Mit einem Plug-and-Play-System aus Sensoren mit magnetischer Befestigung, Heizband sowie einem durchdachten Anzeigegerät erleichtert Gefran die Kontrolle von Einspritzdruck und Düsenanlagekraft an den Einspritzdüsen von Kunststoffspritzgießmaschinen. Der entscheidende Vorteil: Statt bisher mehrerer Stunden dauert der Messvorgang inklusive Sensormontage nur noch 30 bis 60 Minuten.
Bruno Schläpfer, Thomas Brüser, Gefran
Elektrische und hybride Kunststoffspritzgießmaschinen erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, denn sie benötigen 30 bis 70 Prozent weniger Energie und arbeiten schneller, präziser sowie wiederholgenauer als rein hydraulische Maschinen. Um diese Vorteile zu nutzen, muss der Einspritzdruck, die wichtigste Prozessgröße im Kunststoffspritzguss, hochgenau geregelt und regelmäßig kontrolliert werden. Denn ist er zu niedrig, wird die Form nicht vollständig befüllt oder es ergeben sich Schwachstellen im Material. Ist er zu hoch, kommt es zu Überspritzen und damit zu Ausschuss.
Eine weitere kritische Größe ist neben dem Einspritzdruck die Düsenanlagekraft, also die Kraft mit der die Düse an das Werkzeug gedrückt wird. Ist die Düsenanlagekraft zu hoch, kann sie die Düse zerstören. Ist sie zu niedrig, kann es zu Undichtigkeiten kommen und Material austreten. Zur Sicherung einer gleichmäßigen Qualität und Prozesssicherheit ist eine regelmäßige Kontrolle und Justierung von Einspritzdruck und Düsenanlagekraft erforderlich.
Bei allen gängigen Messverfahren wird der Einspritzdruck im Betrieb indirekt gemessen und man muss ihn über eine entsprechende Umrechnung in der Steuerung ermitteln. Die dazu verwendeten Kraftsensoren wie z.B. Membranlastdosen bei elektrischen bzw. Drucksensoren bei hydraulischen Antrieb der Spritzeinheit müssen dabei regelmäßig mit dem tatsächlichen Einspritzdruck verglichen und ggf. durch entsprechende Steuerungsparameter korrigiert werden. Die dafür bisher eingesetzten Messsysteme sind groß und unhandlich. Für ihre Installation sind zwei Personen sowie mechanische Eingriffe in der Maschine erforderlich. Montage, Messung und Demontage nehmen bis zu acht Stunden in Anspruch. Da jeder Werkzeugwechsel eine erneute Messung erfordert geht hierfür und für jede weiter zusätzliche Messung wertvolle Zeit verloren.
Um dies zu vermeiden, entwickelte Gefran in enger Zusammenarbeit mit Herstellern von Kunststoffspritzgießmaschinen ein neuartiges System aus kompakten Sensoren, Magnetadaptern und einem Anzeigegerät für die direkte Messung von Düsendruck (IN-Sensor) und Düsenanlagekraft (DAK-Sensor). Die Sensoren werden je nach Bedarf einzeln oder miteinander verschraubt über einen Magnetadapter zwischen Spritzgießwerkzeug und Einspritzdüse montiert und über mitgelieferte Kabel an das Anzeigegerät angeschlossen. Einbau, Messung und Ausbau dauern nur noch maximal eine Stunde.
Sensor für die professionelle Messung
Der IN-Sensor für die Messung des Düsendrucks bis 4000 bar ist aus Stahl gefertigt und verfügt im Zentrum über eine konische Kavität, die während der Messung mit bis zu 400 °C heißem Kunststoff gefüllt wird. Damit der Kunststoff nicht sofort im kalten Sensor aushärtet, kann dieser über ein Heizband auf eine Temperatur von bis zu 230 °C gebracht werden. Das Heizband wird dabei wie der Sensor an das Anzeigegerät angeschlossen und von dort über einen Temperaturregler gesteuert. Eine Isolationsschicht zwischen Sensor und Magnetadapter ermöglicht die thermische Entkopplung der Maschinenteile. Die so erreichte gleichmäßige Temperaturverteilung im Sensor sorgt für akkurate Messergebnisse.
Für die Messung wird der Sensor mit dem Magnetadapter sowie bei Bedarf mit einem Düsenadapter verbunden und auf das Spritzgießwerkzeug montiert. Die Düsenadapter fertigt Gefran wahlweise in Stahl oder Messing. Da Messing weich und damit einfach zu bearbeiten ist, können Kunden die Adapter nachträglich noch an ihre Anforderungen anpassen. Gewinde auf der Ober- und Unterseite des Sensors erleichtern die Montage der Adapter. Anschließend wird die Düse aufgesetzt, Schmelze eingespritzt und dabei der Düsendruck gemessen. Dieser kann als Maximalwert im Anzeigegerät gespeichert und mit dem in der Maschine gemessenen Einspritzdruck abgeglichen werden.
Im Rahmen des Qualitätsmanagements nach ISO 9000 ist bei modernen vollelektrischen Spritzgießmaschinen die regelmäßige Messung der Düsenanlagekraft erforderlich. Der Hersteller bietet hierfür den DAK-Sensor an. Wie der IN-Sensor wird auch er einfach mit einem Magnetadapter verbunden, auf das Werkzeug gesetzt und mit dem Anzeigegerät verbunden. Anschließend wird die Einspritzdüse auf den Sensor gefahren und die dabei auftretende Kraft gemessen.
Bei Bedarf lassen sich Düsendrucksensor und Düsenanlagekraftsensor über einen Gewindestift mit einander verbinden und beide an das Anzeigegerät anschließen. So kann der Anwender in einem Einspritzvorgang sowohl die Düsenanlagekraft als auch den Düsendruck ermitteln. Entscheidend für die unkomplizierte Montage der Sensoren ist ihre Anbindung an die Maschine über den bereits erwähnten Magnetadapter.
Gefran bietet hier Adapter mit zwei verschiedenen Außendurchmessern an: Der 60-mm-Adapter kommt bei Standardanwendungen zum Einsatz, wenn die Aussparung für die Düse im Spritzgießwerkzeug oder in der Angussbuchse maximal 40 mm beträgt. Ist die Aussparung bzw. die Angussbuchse größer, kommt der 100-mm-Adapter zum Zug. Drei Magnete halten den Sensor stabil in Position. Hat der Zentrierring ebenfalls einen Durchmesser von 100 mm lässt sich der Sensor mit der Platte zentrieren.
Ein Anzeigegerät für austauschbare Sensoren
Zur Anzeige der Messgrößen dient ein Anzeigegerät mit Temperaturregler und Druckanzeige, an das sich beide Sensoren und das Heizband anschließen lassen. Das Gerät ist bereits voreingestellt. Damit handelt es sich um eine Plug-and-Play-Lösung für eine schnelle und nachprüfbare Messung. Optional gibt es einen Digitalausgang sowie einen USB-Adapter zur Übertragung der Messwerte an externe Systeme und PCs. Wird diese Option bestellt, erhält der Anwender kostenlos eine Auswert-Software. jg
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