Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
Benchmarking von Siegelprozessen als Basis für optimale, anforderungsgerechte Fügeprozesse flexibler Kunststoffe
Siegel- und Schweißprozesse zum Fügen flexibler Kunststoffe umfassend und ganzheitlich vergleichen zu können ist für Unternehmen gerade im Hinblick auf die vielen neuen, recyclingfähigen Materialien, die aktuell auf den Markt gelangen, von hoher wirtschaftlicher Bedeutung. Deren Verarbeitungs- und Qualitätseigenschaften sind häufig ungünstiger als die von etablierten Kunststoffen. Zudem fehlt es vor allem in kleinen und mittelständischen Unternehmen am erforderlichen umfangreichen Prozess- und Material-Know-how. Fehlentscheidungen können zu störanfälligen Prozessen, hohen Ausschussquoten und gravierenden Investitionsrisiken führen. Auch Imageverluste durch Inverkehrbringen von fehlerhaften Produkten können gerade für KMU existenzbedrohend sein.
Ein Benchmarking-Konzept würde es den Anwendern ermöglichen, die optimale Material-Technologie-Kombination für ihre spezifischen Anforderungen an das Siegeln und Schweißen von Kunststofffolien zu identifizieren. Ein Benefit nicht nur für neugeplante, sondern auch für Überprüfungen und Optimierung bereits etablierter Prozesse.
Bisher existierte jedoch - auch aufgrund einer fast unüberschaubaren Vielzahl an einsetzbaren flexiblen Kunststoffen und der unterschiedlichsten branchenspezifischen Anforderungen an die Technologien und Materialien – noch keine entsprechende Vergleichsmethodik. Ziel des Forschungsvorhabens InfraPro war es daher, ein universelles, ganzheitliches und verlässliches Bewertungskonzept zur Verfahrens- bzw. Materialbewertung für Fügeprozesse flexibler Kunststoffe zu etablieren.
Signifikante Reduktion des Versuchsaufwands durch ein neu entwickeltes Auswertungstool
Dafür wurde zunächst eine Datenbasis zu branchentypischen Qualitäts- und Prozessanforderungen für etablierte Schweiß- und Siegelanordnungen geschaffen. Im nächsten Schritt wurden daraus adäquate Kriterien für eine umfassende, universelle Bewertung von Fügeprozessen qualifiziert.
Für eine schnelle und einfache Auswertung der prozessrelevanten Kriterien (z. Bsp. Prozessfenster, Robustheit etc.) wurde abschließend ein breit nutzbares neues Werkzeug entwickelt. Es basiert auf einer neuartigen Visualisierungsmethode und basiert auf analytischen Verfahren der statistischen Versuchsauswertung. Durch seinen Einsatz lässt sich der Versuchsaufwand zum Erfassen der jeweiligen Prozessdaten nachweislich und ohne nennenswerten Verlust der Vorhersagegenauigkeit um bis zu 80 % reduzieren.
Etablierung eines innovativen Test- und Bildungszentrums für Siegel- und Schweißprozesse
Die Entwicklung des Bewertungskonzeptes stellte die Basis für die Etablierung eines innovativen Test- und Bildungscenters für Siegel- und Schweißprozesse am Fraunhofer IVV in Dresden.
Hier können komplexe Analysen durchgeführt werden, die weit über konventionelle Normtests und Qualitätsprüfungen hinausgehen und eine ganzheitliche Bewertung und Beurteilung von Siegel- bzw. Schweißprozessen ermöglichen.
Die daraus resultierenden Ergebnisse bilden eine belastbare und zuverlässige Entscheidungsgrundlage für Neuinvestitionen in Anlagen bzw. Materialien und können dadurch das Investitionsrisiko erheblich reduzieren. Für bereits etablierte Fügeprozesse lassen sich wertvolle Optimierungsansätze hinsichtlich Qualität, Prozesssicherheit und Effizienz ableiten.
Im Sinne eines Bildungscenters können hier auch Qualifizierungs- und Schulungsangebote zu Material- und Technologie-Know-how realisiert werden.
Ganzheitliches, prozessübergreifendes Bewertungstool für industrielle Verarbeitungsprozesse
Das Benchmarking für Siegel- und Schweißprozesse bildet darüber hinaus eine Grundlage für ein weiteres zukunftsweisendes Forschungsziel: Der Entwicklung eines ganzheitlichen Evaluierungstools, dass die zusammenhängenden Prozessschritte des gesamten Herstellungsprozesses von Verpackungen einbezieht. Dafür sollen zukünftig die verschiedenen Bewertungskonzepten miteinander kombiniert werden können. Im Forschungsvorhaben »Test- und Bildungszentrum Verarbeitungsverhalten« wird aktuell ein Bewertungskonzept für das Bahnlauf- und Thermoformverhalten von flexiblen Packstoffen entwickelt. Damit steht den Unternehmen ein weiteres Bewertungskonzept zur Verfügung, das sie auch in Kombination mit der Bewertung des Siegel- und Schweißverhaltens zuverlässig dabei unterstützt, ihre Vorhaben der Materialsubstitution, Prozessumstellungen und Prozessoptimierungen effizient und erfolgreich umzusetzen.
Projektlaufzeit: 10/2017 - 12/2019