Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines bildgebenden und massentauglichen Verfahrens für eine sekundenschnelle zuordenbare Dichtheitsprüfung in den Bereichen der Medizin- und Lebensmitteltechnik (Shearoseal)

Die Dichtheit stellt eines der zentralen Qualitätskriterien der Kunststoffindustrie dar. Dies betrifft neben Bauteilen wie Behältern jeglichen Sicherheitsgrades die gesamte Industrie von Primärverpackungen, die in Deutschland 2019 einen Umsatz von 27 Mrd. € erzielte und stark KMU-geprägt ist. Beispiele stellen neben der Lebensmittel- v. a. die sicherheitsrelevante Pharmazie- mit 49 Mrd. € und Medizintechnik mit 31 Mrd. € Umsatz in Deutschland, die insbesondere in Krisenzeiten, wie sie derzeit international im Kontext der Covid19-Ausbreitung systemrelevant sind, dar.

Bisherige Verfahren zur Dichtheitsprüfung weisen entscheidende Limitationen auf. Entweder liegt eine zeitaufwändige, sequentielle oder simultane Prüfung ohne eine eindeutige Ergebniszuordenbarkeit auf ein bestimmtes Produkt innerhalb der Prüfmenge vor. Abhilfe schafft hier ein am SKZ entwickelter Prüfansatz, der zu einem Demonstrator weiterentwickelt und anhand einer Vielzahl von verpackten Pharmazie-, Medizin- und Lebensmitteltechnikprodukten erprobt werden soll. Zu diesen Produkten zählen neben den derzeit besonders benötigten Hygieneartikeln in Form von Schutz- und Atemmasken, steril verpackten Verbänden und Spritzen auch Blisterverpackungen und Kleinstbehälter zur Lagerung fester und flüssiger Medien bzw. Lebensmittel. Die Basis des Vorhabens stellt dabei die direkt bildgebende Shearografie dar. Auf diese Weise wird erstmals eine ressourceneffiziente Massenprüfung mit gleichzeitig direkter Ergebniszuordenbarkeit auf ein bestimmtes Produkt ermöglicht, was dem gerade jetzt Covid19-bedingten enormen Prüfbedarf und auch dem stetig steigenden Bedarf der Lebensmittelindustrie gerecht wird.

Da sowohl nahezu alle am Markt etablierten Shearografie-Anbieter und auch die Kunststoffindustrie im Allgemeinen sowie die Verpackungsbranche im Speziellen KMU-geprägt sind, kommt diesen das Vorhaben auf besondere Weise zu Gute.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde gezeigt, dass ein kommerzielles Shearografiesystem zusammen mit einer Unterdruckkammer geeignet ist, um verschiedene Probekörper auf ihre Dichtheit zu prüfen. Dabei befinden sich die benötigten Unterdrücke im niedrigen zweistelligen Millibar-Bereich. Vorteilhaft bei diesem bildgebenden Verfahren ist, dass mehrere Proben gleichzeitig geprüft werden können und trotzdem eine Aussage über jede einzelne getroffen werden kann. Untersucht wurden Verpackungen aus den Bereichen Lebensmittel, Arznei und Medizintechnik. Um die Messergebnisse zu quantifizieren, wurden mehrere Auswertungsalgorithmen getestet. Es konnte gezeigt werden, dass eine zuverlässige und schnelle automatische Unterscheidung von dichten und undichten Proben möglich ist und mit einer Referenzmessreihe auch auf die Leckrate geschlossen werden kann. Zusätzlich zur automatischen Bewertung der Dichtheit wurde auch ein Verfahren zur automatischen Objekterkennung zu prüfender Proben entwickelt, sodass der komplette Prüfvorgang vollständig benutzerunabhängig gestaltet werden kann. Messungen mit einem im Funktionsumfang stark simplifizierten und damit perspektivisch sehr kostengünstigen Testaufbau zeigen, dass auch mit diesem eine Dichtheitsprüfung möglich ist, allerdings mit den getesteten Auswertealgorithmen keine Quantifizierung der Dichtheit erlaubt. Die Projektergebnisse kommen hauptsächlich Shearografie-Systemanbietern und Nutzern von Shearografiesystemen zugute, darunter auch Dienstleistern im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung. Des Weiteren profitieren insbesondere Unternehmen im Bereich der Lebensmittel-und Medizinverpackungen direkt von den Ergebnissen dieses Forschungsvorhabens. Zum ersten Mal steht ihnen eine Messtechnik zur Verfügung, die eine Vielzahl von Produkten gleichzeitig auf Dichtheit überprüfen kann. Zusätzlich profitieren Anbieter von Lebensmittel- und Medizinverpackungen bei der Einführung neuer Verpackungen, die beispielsweise einen höheren Recyclatanteil enthalten.