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Industrie 4.0

Spritzguss: Mit Sensoren ins Reich der „Smart Factory“

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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.

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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.

Sensoren im Spritzgießwerkzeug sorgen für effizientere Prozesse

Für Burkhard Walder von Toses Tooling Security Services ermöglicht der Einsatz von Sensoren in Spritzgießwerkzeugen eine größere Gesamtanlageneffektivität (OEE) durch Reduzierung von Wartungszyklen, Erhöhung von Werkzeugstandzeiten, Reduzierung von Ausschuss, Früherkennung von Werkzeugschäden und Überwachung der Prozessparameter. „Sensoren tragen also in erheblichem Maß zur Produktivitätssteigerung bei“, lautet sein Fazit.

Die Sensortechnologie seines Unternehmens erlaube beispielsweise die Optimierung der Wartungszyklen über die Geräuschemissionen des Werkzeugs. Beim Einsatz dieses Systems erfolge die Wartung nach dem tatsächlichen Bedarf und nicht nach der Menge der produzierten Teile. Denn der Sensor detektiere Geräusche im Werkzeug, die eine baldige Wartung ankündigen.

Ein Sensor muss nicht immer im Werkzeug sitzen

Sensoren in Spritzgießwerkzeugen können sowohl die Qualität als auch den Output beziehungsweise die Effizienz der Werkzeuge erhöhen. „Insbesondere die Temperatur muss genauen Messungen unterliegen, um die Qualität der produzierten Stücke zu monitoren“, hebt auch Felix Eggert von TE Connectivity hervor. Sei die Temperatur zu hoch oder zu niedrig, wirke sich dies bereits bei geringen Varianzen entscheidend auf die Qualität aus. So drohten die Teile bereits bei gering erhöhter Temperatur zu verbrennen. Doch qualitativ minderwertige Teile würden automatisch aussortiert – auch dies geschehe über Sensoren. Da die Anzahl der aussortierten Produkte geringer werde, wenn man empfindliche Temperatursensoren einsetze, lasse sich hierdurch die Effizienz der Produktion erhöhen.

Der Werkzeugdruck lässt sich auch mithilfe einer Dehnungsmessung in den Holmen von Spritzgießmaschinen bestimmen. „Jedoch ist diese Sensorik nicht im Spritzgießwerkzeug integriert“, erläutert Kai Wiegand von Gefran Deutschland. An den Holmen, erklärt Wiegand, nehmen Aufpresssensoren die dort herrschenden Kräfte auf und die Signale werden zur Auswertung über Verstärker an die Steuerung weitergeleitet.

Spritzgießen - ein komplexer Prozess

Die Auswertung und Verarbeitung der von den Sensoren gelieferten Signale ist eine Voraussetzung für qualitativ hochwertige Spritzgießteile. Doch ebenso bedarf es hochpräziser Spritzgießwerkzeuge, deren Toleranzen beispielsweise unter 10 µm liegen müssen, um eine Bauteiltoleranz unter 30 µm zu erzielen. Auch dabei sind Sensormessungen zur Werkzeugkorrektur gefragt, für die etwa Carl Zeiss Industrielle Messtechnik eine innovative Software zur Flächenrückführung entwickelt hat.

Auf die Sensorik in der Kavität der Spritzgießwerkzeuge konzentriert sich Priamus System Technologies-Deutschland-Geschäftsführer Erwin König meint dazu: „Der Spritzgießprozess ist ein sehr komplexer Fertigungsprozess mit einer Vielzahl von Einstellmöglichkeiten, welche alle einen mehr oder weniger großen Einfluss auf die Qualität der Spritzteile haben.“ Weiterhin unterliege er veränderlichen Einflüssen von außen, die sich entscheidend auf die Teilequalität auswirkten.

Je näher am Ort des Geschehens, desto besser der Effekt

Um den eigentlichen Fertigungsprozess sowie die Prozessschwankungen transparent zu machen, müssten in den Kavitäten der Spritzgießwerkzeuge Werkzeuginnendruck- und Werkzeugwandtemperatur-Sensoren eingebaut werden, die hochauflösende Informationen liefern. „Wie überall in der Messtechnik, erhält man die beste Information und Auflösung, je dichter man am Ort des Geschehens ist“, diagnostiziert König. Deshalb könnten Signale aus der Spritzgießmaschine oder aus Kamerasystemen bei Weitem keine so hohe Aussagekraft bieten."

Dieser Artikel ist ursprünglich auf unserem Partnerportal "MM MaschinenMarkt" erschienen.

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