Die phasenvereinende Werkzeuginnendruckregelung reduziert Prozessschwankungen, wie das Beispiel der Verarbeitung von Post-Consumer-Rezyklaten zeigt.

Die Stapelbox aus PCR fand bei den Messebesuchern großen Anklang.  

Phasenvereinende Werkzeuginnendruckregelung bei der Verarbeitung von PCR

Werkzeuginnendrucksensoren

Messtechnik

Sensoren / Messwertaufnehmer

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Laserbeschriftung

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Mess-, Steuer- und Regelgeräte

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Kunststoff-Rezyklat

Kunststoff Werkstoffe

Präzisionswaagen

Mechanische Messtechnik

Präzise Prozessführung mit InjectiX

Mit dem zweigeteilten Würfelwerkzeug Reversecube werden auf einer Anlage pro Jahr 60 Mio. Mehrkomponententeile produziert und im selben Prozess montiert. Dabei müssen sehr kurze Zykluszeiten eingehalten und gleichzeitig stabile Prozesse und eine hohe Teilequalität abgesichert werden. Mit Fillcontrol von Priamus wird deshalb eine sensorbasierte Überwachung und automatische Prozessregelung eingesetzt.

Die zwei übereinander angeordneten Hälften des Würfelwerkzeugs Reversecube drehen sich in 90°-Schritten gegeneinander. Unten: Einspritzen und Kühlen von Komponente 1, analog oben für Komponente 2 um 180° versetzt

16:9

Prozessregelung automatisiert Spritzgießprozesse – hier am Beispiel eines Würfelwerkzeugs

Steuern, Regeln

Software

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeugtemperatursensoren

Qualitätssicherung für viele Kavitäten

Mit einer Reihe von neuen Features hat Kistler sein Prozessüberwachungssystem ComoNeo für die integrierte Spritzgießfertigung weiter verbessert: So lässt sich der Druckverlauf in sämtlichen Kavitäten nun mit einer prozessangepassten Hüllkurve noch genauer überwachen. Das neue ComoNeo 4.1 ist zudem erstmals WLAN-fähig.

Beim Spritzgießen mehr und mehr gefordert: Ressourceneffizienz und hohe Produktqualität, erreichbar mit dem Prozessüberwachungssystem ComoNeo

Alles im Griff dank prozessangepasster Hüllkurve

Erstes Webinar aus der Reihe „Integrated Systems“ der Barnes Molding Solutions Gruppe am 18. März 2021.

Werkzeug- und Formenbau

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Normalien und Heißkanaltechnik

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Digitalisierung von Werkzeug und Heißkanal

Unter dem Motto „Smart Mold – Smart Process“ zeigt Kistler auf der Fakuma 2021 umfassende Lösungen für die Kunststoffverarbeitung: von Werkzeuginnendruck- und Temperatursensoren über das Prozessüberwachungssystem ComoNeo 4.1 bis zum neuen piezoresistiven Miniatursensor für den Heißkanal.

Das Prozessüberwachungssystem ComoNeo wartet in der neuen Version 4.1 mit weiteren Verbesserungen für die intelligente Spritzgießfertigung auf

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Sensoren und Systeme für smarte Spritzgießwerkzeuge

Das IKV Aachen verknüpft auf der K 2022 die beiden Themen Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft. Ziel ist es, dass die Verarbeitung von Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) mit einer digitalen Lösung aus dem Bereich der Prozessregelung reproduzierbar wird.

Der QR-Code auf dem PCR-Bauteil gibt Projektinformationen und Prozessdaten preis.

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Kreislaufwirtschaft

Präzise Prozessführung mit Injectix

Mit Lösungen von Kistler zur Werkzeuginnendruck- und Temperaturmessung im Spritzgießwerkzeug lässt sich der Spritzgießprozess optimieren.

Das neue System ComoScout misst im Gegensatz zum bewährten ComoNeo nicht den Werkzeuginnendruck, sondern überwacht Spannungssignale.

Qualität und Nachhaltigkeit durch intelligente Prozessüberwachung

Die Priamus-Kaskadensteuerung von Familienwerkzeugen verkürzt die Einrichtzeit und verbessert die Prozessqualität.

Priamus-Regeltechnik ermöglicht die automatische Kaskadeneinstellung und vereinfacht die Einrichtung. 

Priamus-Regelsysteme übernehmen komplexe Aufgaben des Maschineneinrichters

Die Familie läuft synchron

Intelligente Assistenzsysteme ebnen der sich selbst optimierenden Produktion den Weg. Für einzelne Phasen des Spritzgießprozesses ist die automatische Nachjustierung qualitätsrelevanter Parameter schon heute Realität.

Als erste Rezyklatanwendung für das intelligente Assistenzsystem  iQ weight control wurde die Herstellung  dieser dünnwandigen Musterteile demonstriert © Engel

Assistenzsystem iQ weight control sorgt für eine höhere Prozessstabilität

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Messgeräte für Viskosität

Werkstoffprüfung

Rezyklaten gezielt ein breiteres Einsatzspektrum eröffnen

Allgemeines Ziel der Qualitätsprognose ist es, auf Basis von Prozessdaten Aussagen über die resultierende Formteilqualität abzuleiten. Dem Werkzeuginnendruckverlauf wird allgemein eine hohe Aussagekraft für spritzgegossene Formteile zugeschrieben.

Nur wenige Spritzgießwerkzeuge verfügen über Werkzeuginnendrucksensoren. Ob sich ihr  Einsatz für die Qualitätsprognose lohnt, wird am Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen untersucht

Welchen Mehrwert bietet hierfür die Werkzeuginnendrucksensorik?

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Prozessautomation

Qualitätsprognose für Spritzgussteile durch maschinelles Lernen

Ein Werkzeuglogbuch in Papierform ist, gerade wenn es benötigt wird, oft nicht greifbar. Oder unvollständig, denn die Pflege der Informationen ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Ein Cloud-unabhängiges elektronisches Werkzeugbegleitheft, das direkt in das Werkzeug integriert ist, könnte alle relevanten Daten direkt zur Verfügung stellen. Durch den digitalisierten Zugriff würden das Lesen bzw. Hinzufügen von Inhalten durch autorisierte Personen ermöglicht und im Bedarfsfall wichtige Anleitungen zum Gebrauch sowie Informationen über den Zustand des Werkzeugs bereitgestellt.

Das montierte ImPro-Modul im Einsatz an einem Demonstratorwerkzeug unter produktionsnahen Bedingungen

Das elektronische Werkzeuglogbuch als Kombination von Betriebsanleitung und Checkheft

Messdatenerfassung und -verarbeitung

Papierlose QM-Dokumentation

Qualitätsmanagement

Dokumentationsmanagement

Werkzeugkonstruktion

Werkzeugüberwachung

Toolmanagement

Mobile Datenerfassung

Logistik

Lagertechnik

Fernwartung / Ferndiagnose

Instandhaltung

Dokumentenmanagement, CAQ

Datenmanagement am Werkzeug

Die Prozessstabilität beim Spritzgießen wird durch Störeinflüsse negativ beeinflusst. Eine adaptive, phasenvereinende Prozessführungsstrategie, welche den Sollwert-Verlauf für eine unterlagerte Werkzeuginnendruckregelung vorgibt, soll eine konstante Bauteilqualität ermöglichen. Die Einflüsse zyklischer Veränderungen werden durch die Auswertung der Prozessgrößenverläufe und des Bauteilgewichts während des Anfahrprozesses für verschiedene Regelungskonzepte untersucht. Abschließend wird bewertet, ob die untersuchten Prozessgrößen für die Prozessführung relevant sind und daher zyklische Anpassungen der Werkzeuginnendruckreferenz notwendig sind.

Prozesssimulation

Simulation

Auswirkungen zyklischer Prozesseinflüsse auf den Werkzeuginnendruckverlauf und die Bauteilqualität im Spritzgießprozess

Ein neuer Miniatur-Drucksensor von Kistler kann dank seines kompakten Formats und großen Messbereichs direkt in der Heißkanaldüse eingesetzt werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für Heißkanalanwendungen – und sogar für bestimmte Verfahren der additiven Fertigung.

Der Miniatur-Drucksensor 4004A wird in drei Messbereichen verfügbar sein.

Doriat, Clemens, Dr.

Druck- / Kraftsensoren

Heißkanalsysteme

Kleines Format, große Wirkung

Das Assistenzsystem iQ motion control von Engel optimiert die Beschleunigungsphasen von Werkzeugbewegungen und ermöglicht damit kürzere Zykluszeiten.

Der Effizienzdruck ist groß, vor allem in der Verpackungsindustrie. Die Produktion von Dünnwandbehältern macht das Potenzial von iQ motion control für kürzere Zykluszeiten deutlich.

iQ motion control verkürzt Zykluszeiten im High-Performance-Spritzgießen

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Spritzgießmaschinen

Darf’s ein bisschen schneller sein?

Die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit am Standort Deutschland erfordert neben einer kosteneffizienten Produktion insbesondere hochwertige Produkte. Die Vorwerk Elektrowerke stellen sich dieser Herausforderung. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen erprobt das Unternehmen eine 100-%-Inline-Qualitätserfassung sowie eine Qualitätsprognose durch maschinelles Lernen.

Kunden, die sich für den Staubsauger  Kobold VK 200 entscheiden, erwarten höchste Qualität. Um diese sicherzustellen, laufen im Produktionswerk in Wuppertal  Versuche zur Einführung von  Industrie-4.0-Maßnahmen

Mit Automatisierung und künstlicher Intelligenz die digitale Transformation gestalten

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Kameras, intelligente

Fertigungsautomation

Bildverarbeitung

Datenanalyse

Machine Learning für die Qualitätssicherung

Inline- / Online-Messsysteme

Inline-Qualitätserfassung und  datenbasierte Qualitätsprognose

Medizintechnik: Die Messgröße Werkzeuginnendruck erleichtert die GMP-konforme Produktion

Wenn validierte Qualität  kein Wettbewerbsvorteil ist

In der Medizintechnik ist kein Aufwand für eine gesicherte Produktqualität zu hoch. Daneben sind im Zuge des globalen Wettbewerbs auch die Ansprüche an die Produktionseffizienz gewachsen. In der Folge streben Hersteller sowohl nach zuverlässiger, reproduzierbarer und dokumentierter Qualität als auch danach, die Kosten dafür unter Kontrolle zu halten. Mit der im Produktionsprozess integrierten Messung des Werkzeuginnendrucks haben Spritzgießer ein wirksames Instrument an der Hand, um diese doppelte Anforderung zu bewältigen.

Das Prozessüberwachungssystem ComoNeoPredict ist eine bewährte Option, die geforderte Qualität in der Spritzgießfertigung von Medizinprodukten zu gewährleisten.

Bei der Herstellung von Spritzgussartikeln für die Medizintechnik hat die Produktqualität oberste Priorität. Das Einhalten von gesetzlichen Vorgaben und Normensystemen wie die Good Manufacturing Practice (GMP) ist dabei eine Grundvoraussetzung, um am Markt teilzunehmen. Die „Gute Herstellungspraxis“ umfasst Richtlinien zur Qualitätssicherung der Produktionsabläufe und -umgebung unter anderem bei der Herstellung von Arzneimitteln und Medizinprodukten. Ziel ist ein qualitativ hochwertiger Produktionsprozess – von der Materialbeschaffung bis zur Lagerlogistik – und damit eine hohe Produktqualität. Darüber hinaus soll das Qualitätsmanagement gemäß GMP und ISO 13485 sicherstellen, dass die regulatorischen Anforderungen für die Vermarktung erfüllt sind. Das heißt, in der Medizintechnik ist eine hohe und validierte Produktqualität nicht primär ein Wettbewerbsvorteil oder Differenzierungsmerkmal wie in anderen Industrien, sondern eine unverzichtbare Bedingung.

Die Kernstücke der GMP sind die Qualifizierung der Anlagen und Maschinen sowie die Validierung von Prozessen und Methoden. Bei ersterer gilt es, in einem geplanten, mehrstufigen und dokumentierten Prozess zu zeigen, dass die Ausrüstung und Anlagen prinzipiell für den Zweck geeignet sind und unter den Bedingungen vor Ort tatsächlich zuverlässig funktionieren. Auch bei der Prozess- und Methodenvalidierung muss dokumentiert und nachgewiesen werden, dass die eingesetzten Prozesse und Methoden zu verlässlichen und reproduzierbaren Ergebnissen führen und das gefertigte Produkt den Anforderungen entspricht.

Vollumfängliche Transparenz über den Formteilbildungsprozess

Um die hohen Ansprüche, die besonders an die Dokumentation gestellt werden, zu erfüllen, hat sich in der Spritzgießpraxis die Prozessüberwachung mittels Werkzeuginnendruck, auch Forminnendruck genannt, vielfach bewährt. Dieser Parameter ist im Spritzgießverfahren die aussagekräftigste Prozessgröße, die den Anwendern vollumfängliche Transparenz über den Formteilbildungsprozess ermöglicht. Dass diese den Anwender bei den Dokumentationspflichten unterstützt, liegt auf der Hand. Darüber hinaus vereinfacht die Überwachung des Werkzeuginnendrucks ebenfalls die Prozessvalidierung beim Einrichten der Maschine (Bild 1) und die Optimierung der Abläufe in der Produktion – bis hin zur Null-Fehler-Produktion durch Qualitätsvorhersage-Modelle.

Worin begründet sich die hohe Aussagekraft und damit die Relevanz des Werkzeuginnendrucks? Als Prozessparameter wird er mit Drucksensoren direkt in den Kavitäten bestimmt und beschreibt präzise die Vorgänge in diesen – und schafft damit Transparenz über die Entstehungsbedingungen für das Bauteil während des gesamten Spritzgießprozesses. Essenziell dabei: Seinem Verlauf während der Füll-, Kompressions- und Nachdruckphase können spezifische qualitätsrelevante Eigenschaften des Bauteils zugeordnet werden, beispielsweise Maßtreue, Oberflächenbeschaffenheit, Gewicht oder Ausformungsgrad. Der Verlauf des Werkzeuginnendrucks stellt somit einen teilespezifischen Fingerabdruck der aktuell produzierten Qualität dar, mit dem sich während des gesamten Produktionsprozesses genaue Aussagen zu optimalen Prozessparametern treffen lassen.

Relevante Korrelation mit der Bauteilqualität

Gutteile (OK) von Schlechtteilen (NOK) zu unterscheiden ist bereits während der Produktion möglich. Dazu wird bei der Validierung der jeweiligen Prozessparameter die obere und untere Grenze der Kennwerte bestimmt. Verlässt dann bei der Produktion der aus der Kurve bestimmte Wert das vorgegebene Prozessfenster, wird das entsprechende Teil als NOK klassifiziert und automatisch aussortiert. Auf diese Weise gelangen nur Gutteile in die weitere Wertschöpfungskette. Über diesen Nutzen hinaus können die gewonnenen Kenngrößen auch für eine statistische Prozesskontrolle herangezogen werden (Bild 2).

Die Validierung durch Werkzeuginnendruckmessung bringt weitere Vorteile mit sich: So sinkt im Vergleich zu einer ausschließlichen Berücksichtigung der Maschinenprozessparameter der Aufwand deutlich. Denn die Vorgänge in der Maschine beschreiben die Formteilbildung in der Kavität nur unzulänglich, und eine Korrelation mit der Bauteilqualität ist schwierig.

Vielmehr müssen die Maschinenparameter an neue Bedingungen – beispielsweise ein verändertes Materialverhalten bei Verarbeitung unterschiedlicher Materialchargen – angepasst werden, um eine konstante Bauteilqualität zu produzieren. Sind die Schwankungen so ausgeprägt, dass die nachgeführten Einstellungen außerhalb des bereits validierten Prozessfensters liegen, muss der Prozess in zeitaufwendigen Versuchen erneut validiert werden. Die Werkzeuginnendruckmessung und die Kenntnis der Korrelation von Messwerten und Qualitätsmerkmalen (Bild 3) erleichtert dies maßgeblich.

Intelligente Kombination von  Messung und Statistik

Eine auf der Werkzeuginnendruckmessung basierende Prozessüberwachung besteht aus hoch präzisen und gleichzeitig robusten Sensoren und aus einem Prozessüberwachungssystem, wie beispielsweise ComoNeo von Kistler. Dabei befähigt die Funktionalität ComoNeoPredict zusammen mit der Software Stasa QC (Anbieter: Stasa Steinbeis Angewandte Systemanalyse GmbH) das System zu einer effizienten und automatisierten Dokumentation der statistischen Versuchspläne (Design of Experiments, DoE), die mit ComoNeo in der Maschine abgefahren werden, um aus den ermittelten Parametern ein Prognose- bzw. Referenzmodell für die weiteren Durchläufe zu erhalten. Die Funktionalität ComoNeoPredict kann aber auch einfach zur entsprechenden Prozessanalyse genutzt werden.

Die Funktionalität ist bedienerfreundlich und lässt sich daher im Shopfloor effizient implementieren. Anwender können somit einen entscheidenden Schritt in Richtung Null-Fehler-Produktion gehen: ComoNeoPredict ermöglicht es, die zu erwartenden Qualitätsmerkmale aus den Messwerten zu bestimmen, ohne die Bauteile aufwendig zu vermessen. Auf diese Weise lässt sich die Qualität des Bauteils vorhersagen, noch bevor es gefertigt ist, inklusive der notwendigen Dokumentation.

Auch während der Prozessanalyse und -entwicklung senkt der Einsatz von ComoNeoPredict in Kombination mit der Software Stasa QC den Aufwand. Um in der finalen Prozessentwicklung ein stabiles Prozessfenster auf einer qualifizierten Maschine zu finden, gilt es, abgestimmte DoEs zu erstellen und abzufahren. Das DoE mit Variation der Maschinenparameter dient dazu, eine Varianz der Prozesszustände durch den Werkzeuginnendruck darzustellen und das Prozessfenster abzudecken.

Die mathematische Korrelation der Messwerte mit den anschließend gemessenen kontinuierlichen und attributiven Qualitätsmerkmalen liefert ein Modell zur laufenden Vorhersage der jeweils produzierten Qualität. Durch spezielle Algorithmen und den Einsatz von Machine Learning in der Software Stasa QC wird eine sehr hohe Modellgenauigkeit erreicht. Dank dieser lässt sich die Qualität des Bauteils in der Fertigung vorhersagen und können Teile, die außerhalb der Toleranz liegen, aussortiert werden. Diese Aufgabe erfüllen in der Praxis das Prozessüberwachungssystem ComoNeo und dessen Softwareerweiterung ComoNeoPredict vollautomatisiert. Somit ist das System geeignet, nicht nur die geforderte Qualität zu garantieren, sondern auch die Prüfkosten drastisch zu senken – Voraussetzung für den Spritzgießer, seine Wettbewerbsfähigkeit sicherzustellen.

Fundament für eine zukünftige digitalisierte Produktion

Die Digitalisierung der Spritzgießfertigung basiert auf Daten, die durch Maschinen und Prozessüberwachungssysteme generiert werden. Auch wenn diese Daten heute meist nur zur direkten Qualitätssicherung und Dokumentation einzelner Prozesse genutzt werden, so bilden sie doch die Basis für zukünftige gesamtheitliche Optimierungsansätze bis hin zu neuen Geschäftsmodellen. Dafür wird nicht nur der einzelne optimierte Prozess betrachtet, sondern die gesamte verkettete Fertigung unter Berücksichtigung unterschiedlichster Kriterien. Das sind komplexe Aufgaben, die den Einsatz künstlicher Intelligenz zwingend erfordern. Bemusterungs- und Validierungsprozesse müssen neu gedacht werden, um diesen modernen Ansätzen genügend Raum zu geben und deren Potenziale letztendlich auszuschöpfen. Systeme, die heute die Wettbewerbsfähigkeit des Spritzgießers durch Ausschussreduzierung einzelner Prozesse sichern, sind das Fundament für eine zukünftige digitalisierte Produktion.

Kistler Instrumente AG  

https://www.kistler.com

VACULIK Consulting  

https://www.vaculik-consulting.de

In der Medizintechnik ist eine hohe und validierte Produktqualität eine unverzichtbare Bedingung.

Bild 1. Die Überwachung des Werkzeuginnendrucks beim Spritzgießen reduziert die Kosten für die Qualitätssicherung.

Bild 2. Mithilfe der Werkzeuginnendruckmessung lassen sich in der Produktion Gut- und Schlechtteile automatisch sortieren. Die gewonnen Daten können auch für eine statistische Prozesskontrolle herangezogen werden und geben Aufschluss, wie robust und fähig der Prozess ist. 

Bild 3. Die in den verschiedenen Phasen des Spritzgießzyklus gemessenen Werkzeuginnendruckwerte korrelieren mit den Qualitätseigenschaften der Bauteile.

Hauptartikel

Werkzeuginnendruckmessung zur Qualitätssicherung beim Spritzgießen von Medizinprodukten

Dr.-Ing. Robert Vaculik ist Consultant für die Spritzgießindustrie; <a href="mailto:vaculik@vaculik-consulting.de">vaculik@vaculik-consulting.de</a>

Kistler ist laut eigenen Angaben Weltmarktführer für dynamische Messtechnik zur Erfassung von Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung. Das inhabergeführte Schweizer Unternehmen prägt durch seine Sensortechnologie und ein breites Anwendungswissen zukünftige Innovationen zum Beispiel in der elektrifizierten Antriebstechnik, beim autonomen Fahren, der Emissionsreduktion und Industrie 4.0. Rund 2000 Mitarbeitende an über 60 Standorten weltweit erwirtschafteten für die Kistler Gruppe 2022 einen Umsatz von 434 Mio. CHF. Rund 8 % davon fließen in Forschung und Technologie.

<a href="http://www.kistler.com" target="_blank">www.kistler.com</a>