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Nutzung von Prozesswissen beim Thermoformen von Verpackungen

Diese Arbeit untersucht das Herstellen von Verpackungen im Thermoformverfahren auf Rollenautomaten. Im Rahmen der Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch die Überwachung von Prozessgrößen nützliche Informationen beim Thermoformen gewonnen werden können. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Verarbeitung von Polypropylen, welches aufgrund seiner Eigenschaften und seines Preises einen Anteil von ca. 20 % an allen Verpackungen besitzt. Zur Überprüfung der Übertragbarkeit der Ansätze auf andere Thermoformwerkstoffe wurde amorphes Polyethylenterephthalat in die Untersuchung mit aufgenommen. Die Arbeit ist in zwei Kernthemen untergliedert. Im Ersten werden die Einflüsse der Einstellparameter und der Anlage auf die Produktmerkmale untersucht. Dazu wurden eine Einflussparameteranalyse durchgeführt, die Anlagensteuerung überarbeitet und Peripheriegeräte optimiert. Im Zweiten wird gezeigt, wie mit Hilfe von Prozessgrößen Betriebszustände der Anlage überwacht und Qualitätsmerkmale der Formteile prognostiziert werden können.

Durch die Einflussparameteranalyse konnte bewiesen werden, dass die wesentlichen Störungen, die die Formteilmerkmale in einer laufenden Produktion beeinflussen, entweder durch die Temperaturführung des Halbzeugs oder die Halbzeugeigenschaften verursacht werden. Aus diesem Grund werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Temperaturführung optimiert, überwacht und geregelt werden kann.

Um Störungen in der Temperaturführung zu identifizieren und darauf zu reagieren wurde in Erweiterung zum Stand der Technik neben der Temperatursensorik ein Verfahren zur Identifizierung des Materialverhaltens erarbeitet. Dieses Verfahren basiert auf der Messung der Umformkraft des Vorstreckers, die in einigen Veröffentlichungen zur Identifizierung der Thermoformbarkeit oder zur Beschreibung des Arbeitspunkts der Thermoformanlage herangezogen wurde. Dadurch können Veränderungen im Materialverhalten festgestellt werden, die durch Veränderungen des Heizprozesses, der Umgebungsbedingungen oder des Halbzeugs selbst verursacht werden. Insbesondere bei teilkristallinen Polymeren, wie Polypropylen und Polyethylenterephthalat bietet sich die Messung der Verstreckkraft, des Moments des Vorstreckermotors oder der Schließkraft des Werkzeugs eine Alternative zur Temperaturmessung durch optische Sensoren. Vorteile dieser Messung ist die Unempfindlichkeit gegenüber optischen Eigenschaften des Halbzeugs und Strahlungsquellen in der Umgebung.

Abschließend konnten die im Labor aufgestellten Hypothesen überprüft und Regelungsstrategien getestet werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass es durch die Überwachung des mechanischen Versteckvorgangs möglich ist, Änderungen in den Materialeigenschaften zu identifizieren. Im Labor wurde dies bei verwandten Einschichtpolypropylenfolien nachgewiesen, bei einem Verarbeiter konnte es für einen unbekannten coextrudierten Mehrschichtverbund aus Recyclingmaterialien bestätigt werden.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Andreas Moser

Andreas Moser
Lehrstuhl für Konstruktion und Kunststoffmaschinen
Universität Duisburg-Essen

Informationen

Freie Schlagwörter: Thermoformen, Kunststoff, Kunststoffverarbeitung, Verpackung, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Verstreckkraft, Qualitätsregelung, Temperaturregelung, Formteileigenschaften
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Universität Duisburg-Essen
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Elmar Moritzer
Erscheinungsjahr: 2013
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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