Temperatuurregeling en stabiliteit hebben bij het spuitgieten van kunststoffen een direct effect op de cyclustijden en het eindresultaat. Het handhaven van nauwkeurige, stabiele, gecontroleerde temperaturen is van groot belang om de gewenste en consistente kwaliteit van het eindproduct te krijgen.

Auteur: Rob Feenstra, managing director ICS Cool Energy voor Nederland

De kunststofverwerkende industrie heeft te maken met de nodige trends en ontwikkelingen. Door bijvoorbeeld onderwerpen als lichtgewicht constructies, alternatieve aandrijfconcepten, duurzame energie en optische toepassingen, hangt economisch succes in hoge mate af van de ontwikkeling van een betrouwbare productie en energetisch rendabele oplossingen voor de controle van de matrijstemperatuur en koeling van de machine.

In medische, automobiel- of andere precisietoepassingen zijn een consistent product en de herhaalbaarheid van het proces bijzonder belangrijk. Ongewenste temperatuurschommelingen kunnen leiden tot het ontstaan van hotspots in de vormholte. Dit kan de productkwaliteit nadelig beïnvloeden. denk bijvoorbeeld aan mechanische veerkracht, oppervlaktekwaliteit, maatnauwkeurigheid, barsten, krimpen en kromtrekken. Dit leidt weer tot afkeur en dat heeft weer een nadelig effect op het energieverbruik en de productiekosten.

Het kan uiteindelijk ook leiden tot reputatieschade van de fabrikant. De meeste fabrikanten zullen daarom een consistente herhaalbare kwaliteit van het eindproduct willen garanderen, waardoor de productiesnelheid en uiteindelijk de winstgevendheid kan worden verhoogd. Om dit te bereiken zijn het beheersen en handhaven van de procestemperatuur binnen de verschillende fasen van het proces van cruciaal belang.

‘Plug-and-play' temperatuur-regelapparaten (linksonder) bij een kunststofspuitgietmachine.

Systematische temperatuurregeling

De sleutel tot systematische temperatuurregeling en koeling ligt in de intelligente combinatie van verschillende technologieën. Hierbij is het zaak die af te stemmen op de producten die moeten worden gemaakt, de materialen die hiervoor worden gebruikt, de spuitgietprocedure en de infrastructuur en temperatuurvoorwaarden van het productieproces. De uitdaging is om te zorgen voor nauwkeurige en betrouwbare procestemperaturen voor apparatuur die bij hoge temperaturen werkt. Dit is niet alleen vanwege het hoge temperatuurbereik, maar ook omdat elk materiaal en product dat op de machine wordt gemaakt een nauwkeurige temperatuurregeling vragen.

Drie hoofdfuncties

Traditioneel heeft een temperatuur-regelapparaat (TCU - Temperature Control Unit) drie hoofdfuncties: verwarmen, koelen en regelen. De TCU werkt samen met een proceskoeler om het benodigde koelvermogen te kunnen leveren, en bij hoge temperaturen te zorgen voor een nauwkeurige temperatuurregeling met minimale temperatuurafwijkingen. Dit wordt bereikt door de verwarmingselementen in de TCU te regelen, samen met de koelcapaciteit die door de koelmachine wordt geleverd.

Tot voor kort was het alleen mogelijk om het vormproces van een standaard TCU te voorzien en een temperatuurbereik en stroomsnelheid in te stellen. Met een testbatch kon dan worden bepaald hoe dit uitwerkte op de kwaliteit van het resulterende product. Was die beneden de maat dan werden de instellingen aangepast en werd de testbatch herhaald. Zodra de gewenste kwaliteit was bereikt, kon de dagproductie worden gestart.

Het probleem was dat als de volgende dag bijvoorbeeld de stroomsnelheid van het water anders was, de instellingen van de vorige dag niet opnieuw konden worden toegepast. De verschillende instellingen moesten weer opnieuw op elkaar worden afgestemd en met nieuwe testbatches worden geverifieerd.

Bewaking op afstand en instellen van setpoints op afstand op alle mobiele apparaten.

Geavanceerde temperatuurregeling

Tegenwoordig kunnen fabrikanten die injectiespuiten voor medisch gebruik, auto-onderdelen of andere precisieonderdelen produceren,  gebruikmaken van een intelligentere aanpak. De nieuwste ontwikkelingen op het gebied van de controllers van de TCU hebben nauwkeurige temperatuurregeling naar een nieuw niveau gebracht. Een Intuïtieve interface zorgt voor eenvoudigere monitoring en real-time aanpassingen, terwijl de mogelijkheid om volledige datalogging te gebruiken, gebruikers meer informatie over hun proces geeft dan voorheen.

De nieuwste TCU's voldoen aan de Euromap 82.1-specificatie die zorgt voor een gestandaardiseerde interface tussen de TCU en randapparatuur als drogers en en transportbanden. De standaardisatie zorgt ervoor dat de units kunnen communiceren met de bestaande fabrieksapparatuur met minimale interferentie en een verminderd risico op menselijke fouten.

Trends, analyses en instellingen - alles is toegankelijk via het aanraakscherm van de besturing. 

Rechtstreekse communicatie

Geavanceerde TCU's kunnen vooraf worden ingesteld voor elk specifiek type product en het volledige spuitgietproces beheren volgens de precieze parameters die de vorm nodig heeft - bekeken vanuit zowel de machine als de TCU. Met moderne TCU-controllers kan de operator eenvoudig het vooraf ingestelde recept kiezen van het product dat wordt gemaakt. De machine communiceert vervolgens rechtstreeks met de TCU, zodat de mogelijkheid van een bedieningsfout wordt geëlimineerd.

Visualisatie

Moderne controllers stellen niet alleen nauwkeurig de temperaturen in, maar bewaken ook het hele proces om de paar seconden. Operators kunnen op het scherm zien hoe het temperatuurprofiel het tempo bijhoudt, wat de stroomsnelheid van het water (of olie) is, zodat ze kunnen handelen en indien nodig aanpassingen kunnen maken. Dit zorgt ervoor dat het systeem de juiste temperaturen bereikt, op het exacte moment wanneer het specifieke proces dat vereist. Consistentie en herhaalbaarheid van het product blijven behouden en energieverbruik en afkeur worden verminderd.

Op afstand

In geval van nood stellen de nieuwste controllers de servicetechnici ook in staat om vanaf een externe locatie via ethernet in te loggen en direct te controleren wat er met het proces gebeurt. Dankzij datalogging worden alle details met betrekking tot de specifieke productbatch geregistreerd, opgeslagen en kunnen ze via ethernet worden gedeeld.

De volledige datalogging is vooral belangrijk in het geval van een kwaliteitsgeschil met betrekking tot een partij van een product. Nadat alle gegevens zijn gecontroleerd en geregistreerd, kan de fabrikant duidelijk de precieze instellingen voor het product in kwestie aantonen, en bewijzen dat ze hetzelfde waren als de vorige keer dat de productbatch correct was. Het bewijst voor de eindklant dat het fabricageproces consistent is en wordt uitgevoerd volgens een overeengekomen en herhaalde specificatie.

In een oogopslag is de temperatuur op het temperatuur-regelapparaat af te lezen.

Kritieke processen

Er is maar een handvol deskundige bedrijven die naar de kritieke processen van de fabrikant kijken en een gedetailleerd, gedocumenteerd plan opstellen om alle activiteiten draaiende te houden. Als het tot het een storing komt of een koelmachine het begeeft, moet die partner precies kunnen zeggen wat, wanneer en waar is gebeurd. Welke unit heeft het probleem heeft veroorzaakt en wat zijn de connectoren en slangen en met welke oplossing krijgen we de installatie binnen enkele uren weer operationeel. Dat kan door het probleem op te lossen of door een noodoplossing te bieden, of tijdelijke huurunits in te zetten om verder productieverlies te voorkomen. Het feit dat ongeveer 60 procent van de totale levenscycluskosten van een fabriek kan worden toegeschreven aan proceskoeling en koelsystemen, maakt het een essentiële investering die niet over het hoofd mag worden gezien. Dit is het deel van de productie dat direct van invloed is of een producent de kwaliteit kan behouden, de productie draaiende kan houden en de eindklant tevreden kan houden.