Selbstoptimierende Prozessregelungsstrategien für eine hochsegmentierte Werkzeugtemperierung beim Spritzgießen

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Der Druck und die Temperatur in der Kavität beim Spritzgießen korrelieren direkt mit dem spezifischen Volumen des Materials. Dieser materialspezifische Zusammenhang wird in pvT-Diagrammen dargestellt. Die darauf basierende pvT-optimierte Prozessführung gilt als optimale Prozessführung beim Spritzgießen zur Minimierung des Verzugs. Zurzeit erfolgt die optimale Prozessführung nach dem pvT-Konzept anhand von Prozessdaten (Druck, Temperatur etc.), die für einen lokalen Punkt im Spritzgießwerkzeug ermittelt werden. Soll das Spritzgießbauteil an jedem Punkt entlang des Fließwegs pvT-optimiert hergestellt werden, erfordert dies eine Möglichkeit zur Kompensation des Druckverlusts, der sich entlang des Fließwegs entsprechend der Fließwiderstände ergibt. Für eine solche Kompensation soll die Temperierung über den Fließweg als zusätzliche Stellgrößen zur Regelung der Prozessgrößen einbezogen werden. Ziel einer solchen Erweiterung der Prozessführung ist es, die Eigenspannungen, die durch lokal unterschiedliche Prozessführung entstehen, zu vermeiden und eine Verzugsminimierung durch gleichmäßige lokale Bauteilschwindung zu erhalten.

Die Untersuchungen zu dieser Prozessführung sollen durch ein neuartiges Werkzeugkonzept realisiert werden, bei dem eine hohe Anzahl kleiner Kühlkreisläufe genutzt wird, um eine lokal unterschiedliche Temperierung zu erreichen (eine so genannte Rastertemperierung). Darüber hinaus soll dieses komplexe System aus vielen Systemelementen als selbstoptimierendes System implementiert werden, indem das Verhalten des Gesamtsystems durch die Zielvorgaben einzelner Systemelemente (Regelungselemente für die Temperierung und Regelung des Werkzeuginnendrucks) an die globale Zielgröße Verzug angepasst wird. Das Teilprojekt teilt die wissenschaftliche Fragestellung in drei Teilbereiche auf. Da diese verschiedenen Teilbereiche komplexe Abhängigkeiten besitzen, sollen sie integrativ beantwortet werden. Im ersten Teilbereich soll übergeordnet die Prozessführung von Druck und Temperatur beim Spritzgießen lokal über dem Fließweg untersucht werden, um Eigenspannungen, die durch eine lokal unterschiedliche Prozessführung entstehen, zu minimieren und damit eine konstant hohe Formteilpräzision zu erhalten. Dieser Teilbereich erfordert Analysen zu konstruktiven Fragestellungen.

Im zweiten Teilbereich soll eine integrative Konstruktion der Temperierung, des Werkzeugs und der Sensorik analysiert und umgesetzt werden, um unter Berücksichtigung der Prozessführungsstrategie eine Rastertemperierung zu realisieren. Aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge in einem solchen System, ergeben sich die informationstechnische Herausforderungen.

Im dritten Teilbereich soll daher ein selbstoptimierendes System untersucht werden, das die Temperierung des Prozesses beeinflusst und sie im Sinne der Minimierung des globalen Verzugs eigenständig regelt.

Die zu untersuchende Prozessführung entlang des Fließwegs soll in der ersten Projektphase analysiert werden. Dafür soll ein Spritzgießwerkzeug mit einer einfachen Formteilgeometrie analysiert, verstanden, konstruiert und gefertigt werden, dass Temperierelemente für eine selbstoptimierende Prozessführung enthält. In den folgenden Projektphasen sollen die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Systemelementen, wie der Werkzeuginnendruckregelung und den Temperierelementen verstanden werden, um sie in der dritten Projektphase beherrschen und damit kompensieren zu können.

  Werkzeughälfte mit integrierter segmentierter Werkzeugtemperierung Urheberrecht: SFB 1120

Werkzeughälfte des entwickelten Spritzgießwerkzeuges zur Analyse von Regelungskonzepten für eine dynamische lokale Formteiltemperierung.

 
 
B3 -3- Videos, Animationen, Bilder
 

Aufheizversuch der Werkzeugtemperierung, bei dem die verfügbaren Temperierzonen sequenziell aufgeheizt werden.