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Verbesserung der Prozessfähigkeit beim Spritzgießen durch Nutzung von Prozessdaten und eine neuartige Schneckenhubführung

Schiffers, Reinhard

Seit dem Beginn des Spritzgießmaschinenbaus konnten die mit den Maschinen erreichbaren Prozessfähigkeiten durch verbesserte Technologien stetig gesteigert werden. Der Einsatz von elektromechanischen Antrieben in Spritzgießmaschinen mit den damit verbundenen Vorteilen in der Präzision der Maschinenbewegungen hat ebenfalls zu dieser Entwicklung beigetragen. In Zukunft wird eine weitere Steigerung der Reproduzierbarkeiten der Maschinenfunktionen nur noch bedingt zur Steigerung der Prozessfähigkeiten beitragen. Die Herausforderung liegt deshalb vielmehr darin, rohstoffinduzierte Prozessstörungen, wie die Effekte von Rohstoffchargenwechseln oder variierenden Restfeuchtigkeitsgehalten im Polymer, an der Spritzgießmaschine zu erkennen und zu kompensieren. Im Rahmen der Arbeit wird untersucht inwieweit die in den Achsantrieben verfügbaren Prozessinformationen zur Steigerung der Prozessfähigkeit eingesetzt werden können. Dazu werden zunächst Prozesskennzahlen definiert, die auf den Informationen der elektromechanischen Antriebstechnik der Spritzgießmaschinen basieren. In eingehenden Versuchsreihen wird anschließend die Reaktion der Prozesskennzahlen auf rohstoffinduzierte Störungen untersucht. Die Versuchsreihen zeigen bei allen verarbeiteten Polymertypen, dass die Parameter, die auf den dynamischen Phasen des Zyklus wie der Einspritz- und Plastifizierphase basieren, die höchsten Reaktionen zeigen. Im Anschluss an diese Versuchsreihen werden die Prozesskennzahlen als Eingangsgrößen einer auf statistischen Prozessmodellen basierenden Qualitätsregelung verwendet. Die dabei erreichten Abweichungen zwischen Qualitätsprognose und Istwert liegen auf sehr niedrigem Niveau. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zur Führung der Einspritzbewegung vorgestellt. Im Vergleich zum Standardspritzgießprozess wird bei der vorgestellten Prozessführung der Schneckenhub vollständig über ein Geschwindigkeitsprofil vorgegeben. Die Auswertung von gemessenen Schneckenpositionsverläufen zeigt leicht bessere Wiederholgenauigkeiten bei der geschwindigkeitsgeregelten Betriebsweise. Die Versuchsergebnisse verdeutlichen aber auch, dass Abweichungen im Schließverhalten der Rückströmsperre bei geschwindigkeitsgeregeltem Prozess deutliche Druckschwankungen verursachen. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden die Effekte einer rohstoffinduzierten Störung auf die Formteilqualität für beide Prozessführungsvarianten untersucht. In beiden Fällen führt eine geänderte Schmelzeviskosität zu einem abweichenden Schließverhalten der Rückströmsperre. Wird dieser Effekt im Standardspritzgießprozess teilweise durch die Nachdruckphase kompensiert, hat er bei ausschließlich geschwindigkeitsgeregelter Betriebsweise einen großen Effekt auf das Formteil. Aufbauend auf den Ergebnissen der Versuche werden abschließend Möglichkeiten beschrieben wie über eine zyklusinterne Adaption des Einspritzgeschwindigkeitsprofils die Auswirkungen von wechselnden Schmelzeviskositäten kompensiert werden können.

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Schiffers, Reinhard: Verbesserung der Prozessfähigkeit beim Spritzgießen durch Nutzung von Prozessdaten und eine neuartige Schneckenhubführung. 2009.

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