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weissTitelstory

Sehr komplexe Konturen und große Unterschiede in den Wandstärken: Das sind aktuelle Trends bei Spritzgusskomponenten, die wiederum von allgemeinen Technik-Trends wie Leichtbauweise und Funktionsintegration getrieben werden. Die Integration von Sensorik in Spritzgusswerkzeuge schafft die Voraussetzungen für den „Blick in die Kavität“ und somit für eine sehr exakte Inline-Qualitätskontrolle. Diesen Schritt hat die Weiss KunststoffverarbeitungGmbH & Co. KG vollzogen. Damit bietet sie höchster Qualität auch bei sehr anspruchsvollen Spritzgusskomponenten.



 

Unter diesen Bedingungen wird es für den Spritzgießer immer wichtiger, die Vorgänge im Werkzeug zu erfassen. Hier gilt es sicherzustellen, dass die Form gerade an den kritischen Stellen mit Schmelze befüllt ist und dass die Werkzeugkühlung ausgewogene Temperaturverhältnisse an dick- und dünnwandigen Stellen gewährleistet, damit es beim Abkühlen nicht zu Bauteilverzug kommt.

Mit modernen Simulationsmethoden kann man diese Vorgänge zwar modellieren und die Bauteile im Vorfeld entsprechend optimieren – ob das Ergebnis im Einzelfall den Vorgaben und den Simulationen entspricht, lässt sich jedoch kaum beurteilen. Denn den Möglichkeiten der Messwertgenerierung in der Form sind enge Grenzen gesetzt, so dass man sich meist mit indirekten Parametern über die Maschinensteuerung behelfen muss.

Projekt zur Inline-Messwerterfassung im Werkzeug

weiss2Die Entwickler der Weiss Kunststoffverarbeitung haben sich davon jedoch nicht beirren lassen. Das Unternehmen produziert hochwertige Funktionsbauteile vorwiegend aus Polyamiden und hat in der Vergangenheit schon häufig die Einsatzgrenzen dieses hochbeanspruchbaren Werkstoffs erweitert. In einem schon vor zwei Jahren gestarteten Projekt hatte man sich zum Ziel gesetzt, die zentralen Parameter des Drucks und der Temperaturverhältnisse möglichst nah am Prozess zu erfassen. Die besondere Herausforderung bestand in der Auswahl der dazu geeigneten Sensorik und ihrer Integration in das Werkzeug.

Sensorik misst in der Kavität

Nach umfassenden Versuchen mit verschiedenen Sensormodellen entschied sich Weiss für die Zusammenarbeit mit einem Sensorhersteller und integrierte Druck- und Temperatursensoren in einem ersten Werkzeug. Projektingenieur Dipl.-Ing. Stefan Martini: „Die Sensoren sind so in die Werkzeugwand integriert, dass sie nahezu unmittelbar in der Kavität messen. Sie wurden an den jeweils kritischen Stellen platziert und erfassen beispielsweise, ob die Schmelze auch in den dünnwandigen Bereichen die Form vollständig ausfüllt.“ Solche qualitätsrelevanten Merkmale lassen sich durch indirekte Messung z. B. des Hydraulikdrucks nicht mit hinreichender Genauigkeit erfassen. Für die Verbindung des Werkzeugs mit der Maschine wurde ein spezielles Steckersystem eingesetzt, das in der Formplatte angebracht ist.

Der entscheidende Schritt zum geregelten Spritzgießen

Mit dieser Innovation auf der „Hardware“-Seite war die Arbeit für die Ingenieure aber noch nicht beendet. Erst durch die Integration der Sensorik in die Steuerungstechnik der Maschine lassen sich die Vorteile der Inline-Messwerterfassung voll ausschöpfen. Die Auswertung der Messwerte übernimmt ein Zusatzgerät. Dieses erhält von der Spritzgießmaschine das Signal „Einspritzvorgang beginnt“ und misst dann den exakten Druck- und Temperaturverlauf. Stefan Martini: „Mit den zur Verfügung stehenden Werten kann man das Formnest ´abtasten´ und Einblick in die Form nehmen. Das ist besonders in filigranen Bereichen, die in der Simulation als kritisch erkannt wurden, ein großer Fortschritt.“

Zudem erlaubt das neue Verfahren auch eine ganz neue Fahrweise der Anlagen: „Die Messwerte liefern uns die Grundlage, um den Umschaltpunkt zu steuern und somit den Spritzgießvorgang individuell zu regeln. Das ist aus Sicht des Spritzgießers ein echter Meilenstein.“ Die Konsequenz aus Anwendersicht liegt auf der Hand: Die reproduzierbare Qualität der Komponenten wird deutlich erhöht.

Integration in die Steuerung zur automatisiertne Qualitätssicherung

weiss2Um die neue Mess- und Regelungstechnik bestmöglich in den automatisierten Produktions- und Qualitätssicherungsprozess einzubinden, hat Weiss auch die Entnahmeroboter steuerungstechnisch integriert: Wenn die gemessenen Temperatur- bzw. Druckwerte nicht mehr im Toleranzbereich liegen, werden die Teile sofort in den Ausschuss gegeben – und zwar der komplette „Schuss“. Wenn dies mehrfach hintereinander vorkommt, gibt die Maschine eine Störmeldung an die Leitwarte, so dass das Personal im Betrieb nach der Ursache forschen kann. Selbstverständlich werden die gemessenen Werte auch gespeichert und auf Wunsch des Kunden dokumentiert. Zur Information der Werker wird jeweils ein Laptop an der Maschine angeschlossen, der die ermittelten Werte online anzeigt.

Die Inline-Messung in der Kavität wird im ersten Schritt für anspruchsvolle Bauteile verwendet, die beispielsweise dünnwandige und dickwandige Konturen aufweisen. Auch Sicherheitsbauteile für die Automobilindustrie sind ein prädestinierter Anwendungsfall. Martini: „Bei dieser neuen Technologie treffen zwei Welten aufeinander: ein tonnenschweres, sehr hart beanspruchtes Werkzeug und sehr empfindliche Sensorik.“

Die Praxis zeigt: Teile, die die Qualitätsanforderungen nicht erfüllen, werden sofort ausgeschleust, und es ist sichergestellt, dass alle gelieferten Komponenten unter definierten Prozessparametern produziert wurden. Der „Blick ins Werkzeug“ gibt dem Anwender somit die Gewissheit, dass auch bei komplexen Bauteilen sehr anspruchsvolle Qualitätsvorgaben der Kunden hundertprozentig erfüllt werden.


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