiede im Brechungsindex oder im Absorptionskoeffizienten detektieren.

Verlässliche Ergebnisse aber Unterschiede im industriellen Einsatz

Sowohl LUS als auch THz-Techniken bieten einige Alleinstellungsmerkmale wie die Inlinefähigkeit, die berührungslose und zerstörungsfreie Prüfung sowie der nur einseitig erforderliche Zugang an das Prüfobjekt. Bei der Analyse der Potenziale beider Prüftechniken zur Überwachung chemisch aushärtender Dichtmassen in Normprüfkörpern unterschiedlicher Geometrien sowie an diversen Klebstoffen zeigt sich, dass mittels beider Systeme verlässliche Ergebnisse erzielbar sind.

Für den praktischen, industriellen Einsatz ergeben sich aber einige Unterschiede:

LUS-Systeme bieten – insbesondere aufgrund des Fehlens optischer Komponenten – eine größere Robustheit. Sie sind allerdings empfindlicher gegenüber Temperaturschwankungen, welche während des Aushärtungsverlaufs genau aufgezeichnet werden müssen. Weiterhin bestehen für Ultraschall vielfältige, langjährig erprobte Signalverarbeitungsmethoden, die die Anpassung an spezielle Fragestellungen erleichtern. Letztlich sind LUS-Systeme auch vergleichsweise kostengünstig.

Mittels der THz-Technik lassen sich hingegen gleichzeitig zur Aushärtungsüberwachung auch Dickenänderungen und somit Schrumpfvorgänge erfassen. THz-Strahlung ist zudem flexibler einsetzbar, da diese weniger stark gedämpft und gebrochen wird als Ultraschall, was insbesondere bei komplexeren Geometrien und größeren Schichtdicken der Kleb- und Dichtmassen Vorteile bietet.

Durch Vernetzung der ermittelbaren Aushärtungsdaten mit Produktionsabläufen können, ganz im Sinne der Industrie 4.0, Produktionsabläufe beschleunigt und optimiert, Aussagen über Problempunkte getroffen und bei Fehleranalysen eine gute Rückverfolgbarkeit erzielt werden.

 

Mittels Ultraschall ermittelter Aushärteverlauf einer an einem Bauteil applizierten Polyurethan-Dichtmasse. Die Ultraschalllaufzeit dient dabei als Maß für den Aushärtefortschritt und korreliert mit typischen Herstellerangaben zur Endfestigkeit.

Mittels Ultraschall ermittelter Aushärteverlauf einer an einem Bauteil applizierten Polyurethan-Dichtmasse. Die Ultraschalllaufzeit dient dabei als Maß für den Aushärtefortschritt und korreliert mit typischen Herstellerangaben zur Endfestigkeit.

 

Das Kunststoff-Zentrum SKZ, ein Institut der Zuse-Gemeinschaft, arbeitet aktuell an Methoden, um Prozesszeiten bei der Verarbeitung von Kleb- und Dichtmassen verringern zu können. Hierfür verfolgte Ansätze zur Aushärteüberwachung basieren auf luftgekoppeltem Ultraschall und der Terahertz-Technik, die konsequent in kommerziell verfügbare Systemtechnik überführt werden.

Bei der Auswahl von Messsystemen und bei deren Integration steht das SKZ interessierten Unternehmen gerne als unterstützender Partner zur Seite.

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.

 

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