Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer ganzheitlichen Regelungsstrategie mittels servoelektrisch angetriebenen

Heißkanalnadeln für eine reproduzierbar gesteigerte Qualität von Spritzgießformteilen

 

Eine hohe und konstante Formteilqualität ist entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit kunststoffverarbeitender KMU. Fortschrittliche Regelungsstrategien bieten die Möglichkeit, die Prozessrobustheit und die Bauteilqualität lediglich durch eine Softwareanpassung zu erhöhen.

Beim Spritzgießen konnte sich bislang kein Prozessregelungsansatz industriell durchsetzen, der Werkzeug, Werkstoff und Maschine berücksichtigt, obwohl sich dies nachweislich in hohem Maße positiv auf die Formteileigenschaften auswirkt. Der Grund dafür ist, dass sich eine maschinenseitige Werkzeuginnendruckregelung bislang nur mit manuellem Einstellaufwand für jedes einzelne Werkzeug und jeden Werkstoff realisieren lässt. Das erforderliche regelungstechnische Wissen fehlt in der Produktionspraxis von KMU. Des Weiteren stellt die gleichmäßige Füllung von Mehrkavitätenwerkzeugen nach wie vor eine Herausforderung dar, für die keine regelungstechnische Lösung identifiziert werden konnte.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Qualität von Spritzgießbauteilen signifikant zu steigern und die Ausschussraten zu reduzieren. Es wird eine kavitätsspezifische Regelung des Prozesses und der Formteilqualität angestrebt.

Zur Erreichung des Ziels sollen servoelektrisch angetriebene Heißkanalnadeln eingesetzt werden. Diese sollen eine neue, ganzheitliche Regelungsstrategie für den Spritzgießprozess ermöglichen. Dabei soll ausgenutzt werden, dass die Regelstrecke für den Aufbau einer Werkzeuginnendruckregelung deutlich vereinfacht werden kann und sich der Prozess in jeder einzelnen Kavität optimieren lässt. Mit der zu entwickelnden Regelungsstrategie wird eine Verringerung der Prozessstreuung um mindestens 75 % angestrebt. Dadurch sollen nicht nur die kunststoffverarbeitenden KMU erheblich von den Projektergebnissen profitieren, sondern auch die überwiegend kleinen und mittelständischen Heißkanalhersteller eine deutliche Steigerung des Marktpotenzials ihrer elektrischen Heißkanalnadelantriebe erfahren.

Ergebniszusammenfassung:

Für die Entwicklung einer neuartigen Werkzeuginnendruckregelung wurde eine servoelektrisch angetriebene Heißkanalnadel eingesetzt. Dabei wurde ausgenutzt, dass die Regelstrecke für den Aufbau einer Werkzeuginnendruckregelung vereinfacht wird. Vorversuche haben gezeigt, dass der Werkzeuginnendruck durch unterschiedliche Nadelführung während der Nachdruckphase in einem Bereich von 50 bar beeinflusst werden kann. Daher wurde eine Regelungsstrategie implementiert, bei der ein Sollverlauf des Werkzeuginnendrucks reproduziert werden soll. Mithilfe der Regelung konnten Störungen auf den Prozess ausgeglichen werden. Die durch unterschiedliche Temperaturführung auftretenden Schwindungsunterschiede konnte die Regelung nicht ausgleichen.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Anwendung können die Ergebnisse besonders in der Verbindung mit Mehrkavitäten- oder Familienwerkzeugen finden. Durch die neuartige Regelungsstrategie kann der Schmelzefluss im Spritzgießwerkzeug für jede Kavität separat optimiert und beeinflusst werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, das Regelungskonzept beim Kaskadenspritzgießen einzusetzen. Durch die variable Heißkanalnadelsteuerung kann der Schmelzefluss besonders bei Wanddickensprüngen beim Kaskadenspritzgießen geregelt werden. Aufgrund der vorgestellten Einsatzgebiete ist es denkbar, dass das System bei der Produktion von Bauteilen im Automobilbau (Kaskadenspritzgießen, Familienwerkzeuge) und bei der Produktion von Bauteilen in E & E - Anwendungen oder der Medizintechnik (Mehrkavitätenwerkzeug) eingesetzt wird.