Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Evaluation, Adaption und Funktionsnachweis von Inline-Messverfahren für das Monitoring von Foliengießprozessen

Beim Gießen keramischer Folien wird ein Gießschlicker in einem Trockenkanal entbindert; das Ergebnis ist eine ebene, sehr dünne Keramikfolie. In diesem Prozess kommt es zu verschiedenen Problemen, etwa Lufteinschlüsse, Blasenbildungen, Fremdpartikel-einschlüsse, Dichteschwankungen des Schlickers sowie Schwankungen der Foliendicke. Aktuell steht kein geeignetes Messverfahren zur Verfügung, welche die Fehlerdetektion und Parameterbestimmung inline durchführbar macht. In der Folge sind Materialfehler erst nach dem Herstellungsprozess feststellbar und es entstehen den Betreibern von Foliengießanlagen hohe Kosten durch Ausschuss.

Ziel dieses Projektes ist es daher, Messverfahren zur Fehlererfassung zu evaluieren, auf eine Inline-Anwendung hin zu adaptieren und die Informationen der unterschiedlichen Verfahren zu einer Gesamtbeschreibung des Folienzustandes zusammenzuführen (data fusion). Als Messverfahren werden hier die optische Inspektion am explosionsgeschützten Anfang des Trockenkanals (Erfassung Nassschichtdicke, Luftblasen, Lunker) sowie das Wirbelstromverfahren am Ende der Trockenstrecke (Erfassung Trockenschichtdicke, Einschlüsse, dielektrische Konstante) zum Einsatz kommen. Die Verfahren werden hinsichtlich Hardware, Anbauort und –weise, Datengeneration und –auswertung evaluiert und optimiert. Die jeweiligen Optimalkonfiguration wird an einer Demonstrationsgießanlage integriert, die Messdaten auf einem PC zusammengeführt und visuell ausgegeben. Weiterhin soll direkt während der Herstellung ein wichtiger Funktionsparameter der keramischen Folien, namentlich die dielektrische Konstante für Kondensatoranwendungen, erfasst werden. Auf diese Weise werden Nutzen für KMU generiert, welche in der Kostensenkung durch Prozesskontrolle bei Gießanlagenbetreibern, Verbreiterung des Einsatzbereiches keramischer Folien bei Anwendern (z.B. in der Elektro- und Energietechnik) sowie Umsatzsteigerungen durch neue Inline-Monitoringanwendungen bei Messtechnikanbietern liegen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen von EFU-Pro konnte ein vollständiges Messsystem für die Inline-Inspektion keramischer Foliengießprozesse in die Anlage in Hermsdorf integriert und in Betrieb genommen werden. Mit den verschiedenen Komponenten gelingt es eine digitale Beschreibung der Folie vorzunehmen, um einen ersten Schritt in Richtung Digitalisierung von Foliengießprozessen zu gehen. Aktuell auftretende Probleme hinsichtlich der Genauigkeit im Bereich der Lasertriangulation sind lösbar und können in einem weiteren Forschungsprojekt behoben werden. Ebenso sind die Ergebnisse der automatischen Fehlererkennung vielversprechend, so dass in einem Folgeprojekt eine Inline-Auswertung der Daten implementiert werden kann. Das Projekt ist auch der Grundstein für eine gesamtheitliche Betrachtung der Prozesse wie es in KnowNow für LTCC-Materialien geplant ist, um ein besseres Verständnis der Prozesse zu erreichen.

Im Rahmen des Projektes konnten wertvolle Erfahrungen zur Integration von Messtechnik in Foliengießanlagen gesammelt werden, so dass wir als IKTS zum einen in der Lage sind, entsprechende Beratungsleistungen für Industriepartner anzubieten, die Interesse haben ein derartiges System zu integrieren, als dass wir auch in direkten Industrieaufträgen die Messtechnik einbauen, in Betrieb nehmen und für die tägliche Qualitätssicherung einrichten können. Dabei gibt es verschiedene Wege, unsere Beiträge zu leisten. Sei es in direkter Kooperation mit Foliengießherstellern, sei es in Zusammenarbeit mit Anlagenbauern, die ihre aufzubauenden Anlagen direkt schon mit Messtechnik anbieten können. Neben den Herstellern keramischer Folien, sind die Systeme auch für die Entwicklung und Herstellung von Elektrodenmaterialien im Bereich Batterie (E-Mobilität), LTCC, HTCC, Glas-Lot-Folien, Oxidkeramische Folien, dichte oder poröse Folie von großer Bedeutung. Aufgrund der Leitfähigkeit der Materialien entfaltet besonders das Wirbelstromverfahren im Bereich Batterie sein volles Potential.