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Digitalisierung beim Spritzgießen

Meinolf Droege,

Höhere Produktivität und Qualität dank Transparenz

Komplexe galvanisierte Teile sind das Metier des Spritzgießers Gerhardi. An mehreren Standorten in Deutschland und den USA entstehen vor allem Teile für die Automobilindustrie. Die Produktion am größten Standort, Ibbenbüren mit rund 40 Spritzgießmaschinen, arbeitet auch mithilfe eines MES-Systems hocheffizient. Zudem ist die lückenlose Dokumentation jedes produzierten Teils inklusive einer Vielzahl von Produktions- und Qualitätsparametern sichergestellt.

Großformatiger Kühlergrill mit hohen geometrischen und optischen Anforderungen, partiell verchromt. Bereits während des Spritzgießens, in einer frühen Stufe der Wertschöpfung, gilt es mögliche Qualitätsprobleme zu erkennen. © Gerhardi

Das Optimieren der Produktion in mehreren Richtungen ist erforderlich, um sich weiterzuentwickeln und konkurrenzfähig zu bleiben. Das erfordert Investitionen in Produktions- und Automatisierungstechnologien, in das Know-how der Mitarbeiter und in die Organisation der Produktion, um die Potenziale der Technologien ausschöpfen zu können. Rund 40 Spritzgießmaschinen und eine Großgalvanik bilden den Kern der Produktionstechnik. Die ständige Optimierung und Dokumentation der Prozesse innerhalb der Produktion unterstützt das MES-System Authentig des österreichischen Unternehmens TIG. Mit verschiedenen Modulen werden pro Maschine bis zu 1024 Parameter in Echtzeit an der Maschine und auf einem zentralen Leitstand visualisiert. Hier lassen sich alle Werte analysieren, um – auf Basis dieser Echtzeitdaten – optimale Entscheidungen zu treffen. Gerhardi arbeitet täglich mit den Modulen Setup, Quality, Monitoring und Reporting. Alle Spritzgießmaschinen sind über das unternehmensweite Netzwerk an den Authentig-Leitstand angebunden. Im Setup-Modul werden alle Teiledatensätze über das Netzwerk zentral archiviert und verwaltet.

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Transparenz, Sicherheit und Rückverfolgbarkeit sind einige der Ziele beim Einsatz des TIG-Systems. An den Maschinen stehen zur Einsicht und Verarbeitung nur Datensätze zur Verfügung, die zuvor geprüft und freigegeben wurden, nicht autorisierte Änderungen an den Maschinen werden entfernt. Sämtliche Parameteränderungen an den Spritzgießmaschinen werden im Leitstand archiviert. Im Setup-Modul kann man abrufen, welche Datensätze in der aktuellen Fertigung laufen und ob sie geändert wurden. Um Prozessparameter an der Spritzgießmaschine ändern zu können, nutzen die Mitarbeiter personalisierte Codekarten mit unterschiedlichen Berechtigungsebenen. Parameteränderungen werden im Leitstand auf Plausibilität geprüft; so können Prozessoptimierungen und andere Vorgänge an der Spritzgießmaschine nachbetrachtet werden, ohne dass Informationen verloren gehen. Auf dieser Basis lassen sich weitere Maßnahmen abstimmen.

Die alten Datensätze werden gesperrt, nur die jeweils freigegebenen sind an der Maschine sichtbar und nutzbar. Die Datensätze haben fortlaufende Versionsnummern und werden mit Kommentaren – wie den Gründen für Änderungen der Spritzparameter – versehen. Das stellt die Historie der einzelnen Datensätze sicher und verhindert die Verwendung falscher oder nicht aktueller Datensätze an den Maschinen. Über eine Remoteverbindung können Prozessparameter aus dem Leitstand direkt an der Spritzgießmaschine geändert und überwacht werden. Das Optimieren und Justieren der Prozesse, beispielsweise das Einstellen der Toleranzen für Spritz- und Dosierzeit, Einspritzdruck oder Restmassepolster, findet immer häufiger direkt vom Büro aus statt.

Qualitätswesen in MES eingebunden

Bis zu 1024 Prozessparameter aus Spritzgießmaschine und -werkzeug erfasst das MES-System in Echtzeit uns stellt sie zur Auswertung bereit. © Gerhardi

Im Authentig-Modul Quality zeichnet Gerhardi für alle Maschinen alle Prozessdaten aus den bis zu 1024 eingestellten Parametern auf, beispielsweise Prozesszeiten, Ist-Temperaturen, Drehmomente, Drücke und Durchflussmengen für die Werkzeugtemperierung. Die Anzahl der Parameter ist abhängig von der Ausrüstung der jeweiligen Spritzgießmaschine und des Werkzeugs. Diese Daten werden auf dem Server gespeichert und können bei Bedarf individuell abgerufen und weiterverarbeitet werden. Das stellt die lückenlose Dokumentation für den Kunden sicher, fehlerhafte Bauteile können bei Reklamationen direkt rückverfolgt werden. Die betroffenen Teiledatensätze können direkt im Leitstand für die Produktion gesperrt oder angepasst werden. Alle Daten lassen sich in Office-Anwendungen exportieren. Gerhardi nutzt diese Funktion für Langzeitauswertungen, beispielsweise um sporadisch auftretende Fehler in den Prozessen zu erkennen.

Das Monitoring-Modul bietet eine aktuelle Übersicht über die gesamte Produktion. Sie besteht aus Maschineninformationen zu aktuellen Zuständen, Auftragsdaten und Prozesswerten. Symbole visualisieren Fehlermeldungen und Prozessabweichungen an den Spritzgießmaschinen, mit einem Mausklick können detaillierte Informationen eingeblendet werden. So bleibt die Gesamtsicht auf die Produktion sehr übersichtlich – bei sehr hohem Detaillierungsgrad der Daten bei Bedarf. Der „Fahrtenschreiber“ dokumentiert die Maschinenlaufzeiten und die tatsächlichen Störgründe.

Mögliche Problemteile ausschleusen

Um Prozessabweichungen an der Spritzgießmaschine im Leitstand zu verfolgen, nutzt Gerhardi die im Leitstand integrierte Min-Max-Überwachung mit Alarmierung. Diese Funktion meldet Abweichungen von definierten Grenzwerten beliebiger Prozessparameter und Störungen per E-Mail an definierte Empfänger, wo sie sofort bearbeitet werden können. Das Unternehmen überwacht Sollwerte, in diesem Fall die Eingriffsgrenzen, die in den verwendeten Teiledatensätzen hinterlegt sind, um manuelle Konfigurationen und Fehlerquellen zu minimieren. Außerhalb dieser Grenzen produzierte Bauteile werden direkt an der Maschine ausgeschleust, die Ausschussursache wird über einen Fehlercode in der Prozessdatenüberwachung der Spritzgießmaschine und im Modul Quality dokumentiert.

Das Setup Modul visualisiert und archiviert Einstelldatensätze und sichert somit wertvolles Know-how. © TIG

Im Leitstand hat der Prozessingenieur die Möglichkeit, den Prozess mit zusätzlich gewählten Überwachungen weiter einzugrenzen. Mithilfe dieser Überwachungen entfallen die sonst üblichen Kontrollgänge an den Spritzgießmaschinen. Das Personal kann bei auftretenden Fehlern gezielt zu den Prozessen geleitet werden.

Das Gesamtergebnis der Produktion kann im Reporting-Modul in individuell erstellten Berichten zu Auftragsmengen, Maschinenlaufzeiten und anderen relevanten Kennzahlen abgerufen werden. So werden beispielsweise täglich alle am Vortag eingegangenen Fehler- und Ausschussmeldungen geprüft und je nach Häufigkeit an die Fachabteilung weitergeleitet. Bei Bedarf ist die Prozessprüfung an der jeweiligen Spritzgießmaschine sinnvoll.

Effizienz der Produktion sichern

David Kupfer, für Gerhardi verantwortlicher TIG-Kundenbetreuer: „Im Zuge der stetigen Digitalisierung der Prozessüberwachung ist es uns gelungen das bereits vorhandene Expertenwissen in Authentig nachhaltig zu verankern. Durch die enge und besonders professionelle Zusammenarbeit wurde die hohe Bauteilqualität weiter verbessert und der manueller Aufwand für die Bediener reduziert.“ © TIG

Inwieweit der Einsatz von TIG-Authentig zu einer Kosteneinsparung im Unternehmen führt, sei anhand von Kennzahlen schwer zu bewerten, resümieren die Verantwortlichen bei Gerhardi. „Sicher haben wir durch eine verbesserte Transparenz viele Prozessfehler in der Spritzgießfertigung eliminieren können – seien es langjährige Dosierschwankungen aufgrund falsch eingestellter Zylinderwandtemperaturen oder Zykluszeitabweichungen durch Fehlprogrammierungen in Abläufen oder auch Rückstromsperren, die hin und wieder beim Einspritzvorgang nicht schließen. Aufgrund der Vielzahl von Daten und Auswertungsmöglichkeiten lernt man seine Prozesse deutlich besser kennen. Die Ausschusszahlen sind trotz massiv wachsender Anforderungen im Unternehmen konstant geblieben oder konnten sogar reduziert werden“, nennt Markus Schindler, Teamleiter Spritzgießtechnik bei Gerhardi, als wichtige Fortschritte nach Inbetriebnahme des Systems. „Früher nahmen wir an, dass wir gute Prozesse fahren, heute wissen wir, welche gut und welche verbesserungswürdig sind.“

Momentan arbeitet Gerhardi in einem Verbundprojekt mit mehreren Unternehmen an der Optimierung der Prozessdatenüberwachung. Ziel ist es, die Spritzgießprozesse anhand der Einstellparameter, der Prozess- und der extern zugeführten Messdaten zu analysieren und auftretende Abweichungen zu bewerten. Im besten Fall sollen diese Vorgänge vorausberechnet und Differenzen zwischen Soll- und Ist-Werten direkt an der Spritzgießmaschine ausgeglichen werden. Die Software muss die Prozessgrenzen kennen oder erlernen und entscheidet am Ende über Gut- oder Schlechtteil. Damit wird ein Großteil der Kontrollfunktion vom Mitarbeiter auf die Spritzgießmaschine übertragen.

Der Anwender

Gerhardi Kunststofftechnik zählt sich im Markt für galvanisierte und technisch anspruchsvolle Kunststoffteile zu den größten Entwicklern und Produzenten in Europa. Etwa 1500 Mitarbeiter fertigen an den Standorten Lüdenscheid, Altena, Ibbenbüren und Montgomery (USA) für den Interieur- und Exterieurbereich der Automobilindustrie. Größter Produktionsstandort ist das Werk Ibbenbüren. Die Fertigung verfügt über eine Großgalvanik, zwei Lackierstraßen und 40 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften zwischen 1500 und 23 000 Kilonewton.

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