Freitag, 8. Juli 2016

Referenzbilder bei IR-ThermoControl


Der Spritzgieß-Prozess ist stabil, wenn die Temperatur an der Formteiloberfläche von
Schuss zu Schuss konstant bleibt. Zu kritischen Bereichen am Formteil zählen eng gesetzte Rippen, schlanke Domen, der Anschnitt sowie Segmenten mit konturnaher Kühlung.

Mit IR-ThemoControl werden dort Kontrollflächen gesetzt, um die Verletzung von definierten Ober- bzw.
Untergrenzen zu erkennen. Die Festlegung erfordert Kenntnis über das Formteil, das Werkzeug und den Prozess.

Für eine schnelle Betrachtung ohne dieses Wissen bietet sich die Referenzbildmethode an.
Dabei wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eine für gut befundene Aufnahme als Referenz gesetzt.



Ab diesem Zeitpunkt erfolgt bei jedem Schuss ein Abgleich der Temperaturen zwischen dem
Referenzbild und der neu aufgenommenen Temperturverteilung. Bereiche in denen die Temperaturen um einen festgelegten Prozentwert abweichen werden rot (Überschreiten) bzw. blau (Unterschreiten) dargestellt.

Samstag, 20. Februar 2016

Verteilerbalancierung und Simulation

Verteilersysteme auslegen mit Simulations-Software (Teil 1)


Der Werkzeug Konstrukteur hat die Aufgabe das Verteilersystem so auszulegen, dass
alle Kavitäten zur gleichen Zeit volumetrisch gefüllt werden.
Je nach Kunststoff und Prozessparametern ist eine balancierte Auslegung des Verteilersystems
jedoch nicht ausreichend dieses Ziel zu erreichen.

Unsere technische Beschreibung behandelt dieses Thema und zeigt, wie der Einsatz einer
Simulations-Software bei der Auslegung von Verteilersystemen intelligent eingesetzt werden sollte.

http://www.plexpert.de/technisch/facebook_runner_system_1.php


Donnerstag, 19. März 2015

XPress 1502

Prozess- und Qualitätskontrolle

Anschaffung, Installation und Einrichten eines Wärmebildsystems


Herausforderungen beim Spritzgießen
Abb. 1
Durch eine zerstörungsfreie und berührungslose Kontrolle trägt die Infrarot-Thermografie entscheidend zur Wertschöpfung laufender Prozesse und Einstellvorgänge bei. Dazu werden Bereiche mit individuellen Grenzwerten definiert, anhand derer das System eine sofortige Soll-/Ist-Bewertung vornimmt. Ein darauf basierender Befehl an eine Kontrollleuchte oder eine Seperationsweiche kann
unmittelbar erfolgen.
Der Anwender benötigt keine detaillierten Kenntnisse der Thermografie. Das System liefert aufgrund der individuellen Einstellungen, Daten, die sofort verwertbar, verständlich und zur Prozessoptimierung geeignet sind.
IR Kamera-Montage an eine Spritzgießmaschine
Abb. 2

Aufgrund seiner flexiblen und schnellen Integration ist IR ThermoControl sowohl mobil (für Musterserien und Ersteinrichtungen nach Rüstung) als auch fixiert an einer Maschine (z.B. für die laufende Prozesskontrolle) einsatzbar. 


Abb. 1:
Am Anfang steht in aller Regel die Herausforderung:

  • Der Prozess läuft weniger stabil als erwartet
  • Das Formteil wird mit Qualitätsunterschieden entformt
  • Sichtflächen weisen eine unerwartete Haptik auf
  • Prozess und/oder Formteil bewegen sich nicht innerhalb der vorgegebenen Toleranzen
Die Gründe hierfür sind oft nicht sofort erkennbar und liegen meist in einer ungleichmässigen Temperaturführung/thermischen Auslegung des Werkzeugs. IR ThermoControl macht dies sichtbar und bietet damit für Einrichter und Qualitätsmitarbeiter Mechanismen für die optimale Überwachung und Steuerung im Spritzgieß-Prozess. Unterschiedlich große Überwachungsfelder lassen sich individuell in Abhängigkeit der Entfernung zur Kavität mit Hilfe von vier verschiedenen Objektive einstellen. Mehr dazu erfahren Sie, wenn Sie im oberen Bild den XPress-Button betätigen.

Abb. 2:
Wurde die Entscheidung zu Objektiv, Entfernung und Überwachungsbereichen im Formteil gefällt, ist die Montage von IR ThermoControl nur noch eine Sache weniger Minuten. Auch die anschließenden Einstellungen der Programmparameter nimmt in aller Regel nicht mehr als 5 Minuten in Anspruch.  


Anschaffung eins IR-Qualitätssicherungssystems

Ist die Entscheidung zur Anschaffung eines Wärmebildsystems gefallen, sollten als nächstes vor allem drei Hauptkriterien berücksichtigt werden:
  1. Prozessüberwachung oder mobiler Einsatz
  2. Wahl des richtigen Objektives
  3. Kauf oder Miete
Prozessüberwachung oder mobiler Einsatzzweck
Der Einsatz eines mobilen, nicht maschinengebundenen Systems empfiehlt sich immer dann, wenn man dieses, vor allem für Abmusterungen, an verschiedenen Maschinen einsetzen will.
Dabei wird die Kamera z.B. mit Hilfe eines Magnetständers schnell neben dem Werkzeug befestigt und ausgerichtet.

Der feste Einbau der Kamera eignet sich, wenn es darum geht längere Prozesse an einer Maschine zu überwachen.
Hierbei können auch Aufnahmen längerer Zeiträume aneinandergelegt werden, um daraus eine Film zu kreieren.
Ziel ist die Beurteilung der Temperaturänderungen im Langzeitvergleich.
 

Die Wahl des richtigen Objektives
Die Abbildung zeigt die Größenunterschiede der überwachten Fläche beim Einsatz unterschiedlicher Objektive.

IR ThermoControl, Entfernung und Objektive
Abb. 3
Bei einem Abstand der Kamera zum überwachten Objekt von 30cm und Formteilen kleiner als ca. 12cm x 9cm, empfiehlt es sich das Standardobjektiv 23° x 17° zu verwenden. In Abbildung 3 ist das Aufnahmefeld orange dargestellt.
Bei größeren Entfernung (ab 50cm) und/oder kleineren Überwachungsfeldern (ca. 5cm x 4cm), eigenet sich das Objektiv 6° x 5° besser.
Im Bild links ist das Aufnahmefeld blau dargestellt.

Für größere Überwachungsfelder stehen zwei weitere Objektive zur Auswahl:
  • 41° x 31° mit einem Aufnahmefeld von ca. 22cm x 16cm bei 30cm Abstand
  • 72° x 52° mit einem Aufnahmefeld von ca. 44cm x 29cm bei 30cm Abstand
Die Anzahl der Bildpunkte bleibt unverändert bei 19.200 Punkten (hier 160px x 120px).

Die Abbildungsgröße pro Bildpunkt verändert sich durch die Wahl des Objektives bzw. durch die Größe des überwachten Feldes und der Entfernung zum überwachten Objekt.

Ist IR ThermoControl für den mobilen Einsatz vorgesehen, muss die Anschaffung mehrerer Objektive für das System überdacht werden. Denn der Nachkauf eines Objektives macht eine werksseitige Kalibrierung der Kamera mit dem entsprechenden Objektiv erforderlich. Das bedeutet, dass das System ca. 1-2 Kalenderwochen nicht zur Verfügung steht.

Kauf oder Miete 

Schlussendlich stellt sich die Frage ob man IR ThermoControl auf Dauer anschaffen möchte oder lediglich für die eine oder andere Musterung in der Spritzerei auf Mietbasis benötigt. Beide Optionen sind denkbar.

Für eine höhere Flexibilität empfiehlt es sich das System anzuschaffen und täglich einsatzbereit zu haben. Untersuchungen haben ergeben, das die Wertschöpfung des Systems eine Amortisation in wenigen Monaten möglich macht.


Installation eines Wärmebildsystems

Die Implementierung von IR ThermoControl ist in der Regel schnell erledigt und untergliedert sich in folgende fünf Schritte.
  1. Installation
  2. Einstellungs
  3. Montage
  4. Einrichtung
  5. Überwachung

Installation der Programme: 
Je nach bestelltem Umfang und benötigten Anbindungen nimmt dieser Vorgang nur ein paar Minuten in Anspruch. Idealerweise erfolgt die Installation direkt durch einen PLEXPERT Mitarbeiter vor Ort.
IR ThermoControl - Installationsprozess
Abb. 4
Für die Installation der erforderlichen Programme genügt ein durchschnittlicher Rechner (auch Laptop) ab 2GB Arbeitsspeicher und einer Festplattenkapazität von 200MB (zzgl. Speicherbedarf für die Bildablage).
Platzsparend und günstig für eine dauerhafte Installation der Kamera an einer Maschine, ist die Nutzung eines MINI-PC's.
Dieser kann auf der Hutschiene im Schaltschrank der Maschine untergebracht werden.


Einstellungen
Bei der Erstinstallation werden in der Regel die Einstellungen von einem unserer Mitarbeiter übernommen.
Im ersten Schritt (Abbildung 4, links) werden die Verbindung zur Datenbank und der Kamera hergestellt. Zusätzlich werden für das Premiumsystem von IR ThermoControl die Anbindung des Kommunikationsmoduls DIO vorbereitet
 

Montage
Die Montage der Kamera ist einfach und wird aber bei Erstinstallation von unserem Mitarbeiter nachvollziehbar vorgeführt.
Hierbei kommt der mitgelieferte Magnetständer zum Einsatz, mit dessen Hilfe die Kamera befestigt und ausgerichtet wird.

Zur Montage des Premiumsystems ist die Mitarbeit Ihres Technikers gefragt, der die elektrischen Verbindungen zwischen Kommunikationsmodul DIO und der Spritzgießmaschine einrichtet.
 

Einrichtung
Im nächsten Schritt gilt es die zu überwachenden Bereiche zu setzen und dem System bekannt zu machen (Abbildung l4, mitte). Wir haben darauf geachtet die Vorgänge, die später standardmäßig ausgeführt werden, einfach und selbsterklärend zu gestalten.

Nachdem sich das Programm mit der Kamera verbunden hat erscheint automatisch ein Wärmebild von dem erfassten Objekt.
In einem Grenzwerte-Dialog werden relative Temperaturen (Minimum, Mittel und Maximum) für einen zuvor definierten Bereich ausgegeben.
Der Anwender kann festlegen welche Werte mit welchen Grenzen beobachtet werden sollen.


Überwachung
Entsprechend Abbildung 4 (rechts) wird nach dem Festlegen der Grenzen die Überwachung gestartet. Neben dem erfassten Bild werden die gemessenen Werte ausgegeben und Grenzüberschreitungen angezeigt. Temperaturen und Zykluszeit werden in Diagrammen veranschaulicht.

In der Premiumversion kann ein Signal ausgegeben werden, das z.B. zur Steuerung einer Ausschussweiche oder Anzeige einer Alarmleuchte benutzt wird.

IR ThermoControl, Montage an Spritzgießmaschine
Abb. 5



"Seit dem Einsatz mit IR ThermoControl haben wir eine bessere Kontrolle über unseren Prozess. Das gibt uns Sicherheit."
  









Beispiele thermografischer Aufnahmen.




- Tastaturgehäuse
 




- Gebläseabdeckung







- Kugelförmiges Formteil beim Abkühlen







Donnerstag, 19. Februar 2015

Simulation verstehen

Wir laden Sie ein zu unserem ersten Seminar in 2015


Füllung eines Formteils aus PP
"Simulation analysieren und interpretieren"
(kurz Simulation verstehen)

für Mittwoch, den 18. März 2015 in unser Haus nach Aalen-Unterkochen.


Das Seminar richtet sich an alle Mitarbeiter, die Entscheidungen auf der Basis von Simulationsergebnissen treffen.


Darunter z.B. 
- Formteilkonstrukteure
- Werkzeugkonstrukteure
- Qualitätsbeauftragte
- Projektleiter
- etc...



Die Inhalte werden in einer Gruppe von max. 8 Teilnehmern intensiv bearbeitet und diskutiert. Die Trainingseinheiten setzen sich aus kurzen Theorieblöcken, gefolgt von prägnanten Praxisbeispielen zusammen. Die Praxisbeispiele werden von den Teilnehmern selbst am Rechner ausgewertet.

Seminarleiter Thomas Mann, zeigt Praxisbeispiele und Ergebnisse aus verschiedenen Simulationsprogrammen.

Die Ergebnisse kommen aus den folgenden Bereichen:
  • Formfüllung
  • Anguss (Verteilersystem, Anbindung)
  • Nachdruck
  • Kühlung

Wir legen viel Wert auf eine kollegiale Atmosphäre und Kennenlernen der Teilnehmer untereinander. Verpflegung und Mittagstisch in einem regionalen Gasthof sind fester Bestandteil dieser Veranstaltung.

Haben Sie Fragen zu Organisation, Inhalt, Preis oder möchten Sie sich zum Seminar anmelden freue ich mich über Ihre kurze Mail oder Ihren Anruf.

Jürgen L. Deal
Mail: j.deal@plexpert.de
Tel.: 0 73 61 / 9 75 35 20

Donnerstag, 5. Februar 2015

XPress 1501

Simulieren - aber richtig

Sichere Ergebnisse erfordern Wissen über den gesamten Prozess.


Abb.: 1
"Ich brauch' schnell das Verzugsergebnis für ein Teil aus PA6"
Zu dieser Fragestellung werden Geometriedaten geliefert bei denen die Lage der Anbindung bestenfalls grob beschrieben ist. Die Abmessungen des Verteilersystems und der Anbindung fehlen ganz. Abgesehen vom Verlust der Informationen wie Fülldruckbedarf, Schererwärmung, Länge der  Nachdruckzeit etc. stellt sich noch ein weiteres Problem ein.

Dieses resultiert daraus, dass nur die  Materialgruppe und nicht die Materialbeschreibung im obigen Beispiel genannt wurde. Einfach zu sehen ist der Unterschied zwischen zwei Materialien aus der gleichen Materialgruppe anhand des  MFI Wertes der in den meisten Materialdatenblättern zu finden ist.
Wird ein beliebiges Material aus der Materialgruppe ausgewählt kann es zu extremen Unterschieden in der Formfüllung, dem Druckbedarf, der auftretenden Scherung und natürlich auch in den Verzugswerten kommen.

Abb. 2
Die Simulation soll den Entwicklungsprozess eines Kunststoff-Formteils
begleiten. Parallel zur Formteil-Konstruktion werden die ersten Füllberechnungen durch geführt.
Dies kann erfolgen, auch wenn das Formteil noch nicht bis ins kleinste Detail konstruiert wurde.
Mit den Informationen aus der Simulation lassen sich auf dieser Ebene schnell und leicht Änderungen einbringen.
Möglich Problemstellen, wie z.B. Masseanhäufungen oder Engstellen, die zur Verzögerungen beim Füllen führen können, werden sichtbar.


Für den Formteilkonstrukteur ist die Betrachtung der Formfüllung interessant. Unterschiedliche Anbindungen werden von ihm untersucht. Der Aufbau des Verteilersystems oder der Werkzeugtemperierung ist an dieser Stelle verfrüht.


Werkzeugkonstruktion:
Nach der Konstruktion und Überprüfung des Formteils wird der Werkzeugkonstrukteur die Anzahl der Kavitäten bestimmen und davon ausgehend das Verteilersystem beschreiben.
An dieser Stelle erfolgt die nächste Simulation unter Berücksichtigung der Lage der Anbindung und deren Durchmesser.
Zu erkennen sind die Druckverluste im Verteilersystem und - zur Ermittlung der Nachdruckphase - die Einfrierbedingungen am Anschnitt.
Mit diesen Informationen kann der Werkzeugkonstrukteur die Querschnitte der Verteiler anpassen bzw. sein gesamtes Konzept zur Anbindung des Formteils korrigieren.


Abb.: 3
Bis zu diesem Zeitpunkt sind die Ergebnisse aus der Simulation unter der Annahme einer idealen Werkzeugtemperierung ermittelt worden. Nachdem das Verteilersystem optimiert ist, wird die Werkzeugtemperierung aufgebaut und die Temperaturverteilung im Werkzeug berechnet.
Am Formteil selbst werden sowohl die Oberflächentemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt, als auch die Temperatur über der Wandstärke bestimmt.

Mit diesen Informationen kann der Werkzeugkonstrukteur die Lage der Temperierbohrungen optimieren und in kritischen Bereichen durch einen Einsatz mit höherer Wärmeleitfähigkeit für eine gute und gleichmäßige Wärmeabfuhr sorgen.


Abb.: 4
Eine Simulation erfolgt immer auf der Basis gemessener Viskositäts- und PVT-Kenndaten. Die Ergebnisse der Messungen sind in Materialgesetzen hinterlegt, welche bei der Simulation angewendet werden.
Innerhalb einer Materialgruppe können Materialien mit gänzlich verschiedene Eigenschaften vorhanden sein.

Die Viskositätsdaten beziehen sich auf das Füllverhalten des Formteils. Je nach Additiv und Aufbau des Materials ist bei gleichem Druckbedarf und gleichem Temperaturniveau ein längere oder kürzerer Fliesweg realisierbar.

Auf der Basis der PVT Daten wird der Verzug aufgrund der Materialschwindung berechnet. In der Abbildung oben sind für Materialien der gleichen Materialgruppe (PA6) zwei unterschiedliche PVT Diagramme (links: Ultramid B35Z, rechts: Ultramid B3S) dargestellt, die zu unterschiedlichem Verzug am Formteil (bei ansonsten gleichen Randbedingungen führen).


Materialdaten
Der kritische Punkt bei der Durchführung einer Simulation ist die Verfügbarkeit und die Qualität von Materialdaten.
In der Materialdatenbank ist zu prüfen, ob für ein bestimmtes Material Daten vorhanden sind oder nicht. Sind keine aktuellen Daten verfügbar, muss versucht werden diese z.B. über den Rohstoffhersteller zu erhalten.

Die Messung der erforderlichen Daten ist teuer und aufwändig ist. Dadurch sind die benötigten Informationen beim Hersteller nicht immer verfügbar.
In diesem Fall kann durch Vergleich von einzelnen Kennwerten (am einfachsten durch Vergleich der Materialdichte und des MFI Wertes) ein Ersatzmaterial gewählt werden.


Abb.: 5

Derjenige der die Simulation durchführt muss in jedem Fall darüber informieren, dass ein Ersatzmaterial zur Anwendung gekommen ist. Die Unterschiede bei der Aussage sowohl in Richtung des erforderlichen Druckbedarfs, als auch hinsichtlich Schwindung und Verzug können erheblich sein.
Simulationen welche mit einem Ersatzmaterial durchgeführt wurden, sind nicht in gleichem Maße verlässlich, wie Simulationen die mit guten Materialkennwerten erstellt wurden. 


Erklärungen zu den Bildern:

Abbildung 1:
Die Durchführung einer rheologischen Simulation muss nach dem oben beschriebenen Schema erfolgen, wenn ein bestmöglicher Nutzen erzielt werden soll. Dabei sind vier aufeinander aufbauende Regelkreise zu durchlaufen. Je ein Regelkreis ergibt sich für die Lage der Anbindung, die Auslegung des Verteilersystems, die Nachdruckphase und die Werkzeugtemperierung. Nach jedem Durchlauf sind die Ergebnisse der Simulation zu betrachten und zu bewerten. Je nach Einschätzung der Ergebnisse ist eine Änderung der verwendeten Einstellparameter oder der Geometrie des Verteilersystems, der Temperierung oder sogar des Formteils erforderlich. Da die genannten Regelkreise voneinander abhängen, potenziert sich ein zuvor gemachter Fehler in den weiteren Simulationen. Die auf den ersten Blick aufwändig erscheinende Vorgehensweise sichert gute Ergebnisse unter Berücksichtigung aller wesentlichen Prozesseinflüsse. Auf diese Weise lässt sich z.B. die Zykluszeit verlässlich bestimmen. 

Abbildung 2:
Unterschiedliche Ergebnisse bei der Füllung einer Scheibe.

Abbildung 3:
Unterschiedliche Ergebnisse aus den Betrachtungen mit und ohne Werkzeugtemperierung.

Abbildung 4:
PVT-Diagramme von zwei Materialien der gleichen Materialgruppe im Vergleich.

Abbildung 5:
Je nach verwendetem Material ergeben sich Unterschiede bei Fülldruckbedarf und der erreichbaren Fließweglänge.