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Modellgestützte Qualitätsregelung durch eine adaptive, druckgeregelte Prozessführung beim Spritzgießen

Aktuelle Maschinentechnik beim Spritzgießen erfüllt die Anforderung höchster Reproduzierbarkeit bei den Achsenbewegungen und der Wiederholgenauigkeit eingestellter Prozessparameter. Um allerdings die Qualitätsanforderungen aktueller Produktionen und Anwendungen zu erfüllen, reicht eine Reproduzierung der Einstellparameter nicht aus. Durch Schwankungen in den Materialeigenschaften und Einflüssen aus der Maschinenfähigkeit entstehen Variationen in der resultierenden Prozessführung mit negativen Einflüssen auf die Qualitätskriterien. Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zum einen zur Entwicklung einer adaptiven, druckgeregelten Prozessführung und darüber hinaus zum umfassenden Verständnis des Materialverhaltens und prozessrelevanten Einflüssen auf dieses. Am Beispiel von technischen Kunststoffen werden die Variationen der Materialeigenschaften durch Alterungseinflüsse und Chargenschwankungen in einer rheologischen Materialcharakterisierung dargestellt. Die Analyse berücksichtigt prozessrelevante Alterungseinflüsse im Bereich der Materialkonditionierung, beschrieben durch den Restfeuchtegehalt sowie temperaturabhängiger Zeiteinflüsse. Die auftretenden Phänomene werden einerseits in chemische und andererseits in physikalische Strukturänderungen unterteilt. Auf Basis der Analyse wird eine Erweiterung des Carreau-Ansatzes zur Integration der Alterungs- und Konditionierungseinflüsse in ein materialbeschreibendes Modell vorgestellt. Das Verständnis und die erweiterte Modellbildung erlaubt eine Simulation des Spritzgießprozesses unter Berücksichtigung der beschriebenen Einflussfaktoren. Ausgehend von den Einflüssen der Viskositätsschwankungen auf die qualitätsrelevanten Parameter der Massetemperatur und des Massedruckes, wird eine neue Strategie zur Qualitätsregelung entwickelt und an einer Spritzgießmaschine umgesetzt. Des Weiteren werden Qualitätskriterien wie das Bauteilgewicht sowie die Oberflächengüte berücksichtigt. Die Prozessregelung umfasst das Konzept einer adaptiven, druckgeregelten Prozessführung in der Einspritzphase sowie die Kompensation von Effekten durch Unterschiede im Schließverhalten der Rückstromsperre. Vervollständigt wird die Regelung durch eine modellbasierte Adaption der Nachdruckparameter. Aufbauend auf einem Referenzprozess, erkennt die Spritzgießmaschine Veränderungen im Materialverhalten und adaptiert autonom die Prozessführung, um eine konstante Bauteilqualität zu gewährleisten. Die Qualitätsregelung ist für die Kompensation von Einflüssen unterschiedlicher Materialkonditionierung auf die Oberflächengüte, thermische Materialbelastung sowie das Bauteilgewicht validiert. Die durch den Referenzbetriebspunkt und das Regelkonzept hinterlegte Intelligenz führen zu einer konstanten Prozess- und Produktqualität.

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 Felix Heinzler

Felix Heinzler
Lehrstuhl für Konstruktion und Kunststoffmaschinen
Universität Duisburg-Essen

Informationen

Freie Schlagwörter: Qualitätsregelung, Spritzgießen, Adaptive Prozessführung, Referenzprozess, Alterung, Viskositätsschwankungen, materialbeschreibendes Modell, Prozesssimulation, Restfeuchte, Oberflächenqualität
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abt. Maschinenbau und Verfahrenstechnik, der Universität Duisburg-Essen
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gottfried W. Ehrenstein
Erscheinungsjahr: 2014
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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