Industrie 4.0 So klappt das smarte Spritzgießen mit Kunststoff

Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Es heißt, dass sich auch Mittelständler dem Zeitgeist in puncto Digitalisierung stellen müssten, um profitabel zu bleiben. Zu den Angesprochenen zählen auch Kunststoffverarbeiter.

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Vor dem Thema Industrie 4.0 und der damit einhergehenden Digitalisierung können sich auch Mittelständler nicht mehr verstecken, mahnen Experten. Das betrifft auch die Protagonisten aus der Kunststoffverarbeitung. Wie man sich dem Thema richtig widmet, zeigen Beispiele und Tipps aus der Praxis in diesem Beitrag.
Vor dem Thema Industrie 4.0 und der damit einhergehenden Digitalisierung können sich auch Mittelständler nicht mehr verstecken, mahnen Experten. Das betrifft auch die Protagonisten aus der Kunststoffverarbeitung. Wie man sich dem Thema richtig widmet, zeigen Beispiele und Tipps aus der Praxis in diesem Beitrag.
(Bild: Wittmann Battenfeld)

Speziell die Spritzgießer arbeiten zumindest mit Systemen, die bereits gut für die Digitalisierung vorbereitet sind. Und was den Gang auf dem verwachsenen Pfad in die smarte Welt erleichtert, verrieten nicht nur einige Experten jüngst im Rahmen eines Forums des Kunststoff-Netzwerk Franken (KNF). Hier einige Tipps daraus, und noch mehr.

Keine Bange vor Industrie 4.0

Die Mahnung, sich möglichst schnell und umfassend eine smarte Fertigungslandschaft aufzubauen, stellt die meisten KMU vor finanzielle und kapazitätsbedingte Herausforderungen. Nicht zuletzt mutet der „Dschungel“ aus Digitalisierung und neuartigen Fertigungsmöglichkeiten ziemlich unüberschaubar an. Und auf jeder Weltleitmesse werden wieder neue und andere Systeme präsentiert, sodass viele, die am Anfang der Digitalisierung stehen, gar nicht wissen, womit sie beginnen sollen, damit am Ende alles stimmt und gegebenenfalls auch zukunftsfähig ist. Bleibt zu befürchten, dass einige es lieber sein lassen und den altbewährten Workflows weiterhin vertrauen, bis sich die Lage geklärt hat.

Das KNF-Forum „Die digitalisierte Kunststofffertigung“ nahm sich die Verunsicherung zu Herzen und wollte zumindest einige Orientierungslichter im Modernisierungsnebel platzieren. Und vielleicht trägt auch die kommende K 2019 in Düsseldorf dazu bei, den Digitalisierungsnebel für die Kunststoffbranche zu lichten.

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Weil das Spritzgießwerkzeug ein zentraler Aspekt der Fertigung ist, muss es auch einige Maschen im digitalen Netzwerk bilden. Dr. Helmut Ridder von Phoenix Contact berichtete deshalb über digitalisierte Werkzeugdaten und deren Identifizierung. Damit soll sich die Spritzgießfertigung optimieren lassen. Und das beginnt bereits bei der Messtechnik. Denn der Trend geht weg von der 2D-Längenmessung hin zur 3D-Datenerfassung mittels Tomografie. Phoenix Contact setzt das selbst ein, denn pro Jahr baut das Unternehmen rund 400 Spritzgießwerkzeuge nur für den Eigenbedarf. Die Vorteile der tomografischen Datenerfassung sind eine durchgängig transparente Datenkette und die Möglichkeit zur direkten Bewertung realer Bauteilfunktionen.

Der Zeitsparer namens RFID-Chip

Viel Aufwand spare auch, wer seine Werkzeuge mit einem RFID-Chip ausrüstet, weil damit das sogenannte Real-Time-Tracking klappt. Die Systeme, die Phoenix Contact nutzt, halten 150 °C aus (was beim Spritzgießen nicht verkehrt ist) und senden, von der metallischen Umgebung unbeeindruckt, in einem Umkreis von 6 m. Ein Leitrechner erfasst die Ortsdaten jedes Werkzeugs. Das spart laut Ridder Suchzeiten und sogar Buchungsaufwand, wenn man es richtig macht.

Ridder legte allen ans Herz, dass sie erst die realen Abläufe straffen und optimieren sollten, bevor diese in die digitale Welt übertragen werden. Sonst drohe die Gefahr einer „Automation von Verschwendung“. Man solle dabei einer stringenten Chronologie folgen (siehe Kasten). Phoenix Contact baut außerdem auf eine globalisiert-digitale Wertschöpfungskette die laut Ridder, alle Projekte und dafür relevante Daten in jedem Werk mobil und transparent abrufbar macht. Pro Tag gebe es auch Koordinationstermine für Fertigung, Montage und Projektsteuerungsteam.

In Sachen Augmented Reality (AR) verwies Ridder auf die Vorteile für Werker und Wartungsleute, die stets aktualisierte Daten per Brille quasi vor Augen haben könnten, um sofort und ohne lange Vorbereitung sowie zeitpunktgenau die richtigen Handgriffe an jeder Maschine durchzuführen.

Zum Kreis der Referenten gehörte auch Klaus Eimann von Procter & Gamble Manufacturing. Er sprach über Handfesteres aus der Praxis und zeigte auf, wie Werkzeugbauer durch den fast schon als Allzweckwaffe zu bezeichnenden Laser pfiffig-smart erfolgreicher sein können.

Auch der Laser spielt kräftig mit

Speziell hat er sehr gute Erfahrungen mit dem selektiven Laserschmelzen (SLM) gemacht, einer additiven Fertigungsmethode, die zum Aufbau von Formeinsätzen taugt. Brauchbare Systeme gebe es für rund 800.000 Euro, sie sollten aber eine vorheizbare Auflageplatte haben.

Rund 70 verschiedene Metalle sollen damit kombinierbar sein. Das lässt es etwa zu, dass hochlegierte mit niedriglegierten Stählen gepaart werden können. Auch gelinge der Aufbau von Komponenten mit sehr gut wärmeleitenden Legierungen („weicher“) innen, aber dennoch harter Oberfläche.

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Kühlstrategisch hat das Verfahren nicht nur konturnahe Kühlkanäle mit besonders komplexer Verlaufsgeometrie zu bieten, sondern auch, dass diese verfahrensbedingt innen rau sind. Klingt erst negativ, doch das erhöht die Kühlleistung und verkürzt später die Zykluszeit. Eimann betonte jedoch, dass man dann auf stets absolut saubere Kühlmedien achten muss. Auch Reparaturen an Einsätzen lassen sich schnell durchführen oder Ersatz schnell fertigen. Dienstleister stehen für alle bereit, die noch nicht selber in diese smartere Art des Werkzeugbaus einsteigen können.

Von der praktischeren Seite in die Sphären der Informationsübertragung der Produktion lenkte Markus Vogler von Vogler Engineering das Interesse der rund 70 Zuhörer. Sein Team besteht aus Experten, die dabei helfen, dass man eine papierlose Produktion hinbekommt, die auch wirklich eine ist, wie Vogler verspricht. Gemäß seiner Definition ist dann an den Arbeitsplätzen auch der letzte Laufzettel verschwunden und durch die Anzeige auf Systemen wie Smartphone oder Tablet ersetzt.

Ein bloßes Dokumentenmanagement ist zu wenig

Das Ziel heiße ganz klar „Echtzeit“. Der Experte stellte jedoch klar, dass dieses Wort nicht unbedingt „sofort“ bedeutet. Wie schnell das gehen soll, sei vorzudefinieren, und könne bei SAP auch mal „zwei Tage“ dauern. Wichtig ist, dass alle Ausführenden zeitgleich immer den neuesten Stand der Dinge abrufen können.

Exemplarisch nannte er das „Qualitypanel“, das leicht in bestehende Strukturen integriert werden kann und stets die neuesten Prüf- und Kontrollmaßnahmen für die Produktion zeigt, oder das OEE-Dashboard, mit dem man die wichtigsten Fertigungsstatus auf einen Blick sieht, um schnell auf Probleme reagieren zu können – ein weiteres Ziel der papierlosen Produktion.

Seine weiteren Tipps lauten: Keine Medienbrüche beim Ablauf riskieren und dabei Schnittstellen fest im Griff behalten, den ROI der Systeme im Auge behalten, die vertikale Integration (ausgehend vom ERP-System) etablieren. Im Zweifel heißt es, sich Hilfe zu holen. Vogler bemerkte schmunzelnd zu Schluss: „Mit einem Dokumentenmanagementsystem ist es leider nicht getan und Excel ist alles andere als ein digitales Tool.“

Das bietet der Maschinenbau

Als kleiner Ausflug, abseits vom Geschehen des KNF-Forums, sollen nun einige intelligente Fertigungssysteme vorgestellt werden, die dem Anwender in der Spritzgießerei das Leben bereits seit einiger Zeit erleichtern und somit praxiserprobt sind. Ein sehr beeindruckendes ist die Umrüstung eines Unternehmens auf eine smarte Granulatförderung, die es erlaubt, diverse Materialien zielgerichtet und dokumentiert sowie in anwendungsgerechter Qualität an die Spritzgießmaschine(n) zu fördern. Und das Gute daran: Sie finden das ausführlich in dieser MM-Ausgabe ab Seite 52.

Des Weiteren muss auf das in vielen Krauss-Maffei-Spritzgießanlagen implementierte Feature APC plus (Adaptive Process Control) verwiesen werden – ein Enabler für die 0-Fehler-Produktion, wie das Unternehmen sagt. APC plus regelt die Nachschubkorrektur automatisch und versagt weder bei Materialwechseln noch bei Schwankungen in der Granulatqualität, indem die physikalische Größe „Volumen in der Kavität“ stets konstant gehalten wird. Die Prozessführung ist so äußerst wiederholgenau und sicher. Das garantiere auch das schnelle und problemfreie Anfahren der Spritzgießmaschine.

APC plus kann jetzt auch für große Bauteile (Kaskadenspritzguss) sowie für dünnwandige Komponenten eingesetzt werden. Jüngst hat Krauss-Maffei es auch auf die Verarbeitung von Duromeren übertragen.

Bauteile nur wenn es nötig ist austauschen

Immer zu wissen, wie es um die Maschine steht, ist das Versprechen von Wittmann Battenfeld mithilfe des vom Unternehmen angebotenen CMS (Condition Monitoring System), das es nun als Option für die Spritzgießanlagen des Kottingbrunner Maschinenbauers gibt. Abweichend zur zeitlich festgelegten, präventiven Wartung, setzt das CM-System auf die permanente Zustandsüberwachung (Predictive Maintenance), was den Austausch eines Bauteils nur einleitet, wenn wirklich ein bestimmter Verschleißgrad erreicht ist.

Das System übernimmt die Überwachung von Pumpen, Stromaufnahme, Vibrationseffekten und Systemdruck oder -temperaturen sowohl bei hydraulischen als auch servohydraulischen Maschinen, um nur einen Auszug aus den Funktionen zu geben. Besonders für Just-in-Time-Produktionen sei das CMS attraktiv. Der Invest würde sich durch die Vermeidung nur weniger Tage Produktionsausfall durch unerkannte Probleme rasch amortisieren.

Die digitale Herrscherin über das Chaos

Klaus Hilmer, Geschäftsführer von k-beratung, blickte in die Zukunft der Digitalisierung und Vernetzung, wenn die durchgängige Planung vom Werkzeuglager über die Produktion, die QS, die Materialvorbereitung und bis zur Logistik besteht, jeder die für ihn wichtigen Informationen automatisch angezeigt bekommt und Big-Data-Analysen alle Prozesse kontrollieren sowie die stete Prozessanalyse die SPC ersetzt hat. Denn dann, so Hilmer, muss eine Software her, die alle diese Funktionen übernehmen und umsetzen kann. Diese Software – er ist sicher, dass sie auch entwickelt wird – könne eine Fabrik wie einen Schwarm steuern.#

MM

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