Qualitätskontrolle sichern

Trennverstärker- In den Beschichtungsmaschinen von Leybold Optics sorgen Trennverstärker für sichere Übertragung der Messsignale und garantieren kontinuierliche Qualitätskontrolle sowie zuverlässige Überwachung. Der Endkunde profitiert damit insbesondere von der gleichmäßig hohen Qualität der Folienprodukte.

16. September 2005

Leybold Optics ist Spezialist für Hochvakuumtechnik und Hersteller von Anlagen zur Metalldampfbeschichtung von Kunststofffolien. Zu den Kunden zählen Textilhersteller, Unternehmen der Verpackungsindustrie sowie Produzenten von elektronischen Bauteilen weltweit. Die Besonderheit der Leybold Optics-Systeme liegt in der Stärke des Metallfilms auf der Trägerfolie, die mit wenigen Nanometern nur rund ein Zehntausendstel der mit herkömmlichen Verfahren erzielbaren Werte beträgt. Das bedeutet, dass sich die gewünschten Produkteigenschaften nicht nur schnell, sondern auch mit wenig Materialaufwand erzielen lassen.

Eine permanente Qualitätskontrolle und -dokumentation ist bei der Arbeit im Nanometerbereich unabdingbar, sei es bei der Beschichtung von Verpackungsmaterial für Lebensmittel oder bei der Bedampfung von Kondensatorfolien. Komplexe Beschichtungsverfahren stellen daher auch hohe Anforderungen an die Messtechnik. Für die störfeste Übertragung der Messwerte und die sichere Entkopplung der Messkreise setzt Leybold Optics auf Trennverstärker von Knick. In der Verpackungsbandanlage, einer typischen Anwendung, wird eine Folie umgespult und dabei in einem Kondensationsprozess eine dünne Metallschicht aus Aluminium aufgebracht. Das Metall verdampft im Hochvakuum bei Temperaturen von ca. 1.500 °C. Der Verdampfer besteht aus gesinterten Keramiken, die von einem starken Strom durchflossen und dadurch aufgeheizt werden. Das Metall wird als Draht zugeführt, geht bei Berührung mit der Keramik zuerst in den flüssigen und anschließend in den gasförmigen Zustand über und kondensiert aufgrund der Temperaturdifferenzen bevorzugt auf der Folie, die über die auf bis zu -?20 °C heruntergekühlte Beschichtungswalze geführt wird.

Qualitätskontrolle in Extremlage

Die Beschichtung im Hochvakuum hat mehrere Vorteile: Die Siedetemperaturen der Metalle werden gesenkt, gleichzeitig werden Verunreinigungen durch Luftfeuchtigkeit oder Sauerstoff ausgeschlossen, die die Eigenschaften des Metallfilms beeinträchtigen würden. Ein mehrstufiges Kontrollsystem sichert die gleichmäßige Qualität der produzierten Folien und schlägt bei Abweichungen Alarm. Kontinuierlich kontrolliert wird neben der optischen Dichte des Metallfilms (Schichtdicke) auch die Gleichmäßigkeit der Beschichtung. Alle Werte werden dokumentiert und können am angeschlossenen Bedienterminal verfolgt werden.

Schon anhand der Verfahrensbeschreibung wird klar, dass hier harte Bedingungen für Mess- und Übertragungssysteme herrschen. Extreme Temperaturen, Metalldampf und statische Aufladungen durch die hohen Messspannungen sorgen dafür, dass das Störumfeld schwer zu spezifizieren ist. Das Problem - nicht nur in diesem speziellen Anwendungsfall - ist die fehlende Reproduzierbarkeit der Störungen, die normalerweise mehr oder weniger häufig zu Fehlmessungen, Funktionsstörungen von Komponenten und damit letztlich zu Produktionsausfällen führen. Das Auftreten solcher Störungen wird bei Leybold Optics allerdings durch den Einsatz von Knick-3-Port-Trennern verhindert. Die Trennverstärker VariTrans P 15000 und B 13000 bieten 3-Port-Trennung zwischen Eingang, Ausgang und Hilfs¬energie, und übertragen die Messsignale mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Der Verstärkungsfehler liegt unter 0,08 % bzw. 0,4 % vom Messwert. Die extrem geringe Leistungsaufnahme minimiert die Eigenerwärmung der Geräte, was der Lebensdauer der Elektronik unmittelbar zugute kommt. Außerdem können die Trenner so ohne Belüftungszwischenraum direkt nebeneinander auf die Hutschiene gesteckt werden.

Die guten Isolationseigenschaften sind auch an den Werten für die Prüfspannung (4 kV bzw. 3,25 kV AC, Eingang gegen Ausgang gegen Hilfsenergie) und Arbeitsspannung (1.000 V bzw. 600 V AC/DC bei Überspannungskategorie II und Verschmutzungsgrad 2 nach DIN EN 61010-1) ablesbar. Der P 15000 bietet außerdem Sichere Trennung nach DIN EN 61140 bei Arbeitsspannungen bis 300 V. Durch die unterschiedlichen Modellvarianten mit festen oder kalibriert umschaltbaren Ein- und Ausgängen (jeweils 0..20 mA, 4..20 mA, 0..10 V) ergeben sich flexible Einsatzmöglichkeiten. Die kalibrierte Umschaltung wird durch einen Mikrocontroller gesteuert, so dass eine Nachjustierung nicht erforderlich ist. Störende Einflüsse auf die Signalübertragung durch Übergangswiderstände der Bereichsschalter werden durch ein ausgeklügeltes Schaltungsdesign ausgeschlossen.

Carsten Koska, Knick Elektronische Messgeräte

FAKTEN

- Zur Messung der Schichtdicke wird in die Messwalzen ein konstanter Strom von etwa 500 mA eingespeist.

- Der Metallfilm auf der Folie wirkt als Widerstand, an dem eine Spannung abfällt. Diese wird gemessen und als Normsignal über den Knick-Trennverstärker an die SPS gegeben.

- Aus dieser Größe, dem Strom und den bekannten Werten für den Rollenabstand und die Folienbreite kann der Flächenwiderstand in Ω/cm² errechnet werden; dieser ist proportional zur Dicke der Beschichtung. Die Kontrolle auf mögliche Löcher in der Beschichtung erfolgt durch Anlegen einer Spannung von 1.200 V zwischen der Beschichtungstrommel und einer weiteren Messwalze.

Erschienen in Ausgabe: 06/2005