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Kunststoffe und Qualitätssicherung Fehler im Kunststoff schon im Granulatkorn online erkennen

| Redakteur: Peter Königsreuther

Sikora hat für die Qualitätssicherung von Spritzgussteilen und Extrudaten hilfreiche Systeme für die Inspektion und Sortierung von Kunststoffgranulat zu bieten, die vom Black Speck bis zum Fremdmaterial alles finden.

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Abgeblitzt: Querschnitt an einem Hochspannungskabel mit elektrischem Durchschlag, der durch Verunreinigungen im Kunststoffgranulat herrührt. Sikora hat Systeme, die Fremdpartikel und Black Specks im Granulat jetzt mit einer Auflösung von 50 µm automatisch aufspüren können und fehlerhaftes Material aussortieren - inklusive statistischer Auswertung.
Abgeblitzt: Querschnitt an einem Hochspannungskabel mit elektrischem Durchschlag, der durch Verunreinigungen im Kunststoffgranulat herrührt. Sikora hat Systeme, die Fremdpartikel und Black Specks im Granulat jetzt mit einer Auflösung von 50 µm automatisch aufspüren können und fehlerhaftes Material aussortieren - inklusive statistischer Auswertung.
(Bild: Sikora)

Black Specks und Verfärbungen sind Probleme, die bei der Herstellung von Spritzgussteilen, aber auch beim Extrudieren von Profilen, Kabeln und Rohren, den Ausschuss erhöhen. Auch Verunreinigungen durch Metallpartikel im Kunststoffgranulat, die im Endprodukt und den Verarbeitungsmaschinen Spuren hinterlassen und Kosten verursachen, können, sorgen für Qualitätsprobleme. Die Ursache dieser Art von Fehlern im Kunststoff-Granulat rühren, was Black Specks anbetrifft, von thermischer Überbeanspruchung her, während metallische Verunreinigungen dann vorhanden sind, wenn die Schneidwerkzeuge der Pelletieranlagen sich abreiben, erklärt Sikora.

In der Praxis machten die Kunststoffverarbeiter bei Qualitätsmängeln in ihren Produkten meist Maschinen und Prozessen dafür verantwortlich, während der Rohstoff kaum beachtet werde. Die Gefahren, die sich aus Verschmutzungen und Fremdpartikeln ergeben, sind bei Hochspannungskabeln Spannungsdurchschläge, beim Spritzgießen drohen Beschädigungen der komplexen und relativ teuren Werkszeuge und Formen und optisch hochwertig sein sollende Bauteile können zu Ausschuss werden. Deshalb empfielt sich eine kontinuierliche Qualitätskontrolle im Produktionsprozess, die eine 100-%-Prüfung der zu verarbeitenden Granulatmenge zulässt, sagt Sikora. Die Spezialisten haben deshalb ein spezielles Online-Inspektions- und -Sortiersystem entwickelt, das Röntgentechnik mit optischen Analyemethoden kombiniert und so automatisch Farbabweichungen und Metalleinschlüsse ab einer Größe von 50 μm detektiert und separieren kann, wie es weiter heißt. Durch den Einsatz des Systems würden Reparatur- und Folgekosten vermieden sowie Maschinen- und Personalkosten, Stillstandszeiten und Abfall verringert.

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Je nach Anforderungen drohen Image- und Kostenprobleme

Bereits geringste Prozessschwankungen in den Compoundieranlagen könnten Veränderungen der technischen und optischen Eigenschaften des Granulats und folglich des späteren Produkts hervorrufen. Thermische und mechanische Überbelastungen des Polymers, Verunreinigungen durch die Produktionsumgebung oder Unachtsamkeiten der Mitarbeiter können unbemerkt zu Kontaminationen des Kunststoffgranulats führen, zählt Sikora auf.

Bei der in der Industrie gängigen Musterentnahme von Granulat würden diese Probleme aber häufig unentdeckt bleiben, weil die Probenmenge im Verhältnis zur Liefermenge und zur tatsächlich enthaltenen Kontaminationsmenge relativ klein sei. Außerdem kann die Kontamination als Nest auch nur in einem Gebinde, in mehreren Gebinden oder auch homogen in vielen Gebinden verteilt auftreten, merkt Sikora an. Die üblicherweise entnommenen Muster würden deshalb hauptsächlich nur für einfache Offline-Wareneingangskontrollen taugen.

Kunststoffe mit optischen Defekten oder Verunreinigungen hat man früher oft günstiger an Compoundeure oder Verarbeiter verkauft, sagt das Unternehmen. Die Ware wurde entweder umgearbeitet beziehungsweise in andere Compounds mit geringer Zudosierung eingearbeitet, oder direkt zu Produkten verarbeitet, die keinen oder nur geringen optischen Anforderungen genügen müssen. Chargen mit metallischen Kontaminationen hat man mithilfe von induktiv arbeitenden Metallseparatoren gesäubert damit sie einsatzfähig wurden. Während in Europa erste optische Sortiersysteme primär für ein Notfallszenario konzipiert und eingesetzt worden seien, habe sich seit den 2000er-Jahren ein Dienstleistungssektor im Bereich der Sortierung entwickelt. Das betreffende Kunststoffgranulat wird dabei in der Zielverpackung zum Dienstleister transportiert, von diesem optisch sortiert und danach im Originalgebinde neu verpackt und einige Tage später vom Hersteller wieder abgeholt, wie Sikora erklärt.

Für Hersteller von hochwertigen und sehr reinen Rohstoffen, wie zum Beispiel Polyethylen für Kabelisolierungen sei eine solche Prozedur aber undenkbar. Denn die Qualitätsanforderungen im E+E-Bereich (Elektrik + Elektronik), in der Medizin oder in der Luft- und Raumfahrt sind laut Sikora so hoch, dass jegliches Risiko einer Fremdkontamination auszuschließen ist. Sonst drohen nicht nur Image- sondern auch Folgeschäden in Millionenhöhe. Und auch für die Herstellung von Massenkunststoffen mit sehr hohen Qualitätsanforderungen und für Compoundeure von technischen Rohstoffen ist eine 100 %ige Online-Inspektion mit automatischer Sortierung erforderlich, heißt es.

Winzigste Fehler rasch erkennen und statistisch auswerten

Das von der Sikora AG entwickelte Online-Inspektions- und -Sortiersystem setzt deshalb nicht nur optische Techniken ein, sondern kombiniert diese bei Bedarf eben mit einer Röntgenkamera. Dadurch könnten auch winzigste, im Rohstoff eingeschlossene Metallpartikel gefunden werden. Black Specks und Farbabweichungen werden durch die optischen Kameras erkannt, so Sikora. Granulat mit solchen Mängeln wird außerdem unmittelbar nach der Erkennung durch Druckluftimpuls separiert.

Die integrierte Software liefert dem Betreiber eine statistische Auswertung mit Informationen zu der Größe, Fläche und Anzahl der detektierten Kontaminationen während der laufenden Produktion, betont der Hersteller. Auch würden die Verunreinigungen in einer Bildergalerie abgespeichert. Das hat seinen Grund, denn die Bildinformationen lassen einen Rückschluss auf die Kontaminationsursache zu und unterstützen so bei der Optimierung der Produktionsprozesse, heißt es. Die gewonnenen Daten sollen dauerhaft abrufbar sein und könnten jederzeit separat ausgewertet werden.

Die von Herstellern und Compoundeuren gewünschte detektierbare Größe von Granulatdefekten liege seit den 1990er-Jahren bei circa 100 μm. Aufgrund der technischen Weiterentwicklung sind seit einigen Jahren Auflösungen von 35 μm oder sogar darunter möglich, betont Sikora. Eine hohe Auflösung sei jedoch noch keine Garantie dafür, dass Black Specks, Verfärbungen und Metalleinschlüssen gefunden würden. Ein sicherer nachgeschalteter Sortierprozess setzt zunächst eine hohe Detektionswahrscheinlichkeit voraus, erklären die Bremer Spezialisten. Diese bietet das Unternehmen als Alleinstellungsmerkmal durch den Einsatz von bis zu vier optischen Kameras und einer Röntgeneinheit. Je nach Art der erwarteten Kontamination und Anwendung werde das System vor der Auslieferung entsprechend den Erfordernissen des Betreibers konfiguriert. Wie schon eingangs erwähnt, detektiert und sortiert es Kontaminationen ab einer Größe von 50 µm.

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