Abmusterung von Spritzgießwerkzeugen

1	Einführung

1.1	Warum eine Werkzeugabmusterung?

Eine Werkzeugabmusterung findet in einem Spritzgießunternehmen bei jedem Neuwerkzeug, einem Materialwechsel oder einer Werkzeugkorrektur statt. Die Abmusterung eines Werkzeuges hat folgende Gründe:

• Mechanische Mängel des Spritzgießwerkzeuges zu erkennen und gezielt zu beheben.

• Die Prozessparameter strategisch und analytisch zu ermitteln, zu dokumentieren und zu archivieren.

• Die optisch und maßlich geforderte Spritzteilqualität zu erhalten.

• Eine optimale Zykluszeit zu erreichen.

• Eine maschinenschonende bzw. verschleißreduzierte und energieeffiziente Serienproduktion zu realisieren.

1.2	Ablauf der Werkzeugabmusterung

Die Werkzeugabmusterung ist ein komplexer Prozess, da unterschiedliche Abteilungen im Unternehmen ineinandergreifen. Die unterschiedlichen Abteilungen müssen gemeinsam zum richtigen Zeitpunkt funktionieren, um effektiv den Abmusterungsprozess zu steuern. Das stellt jedes Unternehmen vor eine fachliche und logistische Herausforderung. Um Ihnen das Lernen bzw. Arbeiten mit diesem Fachbuch zu erleichtern, wurde mit Hilfe eines Flussdiagramms (Bild 1.2) der Abmusterungsprozess übersichtlich dargestellt. Dieser Ablauf wird in den nachfolgenden Kapiteln systematisch behandelt.

1.3	Problemstellung Zeitfaktor bei der Abmusterung im Unternehmen

In einem Spritzgießunternehmen binden die Werkzeugabmusterungen Ressourcen einer Spritzgießmaschine. Das bedeutet, dass in der Abmusterungszeit keine Serienproduktion von Spritzteilen stattfinden kann. Folglich kommt es in Unternehmen häufig dazu, dass nur eine sehr grobe und nicht optimale Maschineneinstellung mit mangelnder Werkzeug- sowie Prozessoptimierung in der Serienfertigung verwendet wird, um kurzfristig Zeit zu sparen.

Die Grundhaltung, schnell eine einigermaßen akzeptable und oberflächliche Optimierung des Prozesses und des Werkzeugs zu realisieren, um damit Ressourcen für die Serienfertigung zu erhalten, wird Sie mit vielen Problemen in der späteren Serienproduktion wieder einholen.

Das Werkzeug geht durch diese Methode zwar schneller aus dem Abmusterungsprozess in die Serienfertigung über, es kann jedoch zu starken Schwankungen im späteren Serienprozess kommen. Höhere Ausschussquoten und Kundenreklamationen, die automatisch zu höheren Produktionskosten beitragen, sind die Folge. Dieses Phänomen ist ein Grundproblem einer jeden Abmusterung. Folglich stehen diese im Abmusterungsprozess eingesparten Ressourcen in keinem Verhältnis zu den verlorenen Ressourcen in der späteren Serienproduktion.

Im nachfolgenden Praxisbeispiel möchte ich Ihnen anhand eines einfachen Rechenbeispiels aufzeigen, wie wichtig eine saubere, zeitintensive und strukturierte Abmusterung für Ihr Unternehmen sein kann.

Sie sehen, dass ein optimal geführter Abmusterungsprozess sehr stark zu Ihren Maschinenressourcen beiträgt. Aufgrund des gezeigten Praxisbeispiels möchte ich Ihnen in diesem Fachbuch einen möglichen Weg aufzeigen, wie Sie eine Abmusterung nachhaltig durchführen und durch strukturierte und systematische Vorgehensweisen die Abmusterung zeitsparend erzielen können.

1.4	Energieeffizienz beginnt beim Abmustern

Jedes moderne Spritzgießunternehmen sollte das Ziel verfolgen, seine Produktionskosten auf ein Minimum zu reduzieren und damit seine Produktionseffizienz kontinuierlich zu steigern. In diesem Abschnitt möchte ich Ihnen aufzeigen, welche Maschineneinstellfehler in der Praxis sehr häufig zu sehen sind und wie sich diese auf den Energiebedarf eines Spritzgießprozesses negativ auswirken können. Des Weiteren möchte ich Ihnen erläutern, wie Sie durch eine bereits in der Abmusterungsphase optimierte Maschineneinstellung sehr viel zur Energieeffizienz im Spritzgießprozess beitragen können. Die energieeffizientere Maschineneinstellung hat den großen Vorteil, dass diese Maßnahmen einfach und vor allem kostenneutral an der Spritzgießmaschine umgesetzt werden können.

In den vergangenen Jahrzehnten beschränkten sich die Anforderungen in den kunststoffverarbeitenden Unternehmen auf die Wirtschaftlichkeit und Qualität des Spritzteils. In der Gegenwart spielen noch weitere Anforderungen, wie die Einsparung von Energie und CO2, eine entscheidende Rolle (Bild 1.3).

Im folgenden Bild 1.4 ist zu sehen, wie sich die Strompreise für Industriestrom in den letzten Jahren mehr als verdoppelt haben, dieser Trend wird sich fortsetzen.

Um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es aufgrund der steigenden Strompreise wichtig, den Strombedarf im Spritzgießprozess bei gleichbleibender Zykluszeit und Qualität zu senken. Weiter werden in naher Zukunft die großen Konzerne neben niedrigen Stückpreisen mit hoher Qualität auch auf eine optimale CO2-Bilanz bei der Produktion der Spritzteile achten müssen.

1.4.1

Energie- und Leistungsflüsse einer Spritzgießmaschine

Um einen Spritzgießprozess energieeffizienter zu gestalten, müssen zunächst einmal die Energie- und Leistungsflüsse im Spritzgießprozess betrachtet werden. Hier muss geklärt werden, wo die sogenannten Stromfresser liegen und im Anschluss, mit welchen Maschineneinstellparametern ein Einfluss auf den Stromverbrauch erzielt werden kann.

Das Bild 1.5 zeigt die Energie- und Leistungsflüsse einer hydraulischen Spritzgießmaschine (SGM), welche im Spritzgießprozess zugeführt oder von der Maschine abgeführt bzw. über Verluste an die Umgebung abgegeben werden.

Aus den Energie- und Leistungseinflüssen ist zu erkennen, dass die sogenannten Stromfresser im Spritzgießprozess bei der Schließeinheit, als auch an der Plastifiziereinheit liegen. Um zu veranschaulichen, welche Maschineneinstellparameter hierbei Einfluss nehmen, wird am Beispiel einer hydraulischen Spritzgießmaschine über den Spritzzyklus (Bild 1.6) der Energieverbrauch aufgezeigt.

In diesem Beispiel ist die Leistungsaufnahme des Antriebes über der Zeit (Spritzgießzyklus) graphisch dargestellt. Betrachtet man den Kurvenverlauf, so ist zu erkennen, dass die Plastifizierphase insgesamt die größte Energie benötigt. Weiter treten kurzzeitige Leistungsspitzen bei den Werkzeugbewegungen und der Zuhaltekraft (Druckaufbau Schließeinheit) auf. Der Nachdruck ist neben der Restkühlzeit ein weiterer entscheidender Energieverbraucher im Spritzgießzyklus. Auch die Heizung verbraucht im Prozess Energie, die z. B. mit Hilfe einer Zylinderisolation gesenkt werden kann. Die Leistungsaufnahme der Steuerung ist konstant jedoch vernachlässigbar, da diese kein entscheidender Energieverbraucher im Spritzgießzyklus ist.

In den nächsten Abschnitten möchte ich erklären, wie Sie in der Praxis mit der richtigen Vorgehensweise die Maschineneinstellparameter optimieren können, um Energie einzusparen.

1.4.2

...