Regelung des Spritzgießprozesses auf Basis von Prozessgrößen und im Werkzeug ermittelter Materialdaten

Die Produktion spritzgegossener Formteile erfordert aufgrund der Ansprüche an eine konstante Produktqualität auf hohem Niveau einen in jedem Produktionszyklus identisch ablaufenden Prozess, der insbesondere durch die Prozessgrößen Druck und Temperatur der Schmelze in der Kavität repräsentiert wird. Bei der konventionellen Regelung des Spritzgießprozesses auf Basis von Maschinengrößen können Störeinflüsse oder geänderte Randbedingungen die Reproduzierbarkeit der Formteilbildung beeinträchtigen.
Abhilfe schafft eine direkte Regelung des die Formteilqualität beeinflussenden Verlaufs des Werkzeuginnendrucks unter Berücksichtigung des Schmelzetemperaturverlaufs und des pvT-Verhaltens des verarbeiteten Kunststoffs. Die Verwendung der so genannten pvT-Optimierung in Kombination mit der Werkzeuginnendruckregelung erlaubt eine explizite Berücksichtigung veränderlicher Randbedingungen des Prozesses.
In der vorliegenden Arbeit wird zum einen die Neuentwicklung eines Systems zur pvT-basierten Werkzeuginnendruckregelung durchgeführt. Zum anderen wird ein neues Verfahren vorgestellt, mit dem die für die pvT-Optimierung erforderlichen Materialdaten direkt im Spritzgießwerkzeug ermittelt werden können.
Das Regelungssystem, das auf einem modellprädiktiven Regler basiert, ermöglicht durch die entwickelten teilautomatisierten Abläufe sowie die grafische Bedienoberfläche, den zeitlichen Aufwand für die Einrichtung zu verringern. Darüber hinaus enthält es Funktionen, die eine Analyse des nichtlinearen, zeitvarianten und mit einer Totzeit behafteten Verhaltens der Regelstrecke erlauben, sodass eine systematische Auswahl und Anpassung der einzusetzenden Modelle erfolgen kann.
Das neue Verfahren zur Ermittlung der Materialdaten im Spritzgießwerkzeug ermöglicht es, eine exakt auf den Prozess abgestimmte Beschreibung des Materialverhaltens zu erhalten sowie eine schnelle und unproblematische Einrichtung der pvT-basierten Prozessregelung durchzu¬führen. Durch die Nutzung der ermittelten Kennfelder im Rahmen der pvT-Optimierung können Störeinflüsse auf den Prozess, wie Temperaturschwankungen, ausgeregelt werden.
Insgesamt leisten die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden und Verfahren einen wichtigen Beitrag zur Ermöglichung eines selbstoptimierenden Spritzgießprozesses und tragen somit zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Qualitätskonstanz in der Spritzgießfertigung bei.