12.1 Motivation
12.2 Ablauf des Kunststoffschweißens
12.2.1 Prozessparameter und Datenquellen beim Schweißen
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Angleichphase: Eine kombinierte Weg-Zeit-Messung überwacht, ob das Erreichen der Angleichposition immer gleich lang dauert. Eine Verzögerung könnte auf Probleme beim Antrieb (schwergängig), beim Material (falscher Kunststoff) oder bei der Heizelementtemperatur (zu niedrig) hinweisen. Ein zu schnelles Erreichen der Position deutet auf eine eventuelle Materialverwechslung oder eine zu hohe Heizelementtemperatur hin. Die Überwachung der Kraft oder der benötigten Antriebsenergie (Strom oder Luftdruck) ermöglicht eine weitere Einschränkung potenzieller Probleme. Wenn die benötigte Kraft bei einer verkürzten Angleichzeit geringer ist als bei den Vergleichsdaten, könnte die Viskosität des Kunststoffs niedriger sein (falsches Material oder zu hohe Temperatur).
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Anwärmphase: Direkt im Anschluss an die Angleichphase wird die Kraft an den Antrieben reduziert, damit die Wärme den Kunststoff in der Tiefe aufschmelzen kann, ohne die Schmelze weiter zu verdrängen. Der Verlauf der Anpresskraft in dieser Phase kann Aussagen über das Relaxationsverhalten des Kunststoffes, während das Material erweicht wird und schmilzt, liefern. Es ist jedoch aus dem bisherigen Erfahrungsschatz über das Kunststoffschweißen nicht gesichert, ob sich in dieser Phase Auffälligkeiten erkennen lassen, die eine Aussage über die Qualität der Schweißnaht erlauben.
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Umstellphase: Beim Umstellen werden die geschmolzenen Schweißstege der Bauteilhälften vom Heizelement abgelöst. Eine Kraftmessung ermöglicht die Messung und Überwachung der Ablösekraft. Durch eine Kombination mit der Wegmessung kann ein Kraft-Weg-Verlauf aufgezeichnet und analysiert werden. Es gibt jedoch keine Gewissheit darüber, ob diese Daten Aussagen über die Eigenschaften des Prozesses enthalten. Daher ist es im Rahmen des Projekts interessant, weitere spezifische Daten zu erfassen und mithilfe des vorhandenen Expertenwissens zu analysieren.
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Fügephase: In dieser Phase werden die geschmolzenen Schweißstege unter Druck zusammengepresst, um den Stoffschluss in der Schweißverbindung zu erzeugen. In dieser Phase werden ebenfalls Kraft-Weg- und Kraft-Zeit-Verläufe aufgezeichnet und analysiert. Hier können Einflüsse von Antrieben, Führungen, Temperatur der Schmelze und Werkstoffcharakteristika erkannt und charakterisiert werden.
12.3 Nachrüstung zur Datenerfassung mittels ARENDAR
12.3.1 Datenakquisition
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Startsignal zur Triggerung der Aufzeichnung über den Startknopf der Maschine (Bool)
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Wegsignal des Servoencoders am Achsantrieb des Oberwerkzeugs (Digital, Integer)
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Stromaufnahme des Servoantriebes in der SPS intern umgerechnet in einen Kraftwert (Digital, Integer)
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Kraftsignal einer in das Oberwerkzeug eingebauten Kraftmesszelle (Analog, Integer)
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Zwei Temperatursignale aus den Heizelementen für die obere und die untere Bauteilhälfte (Digital, Integer)
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Signal für Prozessende „EndeFügen“ aus der SPS-Schrittkette (Bool)