Berührungslose Temperaturmessung von Kunststoff

Bei der Verarbeitung 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 die kunststoffverarbeitende Industrie dabei, ein hohes Qualitätsniveau in den Fertigungslinien zu erreichen.

Insbesondere in der Kunststoffindustrie unterliegt das Herstellen und Prüfen von Produkten zahlreichen thermischen Prozessen. Sind die kritischen Stellen im Prozess bekannt, werden Infrarot-Thermometer bzw. Pyrometer zur Temperaturmessung und -regelung eingesetzt. Diese messen zuverlässig und punktuell genau dort, wo es notwendig ist. Sollen hingegen Schwachstellen im Prozess oder am Produkt selbst mit Hilfe von Cold- oder Hotspots detektiert werden, haben sich Wärmebildkameras etabliert, die eine einfache Flächenmessung ermöglichen und damit thermische Abläufe visualisieren.

Industrielle Kunststoffverarbeiter produzieren ein großes Spektrum von Kunststoffprodukten verschiedener Abmessungen, Dicken, Texturen, Farben und Prägemustern in Rollen- oder Tafelform. Je nach Rahmenbedingungen lassen sich stationäre oder mobile IR-Thermometer und Infrarotkameras mit der entsprechenden Software in verschiedener Weise nutzen, um die Prozesse gezielt zu verbessern und abzusichern.

Temperaturmessung beim Thermoformen

Ein wichtiges Einsatzfeld von Infrarot-Temperatursensoren bei der Kunststoffverarbeitung ist der Einbau von Pyrometern in Thermoformmaschinen, z.B. zur Herstellung von Kunststoffbechern in Serie. 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 Kunststoffs zu erreichen und lokale Verbrennungen und Rissbildungen zu vermeiden, wird zunächst mit der optris PI 160 Wärmebildkamera der Temperaturverlauf beim Einfahren von Anlagen ermittelt und dann im laufenden Prozess mit Pyrometern an ausgewählten Messpunkten geregelt. Pyrometer regeln dann die Temperatur über ausgewählte Messpunkte.

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 für den Anlagenbediener möglich, fortlaufend das komplette Temperaturprofil für alle Produktchargen zu überwachen.

Messköpfe, die in einer Maschine mit laminaren Luftspülmanschetten zur Temperaturüberwachung während des Thermoformens installiert sind

Oberflächenveredelung am Prägekalander

So wird zum Beispiel bei der Oberflächenveredlung am Prägekalander die 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 Oberflächenstruktur (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 anschließend 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 Temperaturprofil mit Abweichungen unter 5 °K 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 - Verringerung des Verzugs

Bei der Herstellung von Spritzgussteilen aus Kunststoff 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 zu diesem Zeitpunkt meist noch flüssig und die gespeicherte Wärme wird mit der Zeit von innen nach außen gegeben. Ist beim Entformen noch zu viel Wärme im Bauteil gespeichert, kommt es zum Bauteilverzug. Die Passmaße stimmen nicht mehr.

Eine Wärmebildkamera kann die Hersteller dabei unterstützen, die Temperatur der Spritzguss-Werkzeuge über die Heiz- und Kühlsysteme zu optimieren. So kann zum Beispiel eine 120 Hz-Onlineüberwachung nach dem Entformen die maximale Bauteiltemperatur messen, um schnell und zuverlässig auf Temperaturschwankungen reagieren zu können. Es kann also eine Reaktion auf Temperaturänderungen stattfinden. Liegt die Temperatur im oberen Bereich der Spezifikation, muss die Schließzeit erhöht werden, liegt sie darunter, kann die Schließzeit verkürzt werden.

Bisher werden die Kunststoff-Temperaturen häufig nur stichprobenartig gemessen und die Schließzeiten sicherheitshalber länger eingestellt, als eigentlich notwendig wäre. Eine enorme Verschwendung von Kapazitäten. Abhilfe schafft die optris PI 160 Infrarotkamera. Sie überwacht die Temperatur ohne Störung der Produktion und ohne die Teile selbst zu berühren. Die Produktivität steigt, da in derselben Zeit mehr Teile gefertigt werden können.

Infrarotkamera spürt Schwachstellen an Spritzgusswerkzeugen auf

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