Das neue Temperaturmessverfahren basiert auf dem Einsatz einer kompakten Infrarot-Kamera und der Anwendung eines speziellen Messverfahrens. Die Kamera ist so klein, dass sie sich zwischen den geöffneten Werkzeughälften positionieren lässt.
Die Temparaturmessung an den hochglanzpolierten Bereichen von Spritzguss-Werkzeugen ist anspruchsvoll. Sie muss berührungslos sein, und optische Verfahren scheiden wegen der Lichtreflexion aus. Ein neues Messverfahren löst diese Probleme. (Bildquelle: alle Hotset)
Die Kavitäten vieler stählerner Spritzgieß-Werkzeuge zur Herstellung optisch anspruchsvoller Kunststoffteile für den Automobilbau, die Lichttechnik und die Consumerindustrie verfügen über abgegrenzte Hochglanzbereiche. Sie sind die Negativvorlage für die Realisierung makellos glatter Oberflächen. Sowohl Werkzeugbauer als auch Spritzgießer wollen daher sehr genau Bescheid wissen über das thermische Geschehen an und auf diesen hochglanzpolierten Zonen. Allerdings stellt dieser Anwendungsfall sehr hohe Ansprüche an die eingesetzte Messtechnik. Denn die aufwendig polierte Oberfläche duldet keinerlei Berührung, weshalb taktile Methoden grundsätzlich ausscheiden; und die Reflexionen der Hochglanzfläche lassen optische Verfahren scheitern. Selbst die konventionelle Temperaturmessung mit Thermokameras stößt an ihre Grenzen, da sie allenfalls einen tendenziellen Schätzwert vermittelt und nicht reproduzierbar ist. „Diese Problematik hat uns nicht ruhen lassen, sodass wir uns in den letzten Monaten intensiv mit der Suche nach verfahrenstechnischen Alternativen beschäftigt haben. Das Ergebnis ist jetzt spruchreif“, sagt Andreas Filler, Projektmanager von Hotset, Lüdenscheid. Den Thermodynamik-Experten in Lüdenscheid ist es gelungen, eine neuartige Lösung für die Temperaturmessung an hochglanzpolierten Kavitäten zu entwickeln, die mit konkreten Vorteilen punktet: Sie arbeitet nicht nur berührungslos, schnell, präzise und wiederholgenau, sondern ermöglicht es auch, sowohl punktuelle als auch bereichsweise Temperaturmessungen vorzunehmen. Der Anwender erhält damit also umfassende Informationen über das thermodynamische Geschehen an und auf der Werkzeugoberfläche.
Non-Touch mit Infrarot
Das neue Temperaturmessverfahren basiert auf dem Einsatz einer kompakten Infrarot-Kamera und der Anwendung eines speziellen Messverfahrens. Die Kamera ist so klein, dass sie sich zwischen den geöffneten Werkzeughälften positionieren lässt.
Das neue Messverfahren ist Teil der Weiterentwicklung des Z-Systems für die partiell-zyklische Werkzeug-Temperierung. Es basiert auf dem Einsatz einer kompakten Infrarot-Kamera und der Anwendung eines speziellen Messverfahrens. Die IR-Kamera ist so klein, dass sie sich mit einem Magnethalter zwischen den geöffneten Werkzeughälften positionieren lässt und die Temperatur direkt an der Kavität erfassen kann. Das verwendete Messverfahren ermöglicht es, die Temperatur an den Hochglanzzonen nicht nur statisch zu messen, sondern auch alle Verläufe und Änderungen der Temperaturen abzubilden – und zwar in Echtzeit und graphisch visualisiert in einem farbigen Temperatur-Zeit-Diagramm. Produktmanager Andreas Filler erklärt dazu: „Mit Heizraten von bis zu 60 Kelvin pro Sekunde ist das thermische Geschehen auf den hochglanzpolierten Oberflächen der Kavitäten sehr dynamisch und sprunghaft. Um hier aussagekräftige Ergebnissen zu erhalten, braucht man also ein spezielles Messverfahren, das diese extreme Thermodynamik präzise und schnell erfassen kann.“ Dabei betont Andreas Filler, dass die neue Hochglanz-Lösung insbesondere auf die dynamische Temperierung mit dem Z-System und dessen passender Regeltechnik abgestimmt ist.
Impulse aus dem Automobilbau
Mit dem neuen Verfahren für hochglanzpolierte Werkzeugbereiche ist es möglich, sowohl punktuelle als auch bereichsweise Temperaturmessungen vorzunehmen. Die Temperaturverläufe können abgebildet werden – in Echtzeit und visualisiert in einem Temperatur-Zeit-Diagramm.
Das vor etwa zwei Jahren von Hotset vorgestellte Z-System wurde – unter anderem in Zusammenarbeit mit dem Kunststoff-Institut Lüdenscheid – mit dem Ziel entwickelt, den Herstellern spritzgegossener Kunststoff-Formteile eine prozesssichere Lösung für die Werkzeug-Temperierung in die Hand zu geben, mit dem sie verfahrensbedingte Oberflächenfehler (Bindenähte, matte Höfe, Freistrahlbildung) vermeiden und besonders dünne Wandstärken realisieren können. Beide Aspekte spielen etwa bei der Produktion von designorientierten Produkten, optischen Bauteilen und Fahrzeug-Interieurs eine große Rolle. „Insbesondere die Nachfrage vieler Kunden unseres Z-Systems in der Automobil-Industrie war es, die uns zur Entwicklung eines dynamischen Verfahrens für die Temperaturmessung an den Hochglanz-Oberflächen der Werkzeugkavitäten motiviert hat“, berichtet Andreas Filler.
Das neue Messsystem lässt sich auch für Kontrollmessungen im Rahmen der Qualitätssicherung einsetzen. Bei einem Werkzeugwechsel ist es damit zum Beispiel möglich, ein einmal definiertes Messlayout als Messmarke zu speichern und dann später immer wieder für Vergleichsmessungen abzurufen.
Technik im Detail
Z-System
Das Z-System dient der dynamischen Werkzeug-Temperierung und ist stets als individuell konfigurierbare Komplettlösung mit einer auf den konkreten Anwendungsfall angepassten Regeltechnik ausgelegt. Es setzt sich zusammen aus verschiedenen Hard- und Software-Komponenten und wird – ähnlich einem Heißkanalsystem – einsatzfertig für die Integration in das Werkzeug bereitgestellt. Abgesehen von der schnellen Heizrate gehören die linien- oder punktförmige dynamische Temperierung von kleinen Massen mit nur geringen Wärmemengen sowie die thermische Trennung innerhalb des Werkzeugs zu den technischen Faktoren, die das Z-System zu einer effizienten Lösung für die Spritzgieß-Serienfertigung machen.
