Phasenübergreifender Spritzguss

 

Phasenübergreifende Prozessführungskonzepte beim Spritzgießen unter Nutzung moderner Regelungsstrategien

 

Motivation

Das Spritzgießen ist ein Fertigungsverfahren für die Herstellung von komplexen Kunststoffbauteilen in hohen Stückzahlen. Es handelt sich dabei um ein diskontinuierliches Urformverfahren, das sich aus mehreren Prozessphasen zusammensetzt. Für jede dieser Prozessphasen müssen Maschinenparameter eingestellt und teilweise Übergangsbedingungen definiert werden. Dabei hängen die gewählten Einstellungen stark von den Eigenschaften des Materials, von der Bauteilgeometrie und den Eigenschaften der Anlage ab. Eine Übertragung der Einstellung auf andere Spritzgießprozesse führt deshalb auch nicht zur selben Formteilqualität. Daher sind Änderungen im Spritzgießprozess mit einem großen Aufwand verbunden. Unter den einzustellenden Parametern hat insbesondere die Einstellung der Nachdruckumschaltung, d. h. die Umschaltbedingung für den Wechsel von der Einspritz- in die Nachdruckphase, einen großen Einfluss auf die Formteilqualität. Der Umschaltpunkt wird bisher beim Einrichten des Prozesses häufig basierend auf Maschinengrößen festgelegt. In der Realität auftretende thermische und materialbedingte Störeinflüsse, die den prozessseitig optimalen Umschaltpunkt während des Betriebes verschieben, werden so jedoch nicht berücksichtigt. Zudem sind die diskreten Umschaltvorgänge zwischen den phaseninternen Regelungen beider Phasen aus regelungstechnischer Sicht nicht ideal. Die Folge sind Schwankungen in der Formteilqualität, trotz vorhandener Regelungen.

 

Projektziele und Methoden

Urheberrecht: © DFG

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer phasenübergreifenden Prozessführung zur Vermeidung von Umschaltprozessen beim Spritgießen. Hierfür werden in der ersten Projektphase anhand empirischer Versuche die Wirkzusammenhänge zwischen Formteilgeometrie, Maschinen- und Prozessgrößen untersucht und daraus ein physikalisch motiviertes Ersatzmodell abgeleitet. Physikalisch motivierte Modelle haben den Vorteil, dass viel Prozessverständnis mit ins Modell einfließt und so eine hohe Übertragbarkeit der der Modelle auf möglichst viele Spritzgießprozesse gewährleistet ist. Anschließend werden empirisch die Korrelationen zwischen den erreichten Qualitätsgrößen und den Charakteristiken der Prozessgrößenverläufe untersucht und in ein Qualitätsmodell überführt. In der zweiten Projektphase werden das Qualitäts- und das Prozessmodell für die Entwicklung einer phasenübergreifenden Prozessführung genutzt, dass insbesondere den Einfluss des Umschaltvorgangs auf die Formteilqualität berücksichtigt. Um die idealen Prozessgrößenverläufe der Prozessführung reproduzierbar auf unterschiedlichen Anlagen umsetzen zu können, werden modellbasierte Regelungen verwendet, die auf dem zuvor entwickelten Qualitäts- und Prozessmodell basieren. Hierfür eignen sich sowohl die Modellprädiktive Regelung, kurz MPR, als auch die Iterativ Lernende Regelung, kurz ILR.

 

Innovation und Perspektiven

Bisherige Prozessführungsstrategien beziehen sich bisher nur auf einzelne Prozessphasen, wie die Einspritz- oder Nachdruckphase. Eine Prozessführung die eine ganzeinheitliche Betrachtung aller Phasen vornimmt existiert bisher nicht und hat daher hohes Forschungspotential. Des Weiteren verlangt der zunehmende Trend der Individualisierung der Produkte und immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen, dass Fertigungsprozesse flexibel ausgelegt sind. Die Reduzierung des Einrichtungsaufwandes ist ein entscheidender Schritt zur Flexibilisierung des Spritzgießprozesses.

 

Projektpartner
RWTH Aachen, IKV - Institut für Kunststoffverarbeitung