Analysis, Implementation and Investigation of a Wireless In-Mold Sensor for Injection Molding

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Spritzgießen ist ein hochdynamischer Prozess, mit dem durch den Einsatz von Regelungstechnik hoch präzise reproduzierbare technische Spritzgussbauteile in Serienfertigung hergestellt werden. Für die Regelung des Prozesses sind Eingangsgrößen notwendig, die den Zustand des Prozesses über Sensoren detektieren. Diese Arbeit befasst sich mit der Auswertung, Implementierung und Untersuchung eines kabellosen Werkzeugsensors. Der als Schallsensor bezeichnete Sensor verwendet Körperschall als Übertragungsmedium. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Sensorkabel innerhalb des Spritzgusswerkzeuges zu verlegen, wodurch signifikante Vorteile entstehen. Der Schallsensor kann an (mehreren) vorher definierten und modifizierten Stellen im Werkzeug den Zeitpunkt der vorbeiströmenden Schmelzefront detektieren. Ein beweglicher Stift, z.B. ein Auswerferstift, wird durch den in der Schmelze vorherrschenden Druck beschleunigt, bis er auf einem Resonanzkörper auftrifft. Die Struktur des Resonanzkörpers wird in Schwingung versetzt und überträgt diese in den Metallkörper des Werkzeuges. Ein an der Außenfläche angebrachter Beschleunigungssensor zeichnet die Schwingungen auf und ermöglicht die Erkennung. Dadurch kann die zeitliche Position der Schmelzefront an den vordefinierten Stellen gemessen werden. Durch Verwendung unterschiedlich geformter Resonanzkörper ist eine gleichzeitige Erkennung und Unterscheidung an mehreren Positionen möglich. Zur Unterscheidung der aufgezeichneten Schwingungen wird Signalverarbeitung verwendet. Zusätzlich zu zwei klassischen Signalverarbeitungs- Verfahren wurde ein neuer Ansatz entwickelt unter Verwendung linearer Algebra, Frequenz-Muster Methode genannt. Die neue Methode ermöglicht unter Anwendung der Methode der kleinsten Fehler-Quadrate eine Approximation für die Erkennung des Zeitpunktes, an dem die Resonanzstruktur angeregt wurde. Die Signalverarbeitung verwendet diskrete orthogonale Polynome sowie Basis-Funktionen mit implementierten Randbedingungen. Zusätzlich ermöglicht die neue Methode die Berechnung der Kovarianz-Fortpflanzung, wodurch die Unsicherheit mit Hilfe der invertierten Student-t-Verteilung berechnet werden kann. Somit kann der Zeitpunkt der vorbeifließenden Schmelze mit einem Vertrauensintervall bestimmt werden, das besonders im Bereich der Messtechnik wichtig ist. Experimentelle Ergebnisse beweisen die gute Funktionalität des neuen Sensorkonzeptes. Dabei wird das Sensorsystem konventioneller Sensorik gegenübergestellt und verglichen. Im Allgemeinen weist das neue Sensorkonzept mindestens gleich gute Messwerte im Bereich der Ansprechzeit auf wie herkömmliche Werkzeug-Sensorik. Die Ansprechzeit ist dabei eine der wichtigsten Größen im Bereich der Schmelzefrontdetektion. Der Schallsensor wurde mit dem neu entwickelten Auswerteverfahren Frequenz-Muster Methode in einem Langzeitversuch getestet und zeigte zuverlässige automatische Schmelzefront Erkennung mit einem beziehungsweise mehreren implementierten Resonatoren.

Details

Titel in ÜbersetzungAnalyse, Implementierung und Untersuchung eines kabellosen Werkzeugsensors für Spritzgießen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2014