Dicht, oder nicht? Defekte Folienverpackungen können schneller erkannt werden

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Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)

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Milliarden von Produkten aus der Lebensmittelbranche werden in Folienverpackungen eingeschweißt. Diese müssen absolut dicht sein. Forscher erkennen jetzt in Echtzeit, ob das auch so ist ...

Die optische Kohärenztomographie (OCT) ist ein bildgebendes Verfahren auf Basis von Infrarotlicht, beginnen die Experten vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) ihren Bericht zur Folienprüfung. Diese Systeme, heißt es weiter, wurde ursprünglich für die Augenheilkunde entwickelt, kann aber die Struktur verschiedenster Materialien unterhalb der Oberfläche dreidimensional und zerstörungsfrei abbilden. So erkennt man schließlich, wo es Inhomogenitäten oder Defekte gibt. Dazu sendet das System Licht im nahen Infrarot in das Material und erfasst die reflektierten Signale. Aus diesen Daten entstehen hochaufgelöste dreidimensionale Bilder der inneren Struktur. Erkannt werden damit Materialfehler, Lufteinschlüsse oder unzureichend verschweißte Bereiche, ohne Verpackung oder Produkt zu beschädigen.

Winzigste Fehler werden schnell aufgedeckt

Im Rahmen des öffentlich geförderten Projekts „OCTInline“ integrierten die IKTS-Forscher die OCT-Technik direkt in den Versiegelungsprozess einer Verpackungsmaschine eines Industriepartners. So implementiert, prüft das System nun im laufenden Prozess und in Echtzeit kontinuierlich und zerstörungsfrei die Qualität der entstehenden Siegelnaht – und das bei einer Produktionsgeschwindigkeit von bis zu 25 Metern pro Minute, wie die Experten aus Dresden betonen. „Wir können dabei verschiedene Poren bis zu einer Größe von acht Mikrometern in der Siegelnaht entdecken und visualisieren, merkt Ralf Schallert, Gruppenleiter für Charakterisierungsverfahren am Fraunhofer IKTS, dazu an. Die eigentliche Herausforderung liege aber in der Kombination von hoher Auflösung und hoher Produktionsgeschwindigkeit. Denn je kleiner die Defekte seien, desto mehr Daten müssten erfasst und verarbeitet werden. Auch die Integration in den industriellen Prozess stellte das Projektteam vor Herausforderungen. Denn bereits kleinste Schwingungen der Folie können die Messung beeinflussen. Sie mussten deshalb eine Art Balancepunkt zwischen Schärfentiefe, Belichtungszeit und der Bewegung der Folie finden.

Aufpassen, bei recycelbaren Mono-Materialfolien!

Und neue Anforderungen an die Nachhaltigkeit von Verpackungen steigern die Bedeutung einer zuverlässigen Siegelnahtprüfung. Da komme diese Methode gerade recht. Immer mehr Hersteller setzen außerdem auf recycelbare Mono-Materialfolien, die sich besser wiederverwerten lassen als mehrschichtige Verbundsysteme. Mono-Folien sind aus ökologischer Sicht sehr interessant, heißt es, doch leider treten bei ihnen häufiger fehlerhafte Siegelnähte auf, weshalb man die Kontrollen auf Defekte verschärfen muss. Für Hersteller bietet die Echtzeitprüfung deshalb mehrere Vorteile: Durch eine schnelle Fehlererkennung lassen sich Ausschuss und Materialverbrauch reduzieren und zusätzlich beherrscht das System außer der eigentlichen Fehlererkennung auch die Erfassung von Informationen über den Zustand von Maschinen und Werkzeugen. Denn viele Fehler entstünden, weil Druck und Temperatur schlecht auf das Material abgestimmt seien oder weil das Versiegelungswerkzeug verschlissen sei. Diese Problem können aber per OCT erkannt werden. Ein Demonstrator des Systems wird seit Juli 2026 beim Projektpartner Kallfass Verpackungsmaschinen GmbH in Nürtingen eingesetzt und dort potenziellen Kunden vorgestellt, wie man erfahren darf.

Funktioniert auch bei anderen Materialisystemen

Die Verpackungsindustrie ist aber nur eines von vielen Einsatzfeldern dieser Technologie, lassen die Forscher wissen. Denn die Systeme könnten individuell auch an unterschiedliche Materialien und Anforderungen anpasst werden. Dadurch lässt sich die OCT-Methode für die Beantwortung sehr unterschiedlicher industrieller Fragestellungen nutzen. Sie eignet sich etwa grundsätzlich für transparente und teiltransparente Materialien sowie für zahlreiche Aufgaben der industriellen Qualitätssicherung. Außer Verpackungen könnten beispielsweise auch funktionale Beschichtungen, keramische Komponenten oder additiv gefertigte Bauteile untersucht werden. Punktum: Überall dort, wo dünne Schichten, innere Strukturen oder kleinste Defekte zuverlässig erkannt werden müssen, kann die OCT einen wichtigen Beitrag leisten.

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