Statistische Versuchsplanung für eine wissensbasierte Produktion

Ziel des Projektes war es, das Aushärteverhalten von unterschiedlichen Klebern in Laminaten abzubilden und dadurch eine Optimierung der Herstellbedingungen zu erzielen.

Statische Versuchsplanung (DoE)

Statistische Versuchsplanung ermöglicht eine optimierte Versuchsabarbeitung mit der Zielsetzung herauszufinden, welche Prozessparameter welchen Einfluss auf definierte Zielgrößen haben. Somit kommt ein Tool zum Einsatz, das mit einem Minimum an Einsatz ermöglicht herauszufinden, welche Ursache hinter einer Änderung der Produktqualität steckt. Im konkreten Fall wurde untersucht, welchen Einfluss die Temperatur, die Aushärtefeuchte und die Lagerungsfeuchte auf die finale Produktqualität eines Laminates haben. Mit der Auswahl der Faktoren wurden die jahreszeitlich bedingten Schwankungen in den Herstellbedingungen simuliert, sodass über die technologischen Werte von Layerhaftung und quantitativer Bestimmung der Blasenbildung Response Surface Modelle mit der Möglichkeit zur Prozessoptimierung erstellt werden konnten. Ergänzt wurde die Charakterisierung durch spektroskopische Untersuchungen zur Klärung der Aushärtekinetik und der damit verbundenen Reaktionsgeschwindigkeits-Verschiebungen.

Vorhersagemodelle – für robuste produktionsnahe Umgebungsbedingungen

Mit der systematischen Versuchsauswertung konnten die signifikanten Einflussfaktoren für die saisonalen Herstellungsschwankungen identifiziert werden. Daraus abgeleitet wurden optimierte Aushärtungsprozesse für die einzelnen Klebersysteme, die nun angepasst an die herrschenden Umweltbedingungen so gesteuert werden können, sodass die Laminate nach definierter Aushärtezeit vollständig ausgehärtet sind und keine Blasenbildung im Temperaturschock-Test zeigen.

Speziell für das Nachstellen der „Wintereinstellungen“ kann festgehalten werden, dass es einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und Luftfeuchte bei der Kleberverarbeitung mit der Dauer der Aushärtezeit und der Blasenbildung für die Klebersysteme gibt und sich diese im Vergleich zum Sommer deutlich verlängert.

Wirkungen und Effekte

Die erstellten Modelle dienen beim Firmenpartner als weitere Puzzlestein Basis, um die Produktionsprozesse optimiert führen zu können. Das Aufzeigen der Wechselwirkung von verwendetem Kleber und den jahreszeitlichen Produktionsschwankungen, sowie das daraus resultierende Optimierungspotenzial der Lagerbedingungen belegen, dass mit dem methodischen Ansatz der statistischen Versuchsplanung und den daraus ableitbaren Modellen, die Basis für eine wissensbasierte Produktion geliefert werden können. Diese Vorgangsweise ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur Industrie 4.0.