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3. Hachtel Technologietag, Hammerschmiede, Königsborn, 2015-12-02

Das intelligente Spritzgießwerkzeug (zukünftige Werkzeugtechnologien) Prof. Dr. Thomas Seul

Bild 1

•  Mitglied im Rektorat der Hochschule Schmalkalden Prorektor für Forschung und Transfer

•  Präsident Verband Deutscher Werkzeug- und Formenbauer e. V.

Vita Prof. Dr.-Ing. Thomas Seul



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Aktuelle Entwicklung

des europäischen

Werkzeug- und Formenbaus



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Er lief und lief und lief … 65 Jahre lang!

§  VW Käfer -  Production period: 1938-2003 -  Built vehicles: 21.529.464

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Das Spiel wird schneller und unübersichtlicher …

§  VW Golf -  Production period: 1974 – 2015 -  Built vehicles: > 30.000.000

-  Model variants: Hatchback, Diesel, GTD, GTI, Carat, Limited, Rallye, CrossGolf, Fire & Ice

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Golf I 1974-1983 6.600.000

Golf II 1983-1992 6.300.000

Golf III 1991-1997 4.805.900

Golf IV 1977-2003 4.920.000

Golf V 2003-2008 3.270.000

Golf VI 2008-2012 2.850.000

Golf VII Seit 2012 > 1.000.000



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Mehr Komplexität und Präzision in den Prozessen

Total Integrated Manufacturing Foto: ZAHORANSKY AG, Todtnau-Geschwend

Plastic-Metal-Hybrid-Technology Foto: wezi-mould, Dillenburg



Bild 6

MA-Situation der WZB in der BRD

1% > 100 MA 19 % > 20 MA 80 % < 20 MA

Werkzeug- und Formenbauten in D

Quellen: VDWF



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Eigensituationsanalyse Prozesse



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Eigensituationsanalyse Prozesse im Werkzeugbau

Stärken: §  Moderne Produktionsstrukturen §  Schnelle Anpassung der Prozesse in

Fertigungsstrategien

Schwächen: §  Abhängig von Unternehmensgröße

und Branche sind häufig keine FuE-Strukturen vorhanden

§  Das Qualitätsmanagement (QM) wird teilweise als Beiwerk gesehen und nicht selbstverständlich in die Produktionsprozesse eingebunden (wichtig: QM ≠ QS). Qualitätsrelevante Aktivitäten beschränken sich häufig allein auf die Qualitätssicherung (QS)

§  Teilweise kein durchgängiges strukturiertes Vorgehen von Beginn der Projektierung an



Bild 9

Zentrale Herausforderungen an den Werkzeug- und Formenbau

§  Vernetzung und Flexibilität ermöglichen

§  Automatisierte Prozessstrategien umsetzen -  Offene Systeme und Netzwerke werden in Anwendungen mit Werkzeugen- und Formen

gefordert -  Neue Wertschöpfungsnetze setzen sich bei Werkzeugen und Formen durch

(Kundenintegration, Coopetition)

§  Sicherung von Aus- und Weiterbildung -  Mitarbeiterpotenzial branchenspezifisch ausbauen -  Qualifikation während des ganzen Berufslebens sicherstellen



Bild 10

„Wie viel Werkzeugbau gibt es 2020 noch in Deutschland?“



Bild 11

Gibt es Chancen für neue Marktsegmente und/oder Märkte?

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Eigensituationsanalyse Markt / Kunde

§  Hohe intellektuelle Flexibilität in der technischen Problemlösung von Kundenanforderungen

§  Gelungener Mix aus Qualität und Preis

§  Kleine Struktureinheiten (vergleichsweise kleine Unternehmen lassen sich leichter an die jeweilige Marktsituation anpassen)

§  Hohe Präzision und Produktqualität

§  Hohe Priorität hat die Einbeziehung von Kundenwünschen

§  Intensive branchenübergreifende Zusammenarbeit -  Automotiv -  Elektrotechnik -  Weiße Ware -  Optik -  Life Sciences usw.

Stärken des Werkzeug- und Formenbaus in Deutschland:



Bild 13

Der Werkzeug- und Formenbau am Standort Deutschland ist eine Marke!

§ Wo liegen unsere Wettbewerbsvorteile?

§ Sind wir Verteidigungsfähig?

§ Gibt es Chancen für neue Marktsegmente und/oder Märkte? § Sichern von Ressourcen und Fähigkeiten!



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Produktion

Qualitäts-management

Marketing Vertrieb Kunde

Konstruktion

Die Kaufentscheidung Ein Sachverhalt – unterschiedliche Perspektiven

Kunde After Sales

Wie der Kunde es erklärte

Wie der After Sales es betreute

Wie die Konstruktion es detaillierte

Wie die Produktion es fertigte

Wie es abgesichert wurde

Wie das Marketing es bewarb

Was der Kunde bezahlte

Was der Kunde benötigt

Quelle: Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt, RWTH Aachen; Bildquellen: Daimler AG, Porsche AG, Volkswagen AG, Tata Ltd., BMW AG, Red Bull Racing Ltd.



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Das Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“



Bild 16

Werkzeugbau 4.0 – Mit der Maschine vernetzte intelligente Spritzgießwerkzeuge à PowerMoulds

Werkzeug ist zu kalt!

Schmelze ist zu heiß!

Viskosität ist zu hoch!

Auswerferkraft ist zu hoch!

Einspritzdruck zu hoch!

Heißkanal-temperatur senken!

Langsamer Einspritzen

Auswerfer ist verschlissen.

Kühlwasser-temperatur erhöhen



Bild 17

... bedeutet für das Werkzeug vernetzte Prozesse durch

§  Selbstoptimierung, §  Selbstkonfiguration, §  Selbstdiagnose und §  Kognition.

Informatisierung von Spritzgießwerkzeugen



Bild 18

Powermoulds Umsetzung eines eingebetteten Diagnosesystems zur Aufzeichnung und

Auswertung von Spritzgießdaten



Bild 19

Vorteile durch „Powermoulds“ (1)

-  Integrierte Signalaufbereitung und Datenverarbeitung ermöglicht

Maschinenunabhängigkeit

-  Sensoren, Kabel und komplette Messtechnik verbleiben am Werkzeug

-  Vergleichbarkeit der Messung auch an verschiedenen Maschinen

-  Keine Neukalibrierung der Messkette nach Maschinenwechsel notwendig

-  Anschluss der Maschinensteuerung über z.B. analoge

Ausgangsschnittstellen

-  Softwaresensoren durch Datenfusion am Werkzeug möglich

-  Engere Prozessparametergrenzen erhöhen die Teilequalität

-  Werkzeugüberwachung auch während der Lagerung



Bild 20

Vorteile durch „Powermoulds“ (2)

-  Einfache Messkette durch intelligente Datenfusion -  Einsparung von teurer Analogtechnik zur Aufbereitung von Piezo-

Signalen

-  Mehrfachnutzung von Sensorinformation (z.B. Kraftmessdose auch für

Druckbestimmung)

Fusion von Kraftmessung und Piezospannung zu Drucksignal



Bild 21

Zielstellung von PowerMoulds

Zielstellung §  hohe Flexibilisierung und Optimierung von

Produktionsprozessen §  Sicherstellung der Produktionsqualität §  Verschleißerfassung und Messung der

Lagerungsbedingungen

Entwicklung eines eingebetteten Systems zur Überwachung von Prozessparametern beim Spritzgießen

Eingebettetes Diagnosesystem (EDS) §  Intelligentes Gesamtsystem, welches ins Werkzeug

integriert wird §  Aufzeichnung relevanter Prozessparameter mit Hilfe

eingebauter Sensoren §  Analoge und Digitale Signalaufbereitung und Verarbeitung

3D Konstruktionsabbildung eines Spritzgießwerkzeugs



Bild 22

Entwickelte Labormuster der Aufzeichnungshardware



Bild 23

Eingebettetes System

Ausblick: Algorithmus / Modellbildung

Optimierung des Klassifika-tionsmodells

Klassifikationsmodelle

Modellparameter: - Datenbasis

- Struktur

Kontrollgrößen: - Qualitätskriterien

Eingangsgrößen: - Daten

- manuelle / maschinelle Klassifikation

Ausgangsgröße: automatische Klassifikation

Optimierungsphase: Anwendungsphase:



Bild 24

Ausblick: Algorithmus / Modellbildung

Codegenerierung und Analyse mit SIMULINK



Bild 25

Werkzeugbau 4.0

Jedes Auto hat heute einen Datenlogger, der auf Wartung hinweist. Warum soll das bei Spritzgießwerkzeugen nicht auch funktionieren?

[Bildquelle: motortalk.de]

Die Frage ist nicht ob die Branche den neuen Weg beschreitet sondern wann und wie!



Bild 26

Werkzeuge sind qualifizierte Produktionsmittel in validierten Prozessen! Diese Anforderung hat Konsequenzen in der Bereitstellung von Werkzeugen: §  Flexible und modulare Fertigung

§  Sensoren, Aktoren und Schnittstellen in Produktionsanlagen §  Online Zustandserkennung in der Fertigung

§  Bedarfsgerechte produktspezifische Fertigungsprozesse

§  Selbstorganisation und Selbstoptimierung

Werte schaffen und dies auch darstellen!

Fazit ...



Bild 27

§  Eingebettete Systeme „Embedded Systems“ werden in naher Zukunft ein Bestandteil von komplexen Spritzgießwerkzeugen Gründe hierfür sind: Assistenzsysteme, Ferndiagnose, Energiedatenmanagement, Verbindung von SAP, SPS und Prozesssteuerung u.v.a.

§  Durchgängige technische Prozesse in Verbindung mit dem Nachweis deren Prozessfähigkeit sind die richtigen Lösungen

… und Ausblick

Der Werkzeug- und Formenbau ist eine „ermöglichende Branche“

und bedingt daher äußerst interdisziplinäres Arbeiten

Die Folge: „Think global, act local!



Bild 28

Der Werkzeug- und Formenbau am Standort Deutschland muss eine Marke bleiben!

§ Konzentration auf Kernkompetenzen

§ Wo stehe ich?

§ Was kann ich?

§ Wo/Wer sind meine Partner in der Region?

§ Nicht alles alleine machen! Es gibt meines Erachtens zwei Stoßrichtungen:

§ Wettbewerbsvorteile durch intelligente Werkzeuge, eingebettet in einem industriellem Umfeld, nutzen.

§ Ressourcen und Fähigkeiten durch industrielle Fertigungsabläufe von

Werkzeugen sichern.



Bild 29

„Wie viel Werkzeugbau gibt es 2020 noch in Deutschland?“

oder besser

„Welches Geschäftsmodell verfolgt der erfolgreiche Werkzeugbau 2020 in Deutschland?“



Bild 30

Wir bauen die Zukunft !

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