Temperaturen punktgenau messen, kontaktlos und tausende Male pro ­Sekunde? Das ist mittlerweile möglich durch die Expertise eines Ber­liner Technologie-Unternehmens. Die Infrarot-Thermometer ermöglichen zahlreiche neue Anwendungen, etwa in der Qualitätskontrolle von Verpackungen oder auf der Schiene.

22 Milliarden Kronkorken werden jährlich in Deutschland produziert – und sie müssen strengen Qualitätsansprüchen genügen. Schließlich halten die kleinen gestanzten Metallplättchen Limonaden, Bier und Saftschorlen in ihren Flaschen. Dafür sorgt die Dichtung aus thermoplastischem Elastomer (TPE). Sie wird in Form eines Pellet zusammen mit Klebelack in die Innenseite des Kronkorkens geformt.

Der Klebelack wird anschließend bei rund 150 °C aktiviert und das TPE-Pellet schließlich in Form gepresst. Dieser Vorgang passiert sehr schnell – nämlich 83 Mal pro Sekunde oder knapp 5.000 Mal in der Minute.

Punktgenaue Temperaturmessung bei hoher Prozessgeschwindigkeit

Die Temperatur ist dabei entscheidend, denn sie aktiviert den Klebelack für die thermoplastische Elastomerdichtung. Doch woher weiß man bei dieser hohen Geschwindigkeit, ob sie ausreicht? Eine Messung durch Berührung ist da nicht mehr möglich. Deshalb kamen die Experten von Optris ins Spiel: Das Berliner Unternehmen ist seit 2003 spezialisiert auf Messgeräte zur berührungslosen Temperaturmessung – auch in Extrem­situationen.

Zunächst kam versuchsweise das Pyrometer Optris CT 3M mit einer Einstellzeit von 1 ms zum Einsatz. Die Temperaturmessung mit diesem System liefert pro Kronkorken circa zwölf Messwerte. Nach Auswertung des Temperatur-Zeit-Diagramms entstand der Wunsch nach einer noch detaillierteren Erfassung der Temperaturverteilung beim Vorbeifahren des Kronkorkens. Aus diesem Grund wechselten die Projektpartner auf das Pyrometer Optris CT 4M.

Höhere zeitliche Detailauflösung durch schnelleren Sensor

Im Vergleich zum CT 3M bietet das CT 4M eine um mehr als zehnfach höhere Mess­geschwindigkeit. Statt wie bisher mit 1 Millisekunde Reaktionszeit, arbeitet der Sensor mit einer Reaktionszeit von 90 Mikrosekunden. Zum Vergleich: Ein Wimpernschlag dauert etwa 150 Millisekunden. In dieser Zeit nimmt das Pyrometer über 1.600 Messungen vor. Das Ergebnis: Der Optris-Sensor erfasst die Temperatur jedes Kronkorkens während des Durchlaufs in der Produktionslinie einzeln und präzise. Das stellt eine konstante Erwärmung der Kronkorken bei voller Prozessgeschwindigkeit sicher und gewährleistet damit die Qualität der Verklebung der Dichteinsätze. Um die Einbauposition des CT-4M-Sensors zu optimieren, nutzte das Team von Optris eine Wärmebildkamera aus eigenem Hause – auch, um mögliche Einflüsse reflektierender Wärmequellen auszuschließen.

Temperaturmessung ab 0 °C

Herzstück des Optris-Sensors ist ein Indium-Antimon-Arsenid-Detektor. Dieser ermöglicht einen Niedertemperaturmessbereich, der bei 0 °C anfängt, mit einer Messgeschwindigkeit von 90 μs. Das eröffnet viele neue Einsatzgebiete:

Hochvolumige ­Produktionsprozesse:

Etwa bei der Qualitätskontrolle bei der Produk­tion von PET-Flaschen – hier geht es um etwa 80.000 Stück pro Stunde, was ­extrem schnelle Messungen erfordert.

Kennzeichnen mittels ­Laserkodierung:

Auch bei der Qualitätskontrolle beim Beschriften von zum Beispiel Produktverpackungen mithilfe von Lasern kann eine Highspeed-Temperaturmessung helfen – bei diesem Prozess verflüchtigt sich die thermische Energie sehr schnell.
Verpackungsprozesse: Auch das Versiegeln von Verpackungen mit Klebstoff lässt sich mit dem 4ML-Sensor optimieren.

Verkehrssicherheit bei Zügen:

Ein gänz­lich anderer Anwendungsbereich sind Hochgeschwindigkeitszüge. Hier lassen sich kritische Teile wie Bremsen und Rad­lager, die einer starken Belastung und hohen Temperaturen ausgesetzt sind, zuverlässig überwachen.

Autor
Andreas Theilacker, Applikationsingenieur bei Optris

Interview: „Quantendetektoren ermöglichen die Temperatur­messung auch bei sehr kurzen Taktzeiten“

Wie lassen sich die Temperaturen auch bei sehr schnellen Prozessen überwachen, etwa bei der Pro­duktion von PET-Flaschen? Und für ­welche Anwendungen eignet sich die Technologie darüber hinaus? Dies und Weiteres erläutert Andreas Rotärmel, Product Manager bei ­Optris, im Interview mit der inspect.

inspect: Was sind die Besonderheiten des ­Indium-Antimon-Arsenid-Detektors im CT-4M-Sensor, dass er eine Messgeschwindigkeit von 90 Mikrosekunden erreicht?
Andreas Rotärmel: Die technologische Weiterentwicklung von Quantendetektoren auf Indium-Antimon-Arsenid-Basis durch Nutzung sogenannter Superlattice-Strukturen ermöglicht es, in Infrarotthermometern eine relativ kurzwellige spektrale Empfindlichkeit von 2,2 bis 6 µm mit einem Messbereichsanfang von 0 °C zu kombinieren und das bei einer sehr kurzen Erfassungszeit von nur 90 µs. Damit ist das CT 4M ideal für Maschinen zur Kunststoffverarbeitung geeignet, etwa zum Blasformen von PET-Flaschen, die mit sehr kurzen Taktzeiten arbeiten. Eine andere Anwendung ist die Überwachung von Schienenfahrzeugen, wo die Temperatur der Radsatzlager im Vorbeifahren gemessen wird, um Heißläufer rechtzeitig zu erkennen.

inspect: Welche digitalen Schnittstellen bietet der Sensor, um ihn in das Produktionsumfeld im Sinne der Industrie 4.0 einzubinden?
Rotärmel: Neben Analog- und Alarmausgängen und einer integrierten USB-Schnittstelle gibt es für den CT 4M optional Modbus RTU, Ethernet, RS485/422 oder RS232-Schnittstellen zur optimalen Integration in moderne Steuerungen.

inspect: Wie lässt sich der CT 4M parametrieren und wie lassen sich Auswertungen vornehmen?
Rotärmel: Am einfachsten geht das über die von Haus aus eingebaute USB-Schnittstelle und der Compactplus Connect Software, die sich Kunden kostenfrei herunterladen können. Im Feld setzt sich heutzutage auch immer mehr die Parametrierung per Smartphone durch. Diese wird durch die App IR mobile unterstützt.