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Spritzgießen Sensoreinsatz für die Null-Fehler-Produktion in Fernost

Redakteur: Peter Königsreuther

Beim Spritzgießen sind heute nicht nur in der Maschine viele Sensoren verbaut, um den Prozess detailliert im Griff zu haben. Auch die Werkzeuge und Formen punkten mit Hightech. In China sorgt deutsche Technik jetzt sogar für Mikrometerpräzision.

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Das Prozessüberwachungs-Tool Comoneo bei TSP im Einsatz. Es stellt sicher, dass nur fehlerfreie Spritzgussteile die Fertigungslinien des chinesischen Kunststoffverarbeitungs-Spezialisten verlassen.
Das Prozessüberwachungs-Tool Comoneo bei TSP im Einsatz. Es stellt sicher, dass nur fehlerfreie Spritzgussteile die Fertigungslinien des chinesischen Kunststoffverarbeitungs-Spezialisten verlassen.
(Bild: Kistler)

Es ist kein Geheimnis, dass China in den letzten Jahrzehnten einen beispiellosen Aufschwung erlebt hat. Das Land ist in manchen Bereichen bereits dabei, westliche Länder zu übertreffen. Natürlich orientiert man sich auch weiterhin an erfolgreichen Vorbildern aus Europa und Übersee, gerade in Sachen Maschinenbau und industrielle Fertigung.

Das gilt auch für TSP Precision Tooling aus Shanghai. Aufgrund seiner technologischen Reife und der Vielzahl an Möglichkeiten, die die Präzisionsbearbeitung und -fertigung eröffnen, hat TSP als einer von nur wenigen chinesischen Anbietern von Spritzgießwerkzeugen die Zertifizierung nach EU-TÜV 1699 erlangt.

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Sensoren erfüllen hohe Ansprüche

TSP bietet ein umfassendes Portfolio in den Bereichen Formdesign, Entwicklung und Produktion und hat damit weltweit die Anerkennung und das Vertrauen von Kunden vor allem aus der Automobil- und der Elektronikindustrie gewonnen. Mit seinem Angebot an hochwertigen Spritzgießwerkzeugen und der Produktion von hochpräzisen Formteilen unterhält das Unternehmen langfristige Geschäftsbeziehungen mit Abnehmern auf der ganzen Welt. Als eines der führenden Unternehmen im Bereich Werkzeugbau und Spritzgießfertigung hat sich TSP zudem einer Qualitätsgarantie für Fertigungspräzision verpflichtet und sichert damit Wettbewerbsvorteile für seine Kunden. Das gilt jedoch nur solange, wie die Spritzgießformen und Formteile mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich die hohen Anforderungen der Kunden erfüllen.

Huang Zhihua, Molding Test Supervisor bei TSP, erklärt: „Als Zulieferer weltweit führender Hersteller von Verbindungstechnik erhalten wir oft Aufträge für Spritzgießformen, bei denen sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Wir konstruieren die entsprechenden Formen anhand von 3D-Modellen und Vorgaben des Kunden. Dann folgt die Testproduktion, denn nur so können wir sicherstellen, dass die Spritzgießteile fehlerfrei sind.“

Eine wichtige Rolle in der Spritzgießfertigung bei TSP spielen Werkzeuginnendruck-Sensoren und Prozessüberwachungssysteme von Kistler. Und seit 2012 arbeiten die Ingenieure von TSP mit Kistler zusammen. Deshalb sind sie mit der Funktion und den Eigenschaften der Sensoren vertraut und in der Lage, diese selbstständig in verschiedene Spritzgießwerkzeuge zu integrieren. „Die Werkzeuginnendruck-Sensoren werden aufgrund ihres weiten Messbereichs und der Zuverlässigkeit unseren sehr hohen Anforderungen am besten gerecht“, betont der Experte. Zum Einsatz kommen sie aber nicht nur bei der Qualitätsprüfung des Designprozesses der Spritzgießwerkzeuge, sondern auch in der Fertigung. Dort überwachen die Systeme die rund um die Uhr laufende Produktion und zeichnen die anfallenden Daten auf. Damit, so Zhihua, ist die Integration einer ferngesteuerten Echtzeitüberwachung sowie eine umfassende, rückverfolgbare Dokumentation der Fertigungsdaten gelungen.

Optimaler Übergang vom Einspritzen zum Nachdrücken

Eine charakteristische Herausforderung beim Spritzgießen sind unvollständig gefüllte Teile, sogenannte „Short Shots“. Diese lassen sich mit dem Prozessüberwachungssystem Comoneo von Kistler vollständig vermeiden. „Zunächst ermitteln wir den kritischen Punkt der Materialknappheit anhand der Spitzgießformen-Prüfkurve und des DoE-Tests (Design of Experiments)“, erklärt Zhihua. Dann legen die Experten den Druckwert der Unterfüllungskurve dem Kurvendruck entsprechend am kritischen Punkt fest. Gleichzeitig werden Formteile aussortiert, die unterfüllt sind. „Wir nehmen in der Folge anhand des Digitalsignals dann eine Kontrolle im Hinblick auf solche Teile vor“, führt er weiter aus.

Die Abweichungen und Schwankungen des Einspritzvolumens der Spritzgießmaschine können also auch mithilfe der automatischen Umschaltfunktion Comoneoswitch, die einen optimalen Übergang von der Einspritz- zu Nachdruckphase ermöglicht, ausgeglichen werden. Der gesamte Formgebungsprozess kann während der Vorserienproduktion durch Erkennung des optimalen Umschaltpunktes (der Übergang vom Einspritzen zur Nachdruckphase), bei dem die volumetrischen Füllung der Kavität erreicht ist, verbessert werden. „Somit erreichen wir mit vergleichsweise geringem Aufwand eine hohe Prozessstabilität. Die Anforderungen im Hinblick auf die geplante Massenfertigung sind damit sicher erfüllbar – die Überlagerung der Werkzeuginnendruck-Kurven im Comoneo-System sowie die angezeigte Diskrepanz im Trenddiagramm zum Werkzeuginnendruck erleichtern uns die Arbeit dafür enorm“, merkt Zhihua an.

Nach Werkzeugwechsel schnell zu Gutteilen

Eine weitere Funktion von Comoneo, die für TSP sehr nützlich ist, ist der Wiederanfahr-Assistent Comoneorecover: Denn nach einem Wechsel der Spritzgießform von einer Maschine auf eine andere verändern sich die Parameter, so dass zum Beispiel der maschinengesteuerte Aushärteprozess des Formteils Abweichungen aufweist. „Anhand der zuvor gespeicherten Referenzkurven für den Werkzeuginnendruck lässt sich jedoch das gewünschte Ergebnis schnell wiederherstellen“, heißt es weiter. Man wendet zur Feinabstimmung von Einspritzgeschwindigkeit, Nachdruckzeit und Abkühldauer etwa die Funktion Comoneorecover an. „Während der Prozesswiederherstellung muss man darauf achten, der Referenzkurve möglichst nahe beziehungsweise im Idealfall mit dieser zur Deckung zu kommen“, erklärt Zhihang das Prozedere.

Damit ist gewährleistet, dass die nach dem Wechsel der Spritzgießform produzierten Formteile in Größe und Erscheinungsbild mit den zuvor gefertigten weitgehend übereinstimmen. „So etablieren wir einen Standardprozess, der sich für eine Massenfertigung am besten eignet. Wir stellen damit sicher, dass sich die Abweichungen innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite bewegen, was die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlern minimiert“, so Zhihua. Ergänzend dazu ermöglicht die Prozessüberwachung mit Comoneo das Aussortieren von Kunststoffteilen, die außerhalb des Toleranzintervalls liegen. Alle Produkte, die auf das Förderband und schließlich in die Kartons zur Auslieferung gelangen, würden damit dem Null-Fehler-Anspruch gerecht.

Entsprechend groß ist die Zufriedenheit über die Kistler-Produkte. Das gelte nicht nur für die Lösungen und den Service, sondern auch für die Zusammenarbeit insgesamt. Zhihua resümiert: „Wir können seit Beginn unserer Zusammenarbeit in allen Belangen auf die tatkräftige Unterstützung der Ingenieure von Kistler zählen. Die Kistler-Spezialisten konnten bisher viele technische Probleme beheben und haben nicht zuletzt auch zur Ausbildung ausgezeichneter Ingenieure beigetragen.“ MM

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