Der Eisenbacher Verarbeiter Morat im Hochschwarzwald ist Spezialist für Kunststoff-Zahnräder und Getriebetechnik. Zur Qualitä­tssicherung setzt das Unternehmen auf die Werkzeug­innendrucksensorik. Die Produktionszahlen für manche Formteile erreichen 50 Millionen Stück pro Jahr, wenn sie sich als Gleichteile mehrfach in jedem Fahrzeug und in den Modellen verschiedener Konzernplattformen und damit unter mehreren Marken wiederfinden. „Ausstattungen, die früher höherwertigen Fahrzeugen vorbehalten waren, sind inzwischen in die Mittelklasse eingezogen“, beobachtet Thomas Andres vom Technischen Vertrieb, „Die Automobilindustrie ist Mengentreiber.“

Automobilindustrie fordert besonders hohe Qualitäts-Standards
„Die Überwachung und Dokumentation von Prozess- und Qualitätsdaten wird kundenseitig verstärkt gefordert“, berichtet er. „Die Automobilindustrie verlangt mehr Anstrengungen in der Qualitätssicherung als andere Branchen. Es werden immer Lösungen erwartet, wie wir Prozess-Stabilität in der Produktion sicherstellen und eine Rückverfolgbarkeit garantieren können.“

Dies könne durch automatischerAusschussweichen geschehen, durch Leitrechnersysteme oder durch Parametermitschriften an der Maschine, zum Beispiel bei sicherheitskritischen Teilen. Aufschlussreiche Parameter sind Werkzeuginnendrücke und Werkzeugwandtemperaturen, aber auch Durchflussmengen und Rücklauftemperaturen aus den Temperierkreisläufen.

50 Prozent Ausstattungsquote mit Sensorik

Die Hälfte aller neuen Werkzeuge wird mit Werkzeuginnendrucksensorik ausgestattet. Werkzeuge für Automobilteile haben sogar eine Ausstattungsquote von 80 Prozent. „Die Erfahrung mit Prozess und Formteil und die Kenntnis des Kunden hilft bei der Entscheidung, ob wir Sensorik einsetzen oder nicht“, erklärt Produktionsleiter Erich Gutmann: „Entscheidungskriterien sind zum einen Vereinbarungen mit dem Kunden und zum anderen, ob wir beim konkreten Teil eine 100-Prozent-Prüfung für sinnvoll oder notwendig halten.“ Bereits bei Projektanlauf wird darüber entschieden.

„Der Einsatz der Werkzeuginnendruck-Technik ist einer der Punkte, in denen wir uns vom Wettbewerb abheben“, schildert Andres. „Sie ist mit leicht höheren Werkzeugkosten verbunden, andererseits garantiert sie stabilere Fertigungsprozesse, eine höhere Produktqualität und dadurch eine größere Liefersicherheit“.

Beobachtung der Nachdruckphase

Bewertungskriterien bei der Werkzeuginnendruck-Messung sind meistens vertikale Schwellen über mehrere Punkte: So prüft das Prozessüberwachungs-System Como Injection von Kistler, ob zu bestimmten Zeitpunkten im Zyklus bestimmte Mindestdrücke erreicht werden. „Meist setzen wir mehrere Schwellen während des gesamten Spritzprozesses. Wir betrachten auch die Nachdruckphase, denn hier entscheiden sich bei Zahnrädern viele Qualitätskriterien, unter anderem die Maßhaltigkeit“, erklärt Gutmann.

Gut-Schlecht-Trennung in der Praxis

Zur Trennung von Gut- und Schlecht-Teilen gibt es verschiedene Lösungen: Fallteile werden mit Ausschussweichen im Ausfallschacht getrennt, Entnahmeteile durch Aussonderung mithilfe eines linearen Robotersystems.

Ein millionenfach benötigtes mechanisches Element produziert der Eisenbacher Verarbeiter beispielsweise mit einem 64-fach-Werkzeug in einer elektrischen Maschine, die mit einem Sechs-Achs-Roboter automatisiert ist. Das System analysiert den Verlauf der Werkzeuginnendrücke und der Werkzeugtemperaturen in den Kavitäten und entscheidet anhand von Bewertungselementen, ob die Qualität des Formteils stimmt. Für als Ausschuss qualifizierte Teile steht innerhalb der Maschineneinhausung ein Behälter bereit. Die Gut-Teile reicht der Roboter durch eine Schleuse an eine Ablagestation, welche die Fertigteile bereichsweise sortiert auf Kleinladungsträger (KLT) verteilt. Tritt bei einer Kavität ein Problem auf, bleibt der Prozess trotzdem durch die Innendrucküberwachung stabil.

Die hauseigene Entwicklungsabteilung behält von der kunststoffgerechten Gestaltung der Formteile über die Optimierung von Verzahnungen und die Konstruktion, die Auslegung und den Bau der Werkzeuge alle Fäden in der Hand. So kann bereits bei der Einzelteil-Konstruktion mit Hinblick auf Fertigung, Montage und komplette Baugruppe Einfluss genommen werden. Umgekehrt fließen immer wieder aktuelle Erkenntnisse aus der Endmontage in die Gestaltung und Optimierung neuer Einzelteile ein. „Die Kernkomponenten der Werkzeuge, vor allem die Kavitäteneinsätze, stellen wir überwiegend selbst her“, so der Produktionsleiter, „wir bauen also auch die Drucksensorik selber ein.“

Vorteile beim Rüsten und Einrichten

Die Verzahnungsspezialisten setzen nicht nur bei der Qualitätssicherung auf den Werkzeuginnendruck, sondern lassen sich auch bei den durchschnittlich sechs Rüst- und Einrichtvorgängen pro Tag von der Innendruckmessung unterstützen: Aus einer Qualitätsproduktion hinterlegen die Verantwortlichen Masterkurven für den Werkzeuginnendruck zusammen mit den Werkzeugdaten. Bei Produktionsaufnahme gleichen die Einrichter die aktuelle Druckkurve der hinterlegten an. „Mit Masterkurven für den Werkzeuginnendruck sind wir schneller beim stabilen Prozess als ohne“, stellt Gutmann fest. Gleiches gilt für den Wechsel eines Werkzeugs von Maschine zu Maschine: Auch hier ist die Masterkurve der Garant für gleich bleibende Bedingungen im Werkzeug und damit für 100 Prozent Qualität.

Die Orientierung an einer Masterkurve hat auch die Einrichtung einer neuen Fertigungszelle begünstigt. Die Maschine ist mit dem Handlingsystem ausgestattet, das Vorformlinge aus Metall ins Werkzeug einlegt und umspritzte Fertigteile aus dem Werkzeug entnimmt. Zusammen mit der integrierten Einfädel- und Zuführeinrichtung für die Einlegeteile wurde sie komplett angeliefert. Das Spritzgießwerkzeug ist modular aufgebaut. Dabei sind die Auswerferplatten mit Sensoren zur indirekten Messung des Werkzeuginnendrucks ausgestattet. So lassen sich die Drücke an verschiedenen Werkzeugen messen, ohne dass die einzelnen Kavitäten individuell mit direkt messenden Sensoren ausgestattet werden müssen. Das innendruckabhängige Umschalten auf Nachdruck bei der Einlegetechnik gleicht maßliche Schwankungen am Einlegeteil aus und sichert trotzdem eine gleichmäßige Füllung.

 

Technologiewissen

Werkzeuginnendruck

Der Werkzeuginnendruck beschreibt die Füllphase, die Kompressionsphase und die Nachdruckphase beim Spritzgießen. Die Messdaten korrelieren direkt mit den Qualitätseigenschaften des Formteils. Die Daten werden während des Füllvorgangs erfasst und eine Qualitätsweiche reagiert auf die Einhaltung vorher eingestellter Toleranzen. Damit werden alle Formteile automatisch überprüft und gleichzeitig greift die Qualitätssicherung schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt.

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Markus Lüling