MEDAS & Sensoren

Datenerfassung für Pressen und Spritzgießen von Duroplasten

Die Technologie der SMC-Verarbeitung ist bisher in hohem Maße von empirischen Betrachtungen gekennzeichnet.

Anhand von hergestellten Pressteilen wird eine Fehleranalyse durchgeführt, um die Verursachung von Fehlern zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen oder an der Formmasse abzustellen.

Ein sinnvollerer und für die Zukunft entscheidender Weg ist es, durch Beobachtung von Prozesssignalen die individuellen Abläufe in der Formteilherstellung transparent zu machen und daraus eine differenzierte Sicht der technischen Abläufe herzuleiten.

Ein hierfür speziell geschaffenes Instrument ist das Datenerfassungssystem MEDAS. Das Datenerfassungssystem besteht aus einem PC mit Peripherie, einem Gehäuse mit der erforderlichen Verstärkerelektronik sowie den Sensoren, die für die Erfassung der Prozessdaten in der Produktionsanlage bzw. dem Werkzeug gebraucht werden. Das zu beobachtende System besteht aus der Verarbeitungsmaschine, meist einer Presse oder Spritzgießmaschine, dem Formgebungswerkzeug, der Formmasse sowie den anderen Parametern, die durch das Handling und Timing des Arbeitens an der Anlage definiert werden. Die zu erfassenden Daten beziehen sich zuerst auf die Grundfunktionen der Produktionsanlage vor dem eigentlichen Massekontakt, dann dem Eintritt der Formmasse in die formgebende Kavität und schließlich den Signalen ab diesem Zeitpunkt, die dann wesentlich von dem Eigenschaftsbild der Formmasse geprägt sind. Die zu beobachtenden Größen beziehen sich im Einzelnen auf das Arbeiten der Produktionsanlage, indem die Dosierungsfunktion und die dafür erforderliche treibende Kraft erfasst werden. Die Dosierungsfunktion besteht aus der Schließbewegung der Presse, deren Parallelität und auch einem möglichen elastischen Verhalten der Anlage. Im weiteren Verlauf des Prozesses können gegebenenfalls Schwindungsbewegungen oder andere Prozessdetails aufgelöst werden. Aus den erfassten Daten kann abgeleitet werden, ob vor dem eigentlichen Dosiervorgang die Anlage ihre Grundfunktion ungestört und wie eingestellt abarbeitet oder ob durch Veränderungen an der Anlage neue Signalverläufe beobachtbar werden. Ab dem Dosierbeginn wirkt sich der Widerstand des Materials gegen die eingeleitete Formgebung aus, so dass hieraus auch Rückschlüsse auf Zähigkeit und andere Merkmale des Eigenschaftsbildes der Formmasse bezogen werden können. Ähnliche Informationen können durch die Beobachtung des Forminnendruckes abgeleitet werden.

Die Schließkraft ist eine summierende Größe für den Gesamtwiderstand des Materials, wohingegen die örtlich gemessenen Massedrücke in der Kavität Aufschluss über das Fülltiming und lokale Effekte geben, die auch für eine Simulation als Verifikationsdaten herangezogen werden können. Durch den Vergleich der berechneten örtlichen Drücke und des Fließfrontverlaufs kann über die gemessenen Daten die Stimmigkeit des Simulationsergebnisses geprüft werden.

Die Erfassung der Forminnendrücke liefert neben diesem weitere Informationen über die Druckverteilung während der Flüssigphase der härtbaren Formmasse als auch Informationen über den zeitlichen und örtlichen Verlauf der Reaktionsschwindung. Geeignete Sensoren sind piezoelektrische Drucksensoren. Weitere wesentliche Informationen für die Bewertung des Prozessablaufes sind die Werkzeugtemperatur, die für jeden Heizkreis separat erfasst und überprüft werden sollte. Die insgesamt einsetzbare Sensorik ist:

Aufschluss über die Abläufe bei der Vernetzungsreaktion von vernetzenden Kunststoffen geben. Eine spezielle Sensorik ist die Wärmestrommessung, mit deren Hilfe Größen wie die Wärmekapazität oder die Reaktionsenthalpie von Formmassen unter ingenieurmäßigen Randbedingungen gemessen werden können. Die Software des Systems MEDAS erlaubt die Erfassung der Signale, deren Abspeicherung sowie die Visualisierung einzelner oder verschiedener Kurven in einem Bild. Durch Texteingaben wird die Dokumentation der gemessenen Signale erleichtert. Durch Vergleichsfunktionen ist es möglich, eine Messung mit gutem bzw. schlechtem Verarbeitungsergebnis so zu vergleichen, um auf die Ursachen zurückschließen zu können. Ein zusätzlicher Softwareaufsatz erlaubt die statistische Analyse und auch die quantitative Ermittlung von Prozesssignalen. Hierunter fallen z. B. Druck- und Temperatur, Höhen, Druckanstiegsgeschwindigkeiten und viele andere Merkmale der Signalverläufe. Das System ist speziell hergestellt, um in einem Verarbeitungsbetrieb von Vorarbeitern und auch Entwicklungspersonal eingesetzt zu werden. MEDAS erfordert keine weitergehenden Kenntnisse über Computer oder spezielle Softwareerfahrungen.

Eine sinnvolle Voraussetzung ist ein gutes Prozessverständnis. Vergleicht man den Aufwand für die Investition eines solchen Systems und die im allgemeinen anfallenden Aufwendungen für das Einfahren eines Werkzeuges, das Einstellen optimaler Arbeitspunkte und das Trouble-Shooting im Betrieb eines Werkzeuges, so kann behauptet werden, dass das System sich an einer neu anzufahrenden Produktion in kürzester Zeit amortisiert.

Die oft langwierig zu suchenden optimalen Einstellungen für Zuschnitte beim Pressen oder Einspritzparameter an der Spritzgießmaschine können mit Hilfe der erfassten Daten innerhalb eines Tages oder kürzerer Zeit erarbeitet werden.