Letzte Aktualisierung: 05.06.2010

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Neue Messtechnik spart Energie und Ressourcen

Um energieeffizient und ressourcensparend zu produzieren, bedarf es der messtechnischen Überwachung der Produktionsprozesse. Für die Herstellung von so unterschiedlichen Produkten wie Tondachziegeln, Stahl und farbigen Kunststoffen stellten Experten der Fraunhofer-Allianz Vision auf der Messe Control 2010 in Stuttgart neue bildverarbeitende und optische Systeme vor, mit denen sich Produktionsabläufe überwachen lassen.

Dachziegel sind über Jahrzehnte hinweg im Winter dem Frost und im Sommer der Sonnenhitze ausgesetzt und müssen dabei Temperaturschwankungen zwischen etwa minus 30 bis zu plus 80 Grad Celsius überstehen. Dabei sollen sie von außen wasserdicht sein, aber von innen Wasserdampf durchlassen. Und sie sollen auf der Dachfläche exakt an- und ineinander passen. Blasen, Abplatzer oder Pressfehler müssen deshalb bei der Produktion vermieden werden. Möglich macht das ein optisches 3-D-Prüfsystem, das Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart entwickelt haben. Es prüft die aus Ton gepressten Dachziegel, die auf einem Förderband Richtung Brennofen transportiert werden, mit Hilfe eines Lichtschnittsensors und einer Farbkamera. Dabei werden Oberflächen-, Farb- und Formfehler erfasst und anhand einer Auswertesoftware farbcodiert auf einem Bildschirm dargestellt. So lassen sich Defekte schon vor dem Brennvorgang erkennen. Das spart Energie und Ressourcen – die aussortierten Dachziegel werden wieder zermahlen, in die Tonmasse zurückgeworfen und können neu geformt werden.

Ein Drittel des weltweit produzierten Stahls kommt aus elektrisch betriebenen Schmelzöfen, in denen Metallschrott mit starken elektrischen Strömen und den dabei entstehenden Lichtbögen aufgeschmolzen wird. Dieser heiße und staubige Prozess gehört zu den energieintensivsten Produktionsverfahren überhaupt. 450 kWh elektrischer Energie sind nötig, um nur eine Tonne Stahl herzustellen. Das entspricht etwa dem Verbrauch eines Ein-Personen-Haushalts in Deutschland pro Vierteljahr. STROMBOLI, benannt nach einem aktiven Vulkan im Süden Italiens, setzt dort an, wo während des Schmelzprozesses etwa 30 Prozent der gesamten eingesetzten Energie verloren gehen – nämlich beim Abgas, das aus dem Ofen abgeführt wird, und das typischerweise große Mengen unverbranntes Kohlenmonoxid (CO) enthält. Wenn nun die Konzentration des Kohlenmonoxids im Abgas analysiert und darauf abgestimmt gezielt Sauerstoff zugesetzt wird, so führt dies zu einer Nachverbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Dabei wird Wärmeenergie frei, mit der die Schmelze geheizt werden kann.

Hochwertige Kunststoffe, aus denen zum Beispiel Kunststoffgewebe oder Arbeitsflächen für Küchen hergestellt werden, müssen über große Chargen hinweg farbkonstant sein. Um das zu gewährleisten, muss das Ausgangsmaterial, das Kunststoffgranulat, schon während seiner Herstellung ständig auf die richtige Farbe hin überprüft werden. Bislang werden dazu aus dem Granulat immer wieder Messplättchen geformt, die dann spektroskopisch untersucht und mit der "Sollfarbe" eines Referenzplättchens verglichen werden. Weicht die Farbe zwischen den Plättchen ab, müssen weitere Farbpigmente dazu gemengt oder wieder herausgenommen werden. Dieser Vorgang kann jeweils 30 bis 45 Minuten dauern. Um dies zu vermeiden, haben Kai-Uwe Vieth vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe, und seine Kollegen zusammen mit der Firma ROC GmbH in Münster das Messsystem ColorControl entwickelt. Damit lässt sich die Farbe des Kunststoffes gleich direkt am Granulat messen. Dazu wird das Granulat auf einem Messtisch unter einer geschlossenen Halbkugel geprüft, in der es homogen beleuchtet wird. Wie mit einer Zeilenkamera wird das durchgeschobene Material dort spektral abgetastet und abgelichtet. An dem Bild, das dabei von dem Granulat entsteht, werden dann automatisch die Bereiche ausgewertet, die eine zuverlässige Farbinformation enthalten.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

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