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Kunststoffformteile: Wärmebilder verbessern Spritzgießprozesse

Temperatur im Fokus

Komplexe Formteile aus Kunststoff müssen hohe Qualitätsansprüche erfüllen. Für deren fehlerfreie Produktion im Spritzgießprozess ist die präzise Regelung der Werkzeugtemperaturen eine wichtige Voraussetzung. Ungleichmäßige Verarbeitungstemperaturen führen zu Formteilen, die zum Beispiel Verzug oder Oberflächenfehler aufweisen. Dies kann zu hohen wirtschaftlichen Einbußen durch Produktionsstillstand oder Verschrottung von Ausschussteilen führen. Ein neuer Ansatz nutzt Wärmebilder für eine wiederholgenaue Temperaturregelung und damit zur Qualitätssicherung.

Wärmebildkameras – sie werden seit vielen Jahren erfolgreich in der Qualitätskontrolle anspruchsvoller Artikel eingesetzt – sind in der Lage, Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen zu erfassen und darzustellen. Mit dieser sogenannten thermischen Analyse ist es möglich, Schwachstellen von bestehenden Werkzeugen und Formteilen aufzuzeigen. Aus diesem Grund eignen sie sich auch für den Einsatz in der Serienfertigung von Spritzgießteilen, um während des Produktionsprozesses den Wärmehaushalt zu überwachen und den Wärmegrad der Werkzeuge zu regulieren.

Die Qualität von Spritzgießteilen zu verbessern, dies war das Ziel des Projekts „Prozesskontrolle und -regelung auf Basis von Inline Thermografie“. Es wurde im Rahmen eines branchenweiten Vorhabens der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) im Innovationsnetzwerk der AiF durchgeführt und mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Thermografische Qualitätssicherung

Unter Federführung des AiF-Mitglieds Fördergemeinschaft für das SKZ e.V. untersuchten die Wissenschaftler des der Forschungsvereinigung angeschlossenen eigenen Instituts verschiedene Temperiersysteme. Sie stellten fest, dass herkömmliche Regelungstechniken wie zum Beispiel Sensoren im Werkzeug zur Erfassung der Temperaturen wenig verlässliche Werte liefern. Bei diesen Temperaturinformationen handelt es sich  – abhängig von der Fühlerpositionierung –  entweder um Mittelwerte oder lokale Einzelwerte, die die Entformungstemperatur nur ungenau wiedergeben. Die Position dieser Sensoren muss zudem bereits bei der Werkzeugkonstruktion festgelegt werden, nachträgliche Änderungen sind aufwendig und sehr kostspielig. Darüber hinaus ist es mit dieser Methode nicht möglich, alle kritischen Stellen im Produktionsprozess kontinuierlich zu überprüfen.

Die Wärmebildkamera dagegen kann Temperaturveränderungen in hoher Auflösung schnell darstellen. Die Auswertung der thermografischen Aufnahmen erfolgt durch eine im SKZ speziell für diese Anwendungen entwickelte Software. Abweichungen zu einem definierten Referenzteil werden visualisiert und analysiert. Wird das Formteil nach abschließender Kontrolle freigegeben, können die ermittelten Temperierparameter in Form von Wärmebildern direkt in die Serienproduktion eingespeist und für die Temperaturregelung sowie für die Ausschusserkennung verwendet werden.  Durch eine statistische Prozesskontrolle (SPC) ist es zudem möglich, Veränderungen im Temperiersystem und im Werkzeug rechtzeitig zu erkennen.

Wirtschaftliche Potenziale

Die erarbeiteten Grundlagen zur Nutzung von Wärmebildern bieten für die Prozesskontrolle und -regelung beim Kunststoffspritzgießen viele Vorteile. Die Produktionskosten lassen sich durch die dauerhaft optimierten Zykluszeiten und die dadurch bedingte höhere Produktivität der eingesetzten Werkzeuge und Maschinen  erheblich senken. Abweichungen während des Spritzgießverfahrens sind frühzeitig erkennbar; dadurch wird verhindert, dass Ausschussteile hergestellt sowie ganze Fertigungsreihen gegebenenfalls überprüft und verschrottet werden müssen. 

Interessierte Unternehmen erhalten mittels Publikationen und Schulungen Hilfen, die Forschungsergebnisse individuell umzusetzen. Die neu gewonnen Erkenntnisse aus diesem vorwettbewerblichen IGF-Vorhaben erleichtern es insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen aus den Wirtschaftszweigen Gummi- und Kunststoffwaren, ihre Produktionsprozesse strukturiert zu verbessern.

Ihr Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Georg Schwalme
SKZ-KFE gGmbH (Kunststoff-Forschung und -Entwicklung)
g.schwalme(at)skz(.)de
Tel. +49 931 4104 0

Projekttitel: Prozesskontrolle und -regelung auf Basis von Inline Thermografie

Laufzeit: 02/2012 – 01/2014
Fördersumme: 354.600 Euro
Programm: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)
Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Forschungsvereinigung

Fördergemeinschaft für das SKZ e.V.

Eingebundene Unternehmen

  • autotherm Nenninger GmbH & Co. KG, Bad Königshofen
  • BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, Bad Neustadt a. d. Saale
  • BRAUN GmbH Werk Marktheidenfeld P & G, Marktheidenfeld
  • Elektrolux Rothenburg GmbH, Rothenburg o. d. T.
  • Erhard GmbH & Co. KG, Bad Königshofen
  • GEKA GmbH, Bechhofen
  • Genter GmbH, Kammerstein
  • GHD Präzisions-Formenbau GmbH & Co. KG, Großhabersdorf
  • HBW-Gubesch Kunststoff- Engineering GmbH, Wilhelmsdorf
  • Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt
  • HMM Proenco GmbH, Bad Rodach
  • Hofmann Innovation Group GmbH, Lichtenfels
  • Josef Mawick Kunststoff-Spritzgusswerk GmbH & Co. KG, Werl-Sönnern
  • Kunststoff-Technik Scherer & Trier GmbH & Co. KG, Michelau
  • Mann & Hummel GmbH, Speyer
  • Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg
  • Neo- plastic Dr. Doetsch Diespeck GmbH, Diespeck
  • Optris GmbH, Berlin
  • Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, Eschwege
  • Weber GmbH & Co. KG, Dillenburg
  • Wirthwein GmbH & Co. KG, Creglingen
  • Wittmann-Battenfeld GmbH, Kottingbrunn (Österreich)

Forschungseinrichtung

Foto: © SKZ

Wärmebilder verbessern Spritzgießprozesse – Flyer