Konkrete Lösungen im Bereich der vernetzten Produktion – Industrie 4.0 – in der Elastomerverarbeitung werden auf der K 2019 präsentiert.
Bildquelle: alle Klöckner Desma Elastomertechnik

Konkrete Lösungen im Bereich der vernetzten Produktion – Industrie 4.0 – in der Elastomerverarbeitung werden auf der K 2019 präsentiert.
Bildquelle: alle Klöckner Desma Elastomertechnik

Die nachfolgend beschriebene Lösung zeigt die ressourcenoptimierte Simulation der Kaltkanal-/Werkzeugauslegung mit Prozessvisualisierung. Der vom Formeninnendruck geregelte Kaltkanal-Einspritzprozess wird kombiniert mit dem Traceability-Tool Smart Trace, welches als Identträger einen druck- und temperaturfesten RFID-Chip, den Smart Ident, nutzt.
Die vollautomatisierte Herstellung von elastomeren Form- und Gummi-/Metallteilen im Spritzgießverfahren setzt eine im Prozess nachhaltige und idealerweise nacharbeitsfreie Formgebung voraus. In enger Zusammenarbeit mit den Unternehmen aus der Elastomerverarbeitung und der hauseigenen Projektabteilung, wird das Projekt bis in das kleinste Detail durchdacht und ausgearbeitet. Mit speziell entwickelten Software-Tools wie der Cool App und dem Smart Flow können bereits vorab, Prozessvisualisierungen durchgeführt und somit kritische Punkte genauer betrachtet werden.

Inhouse Fließsimulationsberechnungen für Spritzgießformen oder Spritzgießprozesse

Mit Smart Flow bietet Desma erstmals inhouse Fließsimulationsberechnungen für Spritzgießformen oder Spritzgießprozesse an. Hierbei wird als Eingabematrix für den zu simulierenden Spritzgießprozess die Bedienoberfläche der neuesten Prozessvisualisierung DRC 2030 TBM verwendet. Ziel dieser neuen Dienstleistung ist es Optimierungsschleifen von Versuchs- oder Serienformen deutlich zu reduzieren und die Einführung neuer Produktionsverfahren zu beschleunigen.

Automatisierungslösungen realitätsnah simuliert

Kaltkanal mit hydraulischen nadelförmigen Verschlussdüsen.

Kaltkanal mit hydraulischen nadelförmigen Verschlussdüsen.

Automatisierungslösungen werden bereits in der Projektierungsphase dreidimensional und auf Wunsch realitätsnah simuliert. Die Automatisierungsabteilung kann die komplette Roboteranimation und Roboterprogrammierung samt Einbindung in Maschinen und dazugehörige Formenkonzepte für Neuanlagen und Nachrüstungen projektieren, simulieren und komplett realisieren. Durch den Datenzugriff auf alle Komponenten – Maschine, Form, Kaltkanal – und durch das Automatisierungskonzept ist eine beinahe realitätsgleiche Funktionsabbildung und Störkantenbetrachtung, sowie räumliche Situationsbetrachtung aus allen Blickwinkeln möglich. Zugleich wird das Roboterprogramm generiert. Sollte eine Versuchsform benötigt werden, stehen im Technikum, Experten rund um die Spritzgießmaschine zur Verfügung, um Versuche durchführen und gegebenenfalls auch Kleinserien zu produzieren.

Hydraulische und elektrische und Kaltkanaltechnik für stabile Prozesse

Die Flow Control Kaltkanaltechnik ist eine fortschrittliche Technologie, um durch Direktanspritzung Abfall auf nahezu null Prozent zu reduzieren. Das ermöglicht eine ressourcenschonende Produktion. Um dem Bedarf vieler Elastomerverarbeiter nach hydraulikfreien Kaltkanalsystemen nachzukommen, wurde das System zu einem Verschlussdüsenkaltkanal weiterentwickelt, der elektrisch angetrieben wird.

Kaltkanal mit elektrisch betriebenen Nadelverschlüssen.

Kaltkanal mit elektrisch betriebenen Nadelverschlüssen.

Die Bewegung der Nadeln erfolgt beim E-Drive Kaltkanal über einen Schrittmotor, der in der Lage ist im Zehntel-Millimeterbereich die Nadel zu positionieren. Die Auswertung der Bewegung findet direkt am Motor, über einen Decoder statt. Der E-Drive Kaltkanal hat nicht nur den großen Vorteil, dass er vollelektrisch angetrieben wird und somit den Ein- und Ausbau, sowie Wartungsarbeiten extrem erleichtert. Sondern auch den Vorteil, dass alle Meldungen, die der Motor ausgeben kann, über das Bediengerät angezeigt werden können. Das macht den Prozess sicherer und somit auch stabiler. Denn der Bediener wird direkt darüber informiert, sollte eine Düse nicht ordnungsgemäß geöffnet oder geschlossen werden. Des Weiteren ermöglicht die flexibel einstellbare Position der Nadel, dass während dem Einspritzvorgang durch langsames Schließen gegen Ende des Prozesses Friktionswärme erzeugt werden kann. Natürlich lassen sich auch beim E-Drive Kaltkanal alle Nadeln einzeln öffnen und schließen. Somit ist weiterhin gewährleistet, dass mit einem Einspritzvorgang mehrere unterschiedliche Volumina/Düse in einer Form abgedeckt werden können. Ebenfalls können im Falle von defekten Nestern, einzelne Nadeln komplett abgeschaltet werden, um so ein oder mehrere defekte Nester kompensieren zu können.
Ein weiteres Tool, um den Spritzgießprozess zu optimieren ist die Pressure Sense Technologie von Desma. Die Technologie lässt sich sowohl mit einem Flow Control Kaltkanal, sowie mit einem E-Drive Kaltkanal verwenden und ermöglicht so dem Verarbeiter eine wesentliche Erleichterung, hinsichtlich Prozessstabilität und Parametrierung. Erstmals ist es möglich einen bediener-unabhängigen Closed Loop zu schaffen und so die Parametrierung auf ein Minimum zu reduzieren sowie automatisch die Prozessstabilität zu erhöhen. Das Verfahren arbeitet mit hochsensiblen Drucksensoren, die in den einzelnen Kavitäten positioniert werden und die gemessenen Forminnendrücke an die Steuerung übermitteln. Wird der eingestellte Druck an der jeweiligen Kavität erreicht, wird die dazugehörige Nadel geschlossen. Der große Vorteil dieses Verfahrens liegt in der selbständigen Nachstellung des Füllvolumens. Das heißt: Egal wie viel das Material gerade fließt, nach jedem Einspritzvorgang sind die Formnester akkurat befüllt. Dies erleichtert eine dauerhaft gratarme Produktion erheblich und bietet gute Bedingungen für die Artikelentnahme via Roboter. Ohne eine solche Druckregelung ist es praktisch unmöglich, dauerhaft eine exakt gleiche Befüllung aller Formnester zu erreichen. Zu sehr hängt das Ergebnis von weiteren Faktoren ab, die sich kaum beeinflussen lassen, beispielweise die Fließfähigkeit der Masse (Chargenschwankungen), Bedienzeit- oder Temperaturschwankungen. Durch diese Erleichterung kann sich der Einrichter voll auf die wesentlichen Prozessoptimierungen konzentrieren, wie Entlüftung, Zykluszeit, etc.

Traceability-Tool zur Nachverfolgung bringt Sicherheit

Im Wandel der Zeit wird es für viele Elastomerverarbeiter zwingend notwendig, ihre produzierten Gummiteile rückverfolgen zu können. Zum einen geht es den Herstellern vermehrt um die Rückverfolgbarkeit bei Sicherheitsteilen, Qualitätsstandards für hochpreisige Teile und immer häufiger auch um das Thema Plagiatsschutz. Die Kriterien zur Rückverfolgbarkeit: Wann, wo und von wem wurde der Artikel hergestellt oder verarbeitet? Wo wurde der Artikel und das Einlegeteil gelagert, wie und wann wurde der Artikel transportiert und verbraucht? Diese Fragen bilden die technische Grundlage für die intelligente und digitale Vernetzung im industriellen Umfeld und weiter im IoT (Internet of Things). Unterschiedliche Arbeitsstationen verschmelzen zu einem Prozess und können zentral gespeichert, analysiert und dokumentiert werden. Unterschieden wird in diesen Fällen zwischen Stromaufwärts- und Stromabwärtsverfolgung. Beim Upstream-Tracing geht es um die Rückverfolgung vom Kunden zum Händler und seinem Lieferanten, wobei es beim Downstream-Tracing um die Rückverfolgung der Ware bis hin zum Hersteller geht. In vielen Fällen sind beide Wege erforderlich, um zum einen das schadhafte Produkt rückverfolgen zu können und im zweiten Schritt dann präventiv Vorkehrungen zu treffen, weitere schadhafte Teile ausfindig zu machen und gegebenenfalls eine Rückrufaktion zu veranlassen.

Maschinensteuerung per Display an der Spritzgießmaschine.
Bildquelle: Klöckner Desma Elastomertechnik

Maschinensteuerung per Display an der Spritzgießmaschine.
Bildquelle: Klöckner Desma Elastomertechnik

Ohne ein Tool zur Rückverfolgbarkeit, wie zum Beispiel das von Desma angebotene Smart Trace & Smart Ident ist eine Rückrufaktion nahezu unmöglich und des Weiteren auch sehr kostspielig. Vermehrt kommt es immer wieder vor, dass sich Plagiate unter die Originalteile mischen und Störungen verursachen. Mit dem Smart Ident zur Rückverfolgbarkeit, kann der Hersteller seine Teile genau identifizieren und somit gegenüber dem Kunden beweisen, dass es sich bei dem defekten Bauteil nicht um sein Produkt handelt.
Was muss alles beachtet werden, um die Rückverfolgbarkeit in einen Produktionsprozess zu integrieren? Im ersten Schritt geht es darum jedes Bauteil mit einem aufgebrachten Code oder einem temperaturfesten Smart Ident RFID Chip zu versehen. Ob dabei das Einlegeteil oder das Fertigteil verwendet wird, spielt in diesem Fall keine Rolle. Bei einem Prozess mit Einlegeteilen macht es durchaus Sinn, bereits bei der Herstellung der Einlegeteile einen aufgebrachten Code oder Smart Ident RFID Chip anzubringen. Dadurch kann der komplette Prozess von Anfang bis Ende überwacht und es können falsche oder defekte Einlegeteile beim Einlegen in die Spritzgussmaschine erkannt und aussortiert werden. Genauso kann jeder einzelne Prozessschritt erfasst und dokumentiert werden bis zum fertigen Endartikel. Versuche haben gezeigt, dass es ebenfalls möglich ist, einen aufgebrachten Code auf einer schwarzen Oberfläche zu Lasern und dies mit einem handelsüblichen Scanner auszulesen. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten in nahezu allen Bereichen der Elastomerverarbeitung. Ist der erste Schritt hinsichtlich der Platzierung eines Codes oder eines Smart Ident RFID-Chips erfüllt, geht es um die Festlegung der zu speichernden Daten. Es kann nahezu jeder erfasste Wert abgespeichert werden. Zu den bereits vorhandenen Daten aus der Produktion der Einlegeteile, werden nach der Artikelentformung aus der Spritzgießmaschine, die Produktionsdaten ebenfalls abgespeichert. Im nächsten Schritt können dann die Daten aus der Qualitätsüberprüfung abgespeichert werden. Anhand dieser gesammelten Daten, lässt sich die komplette Produktionskette auswerten, analysieren und dokumentieren. Ob das MES die Daten nun lokal auf einem Server speichert oder diese mit Smart Trace auf einer Weboberfläche angezeigt werden, ist den Herstellern überlassen.
Warum ist die Rückverfolgbarkeit so enorm wichtig? Bei gezieltem Rückruf von sicherheitsrelevanten Komponenten können entstehende Kosten deutlich reduziert und gleichzeitig eine Qualitäts- und Prozessverbesserung erreicht werden.

K 2019 Halle 16 Stand F56

Über die Autoren

Alexander Schulte

Project Engineering,
Klöckner Desma Elastomertechnik, Fridingen

Manuel Stricker

Project Engineering,
Klöckner Desma Elastomertechnik, Fridingen