Equipment für externen Start einer Werkzeuginnendruckmessung

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    • Equipment für externen Start einer Werkzeuginnendruckmessung

      Hallo liebes Forum,

      ich bin in der Planungsphase meiner Bachelorarbeit mit folgendem Thema:

      Untersuchung zur Anwendbarkeit der statistischen Versuchsplanung in der Prozesssimulation zur Optimierung von Spritzguss-Bauteilen

      In kurze Worte gefasst: Ich mache Simulationsmodelle in welchen per DOE die Einflussfaktoren auf den Verzug untersucht werden. Das ganze fahre ich an der Maschine nach und schaue inwieweit die DOE-Modelle mit den simulativen zusammenpassen und was man damit anstellen könnte um die Entwicklung zu verbessern/optimieren.

      Nun bin ich mit der Tatsache konfrontiert, dass die Simulation am Werkzeug endet, ich aber an der vorhandenen, etwas älteren Maschine nur den spez. Druck einstellen kann. (Nachdruck ist einer der untersuchten Faktoren)

      Nun bauen wir einen Werkzeuginnendrucksensor ein um sicherzustellen, dass bei den Versuchen an der Maschine die gleichen Prozesspunkte/-kurven abgefahren werden wie in der Simulation. Es wird ein KISTLER-Gerät zum Aufzeichnen verwendet. Die Maschine kann dem Gerät aber nicht sagen wann es anfangen und aufhören soll aufzuzeichnen. Das soll durch einen Taster geschehen der beim Schließen betätigt wird und ein Signal an das Gerät schickt.


      Meine eigentliche Frage jetzt: Hat hier jemand Erfahrung mit Verwendung solcher Geräte an älteren Maschinen? Was muss man unbedingt beachten, welche Teile braucht man?


      Viele Grüße

      bald endlich kein Studi mehr :D

      PS: Wenn jemand DOE noch nicht kennt (zwar schon relativ alt, aber noch nicht so bekannt im Kunststoffbereich) beantworte ich gerne alle Fragen.
    • Vor vielen Jahren hatten wir zur Aufzeichnung von Spritzdaten von PSM sogenannte Datalogger. Die waren etwas umfangreicher, als das Gerät von Kistler, weil wir Schneckenvorfahrgeschwindigkeit (Einspritzgeschwindigkeit), Einspritzdruck (Hydraulikdruck verbrauchernah, also direkt an der Spritzeinheit), Schneckenweg und Werkzeuginnendruck aufgezeichnet haben. Um dabei einen immer gleichen Startpunkt zu gewährleisten brauchten wir natürlich auch ein entsprechendes Trigger-Signal (Startsignal). Dieses Signal durch einen externen Taster zu erhalten, war definitiv zu ungenau. Wir benutzten daher das von der Maschine zwangsläufig erzeugte Signal vom Hydraulikventil "Einspritzen Start". Alles was dann danach kam wurde aufgezeichnet, bis dieses Signal nach dem Nachdruck wieder abfiel. Das hat super funktioniert und die Kurven und Daten konnten entsprechend verglichen werden, da ja nicht nur ein einziger Schuss die Messgenauigkeit erzeugt, sondern mindestens 10 für eine auswertbare Statistik gebraucht wurden.
      Ich schlage daher vor, dass du oder der Elektriker sich mal mit dem Schaltplan befasst und eine entsprechende Stelle zum "Abgreifen" dieses Signals sucht. Bei uns waren das ARBURG-Maschinen 270M mit geregelter Einspritzung. Ohne geregelte Einspritzung wurden die Ergebnisse deutlich verfälscht (Regelung konnte deaktiviert werden).
      Noch ein Tipp: Wie schon oben gesagt: verlasse dich nicht auf einen einzigen Schuss. Die Maschine sollte in Vollautomatik laufen. Mindestens die ersten 10 Schuss sollten verworfen werden, bzw. bis die Maschine ihr "thermisches Gleichgewicht erreicht hat". Dazu gehört natürlich auch, dass die Verweilzeit der Masse konstant ist. Und das ist in der Regel auch erst nach mindestens 10 Schuss deutlich sichtbar an den Kurvenverläufen.
    • Hallo petersj,

      danke für deine Tipps! Die Elektronik werde ich versuchen genau so umzusetzen.

      Ich hätte noch gern eine Meinung zu meiner Vorgehensweise:
      Ich habe zwar noch keine genauen Prozessdaten, habe mir aber eine Maske für die Versuchspläne geschrieben um abzuschätzen wie viel Material ich brauche. Es werden vermutlich 28 Versuche á 10 Stück. Ich werde dabei nicht den Mittelwert der Versuchsergebnisse für die DOE-Software verwenden, sondern jeden Versuch einzeln eintragen um ein Bild der Unschärfe bei gleichen Parametersets zu erhalten.
      Zwischen den Versuchen werden die verschiedenen Faktoren gewechselt. Ich habe den Versuchsplan so umgestaltet, dass die "trägen" Parameter am wenigsten oft gewechselt werden (z.B. Werkzeugtemperatur nur 3x, andere Faktoren dafür jedes mal).
      Was würdest du für eine Schusszahl dazwischen fahren? Ich habe z.B. bei der Werkzeugtemperatur mal 10 Zyklen angesetzt, bei der Einspritzzeit z.B. nur 3 Zyklen. (Zykluszeit circa 20s, Schussgewicht circa 50g). Die "schnellen" Parameter würde ich dann im laufenden Prozess ändern.
    • Jeder Parameter hat grundsätzlich Einfluss auf die Verweilzeit des Materials im Zylinder. Und die hängt wiederum von der Größe des Zylinder ab. Du musst als ermitteln, wie viel Schuss die Maschine braucht, um das Material vom Einzug zum Werkzeug zu fördern.
      Ich würde die Maschine auch bei einer Änderung der Werkzeugtemperatur weiter laufen lassen. Und die Maschine dabei von kalt nach warm fahren. Wann die vorgesehene WOT (Werkzeugoberflächentemperatur) erreicht ist, hängt von der Leistung des Temperiergerätes, dem Wärmeeintrag durch die Kunststoffmasse (Kontaktfläche) und natürlich auch von der zu erreichenden Temperatur ab. Das sollte also gemessen werden.
      Spritzen über Einspritzzeit: Würden Spritzgießer möglichst nicht machen, sondern über Volumen. Damit erreicht man eine präzisere Umschaltung auf Nachdruck. Ich würde die Einspritzgeschwindigkeit variieren.
      Also am besten alle Parameter immer im laufenden Prozess ändern - es sei denn du machst bei der WOT Sprünge von 50°C oder mehr.
      Bei den anderen Parametern musst du damit rechnen, dass die Steuerung der Maschine 1-2 Schuss braucht um den Parameter aktiv zu fahren. Die waren früher im Computer noch nicht so schnell. Optisch ja, steuerungstechnisch nein.
    • Ja, so ähnlich hatte ich das auch alles vor.
      Ich versuche bei allen Versuchen Platifizierparameter in der Mitte des Prozessfensters zu fahren (passende Verweilzeit, Staudruck und Dekompression), um möglichst wenig Einfluss durch diese Stellgrößen zu bekommen, da ich die in der Simulation nicht abbilden kann. Diese Parameter haben aber mMn keinen starken Effekt auf den Verzug (das ist das was ich optimieren will).
      Starke Einflüsse die ich nicht beachte und variiere können mir mein statistisches Modell zerstören.

      Die Einspritzzeit dient mir als Maß für die Einspritzgeschwindigkeit, ich werde bloß nicht mit der Einspritzzeit umschalten :D Ich versuche quasi die gleiche Füllzeit wie in der Simulation + volumetrisch Voll zu haben und passe die Geschwindigkeit entsprechend an. Wenn ich dann im Nachdruck bin versuche ich nach einem Kriterium (Maximaler Druck oder wirklich die Kurve) den gleichen Verlauf wie in der Simulation (ich greife am gleichen Punkt wie der Sensor im Werkzeug die Größen ab) nachzufahren.
    • Welches System von Kistler wird denn genutzt? Und welches Simulationsprogramm?
      Ich kenn eine recht alte Meßkiste von Kistler da konnte man zum Start neben manuel und Näherungsschalter auch die steigende oder fallende Flanke von einem belibigen Signal nutzen. Auch mit Zeitversatz vorwärts und rückwärts. Ebenso Meßsignale. Und wenn aus der Maschine irgendwo 0-10 V raus kamen, z.b. zur Kolbenposition ging das auch mitschreiben.
    • Wenn ich das richtig verstehe, ist das Thema selbst ja ein altes Thema, hierzu gibt's mit Sichheit zig Diplomarbeiten: "Wie gelingt es, Prozessoptimierung (hier Verzug) extern der Maschine (am PC) durchzuführen und direkt auf die Maschine zu übertragen bzw. einzulesen?"

      Nach meiner Überzeugung wird dieses beim Spritzguss noch lange ein Traum bleiben, da das Druckgefälle zwischen Schneckenspitze und Fließfront eine "Variable" ist, heisst der Kunststoff ist nicht "berechenbar". Das ist nur eines, was bei diesem komplexen Verfahren, welches allgemein völlig unterschätzt wird(!!), zu berücksichtigen ist!

      @Kunststoffstudi, ohne Dir da jetzt nahezutreten, aber wenn man eine "wissenschaftliche" Projektarbeit schon mit einer alten Maschine beginnt .... sorry, wo liegt da der Sinn im Ganzen? Mir zeigt es nur, dass auch von Dir das Verfahren *Spritzguss* entweder unterschätzt wird, oder Du keine anderen Bedingungen bekommen kannst(?).
      Verzug wird beeinflusst von Tempertur und Druck (Verdichtung des Kunststoffes).

      Ich würde empfehlen, direkt an der Anspritzung in der Kavität einen Temperatursensor zu setzen, um den *Füllbeginn* in der Kavität zu messen (Fliessfronterkennung) denn zwischen *Start Schneckenbewegung* und *Beginn Füllprozess* in der Kavität liegen je nach Anspritzkonzept usw. ganze Welten! Zudem stellen sich die Fragen:
      - Was sagt die Innendruckkurve aus?
      - Wann beginnt die Aufzeichnung/Druckmessung? Sie beginnt jedenfalls nicht, wenn die Fliessfront am Sensor ankommt, was sogar manche glauben! Sie beginnt erst dann, wenn der Fliesswiderstand (ergibt sich aus Geschwindigkeit, Viskosität und dem Fliessweg-Wandstärkenverhältnis) in der plastischen Seele am Sensor einen messbaren Druck erzeugt!
      - Drucksensorposition ist auch ein wichtiger Faktor?
      - usw.

      Im laufenden Serienprozess verändert sich - in Zukunft wegen Zumischung von Rücklaufmaterialien in die A-Waren noch verstärkt - immer wieder in der Kavität die Volumenausformung, da Viskositätsschwankungen mit Volumenschwankungen einhergehen.
      Daher ist ja auch das Ziel *Wiederholgenauer Maschinenprozess* der falsche Ansatz, Ziel muss sein *Wiederholgenauer Ausformprozess in der Kavität*!

      @Kunststoffstudi, ich mag das ganze Thema völlig falsch verstanden haben, aber wenn Du mit Deiner Bachelorarbeit für die "SpritzgießerZukunft" was voran bringen möchtest, dann ist es wichtig den *Entstehungsprozess des Formteils* in seiner Gesamtheit zu betrachten, mit ALLEN dazugehörigen Einflüssen. Ich halte sehr viel von den Möglichkeiten diesen Prozess im Vorfeld zu simulieren, und die Programme werden da auch immer besser, jedoch zwischen PC und Spritzgussmaschine klafft noch eine tiefe Schlucht. Daher wird der Mensch an der Maschine für die Gestaltung des optimalen Prozesses noch viele viele Jahre benötigt.

      Die externen Geräte für die Innendruckmessung sollten direkt in die entsprechenden "Schnittstellen" der Maschinensteuerung integriert werden (ähnlich wie es @petersj schon beschrieben hat), alles andere ist Bastelei mit der man mal ne Kurve erzeugen kann ;)
    • Behrens schrieb:

      @Kunststoffstudi, ich mag das ganze Thema völlig falsch verstanden haben, aber wenn Du mit Deiner Bachelorarbeit für die "SpritzgießerZukunft" was voran bringen möchtest, dann ist es wichtig den *Entstehungsprozess des Formteils* in seiner Gesamtheit zu betrachten, mit ALLEN dazugehörigen Einflüssen. Ich halte sehr viel von den Möglichkeiten diesen Prozess im Vorfeld zu simulieren, und die Programme werden da auch immer besser, jedoch zwischen PC und Spritzgussmaschine klafft noch eine tiefe Schlucht. Daher wird der Mensch an der Maschine für die Gestaltung des optimalen Prozesses noch viele viele Jahre benötigt.
      Er kann leider nichts für die vorhandene Maschinenparksituation. Während meines Studiums standen im Labor noch ein paar ganz alte Schätzchen, die für die Forschung und Ausbildung genutzt wurden. Es gibt Hersteller, die lassen gerne mal eine neuere Maschine zum Herstellungspreis springen und andere Hersteller wollen mit dem Verkauf an Hochschulen auch Gewinn machen. Dreimal darf man raten, welche Hersteller man nach dem Studium favorisiert.

      Nachtrag: An den älteren Maschinen kann man noch gut verschiedene Schalter und Sensoren zweckentfremden für die Steuerung des modifizierten Prozesses. Es geht dabei nicht in erster Linie um Qualität in großer Stückzahl, sondern nur die Grundlagenforschung, ob der modifizierte Prozess überhaupt funktioniert. Die Maschine, die ich für meine Masterarbeit genutzt habe, ist von ca. 2000, hat aber schon einen Eingang für einen Drucksensor und kann den Druckverlauf auch grafisch darstellen.
    • Hallo,

      @wichtelchen:
      das Kistler-Gerät ist ein ComoNeo. Der Sensor wird ein kombinierter Druck/Temperatursensor sein. Simuliert wird mit CADMOULD, für die DOE-Auswertung verwende ich MODDE PRO.

      @Behrens:
      So alt ist die Maschine auch wieder nicht. Nur ohne Schnick-Schnack und ohne die Schnittstelle. Ich führe meine Arbeit in der Industrie durch und das ist eben die verfügbare Maschine.

      Ich versuche ja auch wie du meinst den Ausformprozess wie in der Simulation zu erhalten indem ich einen Sensor verwende.

      Um allen nochmal das DOE-Prinzip näher zu bringen:
      Es wird versucht statistisch einen Zusammenhand zwischen Faktor und Merkmal herzuleiten. Das System ist dabei eine Blackbox. Das Versuchsdesign ergibt sich aus dem Untersuchungsziel (Screening, Optimierung auf Merkmal, Optimierung auf Robustheit/wenig Schwankung). Bei der Wahl der Faktoren ist der Bereich ganz entscheident und wie gemessen wird. Bsp: Nachdruck wird nur von 420 bis 430 bar variiert. Der Effekt wird im Messrauschen untergehen = nicht signifikant.

      Als erstes werden alle als relevant erachteten Faktoren in sinnvollen Bereichen in einem "Screening" untersucht. I.d.R. fällt ein Großteil der Faktoren raus da ihr Effekt nicht signifikant oder zu gering ist. Es gibt Versuchsdesigns die dafür geeignet sind zu sagen: Faktor wichtig/unwichtigt, damit kann ich aber kein Merkmal präzise erreichen.
      Würde man diesen Screening-Schritt nicht machen und mit allen Faktoren die einem einfallen loslegen um die Zusammenhänge zu analysierne, dann wird der Versuchsaufwand immens und man kann es direkt wieder lassen. Nimmt man 10 Faktoren bei einem vollfaktoriellen Versuchsdesign sind es 1024 - Parametersätze, die es mindestens 10 mal zu spritzen gilt, also 10240 Zyklen an der SGM. Bei 4 Faktoren wie in meinem Fall nur 16 bzw. 160 Zyklen.
      Lässt man unwichtige Faktoren also nicht weg, kann man es gleich sein lassen.


      Mein Ziel eine Antwort auf folgende Frage:

      Kann ich aus der Simulation ein statistisches Modell des Verzugs erzeugen, dass auf die Realität übertragbar ist?



      Also bevor überhaupt ein Werkzeug angefangen wurde zu bauen. Die Entwicklung soll dann damit profitieren dass die Iterationsschleifen, bis die Maße endlich passen davor in der Entwicklungs gemacht werden und nicht an der Maschine zu richten sind. Hört sich mMn an als könnte das den Spritzguss weiter bringen, da so ohne Einsatz von Ressourcen (außer Rechnerkapazität) geschaut werden kann ob die Geometrie noch zu überarbeiten ist.

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    • Ein gutes und wichtiges Ziel.
      Bitte beachte, dass der Verzug bei unverstärkten Teilen auch stark vom Werkzeugkonzept abhängig ist. Segmentiere ich Einsätze unnötig stark, erzeuge ich mir viele Luftspalte. Je nach Einsatzgeometrie führt dies zu massiven Wärmewiderständen, die den Verzug beeinflussen. Selbst ein Richtungswechsel ist möglich.

      Bei CADMOULD kannst du dies für den Artikel und den Kunststoff testen, indem du einfach die Simulation mit deutlich höherer idealer Werkzeugwandtemperatur laufen lässt. Ein qualitatives Ergebnisse wirst du damit nicht erhalten, aber ein quantitatives. Ich schau mal, ob ich nächste Woche endlich mal Zeit hab die CADMOULD V11 Beta zu testen. Dort kann die Einsatzgeometrie hochgeladen werden, um dies überprüfen zu können. Vielleicht hat mein Nörgeln was gebracht.
    • Starten kannst du den CoMoNeo mit vielen Möglichkeiten. Wenn sonst gar nichts da ist auch mit einem simplen Schalter am Werkzeug.Aber auch mit 0-10V Analogsignalen, digitalen Signalen oder einem Messsignal. Stoppen kann man nach Zeit, den nicht mehr vorhandenen Startsignal oder einem zusätzlichen Stopsignal. Auch kann das Signal zeitverzögert gewertet werden.

      Warum einen Kombisensor? Welche Temperatur misst der? Werkzeug? Schmelze? Ist diese homogen? Ist das die Schmelze oder ist da Reibungswärme mit drin?
      Ich denke man kann mit einem Temperatursensor sehr gut feststellen wann Schmelze diesen Ort erreicht. Zumindest wenn es einrn großen Unterschied zwischen Schmelze und Werkzeug gibt. Aber man misst ein Gemisch aus allem aber nie DIE Schmelzetemperatur.

      Cadmold kenne ich nicht. Arbeite mit Sigmasoft und im Elastomerbereich.
    • @1u21:
      Die Einsätze sind nicht segmentiert.

      Habe selber in der Industrie eine Motorabdeckung erlebt, bei der Durch die Trennung eines Schrägauswerfers ein 50mm Verzug nicht vorhergesagt wurde. Fatal die Wkz-Geometrie zu ignorieren.

      Ich hoffe dass mein Artikel empfindlich genug auf Parameter reagiert. Ist ein Kästchen 9×6cm, 3 cm hoch mit 1mm Wandstärke. Ich habe das Komplettmodell in Cadmould aufgebaut und will erstmal ohne DOE Parameter variieren um zu schauen in welchen Größenordnugen der Verzug eintreten wird. Ich werde auch die Kanalparameter genau an den Prozess an der Maschine anpassen sowie die richtigen Stähle der Werkzeugteile definieren.

      @Wichtelchen: danke für die Tipps, ich werde das mal mit den Kollegen diskutieren