IKV: Industrie 4.0 beim Spritzgießen - Größere Produktionseffizienz durch Berücksichtigung von Störgrößen in Spritzgießsimulation und Prozessführung

Vorhersage robuster Prozessparameter während der Produktentwicklung - (Grafik: IKV).

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht den Einsatz von Industrie 4.0-Technologien in der Kunststoffverarbeitung. Dazu zeigt das IKV beim 28. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik im Februar 2016 beispielhaft, wie die Produktionseffizienz des Spritzgießens durch Optimierungen, die auf der virtuellen Ebene beginnen und mit Selbstoptimierung auf Maschinenebene fortgesetzt werden, erhöht werden kann.

Mittels Spritzgießsimulationen können bereits heute Versuchspläne auf die virtuelle Ebene verlegt werden und der praktische Versuchsaufwand beim Spritzgießen deutlich verringert werden. Diese Vernetzung von virtuellen Modellen und realen Prozessen ermöglicht es, optimierte Prozesseinstellungen schon vor Beginn der Produktion zu erhalten und somit die Zeit zum Anfahren der Prozesse deutlich zu verkürzen. Gleichzeitig können so aufwendige Iterationen beim Werkzeugbau im Vorfeld reduziert werden. Im Fokus der IKV-Forschung stehen die unvermeidlichen Störgrößen wie Restfeuchteanteil oder Chargenschwankungen. Diese werden in Simulationsmodellen berücksichtigt. Dadurch werden optimierte Prozesseinstellungen gefunden, die besonders robust gegenüber veränderlichen Randbedingungen in der Spritzgießproduktion sind. Das ermöglicht die Fertigung präziser Bauteile mit geringem Ausschuss.

Sind optimierte Prozesseinstellungen für die Produktion gefunden, kann die Optimierung der Produktivität auf Maschinenebene fortgesetzt werden. Das im Rahmen des Exzellenzclusters entwickelte Prozessführungskonzept einer selbstoptimierenden Spritzgießmaschine ermöglicht die Kompensation von Störgrößen durch eine aktive Echtzeitregelung auf Basis von Prozessgrößen, die im Werkzeug gemessen werden. Das Konzept der pvT-Optimierung nutzt den materialspezifischen Zusammenhang zwischen Druck, spezifischem Volumen und der Temperatur von Kunststoffen als Qualitätsmodell. Der Einsatz von modellprädiktiven Regelungsalgorithmen ermöglicht es dabei, Prozesswissen in Modellen zu hinterlegen und auf Basis einer Vorhersage des Systemverhaltens, die Werkzeuginnendruckregelung zu optimieren. Die Berücksichtigung dieser Materialdaten in der Maschinenregelung erlaubt den Ausgleich thermischer Störgrößen auf den Prozess. Gleichzeitig wird eine konstante Materialviskosität durch eine zyklusübergreifende Regelung der Einspritzgeschwindigkeit gewährleistet. Somit können unvermeidbare Störeinflüsse kompensiert und eine konstante Bauteilqualität reproduziert werden.

Diese Verfahren werden beim 28. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik am 24. und 25. Februar 2016 unter dem Programmpunkt IKV 360° an der laufenden Anlage präsentiert.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

28. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 24.-25.02.2016, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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