Doppelpack für höhere Reinheit

Qualitätssicherung

Der Einsatz von Inline- und Offlinetechnologien zur Qualitätskontrolle von XLPE- und HPTE-Materialien trägt maßgeblich dazu bei, dass Mittel-, Hoch- und Höchstspannungskabel in hoher Qualität produziert werden können.

Die Reinheit des Kunststoffmaterials, welches für die Isolation von Mittel-, Hoch- und Höchstspannungskabeln eingesetzt wird, spielt eine entscheidende Rolle. Je reiner das Compound, desto geringer ist das Risiko eines Durchschlags. Metallische Verunreinigungen ab 50 µm können bereits Schäden am Zwischen- und Endprodukt mit hohen Folgekosten verursachen. Die Reparatur eines defekten Unterseekabels, das durch Kontamination beschädigt wurde, kann beispielsweise zu wochenlangem Ausfall führen. Verunreinigtes Isolationsmaterial führt unter Umständen schon zu Durchschlägen beim Entladungstest. Bei der Herstellung von Höchstspannungskabeln werden diese im Werk mit einer Testspannung 2,5-mal über der Nominalspannung getestet.

Üblicherweise werden beim Entladungstest jährlich etwa fünf bis sechs Durchschläge pro Produktionsstätte mit all den verbundenen Konsequenzen und Kosten verzeichnet. Ein Durchschlag allein verursacht bereits Kosten in Höhe von bis zu 150.000 EUR, noch bevor das Kabel seinen Bestimmungsort erreicht hat. Zudem wird kostbare Zeit verloren und Liefertermine können nicht eingehalten werden. Häufig müssen auch ungeplante Joints eingesetzt werden, welche das Image des Herstellers beschädigen und Vertragsstrafen zur Folge haben können.

qualitaet_sikora_sortier_02 -webDer Purity Scanner von Sikora ist ein Inline-Inspektions- und Sortiersystem.
Foto: Sikora

Daher ist es gemäß einigen Richtlinien für Hochspannungskabel erforderlich, dass Kontaminationen ab 75 µm in weiterverarbeiteten Materialien ausgeschlossen sind. Außerdem müssen Kabel laut den Richtlinien der Association of Edison Illuminating Companies (AEIC) auf eine Lebensdauer von mindestens 40 Jahren ausgelegt sein. Dementsprechend ist es notwendig, das Material zu 100 % auf Reinheit zu überprüfen, bevor es in das Endprodukt einfließt. Stichproben sind nicht ausreichend, um Kontaminationen zuverlässig auszuschließen

Derzeit sind Geräte bereits vielfach für die Pelletinspektion in Laboren oder zur Inlineüberwachung während des Herstellprozesses des Granulats im Einsatz. Die Mehrheit dieser Systeme basiert auf optischen Technologien und detektiert Kontaminationen auf der Pelletoberfläche. Kontaminationen im Inneren der Pellets bleiben mit dieser Methode unentdeckt.

Röntgentechnologie berücksichtigt Dämpfung der Materialien

Durch den Einsatz von Röntgen- und optischen Technologien, wie sie Sikora bei seinen Systemen verwendet, ist hingegen ist eine 100-% Inline-Qualitätssicherung möglich. Pellets mit Kontaminationen werden durch eine bildverarbeitende Software identifiziert und automatisch separiert. Mit der Technologie ist es möglich, Unreinheiten bis zu einer Größe von 50 µm zu detektieren.

Die Durchleuchtung von Pellets erfordert nur eine sehr geringe Röntgenintensität, da Polyolefine für Röntgenstrahlung nur eine geringe Dämpfung haben. Partikel im Polyolefin sind daher mit geringer Leistung erkennbar. Grundlegendes Prinzip des Röntgenmessverfahrens ist die unterschiedliche Dämpfung von Materialien. XLPE besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff. Das Kohlenstoffatom besitzt sechs Protonen in seinem Kern. Beispielsweise sind Stahlpartikel eine typische Verunreinigung, die aus dem Extruder oder Granulator resultieren und hauptsächlich aus Eisen bestehen. Eisen besitzt 26 Protonen in seinem Kern. Diese 26 Protonen haben eine deutlich höhere Röntgenstrahlendämpfung als die sechs Protonen des Kohlenstoffs und sind daher im Röntgenbild deutlich zu erkennen.

Für die optische Inspektion spielt die Ausleuchtung eine wichtige Rolle. Für eine präzise Aufzeichnung des Materialflusses bei normaler Liniengeschwindigkeit werden moderne optische Kameras eingesetzt. Mithilfe einer starken Bildverarbeitungssoftware, ähnlich wie bei der Röntgeninspektion, werden Kontaminationen mit dem optischen System erkannt. Durch Festlegung eines Schwellenwerts werden alle verunreinigten Pellets, die in den mathematischen Algorithmen über dem Schwellenwert liegen, aussortiert.

50 Mikrometer groß sind die Unreinheiten, die sich bei Pellets mittels bildgebender Systeme detektieren lassen.

Die Kombination von Röntgen- und optischer Technologie ermöglicht die Detektion von Verunreinigungen im Pellet und auf dessen Oberfläche. Das Röntgensystem inspiziert transparente und farbige Pellets sowie Halbleiter-XLPE-Material auf Verunreinigungen. Typische Verunreinigungen, die mit Röntgentechnologie erkannt werden, sind metallische und organische Kontaminationen und Inhomogenitäten (TiO₂) auf und im Inneren des Pellets. Darüber hinaus detektiert das optische System beispielsweise schwarze Specs auf dem Pellet, Fremdkörper und Fremdpellets sowie andere organische oder metallische Kontaminationen.

Systemintegration in die Produktionslinie

Das System wird typischerweise vor dem Fülltrichter des Extruders installiert. Die Materialzuführung erfolgt über Schwerkraft aus dem Hopper, der vom Oktabin/Silo gespeist wird.
Zusätzlich zu Inline-Inspektions- und Sortiergeräten gibt es von Sikora Systeme für die Offline­inspektion und -analyse von Pellets, Flakes und Folien/Tapes. Diese sind konzipiert für kleinere Durchsätze sowie Produktionslinien, in denen Stichproben ausreichend sind oder eine Wareneingangskontrolle erforderlich ist. Je nach Anwendung sind die Systeme mit Röntgen-, optischer oder Infra­rottechnologie ausgestattet. Das System führt Materialproben auf einem Tablett durch den Inspektionsbereich. Beispielsweise wird mit dem optischen System das Material innerhalb von Sekunden automatisch durch die Farbkamera inspiziert und kontaminiertes Material direkt auf dem Tablett durch einen Beamer markiert. Durch die Auswertung der Bildaufnahmen werden Verunreinigungen auf der Oberfläche von transparentem und farbigem Material automatisch detektiert, visualisiert und ausgewertet. Eine klare Zuordnung der Kontamination und Nachkontrolle ist jederzeit möglich.

Für eine umfassende Prozessoptimierung kombinieren viele Kabelhersteller ein Inline-Inspektions- und Sortiergerät mit einem Offline-Inspektions- und Analysegerät. Nachdem kontaminierte Pellets erfasst und aussortiert wurden, prüft das Laborsystem diese Pellets erneut und markiert die Verunreinigungen optisch für eine einfache Trennung des aussortierten Materials. Diese Interaktion von Inline- und Offline­inspektion und -analyse ermöglicht die Kontrolle der Materialreinheit sowie die Erstellung einer Datenbank, um zukünftige Verunreinigungen zu vermeiden.

Autor: Harry Prunk

Aufmacherbild: Sikora