Kistler und STASA entwickeln die automatische Vorhersage der Qualität von Spritzgussteilen

Die Kistler Instrumente AG, Winterthur, ist Weltmarktführer bei Sensoren und Systemen zur In-Process-Qualitätsüberwachung beim Spritzgiessen durch Überwachung des Werkzeuginnendrucks. Die Steinbeis Angewandte Systemanalyse GmbH (STASA), Stuttgart, verfügt über langjährige Kompetenz in der Modellierung von Prozessen, der Online-Prognose von Qualitätsmerkmalen aus Prozesskenngrössen sowie der Überführung komplexer mathematischer Verfahren und Modelle in industrielle Anwendungen. Das Know-how beruht auf einer wissenschaftlich abgesicherten Basis mit Versuchsplanung und Modellbildung und lässt sich auch auf das Spritzgiessen von Kunststoffen anwenden.

Beim Spritzgiessen ist die prozessbezogene Qualitätsüberwachung auf Basis von Charakteristika von Prozesskurven wie den Eigenschaften und Toleranzen eines Werkzeuginnendruckverlaufs mithilfe etablierter Systeme von Kistler weit verbreitet. Gemeinsam entwickeln Kistler und STASA die Prozessüberwachung beim Spritzgiessen weiter: Ziel der Kooperation ist es, mithilfe der Qualitätsmodelle in der Software STASA QC die Qualität so direkt zu überwachen, dass sich konkrete Qualitätskriterien des gerade entstehenden Formteils prognostizieren lassen. So werden auf Basis von Prozessmodellen und gemessenen Prozessparametern bereits im Herstellprozess online z.B. die späteren Ab-messungen eines Bauteils vorhergesagt. Damit lassen sich Aussagen über die Einhaltung von Dimensionstoleranzen im Gebrauchszustand bereits unmittelbar nach Abschluss der Ausformung treffen.

Das neue Konzept bringt Herstellern und Anwendern von Spritzgussteilen bedeutende Vorteile: Sie können Toleranzgrenzen direkt aus der Spezifikation der Teile entnehmen und als Überwachungskriterium im Prozessüberwachungssystem vorgeben. Dies bedeutet eine erhebliche Weiterentwicklung der In-Process-Qualitätsüberwachung im Spritzgiessprozess: Grenzwerte für Überwachungsgrössen wie Druckmaxima, Druckintegrale und dergleichen brauchen nicht mehr definiert und evaluiert zu werden. Stattdessen werden die relevanten Zusammenhänge zwischen Prozesskurvenverläufen und Qualitätskriterien während der Werkzeugabmusterung gewonnen und anschliessend zur Überwachung des Prozesses eingesetzt. Nützlicher Nebeneffekt der zur Abmusterung genutzten Versuchsplanung ist die Möglichkeit, den Spritzgiessprozess automatisch zu optimieren und die idealen Einstellparameter im Prozessfenster für die geforderten Qualitätsmerkmale zu ermitteln.

Diese Kombination von Prozess- und Qualitätsüberwachung mit Qualitätsprognosen wird von Spritzgiessern hochwertiger, montagekritischer oder äusserst sensibler Formteile, z.B. Herstellern medizinischer Teile und pharmazeutischer Komponenten, seit langem gewünscht. Sie wird als optionales Modul in die Prozessüberwachungssysteme CoMo Injection von Kistler integriert. Die Qualitätsprognose wird als High-End-Variante der Systemfamilie CoMo Injection im Jahresverlauf 2011 verfügbar sein.

Hintergrund: Qualitätssicherung mit dem Werkzeuginnendruck

Der Werkzeuginnendruckverlauf beim Spritzgiessen gilt als Fingerabdruck der Formteilbildung. Er ist die aussagekräftigste Grösse zur Beurteilung der Formteilqualität. Abweichungen vom optimalen Verlauf sind klare Zeichen für Prozessschwankungen, die zu Formteilfehlern führen – seien es unvollständige Formfüllung, Überspritzen oder massliche Abweichungen.

Als Anbieter mit der grössten und breitesten Sensorpalette für sämtliche Spritzgiessverfahren, einfacher Anschlusstechnik und intuitiv leicht zu bedienenden, netzwerkfähigen Systemen bietet Kistler als einziger Hersteller die Werkzeuge zur ganzheitlichen Überwachung des Spritzgiessens aus einer Hand. Kistler ist der weltweit führende Hersteller von Druck- und Temperatursensoren für den Einsatz in der Kunststoff verarbeitenden Industrie.

Kistler Gruppe

Kernkompetenz von Kistler ist die Entwicklung, die Produktion und der Einsatz von Sensoren zur Messung von Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung. Mithilfe des Know-hows und elektronischer Systeme von Kistler lassen sich Messsignale aufbereiten und zur Analyse physikalischer Vorgänge, zur Regelung und Optimierung industrieller Prozesse, zur Steigerung der Produktqualität in der Fertigung und zur Leistungssteigerung in Sport und Rehabilitation nutzen.

Kistler bietet ein vollständiges Programm von Sensoren und Systemen für Motorenentwicklung, Fahrzeugtechnik, Kunststoffverarbeitung, Metallverarbeitung und Montagetechnik sowie für Biomechanik.

Weltweite vertriebliche Präsenz durch 25 Gruppengesellschaften und 30 Vertretungen sichert einen engen Kontakt zum Kunden, eine individuelle anwendungstechnische Unterstützung und kurze Lieferzeiten.

Mit rund 1 000 Mitarbeitern ist die Kistler Gruppe ein weltweit führender Anbieter in der dynamischen Messtechnik. Die Kistler Gruppe erzielte im Geschäftsjahr 2009 einen Umsatz von 166 Millionen CHF.

STASA Steinbeis Angewandte Systemanalyse GmbH

Die STASA Steinbeis Angewandte Systemanalyse GmbH wurde von Prof. Dr. Günter Haag als Teil des Steinbeis-Netzwerks gegründet. Unternehmensziel ist es, sinnvolle Entwicklungen von vorderster Forschungsfront zu nutzen, um damit industriellen Kunden einen Know-how-Vorsprung zu sichern. Ein enger Stamm hoch qualifizierter Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bearbeitet komplexe Aufgaben aus dem Bereich der angewandten Analyse, Modellierung und Simulation technischer Systeme. Insbesondere die Einbindung neuartiger statistischer und physikalischer Verfahren bildet einen Schwerpunkt. Die bei STASA entwickelte Software STASA QC wurde mit dem do-it Software Award ausgezeichnet.