Plattform für Dienstleistungen, Kooperationen und Innovationen

Auf der Fakuma präsentieren das SKZ, Würzburg, und 66 Unternehmen des mehr als 350 Mitglieder starken SKZ-Netzwerks zahlreiche Innovationen und Dienstleistungen.

Das SKZ als eines der europaweit größten Kunststoff-Institute zeigt industrierelevante Lösungen aus den Bereichen Produktqualität, Weiterbildung, Forschung und Zertifizierung. Am Messestand sowie direkt bei den Netzwerkpartnern werden zahlreiche Beispiele für erfolgreiche Kooperationen präsentiert:

• Faserlängenanalyse überkreuzter und gebogener Fasern
• Wärmebilder verbessern Spritzgießprozesse
• Schweißprozessüberwachung mittels Thermographie
• Individuelle Prüfverfahren für komplexe Prozesse
• SKZ erweitert sein Prüfspektrum
• Meisterkurs Kunststoff und Kautschuk im neuen Gewand
• Die neue ISO 9001 und das Energiedienstleistungsgesetz EDL-G

Faserlängenanalyse überkreuzter und gebogener Fasern

Das zunehmende Interesse an der Elektromobilität und die ab 2020 nochmals verschärften CO2-Grenzwerte für Pkws sorgen derzeit für einen Boom im Bereich der Leichtbauwerkstoffe.

Besonders die bisher für den Serieneinsatz als zu teuer und zu aufwändig erachteten Carbonfasern bieten weitere Steigerungsmöglichkeiten gegenüber den etablierten Glasfasern. Für eine wirtschaftliche Fertigung ist allerdings besonders wichtig, dass die hervorragenden Festigkeitseigenschaften der Carbonfasern auch im fertigen Formteil wirksam werden.

Hier kommt es auf die Haftung zwischen Faser und Polymermatrix an, die u.a. auch von der Länge der Fasern im Formteil bestimmt wird. Diese unterscheidet sich wegen der vergleichsweise hohen Scherbelastung beim Aufschmelzen und den Fließvorgängen in der Einspritzphase in der Regel erheblich von der zugeführten Ausgangslänge. Zur Kontrolle der Bauteilqualität und Optimierung der Prozessbedingungen und Werkzeugauslegung ist es daher unerlässlich, die tatsächliche Faserlängenverteilung im Formteil bestimmen zu können.

Hierzu wird die Polymermatrix durch Veraschung oder chemisches Lösen entfernt, die zurückgebliebenen Fasern nass oder trocken über ein bildgebendes Verfahren (Mikroskop oder Scanner) aufgenommen und die gewonnene Darstellung manuell oder softwareunterstützt ausgewertet. In allen Phasen dieser Auswertung können Fehler gemacht werden, die das Endergebnis deutlich verschlechtern können.

Das SKZ beschäftigt sich seit mehreren Jahren intensiv mit dem Thema der Probenvor- und -aufbereitung für Faseranalysen. Dazu gehört als Ergänzung auch die Software Fiver zur automatischen Ausmessung der Faserlängen.

Bisher übliche Programme zur Partikelanalyse verlangen, dass die Fasern völlig einzeln ohne Berührstellen zu Nachbarn liegen. Cluster verbundener Fasern müssen dann über Filterkriterien erkannt und von der Analyse ausgeschlossen werden. Dies trifft besonders oft die langen Fasern und führt damit zu einer Verzerrung des Ergebnisses, da mit der Länge auch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass im Verlauf andere Fasern berührt oder gekreuzt werden. Dies kann durch eine stärkere Verdünnung der Fasern etwas herausgezögert werden, jedoch nimmt dann die Anzahl der Fasern pro Bild und damit die statistische Aussagekraft ab.

Die SKZ-Software Fiver verwendet daher einen völlig anderen algorithmischen Ansatz, der den Verlauf der Fasern auch über Kreuzungsstellen und Krümmungen hinweg vektorisiert und somit bis zu 65.000 Fasern in einem einzelnen Bild bezüglich der Länge vermessen kann. Zusammen mit einer optimierten Probenvorbereitung sind so Bearbeitungszeiten ab ca. 75 min. für Glasfasern bzw. ca. 105 min. für Carbonfasern (diese müssen unter Inertgas abkühlen, was länger dauert) von der Kunststoffprobe bis zur fertigen Längenverteilung möglich.

Bei Interesse an einer Demonstration können Fakuma-Besucher das Programm am 16. und 17. Oktober beim SKZ-Vertriebspartner, der IST – Innovative Sintering Technologies Ltd., auf dem Stand A1-1133 der Firma Maag Flockmaschinen live erleben.

Wärmebilder verbessern Spritzgießprozesse

Dank einer Entwicklung am SKZ ist es gelungen, langfristig die Qualität von Spritzgießteilen auf Basis von Inline-Thermografie zu verbessern. Von den Ergebnissen können sich die Besucher auf der Fakuma überzeugen und direkt mit den Experten in Kontakt treten.

Komplexe Formteile aus Kunststoff müssen hohe Qualitätsansprüche erfüllen. Für deren fehlerfreie Produktion sind ein eingeschwungener Prozess, ein stabiler und reproduzierbarer Spritzgießzyklus und auch die präzise Regelung der Werkzeugtemperaturen wichtige Voraussetzungen. Prozess- oder Materialschwankungen führen zu Formteilen, die zum Beispiel unter- und/oder überspritzte Bereiche sowie Verzug oder Oberflächenfehler aufweisen. Bei Einlegeteilen ist außerdem die korrekte Lage im Formteil entscheidend. Lange Anfahrprozesse und unbemerkt auftretende Schlechtteile können zu hohen wirtschaftlichen Einbußen führen.

Wärmebildkameras sind in der Lage, Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen zu erfassen und darzustellen. Mit der thermischen Analyse ist es möglich, Schwachstellen von bestehenden Werkzeugen und Formteilen aufzuzeigen. Der Vorteil: Für den Einsatz einer IR-Kamera muss keine Einhausung bzw. Abschottung vorgesehen werden, wie dies z. B. bei klassischen Bildverarbeitungs-Systemen erforderlich ist.

Für industrielle Anwendungen ist vor allem die schnelle Darstellung von Temperaturveränderungen in hoher Auflösung entscheidend. In Kooperation mit dem Sensorik-Spezialisten Micro-Epsilon hat das SKZ eine auf der Thermografie basierende Lösung für die Inline-Qualitätsprüfung zur 100 %-Kontrolle der fertigen Bauteile entwickelt. Die gesamte Temperaturverteilung der Bauteile wird direkt nach der Entformung ohne Einbußen in der Zykluszeit aufgenommen. Die Auswertung der thermografischen Aufnahmen erfolgt durch eine im SKZ speziell für diese Anwendungen entwickelte Software. Abweichungen zu einem definierten Referenzteil werden direkt nach dem Entformen visualisiert und analysiert.

Durch die Integration der Wärmekamera in das Spritzgießsystem erfolgt die automatische Aussortierung fehlerhafter Teile. Anhand von Temperaturunterschieden zwischen der Referenz und dem Bauteil wird eine Gut/Schlecht-Auswahl getroffen, die Alarmgrenzen sind dabei frei festlegbar. Daneben erlaubt die Software die fortlaufende Auszeichnung der Thermografieaufnahmen und Temperaturen an frei definierbaren Positionen auf dem Formteil. Ebenso ist es möglich, die gesamte Temperierung des Werkzeuges auf der Basis der Thermografieaufnahmen vorzunehmen. Inzwischen ist eine große Anzahl von Inline-Thermografie-Systemen bei namhaften Unternehmen erfolgreich im Einsatz.

Am Messestand des SKZ B2–2202 und bei mehreren namhaften Spritzgießmaschinenherstellern können ist das System live zu erleben.

Schweißprozessüberwachung mittels Thermographie

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde die grundsätzliche Einsetzbarkeit der passiven Thermographie im Bereich des Schweißens von Kunststoffen untersucht. Während des Fügeprozesses wird die Prozesstemperatur mithilfe einer Wärmebildkamera protokolliert und zeitgleich von einer eigens entwickelten Software ausgewertet. Die Anwendbarkeit der passiven Thermographie wurde umfassend an vier verschiedenen Schweißverfahren und Standardmaterialien sowie Hochleistungskunststoffen untersucht.

Durch eine neu entwickelte Software und die erlangten Erkenntnisse des Forschungsvorhabens konnten vielversprechende Ergebnisse für die Anwendung der passiven Thermographie im Bereich der Qualitätssicherung von Schweißverbindungen erarbeitet werden.

Aktuell optimiert das Kunststoff-Zentrum in Würzburg die entwickelte Software, um diese gezielt als Tool zur Qualitätssicherung von Kunststoff-Fügeverbindungen interessierten Industrieunternehmen anbieten zu können. Hierbei wird vor allem ein Augenmerk auf die vollständige Integrierbarkeit in Prozessabläufe durch verschiedene Input/Output Signale geachtet. Außerdem soll die entwickelte Online-Auswertung automatisch während der Produktion die jeweiligen Schweißungen als Gut- bzw. Schlecht-Bauteil markieren können.

Diverse Anwendungen bei Firmen zeigen, dass die Thermographie zur Qualitätskontrolle von Schweißverbindungen viele Anwendungsbeispiele für die Zukunft parat hält. Das SKZ versteht sich hierbei als Partner der Industrie und unterstützt die Unternehmen bei der Beratung, der Planung und der Umsetzung der Überwachung des Schweißvorgangs durch Thermogramme. Erprobung und Anwendung der passiven Thermographie in Unternehmen können auf Anfrage auch kurzfristig durchgeführt werden.

Außerdem wird das SKZ auch zukünftig ergänzende Forschungsvorhaben initiieren, um die Grenzen und Möglichkeiten der Thermographie für die gängigen Serienschweißverfahren noch genauer festzustellen und die Anwendbarkeit weiter zu erhöhen.

Individuelle Prüfverfahren für komplexe Prozesse

Das SKZ ermöglicht der Industrie den Zugriff auf sein fundiertes Know-how in der Prozessmesstechnik und zerstörungsfreien Prüfung (ZfP). Dies umfasst die Beratung zu Aufgabenstellungen, die mittels geeigneter Prozessmessmethoden und ZfP-Verfahren für alle Kunststofftypen und Verarbeitungsprozesse gelöst werden sollen. Dazu gehören Verarbeitung wie Spritzgießen, Extrudieren oder auch das Erstellen von Leichtbaustrukturen.

Das SKZ ist Vorreiter in vielen Technologien zur Prozess- und Produktüberwachung. Viele der Lösungsansätze des Instituts wurden bereits über Industriepartner in den Markt gebracht. Beispiele hierfür sind die Terahertz-Messtechnik zur berührungslosen Wanddickenbestimmung während der Rohrextrusion, die passive Thermografie zur Prozessüberwachung von Schweiß- oder Spritzgießprozessen oder neuartige Thermotomografieverfahren zur Fehlersuche an großflächigen Bauteilen.

Die Integration und Kalibrierung v. a. von prozessnahen Messsystemen gehört ebenso zum Leistungsumfang wie Machbarkeitsstudien und Marktanalysen. Die Auswertung von Prozess- und Qualitätsdaten aus der Historie mittels virtueller Sensoren ermöglicht eine effiziente Prozess-, Kosten- und Qualitätsoptimierung bei der Kunststoffverarbeitung. Die Entwicklung von Sondermesssystemen für kundenspezifische Aufgabenstellungen bietet Lösungen für individuelle Anforderungen.

Dazu ist das SKZ mit verschiedenen ZfP- und Prozessmesssystemen umfangreich ausgestattet. Durch zahlreiche Kooperationen mit Instituten und Messsystemherstellern für Sonderverfahren können auch sehr spezifische Fragestellungen effizient bearbeitet werden. Die modernen Technikumsanlagen ermöglichen eine industrie- und praxisrelevante Bearbeitung der Anfragen.

Prüfspektrum um Armaturen- und Rohrprüfung erweitert

Das SKZ erweitert sein Prüfspektrum mit der Armaturenprüfung und der Akkreditierung von Prüfmethoden zum langsamen Risswachstum bei Polyolefinen. Auf der Fakuma geben die SKZ-Experten Auskunft über diese Entwicklung im Bereich des Prüfens.

Die stetig steigenden Anforderungen an Kunststoffrohre und die daraus resultierenden Weiterentwicklungen stellen letztendlich auch die Prüftechnik vor neue Herausforderungen.

Gerade bei der Prüfung von Rohren zur Eignung für alternative Verlegetechniken, wie z.B. die grabenlose Verlegung, ergeben sich neue Fragestellungen hinsichtlich des Widerstands gegen äußere Punktlasten oder die Nutzungsdauer von bis zu 100 Jahren. In der PAS 1075 werden diese Besonderheiten berücksichtigt und durch entsprechende Prüfungen kann eine Qualifizierung der am Markt verfügbaren Rohre vorgenommen werden. Als Adresse für Kunststoffrohrprüfungen ist das SKZ stark daran interessiert, entsprechende Prüfungen anbieten zu können. Daher wurden für den Punktlasttest, den Scherbeneindringtest und auch die Wärmealterung im Durchflussverfahren die Akkreditierung bei der DAkkS beantragt.

Weiterhin konnte durch den strategischen Zukauf der Armaturenprüfung vom SVGW-Prüflabor in Zürich der Geschäftsbereich Prüfung sein Portfolio um ein wichtiges Element erweitern. Durch diese Investition ist das SKZ nun in der Lage, Bauteileigenschaften von Armaturen für die Wasser- und Gebäudeinstallation nach aktuellen nationalen und internationalen Normen zu prüfen. Das Prüfprogramm umfasst hydraulische, mechanische, Biegemoment-, Dichtheits- und Dauertest-Prüfungen sowie Druckverlust-, Volumenstrom- und Druckschlag-Prüfungen einschließlich Rohr-kupplung- und Hydranten-Prüfungen.

Darüber hinaus können Korrosionsprüfungen sowie chemische Analysen der Armaturenwerkstoffe durchgeführt werden. Die Untersuchung auf Schwermetalle im Armaturenwerkstoff und in galvanischen Beschichtungen ist ebenfalls Teil des Angebotes.

Meisterkurs Kunststoff und Kautschuk im neuen Gewand

Messebesucher können sich einen Einblick zur neuen Gestaltung der Erfolgsgeschichte der Industriemeisterausbildung Kunststoff und Kautschuk verschaffen.

Seit den 1960er Jahren bildet das SKZ mit den Industrie- und Handelskammern Meister in der Fachrichtung Kunststoff und Kautschuk aus. Die durchschnittlich ca. 60 Absolventen pro Jahr arbeiten heute deutschland- und europaweit in Führungspositionen. Durch die breit aufgestellte Ausbildung wird den Industriemeistern Kunststoff und Kautschuk (IMKK) der nötige Werkzeugkoffer für den Einsatz in den Betrieben und Unternehmen mitgegeben.

So finden sich im Ausbildungsumfang nicht nur fachspezifische Inhalte wieder, sondern auch Fähigkeiten, wie z.B. Personalführung oder der Blick für die Kosten.

Durch die in diesem Jahr erstmalig deutschlandweit einheitliche Prüfungsordnung, vorgegeben durch den DIHK-Rahmenplan, wurden die Inhalte in enger Zusammenarbeit mit den IHKs neu strukturiert und aufgebaut.

„Schubladendenke war gestern – strukturiertes Lehren, aber querdenken“ lautet die neue Devise bei der Meisterausbildung. Synapsen im Gehirn richtig verknüpfen bedeutet konkret für die Absolventen nicht fachspezifisches Lernen, sondern fächerübergreifende Fragestellungen ganzheitlich zu erfassen und zu lösen.

Die praxiserfahrenen Trainer und Dozenten des SKZ helfen dabei, Mitarbeiter für die Zukunft fit zu machen.

Die neue ISO 9001 und das Energiedienstleistungsgesetz EDL-G

Weltweit verfügen derzeit über eine Million Unternehmen über eine Zertifizierung ihres Qualitätsmanagementsystems nach ISO 9001. Nicht zuletzt der Wille der Industrie nach weiteren Zertifizierungen hat dazu geführt, dass die ISO die wichtigste Managementnorm revidiert. Mit der neuen ISO 9001:2015 wird es für Unternehmen vergleichsweise leicht, weitere Managementsysteme in ein bereits bestehendes System zu integrieren.

Was ist zu tun? Wann muss ich umstellen? Wohin muss ich mich wenden? Die zuständigen Experten am SKZ-Stand auf der Fakuma stehen informieren über die vielfältigen Möglichkeiten.

Das Energiedienstleistungsgesetz EDL-G fordert die Einführung eines Energiemanagementsystems bzw. die Durchführung eines Energieaudits. Die Frist – der 5. Dezember 2015 – läuft bald ab, allerdings gibt es Möglichkeiten, andere Wege zu beschreiten und sich beispielsweise bis zum 31. Dezember 2016 zertifizieren zu lassen. Auch hier geben versierte Experten auf der Fakuma Auskunft.

www.skz.de

Auf der Fakuma 2015: