Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung der Qualität von textilen US-Schweißnähten im Konfektionsprozess

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Inline-Verfahrens zur kontinuierlichen Ultraschallprüfung, das die Inspektion und Bewertung geschweißter Fügeverbindungen aus textilbasierten Materialien in Echtzeit ermöglicht. Im Fokus steht dabei das Ultraschallschweißen, das universell zur kontinuierlichen Verarbeitung technischer Textilien einsetzbar ist.

Schwerpunkte der Forschungsarbeiten sind die Entwicklung einer luftgekoppelten Ultraschallmessmethodik für Textilschweißnähte, ein allgemeines Konzept zur Integration dieser Technik in eine Schweißmaschine und deren Umsetzung in der konfektionstechnischen Praxis. Ein Lösungsansatz für die Inspektion der Nähte ist die Verwendung von luftgekoppeltem Ultraschall im Transmissionsverfahren, da damit eine relativ kostengünstige inline-Lösung realisierbar ist. Der Ultraschallschweißprozess mit Inline-Inspektion der Schweißnahtqualität in Textilien wird bisherige Markteintrittsbarrieren für KMU in sicherheitsrelevante Anwendungsbereichen reduzieren und den Zugang von Hightech-Textilien für neue Anwendungsfelder mit hoher wirtschaftlicher Relevanz ermöglichen. Die Verfahrenskonzepte zur prozessintegrierten zerstörungsfreien Qualitätskontrolle tragen zu einer höheren Sicherheit auf dem die Firmenexistenz beeinflussenden Gebiet der Produkthaftung bei.

Zudem bietet die Technologie des Ultraschallschweißens Potenzial für die Fertigung von Konfektionsprodukten in geringen Stückzahlen, die zunehmend nicht nur im Bereich der Medizintechnik nachgefragt werden. Kurz- und mittelfristig wird im Zusammenhang mit „Mass Customization“ allgemein großes Wachstumspotenzial für die einheimischen KMU gesehen. Potenzielle Nutzer sind ca. 200 Hersteller von technischen Textilien mit Sicherheitsrelevanz, die vorwiegend als kleine und mittelständische Unternehmen am Markt agieren. Ebenso profitieren Hersteller von Schweißmaschinen, Produzenten von Sensortechnik sowie zerstörungsfreier Prüftechnik von den Forschungsergebnissen.

Ergebniszusammenfassung:

Anwendungsnahe Grundlagen zur zerstörungsfreien Inspektion von Textilschweißnähten mit luftgekoppelten Ultraschall (US) im Transmissionsverfahren während des kontinuierlichen US-Schweißprozesses wurden geschaffen. An repräsentativen Textilmaterialien (Sicherheits-, Bautextilien) wurden umfangreiche Schweißexperimente durchgeführt. Nach grundlegender Betrachtung und Analyse der Nahtfehler im Zusammenhang mit Prozesseinstellungen und Nahteigenschaften erfolgt eine Systematisierung der Fehler und Unregelmäßigkeiten in Anlehnung zu bestehenden Normen (Kunststoff-, Metallschweißen). Häufigste Schweißnahtfehler sind luftgefüllte, in der Fügegrenzfläche eingeschlossene Hohlräume, die in erster Linie die Dichtheitswirkung reduzieren sowie lokale Nahtunterbrechungen. Die Ursachen sind sowohl material- als auch schweißprozessbedingt sowie auch auf vorangegangene textile Prozessstufen rückführbar. Anhand von Nahtproben mit künstlichen und realen Schweißnahtfehlern werden systematische Versuche mit luftgekoppelten US unter Variation der Messparameter, z. B. Fokuslänge, Prüffrequenz der Prüfköpfe, durchgeführt. Zur besseren Detektion der Unregelmäßigkeiten im US-Scan werden Modellierungen zur Ausbreitung des US in der Schweißnaht durchgeführt und Auswertungsalgorithmen zur Interpretation der US-Scans entwickelt. Derzeit sind Fehler bis zu einer lateralen Größe von 3 mm signifikant detektierbar. Zur Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit sind weitere Hardwareanpassungen nötig. Die Ergebnisse werden final in einem Konzept zur Inline-Integration in den kontinuierlichen US-Schweißprozess zusammengeführt und anhand von Demonstratorversuchen erprobt. Die Projektergebnisse sind für die nachhaltige Verbesserung der Zuverlässigkeit und Sicherheit sicherheitsrelevanter Konfektionsprodukte nutzbar. Das Wissen zur Fehlermorphologie in Kausalität zu Nahteigenschaften, Prozess und akustischen Eigenschaften bildet eine Basis für nötige Normungen für Textilschweißnähte.