Werkzeugwartung zur rechten Zeit - Kunststoffe.de

SPRITZGIESSENschon im Einsatz und gehört dort zumStand der Technik. Die mechanischenSchwingungen, die bei der Zerspanungdurch Werkstück und Werkzeug laufen,werden dabei gemessen, verstärkt und ineinem Prozessbild festgehalten.Mit der Übertragung dieses Prinzipsauf das Spritzgießen gelingt es nun dortzu optimieren, wo es zuvor nicht möglichwar: Denn die während des Spritzgießzykluserzeugten Prozessbilder lassennicht nur eine Aussage über den Zustanddes Werkzeugs zu, sondern auchüber die Stabilität und Qualität des Ablaufs.Sie erzeugen einen individuellenFingerabdruck eines einzelnen Werkzeugsauf einer bestimmten Maschineund offenbaren alle Impulse, die dasSpritzgießwerkzeug beim Produktionsprozessaussendet. Die Ansteuerungssignaleder Maschine dienendabei als Zeitmarker – damit lässtsich nicht nur nachvollziehen, dass,sondern auch wo genau Verschleißstattfindet.Für das Messverfahren bieten sichvielfältige Einsatzbereiche an: Nebender allgemeinen Prozessüberwachungund -optimierung versetzt es den Anwenderin die Lage, damit Werkzeugschädenfrühzeitig zu erkennen undWerkzeuge zu qualifizieren. Zudembesteht die Möglichkeit des ConditionMonitoring, also der zustandsbasiertenWartung von Spritzgießwerkzeugen.Die Optimierung des Spritzgießprozessesunter Berücksichtigung derWerkzeugstandzeit ähnelt ohne Körperschallmessungenoft einem Blindflug.Die Parameter sollen im Idealfallso verändert werden, dass die Produktivitätsteigt, also mehr Formteile inkürzerer Zeit entstehen – ohne die Teilequalitätund die Standzeit des Werkzeugszu beeinträchtigen. Der Einrichtermuss sich dabei innerhalb einesProzessfensters bewegen, das wederSchäden noch erhöhten Verschleiß amWerkzeug hervorruft. Ein gern veränderterParameter in der Spritzgießproduktionist die Verfahrgeschwindigkeit;doch schnellere Bewegungender Werkzeuge verstärken fast immerden Verschleiß.Eine Kontrollmöglichkeit, ob esdurch Änderungen zu unerwünschtenLangzeitauswirkungen kommt,gab es bisher nicht. Deshalb bestehtdabei ein großes Risiko, dass sich dieerhofften Vorteile aufgrund von höheremVerschleiß und den daraus folgendenkürzeren Wartungsintervallenin einen wirtschaftlichen Nachteil umkehren.Körperschall-Prozessbilder erlaubenjedoch eine direkte Aussage darüber,ob ein Werkzeug die veränderten Parameterauf Dauer aushält – und damit, obdie Optimierungsabsicht sich am Endeinsgesamt tatsächlich positiv auswirkt.Sogar der Einfluss der Temperierung odereiner Beschichtung lässt sich über Körperschall-Prozessbilderdarstellen.Kehren sich die erhofftenVorteile in einenwirtschaftlichen Nachteil um?Die Qualifizierung eines Werkzeugs kannmit Körperschallbildern immer dann beschleunigtwerden, wenn die Aufnahmeeines optimalen Prozesses als Referenz zurVerfügung steht. Beim Anlauf eines neuenWerkzeugs auf der Fertigungsmaschinefunktioniert das z.B. durch den Abgleichmit dem Prozessbild der Technikumsmaschinedes Herstellers; nach einerWartung oder Reparatur könnenWerkzeuge anhand der Prozessbilderqualifiziert werden, die vom vorherigenBetrieb stammen (Bild 1).Der Vergleich zweier baugleicherWerkzeuge auf Maschinen desselben Typsist immer dann sinnvoll, wenn die Produktioneines bestimmten Spritzgussteilsüber die Auslastung eines einzigen Werkzeugshinaus ausgeweitet werden muss.Denn dafür bedarf es eines identischenWerkzeugs für eine zweite Maschine.>Kunststoffe 4/2014www.kunststoffe.deInternet-PDF-Datei. Diese PDF Datei enthält das Recht zur unbeschränkten Intranet- und Internetnutzung, sowie zurVerbreitung über elektronische Verteiler. Eine Verbreitung in gedruckter Form ist mit dieser PDF-Datei nicht gestattet.

&SPRITZGIESSENBild 2. So sieht ein einwandfreies Körperschall-Prozessbild aus; vonSekunde 3 bis 4 ist die Einspritzphase gut zu erkennen (die unspezifiziertenSchiebersignale zwischen Sekunde 1 und 2 spielen hier keine Rolle)Bild 3. Das verlängerte Frequenzband markiert ein typisches, gut erkennbaresRisssignal. Der hohe Peak zeigt, dass das Energieniveau im Werkzeug– verglichen mit dem Ausgangsbild – deutlich angestiegen istSelbst wenn das erste Werkzeug hervorragendfunktioniert, und selbst wenndas zweite, baugleiche Werkzeug vom selbenHersteller kommt, ist das keine Garantiefür eine reibungslose Inbetriebnahme.Das ist insofern auch nicht der Anspruch,als dass – identisch hin oder her– Mitarbeiter in der Fertigung doch immereiniges, wie z.B. Führungen, vonHand anpassen müssen. Doch gerade weildas Werkzeug bekannt ist, sollte es zügigfür die Produktion zur Verfügung stehen.Durch den Abgleich der Prozessbilder derbeiden baugleichen Werkzeuge könnenQualifizierung und Einfahren des neuerendeutlich schneller erfolgen, weil deroptimale Ablauf im Prozessbild bekanntist und ganz gezielt darauf hin gearbeitetwerden kann.Einfache Werkzeugqualifizierung,unkomplizierte MessungDie Körperschallmessungen lassen sichnach Anschaffung oder durch Ausleihedes kompletten Equipments zur Messungund Auswertung in Eigenregie erledigen.Die einfachere Variante, insbesondere füreinzelne Probemessungen oder auch regelmäßigeServicemessungen, ist die Beauftragungeines Dienstleisters wie der inHagen ansässigen Toses Tooling SecurityBild 4. Die ständigeBelastung des angebrochenenKernsführt zum komplettenBruch – klar zu erkennendurch dasausgeweitete Risssignal.Ab jetzt produziertdieses Werkzeugnur noch Ausschuss(Bilder: Toses)Services GmbH & Co. KG: Zur Durchführungeiner Servicemessung bringendie Techniker den Körperschallsensor ineinem gerade einmal 10 mm tiefen M5-Gewindeloch am Werkzeug an. Es solltemöglichst nah an der Kavität liegen, dennje weniger Schnittstellen sich zwischendem Ort des Geschehens und dem Sensorbefinden, desto genauer sind dieDaten.Einiges spricht dafür, einen einmal füreine Servicemessung angebrachten Sensoranzuschaffen, um ihn an „seinem“Werkzeug zu belassen. Denn erstens werdenmeist Werkzeuge überwacht, die einenbesonders hohen Wartungs-, Instandhaltungs-und Reparaturaufwanderzeugen, bei denen also weitere Messungenwahrscheinlich sind. Und zweitenslebt die Aussagekraft der Aufzeichnungendes Sensors auch von der Formschlüssigkeitdes Gewindes, mehrmaligesFest- und wieder Aufdrehen ist darum zuvermeiden. Drittens ist nach jedem Anbringendes Sensors eine erneute Referenzmessungerforderlich. Und nicht zuletztsind die Sensoren so preiswert, dassder Aufwand für Aus-, Einbau und Referenzmessungenin keinem Verhältnissteht.Für eine Servicemessung wird ein Kabelam Sensor zur Messung aufgestecktund der Rechner über eine Schnittstellezur Maschine aktiviert. Nach 25 bis 30 Zyklenkönnen die Geräte wieder abgebautwerden. Die Produktionsunterbrechungliegt bei eingebautem Sensor inklusivedem Auf- und Abbau unter zwei Minuten.Die anschließende Auswertung deraggregierten Daten durch Toses zeigt, obes dabei zu ungewöhnlichen Erscheinungengekommen ist.Problemwerkzeuge –wer hat keins?In der Praxis hat sich die hohe Empfindlichkeitder Messmethode zuletzt bestätigt,als der Nachweis gelang, dass sichein Kernbruch schon beim 50. Zyklus inden Prozessbildern erkennbar anbahnte,obwohl der komplette Bruch erst beim600. Zyklus erfolgte (Bilder 2, 3 und 4).Nichtnur, dass Zulieferer von Spritzgussteilenimmer öfter nachweisen müssen, dass siein der Lage sind, solche Werkzeugschädenfrühzeitig zu erkennen, gibt diesesWissen zudem wertvolle Hinweise für dieKonstruktion von Werkzeugen.Problemwerkzeuge gibt es in jeder Produktion.Sie lassen sich mit einer ABC-Analyse identifizieren, etwa wenn einBruchteil der Werkzeuge den Großteil derWartungs-, Instandhaltungs- und Reparaturkostenin Anspruch nimmt. Ganzabgesehen davon, dass die zuständigenMitarbeiter meist genau wissen, welcheWerkzeuge immer wieder erhöhte Aufmerksamkeiterfordern. Für diese Werkzeugegibt es nun mit der Körperschallsensorikeine einfache, objektive Methode,um sie nachweislich schneller und besserin den Griff zu bekommen. DER AUTORDIPL.-ING. BURKHARD WALDER, geb. 1964, istGründer und Geschäftsführer der Toses Tooling SecurityServices GmbH & Co. KG, Hagen; B.Walder@Toses.de46 © Carl Hanser Verlag, München Kunststoffe 4/2014Internet-PDF-Datei. Diese PDF Datei enthält das Recht zur unbeschränkten Intranet- und Internetnutzung, sowie zurVerbreitung über elektronische Verteiler. Eine Verbreitung in gedruckter Form ist mit dieser PDF-Datei nicht gestattet.