Extrusion 8-2022

24 Schaumextrusion – Aus der Forschung Extrusion 8/2022 D erzeit existieren auf dem Markt keine prozessintegrierten Messmethoden, die eine Inline-Messung der für die Quali- tätssicherung relevanten Qualitätsgrößen ermöglichen und gleichzeitig die Anforderungen der Industrie an Prozessintegra- tion und Kosteneffizienz erfüllen [CM17]. Um auf Änderungen der Schaumstruktur während der Produktion reagieren zu kön- nen, ist eine schnelle Erkennung der Qualitätsgrößen erforder- lich. Nach dem derzeitigen Stand der Technik können die für die Qualität eines Schaumprodukts entscheidenden Schaumeigen- schaften nur offline und manuell bei arbeits- und zeitintensiven Messungen erfasst werden [HM12a, HM12b]. Aufgrund der feh- lenden kontinuierlichen Qualitätssicherung der Schaumstruktur können die Prozessparameter somit erst mit erheblicher zeitli- cher Verzögerung mit den erzielten Schaumqualitäten korreliert und optimiert werden, sodass in der Zwischenzeit Ausschuss produziert wird. Diese manuelle und subjektive Methodik der Qualitätskontrolle birgt zudem ein hohes Fehlerpotenzial. Zum einen ist die Sichtprüfung eine monotone Aufgabe, die dennoch ein hohes Maß an Sorgfalt und Aufmerksamkeit erfordert. Das Ergebnis der Inspektion wird mitunter erheblich durch Ermü- Objektiv und qualitativ – Automatisierte Schaumstrukturanalyse dank neuronaler Netze Schäume aus thermoplastischen Kunststoffen finden sich heutzutage in vielen Anwendungs- gebieten, denn sie zeichnen sich durch eine verrin- gerte Wärmeleitfähigkeit, gute Dämm- und Isolier- eigenschaften und eine hohe Materialeffizienz aus. Durch eine geringe Dichte kann der Materialein- satz signifikant reduziert werden. Zu den häufigs- ten Anwendungsgebieten zählen Verpackungen sowie Schall- und Wärmedämmstoffe, in denen geschäumte Kunststoffhalbzeuge aus Polystyrol (PS) oder Polyolefinen wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) Verwendung finden. Die mecha- nischen, thermischen und akustischen Eigenschaf- ten von Kunststoffschäumen werden nicht nur durch die Art des verwendeten Materials, sondern im Wesentlichen durch die erhaltene innere Struk- tur (insbesondere Größe, Verteilung, Orientierung der Zellen und Homogenität dieser Eigenschaften) und der daraus resultierenden Dichte des Schaums geprägt [CM17, Eli03]. Aufgrund der hohen Kom- plexität des Schaumextrusionsprozesses ist bei geschäumten Bauteilen eine Streuung der Bauteil- qualität nahezu unvermeidbar. Ursächlich dafür sind die hohe Anzahl an möglichen Einflüssen auf die Ausbildung der Schaumstruktur (zum Beispiel Bild 1: Prinzip der Dunkelfeldbeleuchtung dungsfehler und die Subjektivität der Prüfer beeinflusst [Ber12, Bor90, NJ95]. Zum anderen ist die Prüfung der Qualitätsmerk- male aufgrund der großen Anzahl von Zellen in der Schaum- struktur sehr zeitintensiv, sodass nur eine geringe Anzahl an Schaumproben pro Stunde analysiert werden können [Pet03]. Aufgrund der Totzeiten zwischen diesen nachträglichen Quali- tätserfassungen und der Produktion wird somit bei fehlerhaften Produktionslosen viel Ausschuss produziert. Im Rahmen eines AiF-Forschungsvorhabens wurde daher an der Entwicklung einer automatisierten Schaumstrukturerfassung, losgelöst von subjektiven Bewertungen einzelner Maschinenbe- diener hin zur objektiven und reproduzierbaren Bewertung des Schaums gearbeitet. Dafür wurde zunächst ein Messaufbau zur Erfassung der Schaumstruktur verschiedener Extrudate entwickelt. Hierfür wurden eine monochrome Flächenkamera des Typs Mako G-158 POE der Firma Allied Vision, Stadtroda, Deutschland, sowie ein bi-telezentrisches Messobjektiv des Typs DTCM118-48 der Firma Shenzen Vico Technology Co., Ltd, Shenzen, China, verwendet. Anhand unterschiedlichster Schaumproben (physikalisch und Dunkelfeldbeleuchtung Probe ∝ ∝ Einfallswinkel Lampe Abstand von Lampe zu Probe Kamera & Objektiv Viskosität des Kunststoffes, Löslichkeit des Treib- mittels). Daher ist die kontinuierliche Erfassung der Schaumstruktur während des Produktions- prozesses von großer Bedeutung, um frühzeitig schwankende Schaumstruktureigenschaften zu detektieren und gegensteuern zu können.