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Das Spritzgießen technischer Teile wie Steckverbinder und Elektronikgehäuse birgt so manche Tücken. Bild: Kistler; iStock, Brian Brown
Kontrollierter Werkzeuginnendruck

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Sensoren zur Überwachung

Text: Jürgen Stahl, Kistler
Das Spritzgießen technischer Teile wie Steckverbinder und Elektronikgehäuse birgt so manche Tücken. Qualitätssicherung ist ein zentrales Thema für Kunststoffverarbeiter. Bei der Kontrolle kann man sich auf die Überwachung des Werkzeuginnendrucks mit Sensoren und Systemen verlassen.

Erich Fischer, Produktionsleiter, und Schichtleiter Martin Weinzettel, Industriemeister für Kunststoff- und Kautschuktechnik bei Fischer, gehen bei der Qualität ihrer Spritzgussteile keinerlei Kompromisse ein. Denn Mängel führen entweder zu Problemen bei der Baugruppenmontage im eigenen Haus oder zu Reklamationen der Kunden. Als wichtiges Kriterium für die Qualität der Spritzgussteile hat Fischer eine unvollständige Formfüllung, die sogenannten Short Shots ausgemacht. Seit langem verfolgt der Familienbetrieb an allen Maschinen eine Überwachung aller relevanten Maschinenparameter, aller Heißkanaltemperaturen und der Temperatur des Werkzeugkörpers. Toleranzbänder um die Parameter, bei deren Überschreitung die Maschine Alarm gibt, sind ohnehin selbstverständlich. Trotz aller Anstrengungen war man aber nicht absolut sicher vor unausgespritzten Teilen oder kleinen Defekten am Ende des Fließweges. Deshalb führte Fischer zusätzlich eine Prozessüberwachung auf Basis des Werkzeuginnendrucks ein. Aus der Überwachung des Werkzeuginnendrucks zieht das Unternehmen heute die Sicherheit, dass die Formteilqualität stimmt. „Wenn wir enge Toleranzen setzen und den Prozess gut einfahren, haben wir gute Ergebnisse“, ist Ruedi Ehni, stellvertretender Produktionsleiter, zufrieden. Martin Weinzettel ergänzt: „Mit dem Werkzeuginnendruck sehen wir, was im Werkzeug passiert.“

Einsatz von Sensoren und Systemen

Inzwischen sind bei Fischer 60 Prozessüberwachungssysteme im Einsatz. Mehr als 300 Werkzeuge sind mit Werkzeuginnendrucksensorik ausgestattet. „Neue Werkzeuge bestücken wir so gut wie ausnahmslos mit Sensoren“, betont Martin Weinzettel, „und viele ältere Werkzeuge haben wir bereits nachgerüstet.“

Im Einsatz sind Prozessüberwachungssysteme CoMo Injection Typ 2869A/B von Kistler zur Überwachung von Druckverläufen aus 4, 8, 16 oder 32 Kavitäten. Überwiegend setzt Fischer die Mehrkanal-Kabeltechnik ein: Single-Wire-Kabel führen vom Sensor zu einem Mehrkanalstecker außen am Werkzeug, von dem aus ein Mehrkanal-Kabel für den Anschluss an das Prozessüberwachungssystem sorgt. Alle CoMo Injection sind fest installiert und für eine zentrale Speicherung der Produktionsparameter vernetzt. Beim Werkzeugwechsel kann auf diese Daten zurückgegriffen werden, was zu einfachem Datenhandling und kurzen Einrichtzeiten führt. Überwiegend hat Fischer den kleinsten Kistler-Drucksensor Typ 6183A mit 1 mm Frontdurchmesser im Einsatz, gelegentlich auch den größeren Typ 6182B mit 2,5 mm Durchmesser. Eine verchromte Front schützt den Sensor vor Verschleiß.

Druckmessung im Prozessverlauf

Die Qualitätsüberwachung ist nicht der einzige Vorteil. „Die Werkzeuginnendruckmessung hilft bei der Abmusterung eines Neuwerkzeugs, den Prozess anzufahren und zu verbessern. Im Druckverlauf sehen wir schnell, ob der Heißkanalverteiler, die Düsen und der Heißkanalregler in Ordnung sind. Die Werkzeuginnendruckmessung ermöglicht, Werkzeuge zu beurteilen. Bei unseren Mehrfachwerkzeugen sehen wir auf einen Blick am Prozessüberwachungssystem, ob die Balancierung des Heißkanals stimmt. Später erkennen wir sogar Maschinenfehler und Verschleißerscheinungen am Werkzeuginnendruckverlauf“, berichtet Martin Weinzettel. Bei der Erstbemusterung werden die Formteile vermessen und gewogen, kritische Qualitätsmerkmale und Struktureigenschaften geprüft und Protokolle erstellt. Nach der Kundenfreigabe für die Formteile definieren die Spritzgießexperten im Prozessüberwachungssystem Auswerteelemente für den Werkzeuginnendruckverlauf. Das Erreichen des richtigen Druckniveaus ist ein einzuhaltendes Kriterium zur positiven Beurteilung der Qualität durch das System. Der Druck im Werkzeug muss ein definiertes Druckniveau überschreiten, ohne einen maximalen Spitzendruck zu übertreffen. Dazu sind Schwellwerte definiert. Erreicht der Druckverlauf das Mindestniveau nicht oder überschreitet er das Maximum, bewertet der CoMo Injection das Formteil als mangelhaft. Folge der Mangelhaft-Bewertung ist ein Schlecht-Signal für den Roboter, das entsprechende Teil in die Ausschusskiste abzuwerfen.

Balancierung von Mehrfachwerkzeugen

„An den Druckverläufen können wir sehen, ob die Balancierung stimmt.“, sagt Martin Weinzettel. Insofern haben Fischer und Weinzettel auch ein Auge auf die neue, automatische Heißkanalbalancierung MultiFlow geworfen, die Kistler als optionales Modul für den CoMo Injection entwickelt hat. Sie synchronisiert das Füllverhalten in den Kavitäten eines Mehrfachwerkzeugs durch eine gezielte Steuerung der Heißkanaldüsentemperaturen. Dieses Konzept würde Fischer die manuelle Balancierung des Heißkanals beim Einrichten und das regelmäßige Nachbalancieren im Serienbetrieb abnehmen. Systeme zur Prozessüberwachung oder Heißkanalbalancierung auf Basis von Temperaturinformationen kommen für Fischer nicht infrage. Mit der Werkzeuginnendrucküberwachung ist Fischer vor Kostenlawinen durch Reklamationen heute geschützt. „Wenn Maschine, Werkzeug, Heißkanal und Material stimmen, ist die Werkzeuginnendrucküberwachung ein sehr gutes Tool, um die Qualität zu steigern und Beanstandungen auszuschließen. Seit wir mit Kistler-Systemen arbeiten, haben wir den Anteil an Short Shots erheblich reduziert.“, so Weinzettel.

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