Zerstörungsfreie Inline-Prüfung Siegelnähte prüfen, während die Maschine läuft

Ein im Verbundprojekt "OCTinline" entwickeltes System erfasst Fehler in Siegelnähten von Folienverpackungen noch in der laufenden Maschine. Auf Referenzproben erkannte es per optischer Kohärenztomographie Defekte bis hinunter zu acht Mikrometern bei 10 m/min. Bei 25 m/min lag die Nachweisgrenze bei 20 Mikrometern. Als Beispielanwendung diente das Verpacken von OP-Decken.

Die Folienbahn läuft mit bis zu 25 Metern pro Minute durch die Verpackungsmaschine. Während die Siegelnaht entsteht, soll ein optisches Prüfsystem Poren, Lufteinschlüsse oder unzureichend verschweißte Bereiche sichtbar machen. Entwickelt wurde der Demonstrator im abgeschlossenen Verbundprojekt "OCTinline". Daran beteiligt waren das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) und das Fraunhofer-Institut für Verpackungstechnik und Verpackungen (IVV), die Firma Kallfass Verpackungsmaschinen sowie IMM electronics. Kallfass koordinierte das von Juli 2022 bis Juni 2025 laufende Vorhaben, gefördert im Programm "KMU-innovativ" des Bundesforschungsministeriums.

Bekanntes Verfahren, neue Aufgabe 

Das Verfahren dahinter kennt die Medizintechnik vor allem aus der Augenheilkunde: die optische Kohärenztomographie (OCT). Sie schickt nahinfrarotes Licht in das Material und wertet das zurückgestreute Licht interferometrisch aus. Aus den Signalen entstehen dreidimensionale Bilder. Fehlstellen unterhalb der Oberfläche werden sichtbar, ohne Verpackung oder Produkt zu beschädigen. Das im Projekt als Line-Field-OCT ausgelegte System eignet sich allerdings nur für transparente und teiltransparente Werkstoffe.

Acht Mikrometer bei zehn Metern pro Minute 

Der Abschlussbericht differenziert die Angaben des Fraunhofer IKTS: Acht Mikrometer wurden bei einer Prüfgeschwindigkeit von zehn Metern pro Minute erreicht, bei 25 Metern pro Minute lag die nachgewiesene Defektgröße bei 20 Mikrometern. Genau diese Verbindung von Auflösung und Durchsatz war die eigentliche Entwicklungsaufgabe. Je kleiner die gesuchten Defekte, desto mehr Daten müssen in kurzer Zeit verarbeitet werden. Da schon geringe Schwingungen der laufenden Folie die Messung beeinflussen, musste das Fraunhofer-Team Schärfentiefe, Belichtungszeit und Folienbewegung gegeneinander austarieren.
 Zusätzlichen Prüfdruck erzeugt der Wechsel von Mehrschichtverbunden zu besser recyclingfähigen Monofolien mit ihrem engeren Prozessfenster beim Wärmekontaktsiegeln. Nach Darstellung des Abschlussberichts eignen sich Verfahren wie Farbstoffpenetrations- oder Wasserbadtests nur für nachgelagerte Stichproben und zerstören die Verpackung; verfügbare Inline-Verfahren erreichen nicht die nötige Geschwindigkeit oder Auflösung. Fotografische und thermografische Nahtauswertungen erkennen demnach Fehlstellen nur bis zu einer minimalen Größe von etwa 600 Mikrometern. Diese Lücke soll die kontinuierliche OCT-Prüfung schließen. Aus den Daten könnten Hersteller zudem Veränderungen des Prozesses oder des Werkzeugzustands ableiten.

Beispielanwendung: OP-Decken 

Als Beispielanwendung definierten die Partner das Verpacken von OP-Decken auf einer Kallfass-Maschine vom Typ Universa 500. Aus der Dichtigkeitsklasse 6 nach VDMA-Fachverbandsschrift Nr. 13 leiteten sie die Zielgröße ab: Für gasdichte Packungen wurde eine maximal zulässige Fehlstellengröße von acht bis elf Mikrometern für Poren oder Kapillaren angesetzt.

Noch kein Integritätsnachweis für Sterilbarrieren 

Seit Juli 2026 steht der Demonstrator bei Kallfass in Nürtingen und wird potenziellen Kunden vorgeführt. Für Hersteller von Medizinprodukten ist das Prinzip interessant, weil ISO 11607-2 die Validierung von Form-, Siegel- und Montageprozessen für Sterilbarrieresysteme verlangt. Eine lückenlose, zerstörungsfreie Nahtprüfung könnte die laufende Prozessüberwachung ergänzen.
 Ein validierter Dichtheits- oder Integritätstest ist der Demonstrator aber nicht. Nachgewiesen wurde die Detektion an laborgefertigten Referenzproben mit definierten Fehlstellen aus eingesiegelten Feindrähten und durch gezielten Abtrag der Siegeloberfläche. Bei der Charakterisierung realer Musterpackungen wurden durch Falten entstandene Leckkanäle von im Mittel 130 bis 160 Mikrometern gemessen. Ob die kleinsten künstlich erzeugten Referenzdefekte tatsächlich mit einem Verlust von Dichtheit oder Barrierefunktion einhergehen, müsste anwendungsspezifisch validiert werden. Detektions- und Falschalarmraten für den Produktionsbetrieb nennen die veröffentlichten Unterlagen nicht.

Referenzen

Fraunhofer-Gesellschaft, Presseinformation "Kleinste Defekte frühzeitig erkennen«, 3. August 2026; Fraunhofer IVV, Projektseite "OCTinline"; Wolf J. "OCTinline – Entwicklung eines Inline-Prüfsystems zur Detektion von Siegelnahtdefekten; Teilvorhaben Fraunhofer IVV – Nahtdefektanalyse und Validierung des Inline-Prüfsystems". Schlussbericht, Dezember 2025, Förderkennzeichen 13N16375, DOI: 10.34657/27039; ISO 11607-2:2019.