Formenbau: Forminnendruck als Indikator für die Produktqualität

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Die Werkzeuginnendruckmessung gilt als effiziente Methode zur Optimierung des Spritzgießprozesses. Christian Streili, Field Service Development Manager bei Kistler, erklärt, wie die gewonnenen Daten richtig interpretiert werden können und wie Experten Spritzgießprozesse optimieren können.

Herr Streili, was sind Ihrer Meinung nach die größten Herausforderungen im Spritzgießprozess?

Streili: Ich denke, die größte Herausforderung ist die Komplexität des Prozesses. Viele Faktoren beeinflussen die Qualität des Endprodukts: die Größe des Formteils, das Material, die Temperatur der Arbeitsumgebung und die Temperatur des Kunststoffs. Darüber hinaus funktionieren Formverfahren mit Mehrkomponenten- oder Einlegeteilen anders als solche ohne, da wie im ersten Fall mehrere Materialien zum Einsatz kommen. Viele Spritzgießer unterschätzen den Einfluss solcher Faktoren oder sind sich nicht bewusst, wie stark sich scheinbar kleine Veränderungen im Prozess auf die Qualität der Einzelteile auswirken. So kann beispielsweise der Wechsel zu einem neuen Materiallieferanten entscheidende Auswirkungen auf die Produktqualität haben – auch wenn die Zusammensetzung des Kunststoffs auf dem Papier exakt gleich ist.

Wie kann die Messung des Werkzeuginnendrucks diese Herausforderungen bewältigen?

Streili: Der Werkzeuginnendruck spielt beim Spritzgießprozess eine entscheidende Rolle. Es spiegelt den gesamten Prozess im Formteil wider, gibt uns Auskunft über die Herstellungsbedingungen und ist somit ein Indikator für die Produktqualität. Spezifische qualitätsrelevante Eigenschaften des Einzelteils, wie etwa seine Maßhaltigkeit, Oberflächengüte, sein Gewicht oder der Verzug, lassen sogar Rückschlüsse auf die Verhältnisse während der einzelnen Phasen des Prozesses zu. Der Werkzeuginnendruck liefert somit einen teilespezifischen Fingerabdruck der Produktqualität und hilft, präzise Aussagen über optimale Prozessparameter zu treffen. Darüber hinaus können Hersteller durch die Messung des Werkzeuginnendrucks fehlerhafte Teile erkennen, noch bevor sie diese aus dem Werkzeug entnehmen.

Wie funktioniert diese Qualitätskontrolle?

Streili: Die von den Sensoren gewonnenen Messdaten werden an das Prozessüberwachungssystem übermittelt, das sie auswertet und das Ergebnis in Form einer Grafik darstellt. Um NIO-Teile auszusortieren, ist es notwendig, eine sogenannte Bewertungsbox zu definieren. Liegt die Kurve, die den Werkzeuginnendruck darstellt, innerhalb dieser Box, ist das produzierte Teil perfekt. Liegt es außerhalb, deutet dies auf ein defektes Teil hin. Daher ist es besonders wichtig, die Grenzen dieser Bewertungsbox richtig zu bestimmen. Sind sie zu klein, entsteht Pseudoschrott. Sind sie zu groß, wirkt sich das negativ auf die Produktqualität aus.

Wie unterstützen Sie Ihre Kunden dabei, das Potenzial der Werkzeuginnendruckmessung auszuschöpfen?

Streili: Wir bieten unseren Kunden mehrere Dienstleistungen an. Zum einen haben wir die Möglichkeit, ihnen bereits vor dem Bau der Spritzgussform eine Simulation des Prozesses zur Verfügung zu stellen. Anhand dieser Simulationsergebnisse können wir ermitteln, wie viele Sensoren Hersteller benötigen, wo diese optimal positioniert werden sollten und welcher Sensortyp für den jeweiligen Prozess am besten geeignet ist. Darüber hinaus können wir mögliche Fehler und Schwachstellen im Spritzgießprozess bereits in einem sehr frühen Stadium erkennen.

Mit möglichst wenig Ausschuss perfekte Spritzgussteile herzustellen, ist keine leichte Aufgabe. Unterschiedliche Formen und Materialien erfordern unterschiedliche Ansätze. Gleichzeitig beeinflussen viele äußere Faktoren den Prozess. Hier kommen winzige piezoelektrische Sensoren zum Einsatz: Sie helfen Spritzgießern dabei, für jede Form den optimalen Prozess zu finden und aufrechtzuerhalten – unabhängig von den verwendeten Materialien. Die Sensoren messen und analysieren den Werkzeuginnendruck während des Spritzgießprozesses. Mithilfe dieser Messwerte lässt sich die Produktion überwachen bzw. das Heißkanalsystem im laufenden Prozess stabil halten und Schlechtteile automatisch aussortieren.

Hier wird es komplex, denn sowohl die Installation der Sensoren als auch die anschließende Interpretation der Messergebnisse sind anspruchsvoll. Um sowohl die Hardware als auch die Daten optimal zu nutzen, ist großes Expertenwissen in den Bereichen Spritzguss und Messtechnik erforderlich. Kistler unterstützt Hersteller daher mit individuellen Serviceangeboten dabei, das volle Potenzial piezoelektrischer Geräte auszuschöpfen.

Können Sie ein Beispiel für den durchgeführten Optimierungsprozess bei einem Kunden nennen?

Streili: Im Rahmen unseres Servicepakets Mold Validation I stellen wir sicher, dass alle Sensoren korrekt installiert sind und wie gewünscht funktionieren. Wir prüfen zum Beispiel, ob die Löcher, in denen die Sensoren sitzen, korrekt gemacht sind und der Sensor gut passt. Außerdem prüfen wir, ob die Messkabel korrekt verlegt sind und in kritischen Bereichen des Spritzgießwerkzeugs ausreichend geschützt sind.

In der Phase Mold Validation II nehmen wir die laufenden Prozesse genauer unter die Lupe. Ziel ist es, den Prozess durch die Definition idealer Parameter zu optimieren. Mold Validation II ist besonders nützlich für Kunden, denen es schwerfällt, das Problem im bestehenden Prozess zu identifizieren. Der Service ist auch dann sinnvoll, wenn sich ein entscheidender Teil des Prozesses ändert – beispielsweise weil der Kunde eine neue Form verwenden möchte. Wir helfen Herstellern auch dabei, die Parameter der Evaluierungsboxen zu definieren, was den Abfall reduziert oder die Prozesseffizienz erhöht. Auf diese Weise helfen wir unseren Kunden, ihren Spritzgießprozess bestmöglich zu optimieren und stellen sicher, dass sie unsere Messtechnik und die von unseren Sensoren generierten Messwerte optimal nutzen. Am Ende jedes Optimierungsprozesses erhält der Kunde eine detaillierte Dokumentation der Leistungen und Empfehlungen für mögliche nächste Schritte.

Warum brauchen Hersteller überhaupt die Hilfe von Experten? Würde eine einfache Checkliste der wichtigsten Parameter nicht ausreichen, um den Prozess zu verbessern?

Streili: Natürlich gibt es allgemeingültige Kriterien, deren Anpassungen die Produktqualität der Spritzgießtechnik verbessern können – beispielsweise kann die (Prozess-)Temperatur des Materials Einfluss auf die Maßhaltigkeit haben. Unsere Experten verfolgen jedoch einen komplexeren Ansatz. Denn jedes Werkzeug und jeder Prozess ist anders: Bei all den unterschiedlichen Faktoren ist es oft schwierig, den Zusammenhang zwischen fehlerhaften Prozessabläufen und äußeren Einflüssen zu erkennen. Hier kommt unsere Expertise ins Spiel – denn auch erfahrene Spritzgießtechniker, die Sensoren selbst einbauen, können von Services wie Mold Validation II profitieren.

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Stand vom 23.03.2021

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Vielen Dank, Herr Streili

In seiner aktuellen Position als Field Service Development Manager betreut Christian Streili, der seit 2017 bei Kistler tätig ist, Servicethemen rund um das Field Service Portfolio und entlang des Service Product Lifecycle. Beide werden in vielen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der kunststoffverarbeitenden Industrie.

Christian Streili absolvierte eine klassische Ausbildung zum Verfahrensmechaniker für Kunststoff- und Gummiformtechnik und arbeitete hier im produktionsnahen Umfeld, bevor er eine berufsbegleitende Weiterbildung zum Techniker Fachrichtung Maschinentechnik begann. Zur Abrundung seiner technischen Kenntnisse absolvierte er eine anschließende kaufmännische Ausbildung zum Technischen Betriebswirt.

Beruflich war er innerhalb der BU Plastics im technischen Einkauf, im Vertrieb technischer Komponenten und in der Anwendungstechnik tätig. Seit 2020 ist er in seiner jetzigen Funktion im Service Development der Kistler Gruppe tätig.

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