Milliarden von Produkten werden jährlich in Folienverpackungen eingeschweißt, insbesondere in der Medizin- und Lebensmittelindustrie, wo die Dichtigkeit der Verpackungen entscheidend ist. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) hat im Rahmen des Projekts ‚OCTInline‘ ein innovatives Prüfsystem entwickelt, das die optische Kohärenztomographie (OCT) nutzt, um Fehler in Siegelnähten während des Verpackungsprozesses in Echtzeit zu erkennen. Diese Methode ermöglicht eine zerstörungsfreie Prüfung mit einer Auflösung bis in den Mikrometerbereich.
Die optische Kohärenztomographie ist ein bildgebendes Verfahren, das ursprünglich für die Augenheilkunde entwickelt wurde. Es nutzt Infrarotlicht, um die Struktur verschiedenster Materialien unterhalb der Oberfläche dreidimensional abzubilden und Defekte sichtbar zu machen. Conner Phillips, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IKTS, erklärt: „Das System sendet nahinfrarotes Licht in das Material und erfasst die reflektierten Signale, aus denen hochaufgelöste dreidimensionale Bilder der inneren Struktur entstehen.“ Diese Technologie ermöglicht es, Materialfehler, Lufteinschlüsse oder unzureichend verschweißte Bereiche zu identifizieren, ohne die Verpackung oder das Produkt zu beschädigen.
Kleinste Defekte kontinuierlich erkennen
Im Projekt ‚OCTInline‘ haben die Forschenden die OCT-Technologie direkt in den Versiegelungsprozess einer Verpackungsmaschine integriert. Dies ermöglicht eine kontinuierliche und zerstörungsfreie Qualitätsprüfung bei einer Produktionsgeschwindigkeit von bis zu 25 Metern pro Minute. Laut Ralf Schallert, Gruppenleiter am Fraunhofer IKTS, können Poren bis zu einer Größe von acht Mikrometern in der Siegelnaht entdeckt und visualisiert werden. Die Kombination von hoher Auflösung und Produktionsgeschwindigkeit stellte das Team vor Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich der Datenverarbeitung und der Integration in den industriellen Prozess. „Wir mussten einen Balancepunkt zwischen Schärfentiefe, Belichtungszeit und der Bewegung der Folie finden“, so Phillips.
Weniger Ausschuss, mehr Prozesssicherheit
Die steigenden Anforderungen an nachhaltige Verpackungen erhöhen die Bedeutung einer zuverlässigen Siegelnahtprüfung. Immer mehr Hersteller setzen auf recyclingfähige Monofolien, die ökologisch vorteilhaft sind, jedoch häufiger fehlerhafte Siegelnähte aufweisen. Schallert betont: „Dadurch steigt der Bedarf an einer kontinuierlichen Kontrolle.“ Die Echtzeitprüfung bietet Herstellern mehrere Vorteile, darunter die Reduzierung von Ausschuss und Materialverbrauch sowie Informationen über den Zustand von Maschinen und Werkzeugen. „Viele Fehler entstehen, weil Druck und Temperatur nicht optimal auf das Material abgestimmt sind oder weil sich das Werkzeug mit der Zeit abnutzt“, erklärt Schallert. „Mit den OCT-Daten können wir solche Veränderungen sichtbar machen und auch frühzeitig erkennen, wann beispielsweise ein Werkzeugwechsel notwendig wird.“
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten
Ein Demonstrator des Systems wird seit Juli 2026 bei Kallfass Verpackungsmaschinen in Nürtingen eingesetzt und potenziellen Kunden vorgestellt. Schallert hebt hervor, dass die Verpackungsindustrie nur eines von vielen Einsatzfeldern der Technologie ist. Die Systeme können individuell an unterschiedliche Materialien und Anforderungen angepasst werden, was sie für verschiedene industrielle Fragestellungen nutzbar macht. Neben Verpackungen können auch funktionale Beschichtungen, keramische Komponenten oder additiv gefertigte Bauteile untersucht werden. „Überall dort, wo dünne Schichten, innere Strukturen oder kleinste Defekte zuverlässig erkannt werden müssen, kann die OCT einen wichtigen Beitrag leisten – von der Medizintechnik über funktionalisierte Oberflächen bis hin zum industriellen 3D-Druck“, so Schallert.
Quelle: Fraunhofer IKTS
