Benno Kippes, Wiesbaden

Leistungsüberwachung erkennt Überspritzen frühzeitig

Mit einer Leistungsüberwachung kann ein Heißkanalregler sehr frühzeitig erkennen, wenn ein Spritzgießwerkzeug überspritzt wird. Mit der konsequenten Nutzung dieser Zusatzfunktion lassen sich Zeit und Kosten einsparen und Produktionsausfall verhindern.

Ein mittelständischer Kunststoffverarbeiter hat sich darauf spezialisiert, Funktionsteile und Komplettsysteme für die pharmazeutische Industrie zu entwickeln und zu produzieren. Bei derartigen medizintechnischen Erzeugnissen ist eine konsequente Qualitätspolitik notwendig. Sie ist integraler Bestandteil der Unternehmenskultur, und sie umfasst alle Bereiche von der Entwicklung bis zur Produktion.

Beim Spritzgießen der Präzisionsteile für diese medizintechnischen Anwendungen arbeitet das Unternehmen meist mit Heißkanalwerkzeugen. Gerade die Herstellung von Klein- und Kleinstteilen mit oft nur wenigen zehntel Gramm Schussgewicht erfordert eine sehr schnell ansprechende Heißkanalregelung. Sie muss auch bei sehr kurzen Einspritz- und Zykluszeiten die Schmelzetemperatur in engen Grenzen konstant halten.

Diese Anforderungen erfüllen die Regler der Gammaflux Europe GmbH, Wiesbaden. Deren kurze Abtastintervalle von nur 50 ms für die Temperatur in jeder Regelzone sind Voraussetzung, um z. B. auf den beim Einspritzen unvermeidlichen Temperaturanstieg durch Schererwärmung reagieren zu können. Die sehr schnelle Phasenanschnitt-Regelung ermöglicht es, die Heizleistung mit der Wechselstromfrequenz an den aktuellen Wärmebedarf anzupassen. Der bewährte PID²-Regelalgorithmus erkennt den Temperaturverlauf vorausschauend und vermeidet dadurch unerwünschte Temperaturschwankungen im Heißkanalsystem. Diese schnelle, präzise Heißkanalregelung ist eine wichtige Voraussetzung für die störungsfreie Produktion von reproduzierbar maßgenauen Präzisionsformteilen. Aus diesen Gründen setzt das Unternehmen schon seit geraumer Zeit weit überwiegend Heißkanalregler von Gammaflux zur Regelung der Temperaturen im Heißkanalsystem ein.

Der Heißkanalregler TTC 2100 von Gammaflux regelt und überwacht das
Heißkanalsystem eines Sechsfach-Werkzeugs mit 11 Heißkanal-Regelzonen
Bild: Gammaflux Europe, Wiesbaden-Erbenheim

Dazu kommen die praktischen Vorteile dieser Regler: Sie sind übersichtlich aufgebaut und besitzen eine klar strukturierte, weitgehend selbsterklärende Visualisierung. Beim Betriebspersonal findet die übersichtliche Reglerbedienung besonderen Anklang. Dazu kommt, dass die Regelkarten bei Bedarf leicht auszutauschen sind. Diese betrieblichen Erfahrungen untermauern auch die Ergebnisse einer Vergleichsuntersuchung von unterschiedlichen Heißkanalreglern: Die Gammaflux-Regler sind besonders bedienerfreundlich, sehr gut selbsterklärend und sehr schnell einsatzbereit, weil sie komplett vormontiert angeliefert werden [1].

Im Hinblick auf die hohen Sicherheitsanforderungen, die z. B. in der Medizintechnik, aber auch in der Fahrzeugbranche einzuhalten sind, bietet die Kommunikationsschnittstelle der Regler einen weiteren Vorteil: Zur Qualitätsdokumentation lassen sich die Einstell- und Messwerte der Heißkanalregelung für jede Regelzone an ein übergeordnetes System zur Betriebsdatenerfassung übermitteln und dort mit eindeutiger Zuordnung archivieren.

Regler erkennt Wärmeverlust beim Überspritzen

Bei einem Heißkanalwerkzeug trennt ein Luftzwischenraum das auf Schmelzetemperatur gehaltene Heißkanalsystem thermisch vom gekühlten Werkzeug. Durch Verschleiß, kleine Undichtigkeiten, feine Risse im Heißkanalverteiler oder nicht präzise aufsitzende Düsen kann Schmelze austreten und in den Raum zwischen Heißkanalsystem und Werkzeug eindringen. Dieses sogenannte Überspritzen des Werkzeugs, das allmählich fortschreitet, bemerkt das Bedienpersonal anfangs meist nicht, weil die Formteile noch sauber ausgeformt sind. Längerfristig führt die beim Überspritzen austretende Schmelze jedoch zu gravierenden Schäden am Heißkanalsystem - insbesondere an den Heizelementen, den Temperaturfühlern und der Verkabelung - sowie am Werkzeug selbst. Solche Schäden führen unweigerlich zu einem Produktionsstillstand und verursachen eine zeit- und kostenintensive Werkzeugreparatur.

Als Folge eines längere Zeit andauernden Überspritzens ist die Trennung
zwischen Heißkanalsystem und Werkzeug mit Schmelze gefüllt; dadurch
sind die Heizelemente und die Temperaturfühler zerstört, die Heißkanal-
Verdrahtung ist teilweise beschädigt

Bei manchen der im Unternehmen betriebenen Heißkanalwerkzeuge trat das Problem der Überspritzung auf, ohne dass bei der Werkzeugreparatur eine eindeutige Ursache dafür zu finden war. Dies macht es erforderlich, den Beginn des Überspritzens so rechtzeitig zu erkennen, dass noch keine Schäden am Werkzeug aufgetreten sind.

Die mit den Anwendungsmöglichkeiten der Heißkanalregler erfahrenen Experten von Gammaflux machten den Vorschlag, den sogenannten "Wattalarm" der Regler zur Früherkennung zu nutzen. Diese Funktion stellt eine Leistungsüberwachung dar; sie registriert Abweichungen von der Heizleistung, die eine Regelzone im Normalbetrieb aufnimmt. Um Einflüsse von kleineren, stets auftretenden Leistungsschwankungen zu unterdrücken, wertet der Regler für jede Regelzone die aufgenommene Heizleistung 100 Mal hintereinander aus und bildet einen Mittelwert. Über- oder unterschreitet diese mittlere Leistungsaufnahme einen einstellbaren Grenzwert - sinnvoll sind 10 bis 20 % -, setzt der Regler ein Alarmsignal.

Beim Überspritzen eines Werkzeugs bildet die austretende Schmelze eine Wärmebrücke zwischen dem Heißkanalsystem und dem gekühlten Werkzeug. Infolgedessen steigt der Heizleistungsbedarf an. Diesen Anstieg erkennt die Leistungsüberwachung bereits kurz nach dem Beginn des Überspritzens

Anzeigen am Bildschirm eines Gammaflux-Heißkanalreglers bei einem Anstieg der Heizleistung durch Überspritzen

1: Normalbetrieb, durchschnittliche Leistungsaufnahme 6,5 W,
2: Grenzwert für maximale Leistungsaufnahme 10 W,
3: Beginn des Überspritzens und Anstieg der Heizleistung,
4: Die Leistungsaufnahme von durchschnittlich 22,9 W hat den Alarm aktiviert,
5: Das Alarmfenster zeigt, dass die Heizzonen 6, 7 und 8 vom Überspritzen betroffen sind
Bild: Gammaflux, Wiesbaden-Erbenheim

Der Regler gibt den visuellen und/oder akustischen Alarm so rechtzeitig, dass erst eine geringe Schmelzemenge ausgetreten ist, die noch kein Schaden an Werkzeug und Verkabelung verursacht.

Die Leistungsüberwachung erkennt das Überspritzen bereits bei sehr geringem
Schmelzeaustritt, so dass noch keine aufwendige Werkzeugreparatur erforderlich ist.
Bild: Gammaflux, Wiesbaden-Erbenheim

Mitarbeiterschulung - Schlüssel zum Erfolg

Voraussetzung für eine erfolgreiche Anwendung der Leistungsüberwachung ist, wie der Instandhaltungschef des Unternehmens betont, eine gründliche Schulung der Mitarbeiter. Sie müssen

• verstehen, warum der Regler Alarm gibt,

Nur Mitarbeiter, die gut und umfassend informiert sind, erliegen nicht der Gefahr, einen Regleralarm zu ignorieren oder als "Fehlalarm" zu interpretieren. Darüber hinaus müssen sie sicher sein, dass die Meldung eines solchen Alarms ernst genommen wird und ihnen - selbst im Fall eines Fehlalarms - keinerlei Nachteile entstehen.

Unabhängig von solchen im Produktionsalltag nützlichen Reglerfunktionen ist, wie der Instandhaltungschef betont, ein guter und schneller Service für Heißkanalregler mindestens ebenso wichtig wie der Regler selbst: Gerade in einer dreischichtig arbeitenden Produktion darf kein Regler für längere Zeit ausfallen. Bei Störungen, die mit eigenen Mitteln und innerbetrieblichem Know-how nicht kurzfristig zu beheben sind, ist der Reglerhersteller gefragt. Er muss in der Lage sein, über eine zuverlässige, mit kompetenten Ansprechpartnern besetzte Hotline und mit schnell lieferbaren Ersatzteilen rasche Hilfe sicherzustellen - auch bei diesem Punkt erfüllt Gammaflux die Erwartungen des Unternehmens.

Literatur
1. Pichler, Michael: Praxisbericht "Heißkanalregler", Berufsakademie Horb am Neckar, 2001.

Der Autor dieses Beitrags
Benno Kippes ist seit 1997 Leiter Vertrieb und Marketing Europa der Gammaflux Europe GmbH, Wiesbaden-Erbenheim.

Gammaflux Europe GmbH (www.gammaflux.de), Wiesbaden-Erbenheim, ist die Europazentrale der Gammaflux L. P., Sterling, USA, einem der weltweit führenden Hersteller von Hochleistungs-Regelsystemen für Heißkanalwerkzeuge. Das Portfolio umfasst kleine, hochpräzise Regler für 2 bis 24 Regelzonen ebenso wie PC-basierte Hochleistungsregler für bis zu 640 Regelzonen.