Terahertz-Technologie: Neue Chancen und breiter Marktzugang für Messsystemhersteller und Automatisierer

Am SKZ wird seit über zehn Jahren die Terahertz-(THz)-Technik genutzt, um Kunststoffe zu untersuchen. Im Rahmen zahlreicher Forschungsprojekte konnte dabei gezeigt werden, dass diese Technik für vielfältige Anwendungen genutzt werden kann. Dazu gehören beispielsweise die Ermittlung von Feuchte- und Füllstoffgehalten, die Bestimmung der mittleren Zellgrößen und Rohdichten bei geschäumten Kunststoffen sowie die Geometrievermessung, beispielsweise bei Rohren und Folien. Dabei profitiert diese Technik von einer zerstörungsfreien und berührungslosen Arbeitsweise sowie einer gefahrlosen Anwendung, bei der keine Strahlenschutz-Maßnahmen erforderlich sind.

Aufgrund der kontinuierlich steigenden Qualitätsstandards sowie eines wachsenden Umweltbewusstseins gewinnen Inline-Messtechniken, die während der Produktion eingesetzt werden, weiter an Bedeutung. Werden beispielsweise Rohrwanddicken-Messsysteme eingesetzt, können während der Produktion Maßnahmen gegen Abweichungen von einem Sollwert in Echtzeit ergriffen werden. Dies führt zu einer Verringerung der Ausschussmenge, respektive einem deutlich höheren Qualitätsniveau und einer zeitgemäßen Ressourceneffizienz. Zeitaufwändige Messmethoden, die häufig der Produktion nachgeschaltet sind und Mitarbeiter binden, können somit substituiert werden. Zusätzlich kann durch Inline-Messverfahren, welche die genauen Maße des Produkts ermitteln, an einer unteren Toleranzgrenze produziert werden. Dadurch lassen sich große Mengen an Material einsparen. Auf diese Weise amortisieren sich Kosten für Messsysteme, die üblicherweise im unteren siebenstelligen Bereich liegen, innerhalb weniger Jahre.

Die THz-Technik bietet die genannten Vorteile und findet immer größeren Anklang in der Industrie. So existieren im Bereich der Extrusion bereits Wanddicken-Messsysteme für Rohre und Platten. Durch die industrienahe Forschung des SKZ können nun weitere Felder im Bereich der Extrusion erschlossen werden. Hierzu zählt etwa die Dickenmessung von Wellrohren, die bisher messtechnisch nicht realisiert werden konnte. Weiterhin konnte bei einem abgeschlossenen Forschungsprojekt die Inline-Charakterisierung von geschäumten Kunststoffen, zum Beispiel Dämmplatten, vorgenommen werden. Damit ist es möglich, Aussagen über die mittlere Zellgröße sowie die Rohdichte der Schäume zu treffen – und das während der Produktion in Echtzeit. Marcel Mayr, wissenschaftlicher Mitarbeiter am SKZ, erläutert: „Eine Überführung in Messsysteme, die direkt an einer Extrusionslinie eingesetzt werden können, steht unmittelbar bevor. Hierfür ist das SKZ auf der Suche nach geeigneten Kooperationspartnern, mit denen eine Kommerzialisierung in Angriff genommen werden kann.“

Auch tomografisch messende Verfahren, die ähnlich einer Computertomografie dreidimensionale Informationen bereitstellen, gewinnen für die THz-Technik zunehmend an Bedeutung. So werden am SKZ in einem laufenden Forschungsprojekt mehrere THz-Sender und THz-Empfänger, die um ein bewegtes Objekt rotieren, eingesetzt, um beispielsweise Fensterprofile inline zu charakterisieren. Durch Aufnahme von Laufzeit und Dämpfung der THz-Wellen beim Durchgang durch das Fensterprofil werden mittels geeigneter Rekonstruktionsalgorithmen 3D-Abbildungen des Profils erzeugt.

Somit kommt die lange rein laborlastige Messtechnik in immer mehr Anwendungsgebieten in der Industrie zum Einsatz. Dabei ist das SKZ gerne unterstützend tätig, um weitere Laboranwendungen in kommerziell verfügbare und industriell akzeptierte Produkte zu überführen. Das SKZ möchte damit einen Beitrag für die zielgerichtete Weiterentwicklung und den zweckmäßigen Einsatz dieser jungen Technologie im Vergleich zu etablierten Techniken leisten. Interessierte Industrieunternehmen können sich gerne beim SKZ informieren, um zum Beispiel kostenfrei an sogenannten projektbegleitenden Ausschüssen zu aktuellen Forschungsprojekten teilzunehmen.

Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.