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Moderne Informationsverarbeitung beim Kunststoff-Spritzgießen

22.12.1998 - (idw) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Im Rahmen eines Verbundprojekts entwickeln Wissenschaftler des Fraunhofer IPA mit verschiedenen Instituten und Industriepartnern derzeit ein Steuerungs- und Regelungssystem für Kunststoff-Spritzgießanlagen, das bereits während des Prozesses die spätere Qualität des Formteils prognostiziert und über die Maschinensteuerung die qualitätsrelevanten Einstellparameter laufend nachregelt.

Technische Kunststoffprodukte haben einen hohen und kontinuierlich steigenden Stellenwert in nahezu allen wichtigen Produktbereichen erreicht. Die Globalisierung und der Wettbewerbsdruck in den wichtigsten Abnehmerbranchen für Spritzgießprodukte wird künftig zu einer grundlegenden Strukturänderung in der Zusammenarbeit zwischen Produzenten und Abnehmern führen. Die Zulieferer werden immer öfter komplexe Entwicklungsaufgaben teilweise oder ganz übernehmen müssen, ebenso mehr Verantwortung für Produktion, Qualität und Lieferung von Systemgruppen bzw. -modulen. Im Zuge dessen sind auch verstärkte Investitionen zur Vergrößerung der Losgrößen zu erwarten.

Prozeßseitig stehen heute vollgeregelte Kunststoff-Spritzgießmaschinen mit Einzelparameterregelung der Einstellgrößen zur Verfügung. Allerdings werden Schwankungen von Werkstoffeigenschaften, Änderungen in partiellen Prozeßeinstellbereichen und deren Wechselwirkungen oder Einflüsse der Umgebung und deren komplexe Zusammenhänge mit der Produktqualität damit nicht berücksichtigt. Dies bedeutet, daß eine fehlerfreie Produktion trotz geregelter Spritzgießmaschinen oft nicht gewährleistet ist. Aus diesem Grund wird heute in der Regel eine der Produktion nachgeschaltete, oft aufwendige Qualitätsüberwachung der Formteile - vorwiegend durch eine hundertprozentige Sichtprüfung - durchgeführt. Bei dieser ist jedoch die Fehlererkennungsrate bekanntermaßen begrenzt. Prozeßbedingte Schwankungen der Produkteigenschaften wie die Bauteilfestigkeit sind damit nicht erkennbar.

Diese Rahmenbedingungen erfordern die Realisierung einer möglichst fehlerfreien Produktion bei gleichzeitig sinkenden Kosten. Möglich wird dies nur durch eine prozeßintegrierte Überwachung der Qualitätsschwankungen und eine darauf bezogene Regelung der Prozeßparameter. Gemeinsam mit mehreren Industriepartnern und Instituten der Universität Stuttgart arbeitet das Fraunhofer IPA derzeit an einem praxisorientierten Pilotsystem, das dies ermöglicht.

Es basiert großteils auf Ergebnissen des abgeschlossenen Verbund-Projektes "Inline-Qualitätsregelung zur produkt- und prozeßspezifischen Überwachung beim Spritzgießen von Thermoplastprodukten (NEPRES)", gefördert durch das Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg. Bei der Realisierung kommen Methoden und Verfahren wie diskrete Signalverarbeitung zur Prozeßkenngrößenbildung, Signalkodierung mittels PCA (Principal Component Analysis), adaptive Hüllkurven, selbstkonfigurierende Neuronale Netze, rechnergestützte Versuchsplanung und -durchführung, Prozeßmonitoring, Onlinedokumentation prozeßspezifisch zur Anwendung. Derzeit werden neue Methoden wie beispielsweise die Erkennung zulässiger und unzulässiger Materialeigenschaften erarbeitet. Parallel dazu wird der praktische Systemeinsatz kontinuierlich weiter erprobt.

Die Systemstruktur ist modular aufgebaut, in Menütechnik realisiert und beinhaltet unterstützende Onlinehilfen. Nach erfolgter Systemadaption an den Spritzgießprozeß werden für die trainierten Qualitätsmerkmale automatisch und zyklussynchron die Qualitätsausprägungen prognostiziert. Bei Überschreiten definierter Eingriffsgrenzen werden mittels Qualitätsregelung - ebenfalls basierend auf automatisch adaptierten Neuronalen Netzen - über eine bidirektionale Kommunikation mit der Steuerung der Spritzgießmaschine, die relevanten Einstellparameter verändert. Durch die modulare System- und Softwarestruktur ist die Adaption an unterschiedliche Prozesse (Material, Maschine, Werkzeug) auf einfache Art gewährleistet.

Die aktuellen Arbeiten werden vom Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg im Rahmen der "Zukunftsoffensive Junge Generation" als Verbundprojekt "Sicherung der Qualität technischer Spritzgießprodukte durch moderne Methoden der Informationsverarbeitung in der betrieblichen Praxis (SGQtech)" gefördert. Projektpartner sind das Fraunhofer IPA, das IKP und das IKT der Universität Stuttgart sowie die Firmen Arburg GmbH & Co, Loßburg, FOS Meßtechnik GmbH, Schacht-Audorf, FRANK plastik GmbH, Waldachtal, Gardena Kunststofftechnik GmbH, Gerstetten, GENOTEC Elektronik GmbH, Waiblingen, F&G Hachtel GmbH & Co, Aalen, Kistler Instrumente GmbH, Ostfildern, PKT Präzisions-Kunststoffteile GmbH, Tiefenbronn, Roth GmbH, Balingen, Sidler GmbH & Co, Tübingen, Sternplastic Hellstern GmbH & Co.KG, Villingen-Schwenningen und Vossloh-Schwabe GmbH, Urbach.


Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart

Dipl.-Ing. Ernst Schmidberger
Telefon 0711/970-1813, Telefax 0711/970-1004, e-mail ejs@ipa.fhg.de
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