Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erfassung und Optimierung des Kristallationszustands in Spritzugussbauteilen mittels neuartiger Inline-Sensorik

Das geplante FuE-Vorhaben widmet sich der Kombination einer prozessbegleitenden Erfassung, Dokumentation und Optimierung des Kristallisationszustandes von Spritzgussbauteilen. Dies erfordert insbesondere FuE-Arbeiten zur Etablierung schneller prozessangepasster Inline-Sensorik, geeigneter Datenbanken sowie intelligente Korrelationsalgorithmen. Im Mittelpunkt des geplanten Vorhabens steht die Entwicklung

(1) einer in die Spritzgussform integrierten Fast Scanning Kalorimetrie-Sensorik zur Detektion des Kristallisationsprozesses und -zustands in kritischen Bauteilregionen;

(2) einer prozesstauglichen 3D-Inline-Vermessungsmethode zur Erfassung des kristallisationsbedingten Verzugs im Prozesstakt mittels Entnahmeroboter;

(3) von problemangepassten Datenbankstrukturen für "lebenslange digitalen Bauteilakten" als Basis für eine vollautomatische Qualitätsprüfung;

(4) intelligenter Korrelationsverfahren als Grundlage für eine effiziente Optimierung von Prozessparametern und zur Realisierung einer konstant guten Bauteilqualität.

Durch die umfassende Dokumentation und Auswertung einer Vielzahl von eigenschaftsrelevanten Prozessparametern lässt sich eine deutliche Verbesserung der Qualitätssicherungssysteme für Spritzgussbauteile erreichen. Dieser großen Herausforderung kann nur durch interdisziplinäre Forschung (Materialkunde und Informatik) begegnet werden.

Die angestrebten Entwicklungen tragen zu einer Effizienzsteigerung bei der Herstellung von Spritzgussbauteilen bei kunststoffverabeitenden KMU bei. Die prozessbegleitende Qualitätskontrolle und -sicherung erlaubt es den Ausschuss zu minimieren und Einfahrprozesse zu verkürzen. Die Integration neuartiger Sensorik- und Automatisierungslösungen für Spritzgussprozesse sind potentiell neue Arbeitsfelder für KMU. Angepasste Datenbanken und Optimierungsalgorithmen bieten neue Marktchancen für kleinere IT-Unternehmen.

Ergebniszusammenfassung:

Die Arbeiten im Projekt OKSIS dienten der Erforschung der Möglichkeiten zur Inline-Erfassung der Temperatur der Formmasse in der Spritzgussform mit extrem hoher Zeitauflösung und der Modellierung der Abkühlkurven zur Bestimmung von Kristallisationsparametern. Die Inline-Bestimmung von Kristallisationsparametern ist ein guter Schritt in Richtung simulationsbasierter Optimierung von Prozessparametern unter Einbeziehung der Kristallisation. Weiterhin bietet die Integration eines schnellen und präzisen, optischen 3D-Vermessungsverfahrens, für die Inline-Geometrieerfassung von Spritzgussbauteilen nach der Entnahme, neue Möglichkeiten bei der Qualitätssicherung und der Bestimmung verzugsrelevanter Prozessparameter. Im Projekt OKSIS ist es gelungen eine anwendungstaugliche und sichere Lösung für Erstellung und Verwaltung von digitalen Bauteilakten für jedes einzelne Spritzgussbauteil zu erarbeiten.

Die erzielten Ergebnisse dienen zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und zur Stärkung der Marktposition kleiner und mittlerer Unternehmen im internationalen Wettbewerb. Sie sind ein wesentlicher Beitrag

- zur Etablierung einer prozessintegrierten Inline-Qualitätsüberwachung in Ergänzung mittels lebenslanger Bauteilakten

- zu Reduzierung der Zeiten für die Optimierung der Prozessparameter

- in Richtung einer aktiven Prozessregelung (z.B. Druckhaltezeiten in Abhängigkeit vom Kristallisationszustand statt wie bisher nur von Parametern wie Zeit, Temperatur oder Druck) und zur automatischen Nachregelung des Prozesses bei langsamen, prozessbedingten Parameterschwankungen (thermische Störeinflüsse oder qualitative Veränderungen des Ausgangsmaterials)

- zur effizienten automatisierten Analyse von Bildern zur Bewertung struktureller Aspekte in teilkristallinen Spritzgussbauteilen

- zur präzisen Inline-3D-Vermessung von komplexen Spritzgussbauteilen und deren Soll-Ist-Abgleich zu technischen Konstruktionsdaten.