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Temperaturüberwachung in der Kunststoffindustrie
In vielen Verarbeitungsverfahren von Kunststoff ist die Prozess- und Produkttemperatur die wichtigste physikalische Messgröße. Die berührungslose Temperaturmessung mit Infrarot-Sensorsystemen ist dabei eine sehr leistungsfähige Methode zur Beobachtung und Steuerung von Prozessen. Sie unterstützt Unternehmen, ein hohes Qualitätsniveau in der Fertigungslinie zu erreichen.
In der Kunststoffindustrie unterliegt das Herstellen und Prüfen von Produkten zahlreichen thermischen Prozessen. Sind die kritischen Stellen im Prozess bekannt, werden IR-Thermometer bzw. Pyrometer (Punktmessung) zur Temperaturmessung und -regelung eingesetzt. Zum Aufdecken von Schwachstellen haben sich Wärmebildkameras etabliert, beispielsweise die kompakte und schnelle PI-Wärmebildkamera von Optris. Mit Wärmebildkameras können thermische Abläufe visualisiert und so Prozesse optimiert oder überwacht werden. Kunststoffverarbeiter produzieren ein großes Spektrum von Kunststoffprodukten verschiedener Abmessungen, Dicken, Texturen, Farben und Prägemustern in Rollen- oder Tafelform. Je nach Rahmenbedingungen lassen sich IR-Thermometer und Wärmebildkameras in verschiedener Weise nutzen, um die Prozesse gezielt zu verbessern und abzusichern.
Prozesssteuerung beim Thermoformen
Ein wichtiges Einsatzfeld von Infrarot-Temperatursensoren ist der Einbau von Pyrometern in Thermoformmaschinen, z.B. zur Herstellung von Kunststoffbechern. Beim Thermoformen wird das Ausgangsmaterial mit IR-Strahlern auf ca. 190°C erwärmt und thermisch homogenisiert. Eine hohe Homogenität über die Fläche und eine korrekte Einstellung der Umformtemperatur führen zu qualitativ hochwertigen Umformergebnissen. Ein definiertes Abkühlen in einer Kühlzone beendet den Prozess. Um eine gleichförmige Produktqualität des Materials zu erreichen und lokale Verbrennungen und Rissbildungen zu vermeiden, wird zunächst mit der optris PI-Wärmebildkamera das Temperaturregime beim Einfahren von Anlagen ermittelt und dann mit Pyrometern an ausgewählten Messpunkten geregelt.
Für die Kontrolle des Temperaturprofils werden bei einem Kunden von Optris die Infrarot-Thermometer optris CT LT in einer Linie am Ausgang der Heizzone installiert und so mögliche Temperaturgradienten visualisiert. So ist es fürden Anlagenbediener möglich, fortlaufend ein komplettes Temperaturprofi l für alle verwendeten Produktchargen zu überwachen.
Oberflächenveredelung am Prägekalander
In dieser Anwendung wird Kunststoffmasse mit Breitschlitz-Extrudern zu einem Band extrudiert und anschließend mit gekühlten und beheizten Kalanderwalzen in mehreren Schritten auf die gewünschte Breite und Dicke kalandriert. Eine Oberfl ächenstruktur (Textur) wird mittels Prägekalander eingebracht. Dabei wird das Ausgangsmaterial mit einer Grundwärme im IR-Strahlerofen auf ca. 190°C erwärmt und thermisch homogenisiert. Über Rollen gelangt es zum beheizten Prägekalander, wo es eine produktspezifische Struktur erhält. Ein definiertes Abkühlen in einer Kühlzone beendet den Veredelungsprozess.
Um eine konstante Dicke, homogene Graduation und Tiefe der Struktur zu erhalten, ist ein konstantes und gleichmäßiges Temperaturprofi l mit Abweichungen unter 5K über die Bandbreite während des Prägeprozesses notwendig. Zur Kontrolle des Temperaturprofils beim Prägen nutzen einige Verarbeiter bis zu 16 quer zur Vorzugsrichtung angeordnete, punktförmig messende Pyrometer optris CT LT. Die Temperaturmesswerte werden auf der Siemens-Steuerung (S7) visualisiert. So ist es möglich,die Temperaturdaten zur Überwachung des Prozesses zu nutzen und als wichtige Prozessparameter chargenspezifisch in der SPS zu hinterlegen.
Spritzgießen – Verzug vermeiden
Bei der Herstellung von Spritzgussteilen kommt es auf die Maßhaltigkeit an. Beim Spritzgießen wird die flüssige Kunststoffschmelze mit Druck in das temperierte Werkzeug eingespritzt. Die Außenhaut des entstandenen Bauteils ist beim Entformen bereits erstarrt und gibt dem Bauteil Halt. Der Kern ist meist noch flüssig, die gespeicherte Wärme wird mit der Zeit von innen nach außen gegeben. Ist beim Entformen noch zuviel Wärme im Bauteil gespeichert, kommt es zum Bauteilverzug. Die Passmaße stimmen nicht mehr.
Die optris PI Wärmebildkamera unterstützt die Hersteller dabei, die Werkzeugtemperatur über die Heiz- und Kühlsysteme zu optimieren. Eine 120 Hz-Onlineüberwachung kann nach dem Entformen die maximale Bauteiltemperatur detektieren. So kann auf Temperaturschwankungen reagiert werden. Liegt die Temperatur im oberen Bereichder Spezifikation, muss die Schließzeit erhöht werden, liegt sie darunter, kann die Schließzeit verkürzt werden.
Bisher wurde meist nur in Stichproben die Temperatur der Bauteile gemessen und sicherheitshalber eine längere Schließzeit eingestellt. Eine enorme Verschwendung von Kapazitäten. Abhilfe hat bei Herstellern von Spritzgussteilen die optris PI-Wärmebildkamera geschaffen. Sie überwacht ohne Störung der Produktion und ohne die Teile zu berühren die Temperatur. Die Produktivität steigt, da in derselben Zeit mehr Teile gefertigt werden.
