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Sensoren führen Spritzgießer ins Reich der „Smart Factory“

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Sensoren steigern die Produktqualität

Die Bedeutung der Sensoren für die Qualität des Endprodukts unterstreicht Ulrich Bretthauer von RJG Germany: „Sobald der Kunststoff die Düse der Spritzgussmaschine verlässt, sind wir als Verarbeiter blind und den physikalischen Gesetzen in der Kavität sowie den Viskositätsschwankungen des zu verarbeitenden Materials ausgesetzt.“ Doch könne insbesondere die Werkzeuginnendruck-Technologie erfolgreich eingesetzt werden, um Spritzgießprozesse zu stabilisieren und dabei letztendlich Kosten zu reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu sichern. Es sei allerdings nicht damit getan, einen Sensor irgendwo ins Werkzeug einzubauen und sich schöne Kurven anzuschauen.

Auf die Sensorposition kommt es an

Von ausschlaggebender Bedeutung dafür, ob diese Technik einen Nutzen bringt oder nur Kosten verursacht, ist vielmehr die richtige Positionierung des Sensors in der Kavität – und zwar abhängig von der Funktion, die der Sensor erfüllen soll. Gleiches gilt für eine entsprechende Einrichtung des Spritzgießprozesses und das Verständnis respektive die Auswertung der aufgezeichneten Druckkurven. Bretthauer mahnt: „Bei jedem neuen Projekt ist zunächst die Frage zu klären, welche Aufgabe die Sensorik erfüllen soll, denn davon ist die Positionierung des Sensors abhängig.“ Grundsätzlich würden Werkzeuginnendruck-Sensoren zur Prozessregelung, das heißt Nachdruckumschaltung, Öffnen und Schließen von Verschlussdüsen, sowie zur Prozessüberwachung verwendet. Obwohl gerne einfache Standardempfehlungen zur Positionierung von Sensoren (zum Beispiel „Zur Prozessregelung immer angussnah“) gegeben würden, sei es oft genug nötig und sinnvoll, auch die individuellen Strömungs- und Druckverhältnisse anhand von Simulationen zu berücksichtigen, um die optimale Sensorposition zu ermitteln.

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So wird aus der „Black Box“ Werkzeug ein prozesstransparentes Betriebsmittel

Die Messung von Druck und Temperatur über Sensoren im Werkzeug kann auch in Kombination erfolgen. Dr. Thomas Walther, Leiter Anwendungstechnik beim Spritzgießmaschinenbauer Arburg, bringt es auf den Punkt: „Die Sensorik dient im Grunde genommen dazu, die Zustände in der Kavität sichtbar zu machen.“ Das bedeute, dass Sensoren den Verarbeitern grundlegendes Wissen darüber vermittelten, was in der „Black Box“ Werkzeug vor sich geht. Mit der Werkzeugsensorik erhielten die Maschinenbediener direkte Informationen, etwa zum Siegelpunkt im Werkzeug.

Damit wird der Anwender in die Lage versetzt, seinen Prozess detaillierter und reproduzierbarer einzustellen. Walther betont: „Durch die Sensorik im Werkzeug erhalten Verarbeiter bessere und tiefe Einblicke in dieses geschlossene System.“ So ergebe sich auch ein besseres Prozessverständnis und eine optimierte Prozesskontrolle. Mit der Reproduzierbarkeit der Prozesse steigere sich letztendlich auch die Teilequalität.

Bildverarbeitende Systeme unterstützen die Montage

Die Steuerung von Arburg-Spritzgießmaschinen lasse über die Referenzkurvenregelung eine druck- und temperaturabhängige Verarbeitung der Signale zu, was die Eingriffsmöglichkeiten weiter verfeinere und zusätzlich verbessere. Die Steuerung zeichne die relevanten Prozessparameter auf – also auch die durch eine Werkzeugsensorik ermittelten. In Verbindung mit MES-Systemen unterstütze dies automatisierte und vernetzte Fertigungsprozesse nach den Vorgaben von Industrie 4.0.

Prozesse bezüglich der Fertigung und Montage von Spritzgussteilen bieten auch vielfältige Einsatzmöglichkeiten für bildverarbeitende Vision-Sensoren der neuesten Generation. „Zu den häufigsten Problemen, die beim Spritzgießen auftreten können, gehören die unvollständige Füllung des Werkzeugs – als Unterspritzung oder short shot bekannt – oder aber Überspritzungen, die zu Graten oder Schwimmhäuten führen“, stellt Klaus Berdel von Sensopart Industriesensorik fest. Durch Prüfung der Fläche und Kontur des Objekts mit entsprechend vorkonfigurierten Werkzeugen ließen sich diese und andere Abweichungen von der Teilegeometrie sehr einfach detektieren. Vision-Sensoren könnten auch Einlegefehler rechtzeitig erkennen – etwa falsch ausgerichtete Metallstifte in einem fehlerhaft umspritzten Stecker.

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