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Chancen der Prozessoptimierung mit integriertem Vakuumsystemen

27.04.2016 Vakuumsysteme steigern die Qualität der Gussteile, stiessen aber bislang an Grenzen. Doch nun bietet die integrierte SmartVac-Lösung von Bühler höhere Produktivität, mehr Flexibilität und lückenlose Rückverfolgbarkeit. Vakuumtechnik im Druckguss ist nichts Neues. Im Zusammenhang mit crash-relevanten Strukturteilen ist die Nachfrage in den letzten Jahren jedoch stark angestiegen, da die Technik entscheidend zur Verbesserung der Qualität beitragen kann. Es gibt verschiedene, kommerziell erhältliche Systeme am Markt, welche allesamt über externe Schnittstellen mit der Maschinensteuerung verbunden werden können. Diese Kommunikation erfolgt in der Regel über digitale Ein- und Ausgangskarten oder über Bus-Schnittstellen. Digitale, auf I/Os aufbauende Schnittstellen sind zwar kostengünstig, engen jedoch den Informationsaustausch zwischen den Systemen beträchtlich ein. Etwas besser sind in dieser Hinsicht Bus-Schnittstellen wie PROFIBUS oder PROFINET. Diese wiederum sind um einiges komplexer in der Handhabung und erfordern eine aufwendige Abstimmung zwischen den Steuerungen der Druckgiessmaschine und den peripheren Vakuumsystemen. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei den ausgetauschten Daten um Vakuumdrücke und Filterzustandsinformationen. Dennoch ist es für periphere Lösungen sehr schwierig relevante Informationen zwischen Druckgiessprozess und Evakuierungsvorgang in Echtzeit dem Anwender zusammengefasst und nutzbringend darzustellen. Kurz: die engere Einbindung des Vakuumsystems in die Druckgiessmaschine von heute ist oft durch die Schnittstelle eingeschränkt.

Damit aktuelle und auch künftige Anforderungen an Prozessüberwachung und Prozessdokumentation erfüllt werden, müssen die durch die Schnittstelle entstehenden Einschränkungen eliminiert werden. Der einfachste und effizienteste Weg hierbei ist, die Steuerung und Überwachung des Vakuumprozesses in die Maschinensteuerung zu integrieren. Die dadurch entstehenden, neuen Möglichkeiten verbessern die Handhabung und den Informationsfluss markant, wodurch die Produktivität gesteigert werden kann. Die Vorteile einer integrierten Lösung lassen sich dabei in folgende Hauptkategorien einteilen: Echtzeitdatenverarbeitung, Prozessrückverfolgbarkeit, Bedienerfreundlichkeit und Giessprozessoptimierung.

Echtzeitdatenverarbeitung und zentrale Datenspeicherung
Bühler Druckgiessmaschinen speichern zyklisch eine Vielzahl prozessrelevanter Parameter. Mit der Integration des Vakuumsystems in die Maschinensteuerung stehen nun auch alle vakuumrelevanten Prozessparameter zentral zur Verfügung. Diese werden dadurch automatisch und exakt dem entsprechenden Zyklus und damit dem entsprechenden Bauteil zugeordnet. Die Rückverfolgbarkeit des Gussteiles ist zu jedem Zeitpunkt sichergestellt. Des Weiteren lässt sich der Vakuumdruckverlauf direkt im Giessdiagramm der Maschine darstellen. Das erlaubt eine schnelle und bessere Beurteilung des Giessprozesses bei Prozessabweichungen, da alle relevanten Giessinformationen gleichzeitig im selben Diagramm dargestellt werden können. Die gesammelten Informationen können zudem einfach auf einem Netzwerkserver gespeichert werden. Darüber hinaus werden vakuumrelevante Informationen und Einstellungen direkt im Formprogramm gespeichert. Dadurch wird die Produktionsumstellung verkürzt und die Fehleranfälligkeit aufgrund unpassender Einstellungen des Vakuumprozesses minimiert.

Optimale Anwenderunterstützung
Durch die Einbindung des Vakuumsystems in die Druckgiessmaschine wird die Arbeit des Anwenders erheblich vereinfacht. So sind nicht mehr zwei unterschiedliche Systeme mit unterschiedlichen Anwendungsphilosophien, unterschiedlichen Steuerungen und unterschiedlichen Bedienoberflächen zu handhaben, sondern Aussehen und Verhalten sind gleich. Der gesamte Vakuumprozess lässt sich zentral steuern, überwachen und einrichten. Zyklische, vollautomatische Überwachungsfunktionen maximieren die Verfügbarkeit der Zelle. So werden beispielsweise die Filterzustände und deren Verschmutzungsgrad einzeln überwacht, was im Störfall ein rasches und gezieltes Handeln ermöglicht. Die Filter können aufgrund dieser Überwachung proaktiv ausgetauscht werden um die Störung und damit den Produktionsunterbruch aufgrund einer Filterverstopfung auszuschliessen.

Optimierung von Evakuier- und Giessprozess
Die Integration des Vakuumsystems in die Druckgiessmaschine bietet neue Möglichkeiten zur Prozessoptimierung. Die Bühler SmartVac Lösung erlaubt beispielsweise bis zu vier (4) Vakuumventile in der Form voneinander unabhängig und individuell zu steuern und zu überwachen. Es lassen sich sowohl selbstschliessende Thermoventile (Chill-Vents), als auch hydraulische Ventilstössel betreiben. Weitere Vakuumventil-Typen lassen sich mittels elektrischem 24V Signal ansteuern. Darüber hinaus ist eine neu entwickelte Evakuierungseinheit für die Giesskammer integriert. Optional kann der Auswerfer-Kasten der Form ebenfalls evakuiert werden. Zudem wird der Interessenskonflikt zwischen Evakuierungszeit und Füllungszeit der Kavität vom System berücksichtigt. Die Evakuierungsdauer der einzelnen Absaugstellen kann individuell gemessen werden. Im Zusammenhang mit der automatisch optimierten Vorfüllphase wird dem Bediener ermöglicht den Startpunkt der Evakuierung optimal zu setzen. Hierzu stehen dem Anwender verschiedene Algorithmen zur Auswahl welche sich per Tastendruck ganz einfach anwählen lassen. Dadurch wird die Wellenbildung der Schmelze in der Giesskammer und daraus folgende Lufteinschlüsse während der 1.-Phase auf ein Minimum reduziert. Nebenbei wirkt sich dies positiv auf den Wärmeverlust der Schmelze in der Giesskammer und die Zykluszeit aus. Das Zusammenführen der Funktionen in die Druckgiessmaschinensteuerung erlaubt den Vakuumprozess besser und einfacher den spezifischen Gegebenheiten anzupassen.

Das Bühler SmartVac System vereint die Ergebnisse moderner Vakuumtechnik mit langjähriger Erfahrung in der Optimierung von Giessprozessen und Produktionsabläufen. Dazu gehören ein stabiler und zuverlässiger Vakuumprozess sowie die einfache Handhabung der Zelle.

Einige Vorteile sind:
- Zusammenführung von Druckgiessmaschine und Vakuumsystem – die Visualisierung auf einem Bildschirm bietet eine erhebliche Vereinfachung der Handhabung der Vakuumanwendung.

- Schnelles und genaues Feedback bei Prozessabweichungen – erlaubt rasches Eingreifen für eine optimale Produktivität.

- Zustandsüberwachung von Vakuumsystem und Filter – ermöglicht eine spezifische und proaktive Wartung.

- Zentrale Prozess- und Überwachungseinstellungen des Vakuums sind im Formprogramm der Maschine gespeichert – erleichtert die Handhabung während des Produktionswechsels und minimiert potenzielle Fehlerquellen.

- Einfache Programmierung des Vakuumsystems – kleinerer Konfigurationsaufwand bei zusätzlichen Funktionalitäten.

- Optimierte Füllphase per Tastendruck – erhebliche Verbesserung der Teilequalität bei kürzeren Zykluszeiten.

- Flexibler und integrierter Betrieb unterschiedlicher Vakuumventil-Typen – thermische, sowie hydraulisch schliessende Ventile können direkt angesteuert werden.

- Rückverfolgbarkeit – automatische und exakte Zuordnung des erreichten Vakuumdrucks zum entsprechenden Bauteil.
Mit dem flexiblen und vollintegrierten Bühler Vakuumsystem können alle gebräuchlichen Vakuumventile direkt von der Druckgiessmaschine betrieben und überwacht werden. Zusammen mit den neuen Möglichkeiten der Prozessoptimierung, Prozessüberwachung und Prozessdokumentation setzt das Bühler SmartVac System neue Massstäbe in der Vakuumanwendung auf Kaltkammer-Druckgiessmaschinen.

Bühler Giesszelle mit integriertem SmartVac Vakuumsystem. Bühler Giesszelle mit integriertem SmartVac Vakuumsystem.

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