Blick in den Werkzeugbau von TSP. (Bildquelle: Kistler)

Blick in den Werkzeugbau von TSP. (Bildquelle: Kistler)

Es ist kein Geheimnis, dass China in den letzten Jahrzehnten einen beispiellosen Aufschwung erlebt hat und in manchen Bereichen bereits dabei ist, westliche Länder zu übertreffen. Natürlich orientiert es sich auch weiterhin an erfolgreichen Vorbildern aus Europa und Übersee, gerade in Sachen Maschinenbau und industrielle Fertigung. Das gilt auch für das Unternehmen TSP Precision Tooling, das 1999 gegründet wurde. Dank seiner technologischen Reife und der Vielzahl an Möglichkeiten, die die Präzisionsbearbeitung und -fertigung eröffnen, hat das Unternehmen als eines von nur wenigen chinesischen Spritzgießwerkzeugherstellern die Zertifizierung nach EU-TÜV 1699 erlangt.

Die Firma bietet ein umfassendes Portfolio in den Bereichen Formdesign, Entwicklung und Produktion und hat damit weltweit die Anerkennung und das Vertrauen von Firmen vor allem aus der Automobil- und der Elektronikindustrie gewonnen. Mit seinem Angebot an hochwertigen Spritzgießwerkzeugen und der Produktion von hochpräzisen Formteilen unterhält das Unternehmen langfristige Geschäftsbeziehungen mit Abnehmern auf der ganzen Welt. Das Unternehmen hat sich im Bereich Werkzeugbau und Spritzgießfertigung einer Qualitätsgarantie für Fertigungspräzision verpflichtet. Dies erfordert, dass die Spritzgießformen und Formteile mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich die hohen Anforderungen erfüllen.

Sowohl für die Konstruktion von Spritzgießformen als auch für die Kunststoffverarbeitung selbst setzt TSP Precision Tooling, Shanghai, China, auf Lösungen zur Qualitätssicherung von Kistler, Winterthur, Schweiz. Werkzeuginnendrucksensorik und das Prozessüberwachungssystem Comoneo bilden die Basis für eine Null-Fehler-Produktion – selbst bei Genauigkeiten im Mikrometerbereich.

Hochpräzise Sensoren

Der Werkzeugbauer hat sich auf das Herstellen anspruchsvoller Spritzgießformen spezialisiert. (Bildquelle: Kistler)

Der Werkzeugbauer hat sich auf das Herstellen anspruchsvoller Spritzgießformen spezialisiert. (Bildquelle: Kistler)

Huang Zhihua ist Molding Test Supervisor bei TSP und berichtet, dass der Hersteller von Verbindungstechnik oft Aufträge für Spritzgießformen erhält, an die sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Die Formen werden anhand von 3D-Modellen und Vorgaben konstruiert. Anschließend wird eine Testproduktion durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Spritzgießteile fehlerfrei sind.

Eine wichtige Rolle in der Spritzgießfertigung spielen Werkzeuginnendrucksensoren und Prozessüberwachungssysteme von Kistler. Seit 2012 arbeiten die Ingenieure der beiden Unternehmen zusammen. Deshalb sind sie mit der Funktion und den Eigenschaften der Sensoren aus der Schweiz vertraut und in der Lage, diese selbstständig in verschiedene Spritzgießwerkzeuge zu integrieren. „Die Werkzeuginnendrucksensoren von Kistler werden dank ihres weiten Messbereichs und der großen Zuverlässigkeit unseren sehr hohen Anforderungen gerecht“, berichtet Huang. „Zum Einsatz kommen sie nicht nur bei der Qualitätsprüfung des Designprozesses der Spritzgießwerkzeuge, sondern auch in der Fertigung selbst: Dort überwachen die Systeme unsere rund um die Uhr laufende Produktion und zeichnen die entsprechenden Daten auf. Mit ihrer Unterstützung ist uns außerdem die Integration einer ferngesteuerten Echtzeitüberwachung sowie einer umfassenden, rückverfolgbaren Dokumentation der Fertigungsdaten gelungen.“

„Short Shots“ auf null reduzieren

Durch das Prozessüberwachungssystem ist sichergestellt, dass nur fehlerfreie Teile die Fertigungslinien verlassen. (Bildquelle: Kistler)

Durch das Prozessüberwachungssystem ist sichergestellt, dass nur fehlerfreie Teile die Fertigungslinien verlassen. (Bildquelle: Kistler)

Eine charakteristische Herausforderung beim Spritzgießen sind unvollständig gefüllte Teile, sogenannte „Short Shots“. Diese lassen sich mit dem Prozessüberwachungssystem Comoneo des Messtechnikherstellers vermeiden. „Zunächst ermitteln wir den kritischen Punkt der Materialknappheit anhand der Spitzgießformen-Prüfkurve und des DoE-Tests (Design of Experiments)“, erklärt der Test Supervisor. „Dann legen wir den Druckwert der Unterfüllungskurve entsprechend dem Kurvendruck am kritischen Punkt fest. Gleichzeitig werden Formteile aussortiert, die eine Unterfüllung aufweisen, und wir nehmen in der Folge anhand des Digitalsignals eine Kontrolle auf solche Teile vor.“

Die Abweichungen und Schwankungen des Einspritzvolumens der Spritzgießmaschine können also mit der automatischen Umschaltfunktion Comoneo Switch, die einen guten Übergang von der Einspritz- zu Nachdruckphase ermöglicht, ausgeglichen werden. Der gesamte Formgebungsprozess kann während der Vorserienproduktion durch das Steuern des optimalen Umschaltpunktes – den Übergang vom Einspritzen zur Nachdruckphase bei Erreichen der volumetrischen Füllung der Kavität – optimiert werden. „Somit erreichen wir mit vergleichsweise geringem Aufwand eine hohe Prozessstabilität und können sicher sein, dass die Anforderungen in Hinblick auf die geplante Massenfertigung erfüllt sind. Die Überlagerung der Werkzeuginnendruckkurven im Comoneo sowie die angezeigte Diskrepanz im Trenddiagramm zum Werkzeuginnendruck erleichtern den Prozess enorm“, so Huang weiter.

Einfaches Vervielfältigen eines bewährten Prozesses

Dank des erworbenen Fachwissens sind die Ingenieure von des Werkzeugbauers in der Lage, die Werkzeuginnendrucksensoren selbständig in die Spritzgießformen einzubauen. (Bildquelle: Kistler)

Dank des erworbenen Fachwissens sind die Ingenieure von des Werkzeugbauers in der Lage, die Werkzeuginnendrucksensoren selbständig in die Spritzgießformen einzubauen. (Bildquelle: Kistler)

Eine weitere Funktion des Prozessüberwachungssystems, die für den Kunststoffverarbeiter sehr nützlich ist, ist der Wiederanfahr-Assistent Comoneo Recover: Denn nach einem Wechsel der Spritzgießform von einer Maschine auf eine andere verändern sich die Parameter, sodass zum Beispiel der maschinengesteuerte Aushärteprozess des Formteils Abweichungen aufweist.  Nach Hunag lässt sich anhand der zuvor gespeicherten Referenzkurven für den Werkzeuginnendruck das gewünschte Ergebnis schnell wiederherstellen. „Man wendet zur Feinabstimmung von Einspritzgeschwindigkeit, Nachdruckzeit und Abkühldauer die Funktion Comoneo Recover an. Während der Prozesswiederherstellung muss man darauf achten, der Referenzkurve möglichst nahe beziehungsweise im Idealfall mit dieser zur Deckung zu kommen.“

Damit ist gewährleistet, dass die nach dem Wechsel der Spritzgießform produzierten Formteile in Größe und Erscheinungsbild mit den zuvor gefertigten weitgehend übereinstimmen. Auf diese Weise wird ein Standardprozess etabliert, der sich für eine Massenfertigung eignet. Denn es wird sichergestellt, dass sich die Abweichungen innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite bewegen, was die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fehlern minimiert. Ergänzend dazu ermöglicht die Prozessüberwachung das Aussortieren von Kunststoffteilen, die außerhalb des Toleranzintervalls liegen: Alle Produkte, die auf das Förderband und schließlich in die Kartons zur Auslieferung gelangen, werden damit dem Null-Fehler-Anspruch gerecht.

Entsprechend groß ist die Zufriedenheit des chinesischen Kunststoffverarbeiters mit dem Schweizer Hersteller. Das gilt nicht nur für die Lösungen und den Service, sondern für die Zusammenarbeit insgesamt.

Über den Autor

Mathias Schirmer

ist Product Manager Plastics bei Kistler Instrumente in Winterthur, Schweiz.