Automatisierung bei der Glasproduktion
© Fraunhofer ISC
Automatisierung bei der Glasproduktion
Vollautomatische Glasproduktion: Glasschmelze wird ausgegossen
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Vollautomatische Glasproduktion: Glasschmelze wird ausgegossen

Automatisierung in der Glasentwicklung

Wie können digitale Daten für eine verbesserte Glasentwicklung generiert werden?#

Entwicklung neuer technischer Gläser

Glas spielt seit über zwei Jahrtausenden eine wichtige Rolle im Leben des Menschen, von etablierten Anwendungen wie Küchengeschirr und Fenstern bis hin zu neuen Anwendungen wie bioaktiven Implantaten und Energiematerialien. Trotz der langjährigen Geschichte des Materials wurden bisher nur sehr wenige mögliche Glaszusammensetzungen entdeckt bzw. gut erforscht. Die Herstellung oder Einführung neuer multifunktionaler Gläser erfordert eine lange und kostenintensive Entwicklungszeit.

Um diesen zeitaufwändigen Prozess zu überwinden, hat das Fraunhofer ISC eine neue robotergesteuerte Prozesslinie zur automatisierten Glasentwicklung entworfen und gebaut. Alle erforderlichen Prozessschritte werden automatisch ausgeführt, um mithilfe digitaler Schnittstellen neue Glaszusammensetzungen zu entwickeln und alle Daten in einen digitalen Workflow zu übertragen.


Der Automatisierungsansatz

Diese Prozessautomatisierung ermöglicht aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit und der digitalen Prozesssteuerung eine systematische Entwicklung von Glassystemen. Es generiert alle notwendigen Daten und führt zur Prozessoptimierung. Die automatisch hergestellten Glasproben liefern große Datenmengen, wie beispielsweise Elastizitätsmodul, Löslichkeit und Glasübergangstemperatur der jeweiligen Glaszusammensetzung. Dies ist eine Grundvoraussetzung, um das datenbasierte Wissen über Glas zu verbessern und digital zu sammeln.


Die Glas Screening Anlage#

Video: Youtube

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Die robotergesteuerte Prozesslinie ist weltweit einzigartig und umfasst vier Hauptprozessschritte, die von einem Roboter ausgeführt und von einer Hauptsteuerstation gesteuert werden.

Die vier Schritte sind:

  1.  Mixen und Wiegen von bis zu 14 Glaskomponenten
  2.  Pulverhomogenisierung durch Robotermischverfahren
  3.  Erhitzen und Schmelzen mit drei Inlineöfen bis 1.700 ° C
  4.  Gießen und kontrollierte Kühlung mit einem speziell entwickelten 3-Zonen-Kühlofen

Der Roboter führt diese Prozessschritte autonom mit verschiedenen Arten von Greifwerkzeugen und mehreren automatisierten Routinen aus. Alle Daten (z. B. Wiegeergebnisse) werden während des gesamten Prozesses gesammelt und gemeldet. Der hohe Automatisierungsgrad ermöglicht die Herstellung von bis zu 20 Glasproben pro Tag (abhängig von der Komplexität der Glaszusammensetzung). Basierend auf allen Daten wird die Prozesslinie durch eine Rückkopplungsschleife optimiert, die von einem digitalen Zwilling generiert wird, der mit dem digitalen Workflow verbunden und auf einem zentralen Materialdatenserver lokalisiert ist.