Neue Temperatursensoren für das Wärmekontaktfügen – HePhaiStOs

© Fraunhofer IWM

Projektlaufzeit: 1.5.2016 bis 30.4.2018

Projektträger / Zuwendungsgeber:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung AiF (über Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e. V. - IVLV) / Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi

90 Prozent aller Verpackungen werden mittels Wärmekontaktfügeverfahren hergestellt. Durch permanente Weiterentwicklungen von Material und Prozess, z. B. dünnere Verpackungsmaterialien, höhere Maschinengeschwindigkeiten, häufige Produktwechsel mit Justage und Anfahrprozessen, wachsen die Anforderungen und auch die Fehlerhäufigkeit, gerade bei thermischen Fügeprozessen, stetig. Für eine Inlineprozesskontrolle, welche Kosten und Zeit sparen und Produkt- und Prozesssicherheit deutlich verbessern könnte, bietet das Wärmekontaktfügen bislang jedoch kaum Möglichkeiten.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, eine Temperaturmesstechnologie zur Inlinekontrolle und künftigen Prozessreglung auf der Siegelwerkzeugoberfläche zu applizieren. Begleitet wird die Auslegung des Messsystems durch numerische Simulation.

Am Fraunhofer IVV Dresden werden mit einer wirkstellen- und zeitnahen Temperaturmessung Störeinflüsse, wie Falten oder Verunreinigungen, erfasst und ausgewertet. Die erforderlichen, auf dem Seebeck-Effekt basierenden Dünnschichtsensoren sowie Isolations- und Schutzschichten werden dabei vom Fraunhofer IWM Freiburg entwickelt. Mangelhafte Produkte können damit schon im Prozess identifiziert und unmittelbar ausgeschleust werden. Ebenso ist die Lokalisierung von Lagensprüngen möglich. Eine zuverlässige Temperaturmessung schafft ferner die Grundlage, bei variierenden Maschinengeschwindigkeiten oder im Bereich der Lagensprünge zeitnah auf einen abweichenden Wärmebedarf im Nahtbereich reagieren zu können. Um dafür geeignete, sich derzeit am Markt etablierende keramische Heizer einsetzen zu können, strebt das Vorhaben eine ortsaufgelöste Messung der Fügezonentemperatur mit einer Genauigkeit von +/- 1 K und Ansprechzeiten < 1/10 s an.

Den Projektabschluss bildet ein Demonstrator in Form eines Siegelschienenpaares mit je acht Messstellen. Anhand typischer Prozessszenarien erfolgt die Validierung der Funktionalität und der Detektionsgrenzen.

Die entwickelten Antiadhäsiv- und Schutzschicht(en) können ebenso bei klassischen Siegelschienen und weiteren Werkzeuge, z.B. Vorheizplatten beim Thermoformen, eingesetzt werden. Die Dünnschichttechnologie ist zudem für Temperaturmess- und ‑regelaufgaben beim Spritzgießen und Heißprägen sowie für die Erfassung anderer physikalischer Größen nutzbar. So besteht ein Ansatz in der integrierten kapazitiven Siegelwegmessung.