Entwicklung und Untersuchung einer Strategie zur Regelung des Werkzeuginnendrucks durch Anpassung des Fließquerschnitts im Heißkanal

Die Robustheit und die Stabilität des Spritzgießprozesses durch das Regeln des Werkzeuginnendrucks zu erhöhen, ist mittlerweile Stand der Technik und wurde von vielen Untersuchungen belegt. Bisherige Strategien regeln bspw. den Werkzeuginnendruck. Aufgrund des komplexen Materialverhaltens von Kunststoffen kann nicht auf Standardregler zurückgegriffen werden. Das Materialverhalten von Kunststoffschmelzen ist zeit-, druck- und temperaturabhängig, sodass höhere Regelungsstrategien verwendet werden müssen. Obwohl die Regelungen die Formteilqualität verbessern und eine höhere Reproduzierbarkeit ermöglichen, werden die Werkzeuginnendruckregelungen in der industriellen Praxis kaum eingesetzt. Die bestehenden Hürden sollen durch die Entwicklung einer Heißkanaldruckregelung überwunden werden. Mit den präsentierten Ergebnissen soll die Forschungsfrage beantwortet werden, ob durch das Anpassen des Fließquerschnitts im Heißkanal durch die Nadelbewegung der Werkzeuginnendruck in dem Maße beeinflussen kann, dass natürliche Schwankungen im Prozess ausgeglichen werden können. Dafür wird anhand von Versuchen überprüft, in wieweit durch das Zufahren der Nadel der Werkzeuginnendruck reduziert wird. Anschließend wird bei einer Langzeitüberwachung des Prozesses durch einen Vergleich zwischen der konventionellen Maschinenregelung und der Heißkanaldruckregelung die Robustheit und die Stabilität untersucht. Final werden durch Störungen Schwankungen im Prozess provoziert, die durch verschiedene Standardregler anhand einer Sollkurve ausgeregelt werden, um das Potenzial der Heißkanaldruckregelung zu untersuchen. Das Regelverhalten wird anhand der aufgezeichneten Werkzeuginnendruckkurven, dem mittleren Werkzeuginnendruck sowie dem Formteilgewicht untersucht.
Obwohl die Strategie aufgrund noch Schwächen aufweist, kann auf Basis der Ergebnisse eine Antwort auf die Forschungsfrage erarbeitet werden. Durch den Nadelweg kann beim verwendeten Versuchsaufbau der Werkzeuginnendruck um bis zu 50 bar reduziert werden. Die vorgegebene Sollkurve kann durch einen PID-Regler nachgeregelt werden und die Prozessstabilität kann erhöht werden. Die Standardabweichung der Bewertungskriterien verringert sich im Vergleich zur konventionellen Prozessführung bei der Regelung am angussfernen Sensor.
Insgesamt kann die Regelstrategie den Spritzgießprozess verbessern. Da durch die Anpassung des Fließquerschnitts der Druck in der Kavität nur reduziert werden kann, muss von der Maschine ein höherer Nachdruck bereitgestellt werden. Mögliche Verfeinerungen der Regelstrategie sollen in Zukunft die niedrige Nadelgeschwindigkeit und die Vernachlässigung des Materialverhaltens berücksichtigen.