Vortrag 01: Botos
Vortrag 01: Botos
Vortrag 01: Botos
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Prozessnahe<br />
Farbmessmethoden<br />
beim Compoundieren<br />
und Spritzgießen<br />
Julia <strong>Botos</strong>, Thomas Hochrein, Bernhard Ulmer,<br />
Thomas Zentgraf, Martin Bastian<br />
16. Poly-King-Event 2<strong>01</strong>3, 03. Mai 2<strong>01</strong>3
Geschäftsfelder in der Übersicht<br />
• Produktüberwachung<br />
• Fachtagungen<br />
• Materialentwicklung<br />
• ISO 90<strong>01</strong><br />
• Entwicklungsberatung<br />
• Produktzertifizierung<br />
• Seminare<br />
• Compoundieren<br />
• ISO 140<strong>01</strong><br />
• Materialrecherche<br />
• Produktprüfung<br />
• Praxislehrgänge<br />
• Verarbeiten<br />
• FW 605<br />
• Produktdesign<br />
• Gutachten<br />
• Inhouse-Schulungen<br />
• Fügen<br />
• BS OHSAS 180<strong>01</strong><br />
• Prozessanalyse<br />
• Service<br />
• Meisterausbildung<br />
• Bauteileigenschaften<br />
• VDA 6.1<br />
• Prozessüberwachung<br />
• Messtechnik<br />
• ISO/TS 16949<br />
• Produktionsberatung<br />
• Nachhaltigkeit<br />
2
Arbeitsgebiete der Forschung und Entwicklung<br />
Nachhaltigkeit<br />
Dispersionstechnologien<br />
Materialentwicklung<br />
Compoundieren/<br />
Extrudieren<br />
Composite<br />
Forschung<br />
Spritzgießen<br />
Messtechnik<br />
Fügen<br />
Bauteileigenschaften<br />
3
Messtechnik - Schwerpunkte<br />
THz<br />
Wissenschaftliche<br />
Sondersysteme<br />
THz<br />
Terahertztechnologie<br />
Messtechnik<br />
Schwerpunkte<br />
ZfP<br />
Ultraschall<br />
Prozessfarbmessung<br />
Softsensorik<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
5
Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Einflussfaktoren auf die Farbe<br />
Farbe des Masterbatches<br />
Pigmentdispergierung<br />
Farbe des Grundpolymers<br />
bzw. Eigenfarbe des einzufärb.<br />
Kunststoffes (opak/transparent)<br />
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Metamerie und Thermochromie<br />
• Metamerie:<br />
Eigenschaft zweier Farben, bei einer<br />
bestimmten Lichtart gleich auszusehen<br />
und bei einer anderen Lichtquelle<br />
Farbtonunterschiede zu zeigen.<br />
• Thermochromie:<br />
Eigenschaft bestimmter<br />
Substanzen, bei Erwärmung die<br />
Farbe zu ändern.<br />
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Einfärben von Kunststoffen<br />
Dosierung 1<br />
(Polymer)<br />
Dosierung 2 (Farbe)<br />
Verarbeitungsmaschine<br />
Ablauf (schematisch):<br />
1. Dosierung / Mischungserstellung<br />
2. Aufschmelzen / Homogenisieren / Dispergieren<br />
3. Ausformung zum Produkt<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Grundlagen der Farbmessung<br />
Standard Lichtart<br />
Normspektralwertfunktionen<br />
Quelle: md-automation.de<br />
Quelle: http://www.elv.de<br />
Berechnung der<br />
Normspektralwerte<br />
X, Y, Z<br />
weißes Licht<br />
reflektiertes Licht<br />
absorbiertes Licht<br />
Umrechnung in<br />
Farbkoordinaten<br />
Remissionskurve des Objektes<br />
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CIE Lab- & LCH-Farbraum<br />
L* = Helligkeit<br />
a* = Rot-Grün Achse<br />
b* = Gelb-Blau Achse<br />
L* = Luminanz<br />
C* = Chroma/Sättigung<br />
H* = Farbtonwinkel<br />
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Überblick: Farbmessung<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Ablauf Offline-Farbmessung<br />
Produktionsstart<br />
gut<br />
Probenahme<br />
(Spritzgießen)<br />
Farbmessung<br />
schlecht<br />
Zeitbedarf: min. 1-2 h<br />
Material-/ Zeitverlust<br />
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Zusammenfassung Offline-Farbmessung<br />
• Einsatzgebiete<br />
- Qualitätssicherung<br />
- Wareneingangs-/Warenausgangsprüfung<br />
• Vorteile<br />
- sehr genau, geringe Schwankungen<br />
• Nachteile<br />
- zeit- und kostenintensiv<br />
- signifikanter Einfluss von Additiven auf den Farbwert<br />
- Vermessung transparenter Compounds nicht möglich<br />
• Forschungsbedarf<br />
- keiner/nicht benötigt<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Atline-Farbmessung am Granulat<br />
(ROC ColorControl)<br />
Vorgehensweise<br />
• Der Hintergrund wird eingemessen<br />
• Eine Referenzprobe des Granulats wird<br />
eingemessen<br />
• Messung der Farbe des produzierten<br />
Granulats (automatische Zuführung des<br />
Granulats möglich)<br />
Kamera<br />
Aufgabetisch für Granulat<br />
Ausschluss des Weissbruchs<br />
Verunreinigungen werden von der Messung ausgeschlossen<br />
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Zusammenfassung Granulatmessung<br />
• Einsatzgebiete<br />
- Produktionsüberwachung<br />
- Wareneingangs-/Warenausgangsprüfung<br />
• Vorteile<br />
- schnell<br />
- lückenlosere Dokumentation<br />
• Nachteile<br />
- Referenzprobe notwendig<br />
- Vermessung transparenter Compounds nicht möglich<br />
- Abhängigkeit von der Granulatform (und Prüftemperatur)<br />
- keine 100 %-Prüfung<br />
• Forschungsbedarf<br />
- Untersuchung möglicher Thermochromieeinflüsse<br />
- Vergleichbarkeit mit Offline-Messung an Plättchen<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
Eigenschaften:<br />
• Messung mit 45/0 o -Geometrie<br />
• Drei zirkular angeordnete<br />
Hochleistungs-LEDs für eine<br />
optimale Probenausleuchtung<br />
• 30 mm Abstand zum<br />
Messobjekt<br />
• Messfleck ca. 10 mm<br />
• IR-Temperatursensor<br />
(Micro Epsilon)<br />
• Vollautomatische Kalibrierung<br />
in frei wählbaren Intervallen<br />
Handlinggerät:<br />
• Positioniert das Formteil<br />
vor dem Messkopf<br />
• Auslösung der Messung<br />
• Qualitätsweiche: Gut-/Schlechtteil<br />
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Zusammenfassung Farbmessung an Spritzgießteilen<br />
• Einsatzgebiete<br />
- Produktionsüberwachung<br />
• Vorteile<br />
- schnell<br />
- 100 % Kontrolle<br />
- Thermochromiekompensation<br />
• Nachteile<br />
- Referenzprobe notwendig<br />
- Für jede Rezeptur muss eine neue Kalibrierung erfolgen<br />
- Vermessung transparenter Spritzgießteile nicht möglich<br />
- Abhängigkeit von der Oberfläche des Spritzgießteils<br />
• Forschungsbedarf<br />
- Ermittlung der Kalibrierkurven<br />
Übertragung von Platten auf reale Bauteile<br />
- Messung von transparenten Bauteilen und gekrümmten Oberflächen<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Prinzip der Inline-Schmelzefarbmessung<br />
• sowohl Reflektion als auch Transmission<br />
möglich (häufiger: Reflektion)<br />
• Beleuchtung über 6 ringförmig<br />
angeordnete Glasfasern<br />
• Messung der Reflektion über zentral<br />
angeordnete Messader<br />
• Messlanze in Edelstahl-/Titangehäuse<br />
mit Saphirfenster<br />
• Schmelze muss Saphirfenster<br />
umschließen<br />
• Eintauchtiefe ca. 3 - 4 mm<br />
• 1/2‘‘ - 20 UNF-Gewinde<br />
• max. 400 °C / 345 bar<br />
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Zusammenfassung Inline-Schmelzefarbmessung<br />
• Einsatzgebiete<br />
- Produktionsüberwachung<br />
• Vorteile<br />
- Messung in Echtzeit<br />
- 100 % Kontrolle<br />
- gute Selbstreinigung der Sonde<br />
• Nachteile<br />
- signifikanter Einfluss von Additiven auf den Farbwert<br />
- Vermessung transparenter Compounds nicht möglich<br />
• Forschungsbedarf<br />
- Untersuchung des Einflusses der Verfahrensparameter<br />
- Vergleichbarkeit mit Offline-Messung an Plättchen<br />
- Untersuchung möglicher Thermochromieeinflüsse<br />
- Automatisiertes Farbkorrektursystem<br />
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Übersicht<br />
1. Einfärben von Kunststoffen<br />
2. Farbmesstechnik<br />
a) Offline-Farbmessung an Plättchen oder Bauteilen<br />
b) Offline-/Atline-Farbmessung am Granulat<br />
c) Inline-Farbmessung beim Spritzgießen<br />
d) Inline-Farbmessung in der Schmelze<br />
3. Abgeschlossene/laufende/geplante Projekte<br />
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Inline-Farbmessung bei der Kunststoffaufbereitung<br />
(abgeschlossen)<br />
Realisierte Ergebnisse:<br />
• Bewertung von Schmelzefarbmesssystemen<br />
bei eingefärbten Compounds/Masterbatches<br />
• Korrelation von Inline- und Offline-Messwerten<br />
• Erkenntnisse zu Prozesseinflüssen bei der Farbwirkung<br />
• Thermochromie-Einflüsse bei der Verarbeitung<br />
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Inline-Farbrezepturberechnung mit<br />
Inline-Schmelzefarbmessungen (laufend)<br />
Ziele:<br />
• Korrelation der Schmelzefarbwerte mit Offline-Messungen<br />
• Echtzeit-Farbrezepturberechnung<br />
• Entwicklung eines automatisierten Farbkorrektursystems<br />
• Steuerung und Regelung des Einfärbevorgangs<br />
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Inline-Farbmessung am Strang und Extrudat<br />
(laufend)<br />
Ziele:<br />
• Entwicklung und Erprobung eines<br />
Messsystems zur Inline-Strangfarbmessung<br />
• Integrierte Temperaturmessung zur Thermochromie-Korrektur<br />
• Ergebnisse auch für hochgefüllte Compounds<br />
• Einsatz auch zur Prozessüberwachung von Halbzeugen<br />
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Inline-Schmelzefarbmesssystem mit<br />
Thermochromiekompensation (eingereicht)<br />
Ziele:<br />
• Weiterentwicklung der Inline-Schmelzefarbmessonde<br />
• Integrierte Temperaturmessung zur Thermochromie-Korrektur<br />
• Einfluss von Emissionkoeffizient und Eindringtiefe<br />
• Ergebnisse auch für hochgefüllte Compounds<br />
• Korrelation zu Offline-Farbmessung<br />
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Grundlagenuntersuchung zur Thermochromie<br />
(eingereicht)<br />
Ziele:<br />
• Thermochromie-Charakterisierung<br />
zahlreicher Kunststoffe, Farbmittel und Compounds<br />
• Abgleich mit ab-initio Berechnungen<br />
• Ableiten von Verhaltensmustern zur<br />
Vorhersage und theoretischen Herleitung<br />
• Entwicklung einer Thermochromie-Datenbank<br />
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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