Dr. Benedikt Hauer: Barriere-Schichtdicken inline messen 

Einblick in die Forschung am Fraunhofer IPM 

Die Qualitätskontrolle in der Verpackungsindustrie steht vor immer bedeutenderen Herausforderungen. Besonders bei extrem dünnen Beschichtungen, die etwa als Barriere gegen Feuchtigkeit oder Sauerstoff dienen, ist eine präzise Messung der Schichtdicke essenziell. Benedikt Hauer vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM hat dazu eine spannende Lösung entwickelt, die er im Innoform-Podcast vorgestellt hat. 
 

Fraunhofer IPM und seine Expertise 

Das Fraunhofer IPM mit Sitz in Freiburg ist eines der traditionsreichsten Fraunhofer-Institute und ist spezialisiert auf optische Messtechnik. Benedikt Hauer, Physiker mit Spezialisierung auf Nahfeld-Optik, forscht dort an neuen Technologien zur Messung von Beschichtungen im Nanometerbereich. 

Die enge Zusammenarbeit mit anderen Fraunhofer-Instituten, wie dem IVV in Freising, und Industriepartnern wie Plasma Electronic, zeigt, dass Innovation oft durch interdisziplinäre Kooperationen vorangetrieben wird. Gemeinsam entwickeln sie Systeme zur optischen Messung von Schichtdicken auf Verpackungsmaterialien. 

Herausforderung: Unsichtbare Beschichtungen messen 

Viele moderne Verpackungen enthalten hauchdünne Barriereschichten aus Siliziumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (AlOx). Diese sind unsichtbar und gleichzeitig essenziell für die Schutzwirkung der Verpackung. Die Herausforderung: Hersteller müssen sicherstellen, dass die Beschichtung innerhalb des optimalen Bereichs liegt, ohne zu dünn oder zu dick zu sein. 

Bisherige Verfahren wie Röntgenfluoreszenzmessungen sind langsam und können nur stichprobenartig eingesetzt werden. Zudem gibt es bisher kaum inline-taugliche Verfahren für die prozessbegleitende Qualitätskontrolle. 

Die optische Lösung des Fraunhofer IPM 

Das Fraunhofer IPM hat einen optischen Sensor entwickelt, der die Schichtdicke auf wenige Nanometer genau messen kann. Der Ansatz basiert auf der spezifischen Absorption von Siliziumoxid und Aluminiumoxid im Infrarotbereich. 

Das Prinzip: Eine Lichtquelle sendet Infrarotstrahlen auf die beschichtete Folie oder das Verpackungsmaterial. Die Reflektivität der Oberfläche ändert sich je nach Schichtdicke. Durch eine Kalibrierung mit bekannten Referenzproben kann der Sensor daraus die exakte Schichtdicke ableiten. 

Ein entscheidender Vorteil dieser Technologie ist ihre Inline-Tauglichkeit: Der Sensor kann direkt in Produktionsanlagen integriert werden, um kontinuierlich und in Echtzeit zu messen. 

Anwendung in der Industrie 

Der erste praktische Einsatz des Sensors erfolgte in einer Beschichtungsanlage von Plasma Electronics. Hier konnte nachgewiesen werden, dass Siliziumoxid-Beschichtungen (SiOx) auf wenige Nanometer genau inline gemessen werden können. Dies ist besonders für die Folienproduktion von Interesse, bei der hohe Vorschubgeschwindigkeiten eine große Herausforderung darstellen. 

Laut Hauer arbeitet das Fraunhofer IPM aktuell daran, die Messrate auf mehrere Kilohertz zu erhöhen, sodass selbst hochdynamische Prozesse erfasst werden können. 

Potenzial für die Folienindustrie 

Neben der bestehenden Anwendung auf tiefgezogene Verpackungen sieht Hauer großes Potenzial für den Rolle-zu-Rolle-Prozess, der in der Herstellung flexibler Verpackungen dominiert. 

Ein langfristiges Ziel ist es, eine flächendeckende Kontrolle zu ermöglichen. Während aktuell noch punktuell gemessen wird, könnte durch mehrere parallel arbeitende Sensoren eine vollständige Bahnübwachung realisiert werden. 

Wann kommt die Technologie auf den Markt? 

Der Sensor für Batch-Prozesse ist bereits verfügbar und kann direkt über das Fraunhofer IPM bezogen werden. Für Rolle-zu-Rolle-Anlagen befindet sich die Entwicklung noch in der Optimierungsphase. Herausforderungen wie die mechanische Bewegung des Materials („Bahnflattern“) und die Langzeitstabilität der Sensoren im Produktionsumfeld müssen noch gelöst werden. 

Das Fraunhofer IPM bietet jedoch bereits Machbarkeitsstudien für interessierte Unternehmen an. Wer die Technologie testen möchte, kann Proben zur Analyse einsenden und erste Machbarkeitsprüfungen durchführen lassen. 

Fazit 

Die Inline-Messtechnik des Fraunhofer IPM könnte die Qualitätskontrolle in der Verpackungsindustrie revolutionieren. Besonders in Zeiten steigender Anforderungen an Recyclingfähigkeit und Ressourcenoptimierung sind präzise, prozessbegleitende Messungen unverzichtbar. 

Interessierte Unternehmen haben die Möglichkeit, die Technologie frühzeitig zu testen und in ihre Produktion zu integrieren. Wer sich näher informieren möchte, hat dazu Gelegenheit auf dem Expertentreff Barrierefolien in Würzburg, wo Benedikt Hauer einen Vortrag zu diesem spannenden Thema halten wird. 

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