Werkzeuginnendruckmessungen

Annina Schopen,

Viele Faktoren führen zum idealen Spritzgießprozess

Die Werkzeuginnendruckmessung ist eine effiziente Methode, um den Spritzgießprozess zu optimieren. Diese Technologie erfordert, dass Hersteller sowohl Sensoren installieren als auch die gewonnenen Daten richtig interpretieren. Christian Streili, Field Service Development Manager bei Kistler, erklärt, wie Expert:innen Spritzgießprozesse optimieren können.

Christian Streili, Field Service Development Manager bei Kistler, im Interview. © Kistler

In der Theorie ist der Spritzgießprozess simpel: Eine Gussform wird mit flüssigem Kunststoff gefüllt, der anschließend entsprechend geformt wird und aushärtet. In der Praxis ist die Produktion perfekter Spritzgussteile mit möglichst geringem Ausschuss jedoch kein leichtes Unterfangen. Unterschiedliche Formen und Materialien fordern unterschiedliche Herangehensweisen. Gleichzeitig beeinflussen eine Vielzahl von externen Faktoren den Prozess. Hier können winzige piezoelektrische Sensoren ihre Stärken ausspielen: Sie helfen Spritzgießer:innen, die optimalen Prozesse für jede Form zu finden und beizubehalten – unabhängig von den verwendeten Materialien. Die Sensoren messen und analysieren den Werkzeuginnendruck während des Spritzgießprozesses. Diese Messwerte erlauben es den Herstellern, ihre Produktion zu überwachen oder ihr Heißkanalsystem im laufenden Prozess stabil zu halten und Schlechtteile automatisch auszusortieren.

Genau hier wird es komplex, denn die Installation der Sensoren wie auch die anschließende Interpretation der Messergebnisse sind nicht auf die leichte Schulter zu nehmen. Um sowohl die Hardware wie auch Daten optimal nutzen zu können, ist viel Expert:innenwissen in den Bereichen Spritzguss und Messtechnik gefragt.

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Herr Streili, was sind Ihrer Meinung nach die größten Herausforderungen im Spritzgießprozess?
Ich denke, die größte Herausforderung liegt in der Komplexität des Prozesses. Viele Faktoren beeinflussen die Qualität des fertigen Produkts: die Größe des Formteils, das Material, die Temperatur des Arbeitsumfelds sowie die Temperatur des Kunststoffs. Zudem funktionieren Formgebungsverfahren mit Mehrkomponenten oder Einlageteilen anders als solche ohne, weil gerade wie im ersten Fall mehrere Materialien zum Einsatz kommen. Viele Spritzgießer unterschätzen den Einfluss solcher Faktoren oder wissen nicht, wie stark scheinbar winzige Änderungen im Prozess die Qualität der Einzelteile beeinflussen. Der Wechsel zu einem neuen Materiallieferanten zum Beispiel kann sich entscheidend auf die Produktqualität auswirken – selbst, wenn die Zusammensetzung des Kunststoffs auf dem Papier exakt die gleiche ist.

Wie kann die Messung des Werkzeuginnendrucks dazu beitragen, diese Herausforderungen zu meistern?
Der Werkzeuginnendruck spielt eine entscheidende Rolle während des Spritzgießprozesses. Er spiegelt den gesamten Prozess im Formteil wider, gibt uns Aufschluss über die Herstellungsbedingungen und ist somit ein Indikator der Produktqualität. Spezifische qualitätsrelevante Eigenschaften des Einzelteils, wie zum Beispiel dessen Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität, dessen Gewicht oder der Verzug lassen sogar Rückschlüsse auf die Bedingungen während der einzelnen Phasen des Prozesses zu. Der Werkzeuginnendruck gleicht dadurch einen teilespezifischen Fingerabdruck der Produktqualität ab und hilft, präzise Aussagen über optimale Prozessparameter zu treffen. Zudem können Hersteller durch die Messung des Werkzeuginnendrucks fehlerhafte Teile identifizieren, noch bevor sie sie aus der Form nehmen.

Wie funktioniert diese Qualitätskontrolle?
Die von den Sensoren ermittelten Messdaten werden an das Prozessüberwachungssystem übertragen, das diese evaluiert und das Ergebnis in Form einer Grafik darstellt. Um NOK-Teile auszusortieren, ist es nötig, eine sogenannte Evaluationsbox zu definieren. Liegt die Kurve, die den Werkzeuginnendruck darstellt, innerhalb dieser Box, ist das produzierte Teil einwandfrei. Befindet sie sich außerhalb, weist das auf ein fehlerhaftes Teil hin. Es ist deswegen besonders wichtig, die Grenzen dieser Evaluationsbox korrekt zu bestimmen. Sind sie zu klein, resultiert dies in Pseudo-Ausschuss. Sind sie zu groß, wirkt sich das negativ auf die Produktqualität aus.

Wie unterstützen Sie Ihre Kunden dabei, das volle Potenzial der Werkzeuginnendruckmessung ausschöpfen?
Wir bieten unseren Kunden mehrere Serviceleistungen an. Erstens haben wir die Möglichkeit, ihnen eine Simulation des Prozesses bereitzustellen, noch bevor die Spritzgussform gebaut ist. Auf Basis dieser Simulationsergebnisse können wir ermitteln, wie viele Sensoren Hersteller brauchen, wo sie optimalerweise positioniert sein sollten und welche Art Sensor sich am besten für den jeweiligen Prozess eignet. Außerdem können wir so mögliche Fehler und Schwachstellen des Spritzgussprozesses in einem sehr frühen Stadium ermitteln.

Im Rahmen des Service-Pakets Mold Validation I stellen die Expert:innen von Kistler sicher, dass alle Sensoren korrekt installiert sind. © Kistler

Als Teil unseres Service-Pakets Mold Validation I stellen wir sicher, dass alle Sensoren korrekt installiert sind und wie gewünscht funktionieren. Zum Beispiel überprüfen wir, ob die Bohrungen, in denen sich die Sensoren befinden, richtig gefertigt wurden und ob der Sensor gut hineinpasst. Wir überprüfen zudem, dass die Messkabel richtig verlegt wurden und ob sie in kritischen Bereichen der Spritzgussform ausreichend geschützt sind.

In der Phase von Mold Validation II schauen wir uns laufende Prozesse genauer an. Ziel ist hier, den Prozess zu optimieren, indem wir die idealen Parameter festlegen. Mold Validation II ist besonders sinnvoll für Kunden, denen es schwerfällt, das Problem im bestehenden Prozess zu identifizieren. Die Serviceleistung ist ebenfalls sinnvoll, wenn sich ein entscheidender Bestandteil des Prozesses ändert – zum Beispiel, weil der Kunde eine neue Form nutzen möchte. Außerdem unterstützen wir Hersteller dabei, die Parameter der Evaluationsboxen festzulegen, was Ausschuss verringert beziehungsweise die Effizienz der Prozesse steigert. Damit helfen wir unseren Kunden, ihren Spritzgießprozess bestmöglich zu optimieren, und stellen sicher, dass sie unsere Messtechnik und die Messwerte, die unsere Sensoren generieren, bestmöglich nutzen.

Warum brauchen Hersteller die Hilfe von Expert:innen? Würde eine Checkliste der wichtigsten Parameter nicht ausreichen, um den Prozess zu verbessern?
Natürlich gibt es allgemeingültige Kriterien, durch deren Anpassungen sich die Produktqualität der Spritzgusstechnik verbessern lässt – zum Beispiel kann die (Prozess-)Temperatur des Materials die Maßhaltigkeit beeinflussen. Unsere Experten verfolgen jedoch einen komplexeren Ansatz. Schließlich ist jede Gussform und jeder Prozess anders: Bei all den verschiedenen Faktoren ist es oft schwierig, den Zusammenhang zwischen fehlerhaften Prozessabläufen und externen Einflüssen zu erkennen.

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