Entwicklung einer innovativen Regelungsstrategie für das Kaskadenspritzgießen zur Optimierung der Prozesskonstanz
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine Regelungsstrategie für das Kaskadenspritzgießen entwickelt, die auf servoelektrisch angetriebenen Heißkanalnadeln basiert. Ziel ist es, durch eine gezielte Steuerung des Werkzeuginnendrucks die Prozesskonstanz zu erhöhen und die Bauteilqualität nachhaltig zu verbessern.
Das Kaskadenspritzgießen ist das bevorzugte Verfahren bei der Herstellung von Bauteilen mit langen Fließweglängen und ohne sichtbaren Bindenähten. Beim Kaskadenspritzgießen treten neben Schwindung und Verzug, wie beim Standardspritzgießen, aufgrund der mehrfachen Anschnitte zusätzlich Fließmarkierungen, ein Überpacken in der Mitte des Bauteils oder die Polarisation bei Lichtanwendungen als Bauteilfehler auf. Wie der konventionelle Spritzgießprozess unterliegt auch das Kaskadenspritzgießen unvermeidbaren Störeinflüssen, wie die Verarbeitung unterschiedlicher Materialchargen, die eine veränderte Bauteilqualität bewirken. Bisherige Regelungssysteme erlauben es nicht, die Fluktuationen vollumfänglich auszugleichen.
© IKVZiel des Forschungsvorhabens ist es, eine Regelung des Werkzeuginnendrucks für das Kaskadenspritzgießen zu entwickeln, um die Prozesskonstanz und Bauteilqualität zu erhöhen. Mithilfe der Regelung sollen Viskositätsschwankungen ausgeglichen werden, die beispielsweise durch die Verarbeitung unterschiedlicher Rezyklatanteile auftreten.
An einem Einfachwerkzeug konnte in einem bereits abgeschlossenen Forschungsprojekt nachgewiesen werden, dass der Werkzeuginnendruck durch die Bewegung der Heißkanalverschlussnadeln geregelt und dadurch Schwankungen im Prozess ausgeglichen und somit die Prozesskonstanz gesteigert werden können.
Zu Beginn des Projektes wird aufbauend auf dem vorangegangenen Projekt die Geometrie der Verschlussnadeln optimiert, um die Regelgüte zu erhöhen. Dafür wird zunächst der Einfluss unterschiedlicher Öffnungshübe einer Verschlussnadel auf den Druckverlust im Heißkanal bei Variation der Heißkanalgeometrie untersucht und das Systemverhalten simulativ abgebildet. Anschließend wird die Nadelgeometire variiert, um die Druckverluste über einen möglichst großen Öffnungshub bei gleichzeitig geringer Scherung der Kunststoffschmelze einzustellen und somit die Basis für eine sensitive Regelung zu schaffen. Die geeignetste Nadelgeometrie wird experimentell validiert.
Im weiteren Verlauf soll mit der adaptierten Nadelgeometrie eine Regelungsstrategie entwickelt werden, welche den Werkzeuginnendruck im Anschluss an die Füllphase an einer Sensorposition durch die Anpassung der Öffnungshübe regelt. Dafür wird zunächst der Einfluss der unterschiedlichen, unabhängig voneinander durchgeführten Nadelbewegungen auf den Werkzeuginnendruck analysiert und in einem Ersatzsystem abgebildet. Daraus wird eine Gewichtungsfunktion herangezogen, welche im Anschluss eine einfache Parametrisierung der Regelung ermöglichen soll. Weiterhin wird die Regelung implementiert und praktisch erprobt. Dabei wird die Regelungsstrategie optimiert, sodass Viskositätsschwankungen der Kunststoffschmelze ausgeglichen werden können.
Zum Abschluss des Projektes wird die entwickelte Regelungsstrategie auf eine andere Probekörpergeometrie übertragen, um den Einfluss der Regelung auf die Bauteilqualität und die Prozesskonstanz unabhängig von der Geometrie beurteilen zu können.
Projektdaten und Förderung
Wir danken der AiF für die Förderung des IGF-Projekts (Forschungsvorhaben 22805N) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.03.2023 – 28.02.2025
Projektpartner
