Dr. Benedikt Hauer: Barriere-Schichtdicken inline messen 

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Transkript

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Herzlich willkommen wieder im Innoform Podcast zum Inno-Talk. Heute spreche ich mit Dr. Benedikt Hauer vom Fraunhofer IPM in Freiburg. Er entwickelt einen Sensor zur Schichtdickenmessung der dünnsten Schichten, die wir im Folienbereich einsetzen, nämlich Barriereschichten aus SiOX oder Aluminiumoxid AlOX.

Er ist in der Lage, diese im Prozess zu messen. Die erste Anwendung ist serienreif bei einem Thermoform-Becher. Wir werden aber auch darüber sprechen, wann das für Folienverpackungen anwendbar ist, warum er in Würzburg im Sommer sprechen wird und was er noch von uns braucht, damit das Ganze möglichst schnell zur Prozessverbesserung von Folienverpackungen beiträgt. Freuen Sie sich auf diese kurzweilige Episode mit Benedikt Hauer.

Herzlich willkommen im Innoform Podcast, Benedikt Hauer vom Fraunhofer IPM. Ja, danke, dass ich hier sein darf. Ich bin sehr gespannt. Ist für mich so ein bisschen eine Premiere.

Wir haben im kurzen Vorgespräch eben schon gesagt, Sie sind der erste Gast, den ich persönlich noch nie gesehen habe in unserem Podcast. Normalerweise habe ich immer alte Hasen, mit denen ich schon lange auf der Flexpack-Reise bin im Gespräch. Aber das macht mir umso mehr Spaß. Aber umso wichtiger ist auch, dass Sie uns ein bisschen mehr über sich erzählen.

Erste Frage. Fraunhofer IPM. Was heißt das IPM? IPM steht für Institut für Physikalische Messtechnik.

Ist eigentlich eines der besonders alten Fraunhofer Institute. Deswegen haben wir einen relativ generischen Namen. Die meisten Anwendungen aus unserem Institut betreffen eigentlich optische Messtechnik. Wir werden ja gleich tief einsteigen in Messtechnik nochmal.

Sie haben da was ganz Tolles in der Entwicklung, was auch für die Flexpack-Industrie von Interesse ist. Und das gucken wir uns gleich an. Das Fraunhofer IPM. Sie sitzen in Freiburg, haben Sie mir verraten.

Immer schönes Wetter da. Was machen Sie, wenn Sie nicht gerade im Fraunhofer Institut unterwegs sind? Ich bin tatsächlich sehr gerne draußen unterwegs. Ich fahre viel Fahrrad, sowohl Rennrad als auch Mountainbike.

Fraunhofer IPM und persönliche Leidenschaft

Auch Kajak, Wildwassersport bin ich sehr viel zu haben. Ja, wir haben den Schwarzwald, das Mittelgebirge direkt hier, auch die Schweiz und Frankreich. Ich bin gerne draußen unterwegs, sowohl mit Freunden, aber auch mit meinen Kindern. Ich habe zwei Kindergartenkinder.

Hochspannend. Ich habe drei Kinder. Ich bin auch gerne draußen, bin auch schon ein bisschen älter. Vielleicht kommt bei Ihnen ja noch was.

Und mein Hobby ist tatsächlich das Windsurfen und Kitesurfen. Ich lebe ja hier in Südspanien meistens und bin da nah am Strand. Und das ist eigentlich so ein Lebenstraum, den ich mir verwirklicht habe. Aber Freiburg kann ich mir auch gut vorstellen.

Habe ich Freunde, bin ich gelegentlich, finde ich richtig schön die Ecke. Wunderbar. Können Sie uns mal ganz kurz erzählen, wie kommen Sie zum Fraunhofer IPM? Was muss man vorher gemacht haben, um forschen zu dürfen?

Ich selbst bin Physiker. Ich habe an der TU München studiert und auch in Physik promoviert. Das war an der RWTH Aachen. Ganz allgemein, um am Fraunhofer IPM zu forschen, muss man nicht unbedingt Physiker sein.

Wir sind sehr vielfältig aufgestellt. Wir haben viele Informatiker bei uns. Wir haben Elektronikentwickler, Hardware-Entwickler. Ich selbst komme tatsächlich aus dem Bereich Optik, konkret aus der Nahfeld-Optik.

Das ist der Bereich, in dem ich meine Doktorarbeit gemacht habe. Das hat sehr gut zusammengepasst mit den Aufgaben, die mich jetzt hier begleiten. Es ist ja wirklich spannend. Bei Fraunhofer gibt es ja viele verschiedene Gesellschaften.

Wir haben oft zu tun mit dem IVV in Freising, die sich mit Verpackungen im Speziellen beschäftigen. Ich glaube, zu denen gibt es einen Kontakt. Sie arbeiten sicher auch nicht unter Fraunhofer institutsweit, oder? Sicher.

Fraunhofer-Kooperationen und Forschungsaustausch

Wir haben einen intensiven Austausch. Wir haben auch sogenannte interne Projekte, in denen wir zusammenarbeiten und unsere jeweiligen Kompetenzen bündeln. Tatsächlich arbeiten wir zurzeit mit dem IVV auch zusammen in einem Bereich, der Verpackungsfolien betrifft. Da ist es das IVV, das sich mit Beschichtungen beschäftigt, und wir mit Beschichtungsinspektionen.

Das ist durchaus keine Seltenheit, dass Fraunhofer-Institute untereinander kooperieren. Haben Sie sonst noch eine Verbindung zu Verpackungen, speziell vielleicht sogar zu Folien oder Papieren oder so etwas? Sie meinen jetzt außerhalb von meinen Arbeitsprojekten. Sowohl als auch?

Wir arbeiten in letzter Zeit intensiver mit Verpackungsproduzenten oder Beschichtungsanlagenherstellern. Da ist ganz besonders die Firma Plasma Electronic zu nennen. Plasma Electronic ist ziemlich hier um die Ecke. Die haben ihren Sitz in Müllheim, nicht weit von Freiburg.

Wir stellen natürlich keine Folien her, sondern Einzelprodukte, also Anlagen für Beschichtungsproduktion. Bei denen haben wir tatsächlich unsere ersten Beschichtungssensoren in der Anlage untergebracht und da hat eigentlich alles angefangen. Sie sind bei Plasma Electronics unterwegs. Was sind da im Moment Ihre Aufgaben, wenn Sie mit Messtechnik dort kooperieren?

Was machen Sie da? Plasma Electronics beschichtet ja, so viel ich weiß, Siliziumoxid auf tiefgezogenen Behältern beispielsweise. Kann ich mir vorstellen, dass man da eine Schichtdicke messen kann und soll, aber die Schichten sind ja ultradünn. Was machen Sie da genau?

Was ist Ihr Part? Man kann diese Schichten tatsächlich messen und man kann Fenster definieren, ab welcher Schichtdicke die Beschichtung gut ist. Drunter ist zu wenig, drüber wird sie vielleicht nicht stabil genug halten. Diese Prozessfenster können wir optisch nachweisen.

Wir können in der Tat auf wenige Nanometer genau eine Siliziumoxidbeschichtung auf solchen tiefgezogenen Bechern messen. Das geht auch für Aluminiumoxid, was dort auch gemacht wird. Sowohl Siliziumoxid als auch Aluminiumoxid. Es kommt ein Stück weit auf das Substrat an.

Sie haben tiefgezogene Verpackungselemente angesprochen, da funktioniert das sehr gut. Für Schichten kann man im Endeffekt natürlich vieles. Das geht von Elastomeren über Metalle, auch Glasoberflächen. Gut unsere Kontraste sind, hängt immer vom Substrat ab.

Polymere unter 10 Nanometer messen

Aber für die gängigen Polymere funktioniert die Messung sehr gut, auch im Bereich unter 10 Nanometer, teilweise auf einstellige Nanometerbereiche. Unheimlich spannend sind ja transparente Schichten. Das macht Sie ja aus. Das ist ja gerade das Besondere.

Gehen wir gleich noch mal in die Tiefe. Es wird immer wieder so der Standort Deutschland als forschungsfremd. Wir machen zu wenig Patente, wir können keine Innovationen umsetzen. Wie kommt man denn zu solch einem speziellen Forschungsgebiet, wie Sie es jetzt gerade schon grob skizziert haben, überhaupt als Fraunhofer?

Hat da einer eine Idee und fängt einfach mal an oder wie kommt man eigentlich zu so einem Projekt? Eigentlich eher umgekehrt. Es ist häufig so, dass die Aufgabe oder das Gebiet uns sucht und nicht wir die Aufgabe. In einem konkreten Fall war es eine Kundenanfrage, die eben genau mit dieser Aufgabe zu uns kam.

Wir haben hier eine Barrierschicht, die ist unsichtbar. Wir wollen die aber im Prozess prüfen, nicht irgendwie im Nachgang. Habt ihr irgendeine Idee? Und so haben wir angefangen, relativ klein mit einer Studie.

Wir haben unsere optische Messtechnik darauf losgelassen, Laborspektrometer, was man so im Labor stehen hat. Und wir haben Kontraste gefunden. Und dann ist die große Frage, wie kann ich die nutzen, um eine prozesstaugliche Messtechnik daraus zu entwickeln? Das war tatsächlich eine Entwicklung über mehrere Jahre.

Eine, die mich persönlich auch sehr interessiert hat, weil Dünnschichtsysteme oder die Kombination aus Optik und die Interaktion mit Dünnschichtsystemen ist was, mit dem ich mich eigentlich schon lange beschäftige. Da kam das unmittelbar zur Anwendung, die ganzen Materialeigenschaften, im Fall von Siliziumoxid, dem Substratmaterial, also dem Polymer drunter. Die Kontraste, die das optisch generieren kann, da haben wir also eigentlich Sachen zusammengefunden, die man sich so nicht vorher hätte ausdenken können. Das ist die Anfrage, die uns dazu geführt hat.

Und das ist eben auch für uns als Flexpack-Industrie hochspannend, weil wir so ein bisschen auf diese anorganischen Barrierschichten wie Siliziumoxid und Aluminiumoxid auch setzen, weil die im Recycling sich zum Beispiel besonders günstig verhalten, weil diese Ressourcen schon sind logischerweise und hervorragende Barrieverbesserungen erzeugen. Wie kann ich mir denn so eine Entwicklungsarbeit bei Ihnen im Institut eigentlich vorstellen? Sitzen Sie am PC und modellieren alles theoretisch? Haben Sie Labore?

Wie geht das? Wir haben Labore. Wir haben in den Laboren auch typische Messtechnik, die man sich in Optiklaboren vorstellen könnte. Das sind Mikroskope, das sind Spektrometer über den gesamten Spektralbereich vom Ultravioletten bis weit ins Infrarote hinein.

Messtechnik-Vereinfachung für Praxiseinsatz

Das sind auch Kamerasysteme, Fluoreszenzmesssysteme. Die ganze Gerätschaft ist da. Im Endeffekt ist es dann allerdings so, sobald ich mit irgendeinem Laborgerät – ich nenne es Kontrast – gefunden habe, ist die Frage, wie kann ich das runterkochen auf die Essenz und so robust machen, dass es in der industriellen Umgebung funktioniert. Häufig will man kein ganzes Spektrum haben, sondern möchte nur an einer bestimmten Stelle messen können.

Dafür muss man den Messkopf aus physischer Sicht vielleicht erheblich vereinfachen. Aus Ingenieursicht muss man einige Anstrengungen machen, um ihn ebenso robust zu machen, dass er in einem Dreischicht-Betrieb funktionieren kann, dass er keine Ausfälle zeigt. Und ich habe es eingangs schon gesagt, dazu ist es so gut, dass wir eigentlich sehr, sehr interdisziplinär aufgestellt sind. Dass nicht nur ein Wissenschaftler versucht, das Problem zu lösen, sondern dass auch unsere Ingenieure das lösen.

Und im Endeffekt entwickeln wir einen Sensor, der besteht aus der kompletten Hardware, aus der Datenverarbeitung, in die sicherlich viel Wissenschaft mit eingeht, aber die auch bis dahin führt, dass man die Schnittstellen, die Anlagenschnittstellen bereitstellt. Also das Stichwort Industrie 4.0, die ganzen gängigen Schnittstellen, um ein Sensor letztlich mit einer SPS zu verheiraten. Das kann nicht eine Person, dazu haben wir unser Team. Hochspannend, also eine richtige Teamarbeit, getrieben diesmal sogar von der Industrie oder angefragt von der Industrie.

Sie werden ja, und so haben wir uns kennengelernt, in Würzburg im Sommer Anfang Juli sprechen, beim Expertentreff Barrierefolien in dem Fall. Und Ihr Titel ist „Messtechnische Anforderungen für die Inline-Qualitätskontrolle von Barriereschichten auf Polymersubstraten“. Ein komplizierter, sperriger Titel, der aber genau das beschreibt, was Sie eigentlich auch tun und können. Nämlich Aluminiumoxid, beim Namen genannt, und Siliziumoxid im Prozess zu analysieren.

Worum wird es bei diesem Vortrag gehen? Können Sie schon ein bisschen was anteasern? Ja, natürlich. Ich werde gerne zunächst das Messprinzip an sich vorstellen, also von den Grundlagen auf.

Wird dann aber relativ schnell zu einer konkreten Anwendung kommen. Und das ist die Anlage bei Plasma-Elektronik, auf die ich auch, über die ich da auch offen sprechen kann. Wo wir eben Sensoren so verbaut haben, dass sie dort im Produktionstakt auf Nanometergenau Siliziumoxidbeschichtungen in dem Fall nachmessen. Ich werde zeigen, wie wir das integriert haben.

Ich werde auch zeigen, wie die Daten dort weiterverarbeitet werden und letztlich zu einer Prozesskontrolle genutzt werden können. Sodass sichergestellt werden kann, dass jedes einzelne Produkt am Ende auch die gewünschte Beschichtung, oder die gewünschte Beschichtungsdicke, muss man besser sagen, hat. Und damit die Qualitätsanforderungen an das Produkt erfüllt. Hochspannend, freue ich mich jetzt schon darauf.

Das ist ja die hohe Schule der Prozessingenieurstechnik, dass man quasi Regelkreise schließt, mit Messtechnik quasi direkt in die Produktion und auch rückspeist und Einfluss nimmt auf Regelgrößen, die eben dann die Qualität sichern. Wo werden solche Messungen überhaupt sonst noch benötigt? Wenn wir jetzt mal weggehen von Plasma-Elektronik, wo es ja ein sehr spezieller Fall ist, können Sie sich vorstellen, dass das noch woanders eine Rolle spielt? Ich hoffe sehr, dass wir auch in den Bereich der Folienproduktion kommen damit.

Rolle-zu-Rolle Folienbeschichtung inline messen

Folienproduktion, das heißt Rolle-zu-Rolle-Prozesse, sehr schneller Vorschub von der Folie, ich nenne es immer das Substrat, und eine ganz andere Umgebung. Wir müssen dort dann direkt im Vakuum messen. Wir müssen mit der Bewegung von dem ganzen System umgehen können, also das Bannflattern insbesondere. Das sind Themen, an denen wir momentan aktiv arbeiten und wo ich auch sehr guter Dinge bin, dass wir da vielleicht schon bis zu dem Vortrag Ergebnisse erzielen können.

Es ist aber anspruchsvoll. Aber es ist unser erklärtes Ziel, definitiv in Folienbeschichtungsanlagen solche Schichten zu messen, weil auch dort – es gibt alternative Ansätze natürlich, es gibt auch irgendwelche Fluoreszenzmessungen, aber ein leicht zu vervielfältigender, relativ kompakter, auch wirtschaftlich aufbaubarer Sensor, der noch dazu schnell ist, würde schon eine Lücke schließen. Das ist, was ich zumindest von Interessenten aus dem Gebiet höre. Also ja, wir wollen vor allem in den Rolle-zu-Rolle-Bereich kommen.

Ansonsten kann man sagen, Dünnschichten werden an vielen Stellen verwendet. Da ist die ganze Glasindustrie, die Halbleiterindustrie, die allerdings haben Messtechnik, die ganz anders funktioniert als unsere. Da sehe ich nicht wirklich unsere Chance, da reinzukommen, und auch keinen echten Bedarf. Jetzt interessiert unsere Zuhörer natürlich, wie machen Sie es denn jetzt genau?

Können Sie uns das so grob skizzieren, dass wir so ein bisschen Anhaltspunkt kriegen, wie das vom Prinzip her überhaupt funktioniert? Wir müssen uns jetzt so vorstellen, wir sind eigentlich Flexpacker. Das heißt, wir kriegen eigentlich eine fertige Folie. Ein paar, die zuhören, werden auch selber solche Folien machen wollen.

Ich habe gerade einen Podcast aufgenommen mit der Firma Bobs, die da sehr aktiv ist, mit Aluminiumoxid-, Siliziumoxidbeschichtung. One Barrier haben wir jetzt schon eine zweite Aufnahme gemacht, ist gerade veröffentlicht, verlinkt bei den Show Notes. Also die werden ihre Geräte kaufen, aber die wollen natürlich auch verstehen, wie geht das überhaupt? Wie groß ist der Aufwand? Was ist das für eine Technik?

Ist das gefährlich mit Strahlen oder so? Wie geht das? Die beiden genannten Materialien, Siliziumoxid und Aluminiumoxid, haben eine sehr prominente Absorption irgendwo im Infrarotbereich. Das heißt, irgendwo bei 10 Mikrometern Wellenlänge – das ist sehr langweilig, eigentlich eher bekannt als Wärmestrahlung – ist völlig ein ungefährlicher Strahlungsbereich in dem Anhalts.

Diese Bande sorgt dafür, dass die Beschichtung das Licht anders reflektiert, als wenn sie nicht da wäre. Sie ändert die Reflektivität letztlich oder auch die Absorption von einem Gesamtsystem. Auch wenn die Schicht nur wenige Nanometer dünn ist, das sieht man eben in diesem Spektralbereich. Sowas kann man mit einem Laborspektrometer, mit einem Infrarotspektrometer sehen, aber das ist natürlich, wie schon gesagt, nicht unser Ziel, es damit zu messen, sondern wir verwenden letztlich einen wirklich kompakten Sensor, der aus Komponenten besteht – einer thermischen Lichtquelle und einem Infrarotdetektor –, der auf dieser Absorptionsbande die Reflektivität erfasst.

Sie gucken auf die Oberfläche und gucken nicht durch, sondern sie gucken auf die Oberfläche? Wir schauen auf die Oberfläche. Das hat den Grund, dass man ja häufig mit unterschiedlichen Materialdicken, also unterschiedlichen Foliendicken, arbeiten muss. Für dünne Folien, ich sage mal, im Bereich die typischen 12 Mikrometer und unter 20 Mikrometer Folienstärke, kommt man schon durch, wenn man es aber mit dickeren Materialien zu tun hat, Richtung 100 Mikrometer oder eben tiefgezogene Teile, die dicker sind, dann kommt man mit dem Infrarotlicht durch das Polymer nicht durch.

Reflexionsmessung und Kalibrierverfahren

Deswegen messen wir in Reflexion. Jetzt ist es eine relativ lange Wellenlänge, hatten Sie auch selber gesagt. Wie kriegen Sie denn jetzt einen Bezug zur Schichtdicke hin? Oder ist das einfach nur eine Kontrolle, ist da oder ist nicht da?

Es erfordert eine Kalibrierung. Wir brauchen quasi eine Nullprobe, eine unbeschichtete, und wir brauchen eine, von der wir annehmen, dass sie die korrekte Beschichtung hat, beispielsweise 30 Nanometer. Dazwischen verhält sich sowohl typischerweise die Beschichtungsdicke mit der Beschichtungsdauer, als auch unser optisches Signal, die Reflektivität, sehr linear. Das heißt, wir haben einfach eine Ausgleichsgerade, die einmal gefittet werden muss, dann aber sozusagen als Rezept hinterlegt werden kann.

Und so kennt man, anhand von unserem, ja, unser optisches Signal entspricht einer bestimmten Schichtdicke. Wie groß ist denn so ungefähr die Genauigkeit? Haben Sie da schon Anhaltswerte? Die einfache Antwort ist, es kommt drauf an.

Die etwas kompliziertere ist die für die Tiefziehbauteile, die ich genannt habe. Und das Material Siliziumoxid, kommen wir auf eine Genauigkeit von etwa einem Nanometer mit zwei Sigma, also zwei Standardabweichungen. Das ist der beste Fall. Je dünner das Substrat wird, desto größer wird der Fehler.

Ich würde sagen, für die meisten Folien kommt man auf eher so was wie fünf Nanometer. Tendenziell ist die Genauigkeit für Siliziumoxid besser als die für Aluminiumoxid. Im Detail muss man es sich meistens anschauen. Und auch das muss man der Veränderlichkeit dazu sagen.

Die Kalibrierung, die ich eben erwähnt habe, diese Kalibrierung muss man für jedes Substratmaterial separat machen. Das heißt, ein anderes Polymer gibt eine andere Kalibriergerade. Spielt da die Dickentoleranz der Basisfolie, worauf diese Vakuumbeschichtung aufgetragen wird, auch eine Rolle? Oder ist das unabhängig davon, wird das rausgerechnet?

Die absolute Dicke spielt eine Rolle. Wir haben eine ganz gute Toleranz gegenüber den industrietypischen Abweichungen. So eine Folie ist ja nicht exakt 12 Mikrometer dick, sondern das variiert. Da haben wir sehr viel Mühe reingesteckt, dagegen eine gewisse Toleranz aufzubauen.

Das ist auch ein wesentlicher Aspekt. Wir haben unser Sensorprinzip zum Patent angemeldet. Und das betrifft genau diese Toleranz gegenüber praxisgerechten Abweichungen von der Substratdicke. Kann man sich auch vorstellen, dass man so heute, wie man auch mit Kamerasystemen ganze Bahnen zu 100 Prozent abscannt?

Hochfrequente punktuelle Messung entwickeln

Wäre das mit Ihrer Methode langfristig auch denkbar oder machen Sie immer nur punktuelle Messungen? Es sind punktuelle Messungen. Wir messen aktuell mit einer Messrate von 5 Hertz. 5 Messungen pro Sekunde.

Wir arbeiten an einer Lösung, auch mit einem Partnerinstitut zusammen, in den hohen Kilohertzbereich zu kommen. Das ist tatsächlich eine ganz andere Lichtquelle, die wir dafür einsetzen werden. Mit der man dann eine deutlich höhere Auflösung in Vorschubrichtung kriegt. Quasi Auflösung in die Breite wollen wir dadurch lösen, dass wir unseren Sensor vervielfältigen.

Was aufgrund der relativ einfachen Komponenten absolut darstellbar ist. Mein Verständnis von diesen Anlagen ist durchaus auch, dass es natürlich auch Varianten in der Breite gibt. Aber das findet alles nicht auf Millimeterskalen statt, sondern eben entsprechend der Beschichtungssysteme auf einer relativ großen Skala. Sodass man z. B.

alle 10 cm einen Sensorkopf in der Breite positionieren könnte. Und dann frei ist, was die Bahnbreite angeht. Siliziumoxid, Aluminiumoxid, die transparenten Schichten, habe ich verstanden. Ginge das auch für Aluminiumbedampfungen, die typische Chipstüte z.B.?

Man müsste den Sensor anders konfigurieren, was seine Wellenlängen angeht. Es geht dann für dünne Schichten, solange das Aluminium teilweise noch transparent ist. Sobald das nicht mehr der Fall ist, haben wir mit unseren optischen Wellenlängen da leider keine Chance mehr. Wir setzen ja schon seit 40 Jahren solche Beschichtungen im Flexpack-Bereich ein.

Die Qualitätskontrolle war mäßig. In den Anfangsjahren kann ich aus eigener Erfahrung sagen, ich habe mich da selber ein paar Jahre mit beschäftigt. Wir hatten auch immer wieder Aussetzer in den Beschichtungen. Das waren so die Kinderkrankheiten vor 40 Jahren.

Ist das auch ein Thema, was Sie mit Ihrer Messtechnik covern können? Da müssten Sie ja dann flächig messen. Da haben Sie gesagt, grundsätzlich wäre das denkbar. Glauben Sie wirklich, dass Sie Richtung 100%-Kontrolle kommen?

Oder wird es nach wie vor ein Stichprobenverfahren bleiben? Es soll Richtung 100%-Kontrolle gehen. Es soll genau darum gehen, dass man Fehler im Prozess unmittelbar erkennt. Und nicht erst im Nachgang, nicht erst, wenn die Rolle mal abgewickelt und umgeschnitten zu werden muss.

Alternative Röntgenfluoreszenz-Messgeräte

Allerdings muss man eben sagen, die Auflösung ist momentan eher im Zentimeterbereich und perspektivisch vielleicht etwas besser. Aber Sie werden da jetzt kein Bild von erwarten können wie von einem Kamerasystem. Das ist verständlich. Heute wird ja schon produziert.

Wie wird das heute gemacht? Können Sie uns das auch verraten? Es gibt eben diese Röntgenfluoreszenz-Messgeräte, die dann auch nur an bestimmten Positionen messen. Oder nicht nur auch, sondern eigentlich noch deutlich langsamer sind als unser System.

Aber ein gewisses Maß an Prozesskontrolle zulassen, wenn sie dann eingesetzt werden. Meine Vermutung ist, dass sehr viel überhaupt nicht getestet wird bzw. nicht im Prozess getestet wird. Es kann natürlich nachträglich stichprobenartig Laboranalytik betrieben werden.

Es können die Fusionsraten bestimmt werden. Das ist die direkte Messung der Barriere. Es können auch optische Messungen durchgeführt werden, beispielsweise durch Ellipsometrie. Aber das sind keine inline-tauglichen Verfahren.

Es besteht durchaus ein Bedarf für Prozesskontrolle. Da sind wir uns bewusst und da wollen wir dann eben auch hin. Hört sich schon ziemlich serienreif an, aber gestatten Sie mir eine Frage. Welche Herausforderungen sehen Sie denn noch für die Umsetzung jetzt im Folienbereich?

Was müssen Sie noch lösen? Was gibt es noch für Juckepunkte, die noch anstehen, die noch ein bisschen problematisch erscheinen im Moment? Wir haben unseren Sensor so konstruiert, dass er vakuumtauglich ist. Das heißt, ins Vakuum trauen wir uns damit.

Trotzdem haben wir momentan noch das Thema, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, um es technisch zu sagen, zunimmt, sobald sich das Material bewegt. Das ist eben der Unterschied zwischen Batchprozess und Rolle-zu-Rolle-Prozess. Wir haben eine gute Idee dafür, woran das liegt und das Problem ist lösbar. Aber ja, wir müssen mit dem Band flattern umgehen, wir müssen mit der ganzen Bewegung im System umgehen.

Da ist noch auf unserer Seite etwas Arbeit zu machen. Ein anderes Thema im Langzeitbetrieb ist auch, dass die Sensoren natürlich sauber gehalten werden müssen. Das ist auch machbar durch letztlich eine Art Opfergläser, die vorne vor den Sensor gebracht werden müssen. Aber da fehlt es noch ein bisschen an Erfahrungswerten.

Sensorik im Dauerbetrieb und Serienreife

Wie lange die betrieben werden können, wie da dann die Handlungsanweisungen sind, dass die Sensorik auch in Dauerbetrieb oder auch nach Wochen von Betrieb die gleichen Ergebnisse liefert wie zu Beginn. Ich glaube, wir sind auf einem guten Weg, aber wir sind noch nicht da. Hört sich für mich als Ingenieur erstmal alles lösbar an. Sie haben das auch so ein bisschen durchblicken lassen, dass Sie da auch ganz zuversichtlich sind.

Wann kann denn so eine Messtechnik jetzt in Serie gehen? Wann kann bei OPPs, bei Ihnen, die in echten Maschinen die neuesten ersten Messgeräte bestellen? Oder wo auch immer kann sie die bestellen. Wer macht die überhaupt?

Für Batchanlagen kann man die im Prinzip bei uns bestellen. Zu Rolleranlagen arbeiten wir dran. Momentan ist es so, wir führen gerne zunächst eine Machbarkeitsstudie für das konkrete System durch. Dazu bauen wir zum Beispiel einen unserer Sensoren in der Anlage ein, testen das und anschließend bieten auch wir als Fraunhofer EPM den Sensor als integriertes Bauteil an.

Das sind individuelle Anfertigungen letztlich, aber wir treten dort auf, indem wir den ausliefern mit CE, mit Gewährleistung. Wir stehen auch auf der Matte, wenn was nicht so tut, wie es soll. Das ist der Arbeitspunkt, den wir momentan anbieten. Auf einer längeren Zeitskala können wir uns durchaus auch vorstellen, die Technologie zu lizenzieren.

Die ersten Sensoren würden wir aber selbst bauen und auch in die Anlage einbauen. Sie haben also selber auch die Möglichkeit, kleine Produktionen zu machen im Fraunhofer. Diese Sensoren sind ja jetzt keine Gerätschaften, die jetzt riesengroß sind, aber doch muss exakt gearbeitet werden. Man braucht ja auch ein bisschen Produktions-Know-How und Technik, aber sowas können Sie, oder?

Sowas können wir definitiv. Wir haben unsere Werkstätten dafür. Wir können diese Sensoren fertigen, aufbauen, wie gesagt, mit aller Dokumentation dann auch liefern und Gewährleistung dafür bieten. Das macht Sinn für relativ geringe Stückzahlen und solange sehr individuelle Anpassungen nötig sind.

Ich habe eingangs die ganzen Schnittstellen erwähnt, die ja durchaus individuell sind. Von Anlage zu Anlage sich sehr stark unterscheiden. Das ist auch der Punkt, der für uns, nachdem die Sensorik steht, eigentlich der größte Aufwand ist. Natürlich, wir werden bei uns keine Serienfertigung von Tausenden identischer Sensoren machen.

Das ist nicht der Arbeitspunkt von einem Fraunhofer-Institut. Dafür würden wir dann ein Lizenzmodell anstreben. Wollte ich gerade sagen. Spinoffs, gibt es das auch schon bei Ihnen am Institut?

Ausgründungen aus Fraunhofer-Instituten

Ich weiß von Fraunhofer gibt es das hier und da mal in Freising und auch Dresden habe ich sowas gesehen. Machen Sie das auch? Gibt es das bei Ihnen? Gehört absolut zum Fraunhofer-Modell.

Gibt es auch an unserem Institut. Gerade in einem anderen Themenbereich findet gerade eine Ausgründung auch bei uns am IPM statt. So ein Thema muss noch etwas wachsen. Das lässt sich jetzt hier noch nicht absehen.

Kann ich mir vorstellen. Zum Schluss eines Podcasts frage ich immer noch mal spontan: Was wünschen Sie sich denn vom Auditorium, von den Zuhörern dieser Episode? Wer soll Sie anrufen?

Wer soll bei Ihnen so einen Teil mal testen? Was ist die Zielgruppe vielleicht und mit wem möchten Sie in Kontakt kommen? An sich ist jeder, der sich für die Sensorik interessiert, auch für uns interessant. Das kann sowohl ein Anlagenhersteller sein als auch ein Folienhersteller.

Auch ein Verpacker. Wir arbeiten gerne mit jedem zusammen in diesem Bereich. Ganz klar, wir sehen es als Chance unseren Sensor wo zu testen. Wenn jemand mit uns in Kontakt kommen mag und uns Proben zuschicken möchte, die wir zunächst mal außerhalb von einer Anlage vermessen, um zum Beispiel dafür die erreichbare Genauigkeit feststellen zu können.

Das machen wir gerne. Und genau diese Kontakte suche ich. Prima, danach kann eigentlich nichts mehr kommen. Sie werden genug Kontakte in Würzburg finden.

Das garantiere ich. Alleine schon die Referentenliste. Es sind einige dabei, die sicherlich Interesse an Ihren Sensoren haben werden. Ich gucke mal in Richtung Amco und so weiter, die ja selber solche Beschichtung machen.

Burbs wird da sein. Also von daher glaube ich wird das eine runde Sache. Herzlichen Dank für dieses fantastische Interview. Und viel Erfolg für Ihre Entwicklung.

Innoform Podcast und Community-Beteiligung

Vielen Dank. Ich freue mich auf die Veranstaltung. Das war eine weitere Episode vom Inno-Talk Podcast für mehr Flexpack-Wissen. Mein Name ist Karsten Schröder.

Und wenn Sie auch einmal einen Teil dieser Initiative werden wollen, melden Sie sich gerne bei mir unter ks at innoform.eu. Abonnieren Sie uns, wo immer Sie Podcasts hören und empfehlen Sie uns weiter. Tschüss, bis zum nächsten Mal.