Beschreibung

Bezug zu verwandten Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2022 127 260.5, hinterlegt am 18.10.2022, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , eine zyklisch arbeitende Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 18 und ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 19.

Der Begriff „plastifizierbares Material“, wie er hier verwendet wird, ist weit zu verstehen und umfasst insbesondere, aber nicht nur, neben Kunststoffen oder auch Silikon oder anderen thermoplastischen und/oder elastomeren Werkstoffen z.B. keramische, metallische und/oder pulverige Massen ebenso wie Papier, Cellulose, Stärke, Kork, usw. sowie auch Mischmaterialen zwischen derartigen plastifizierbaren Materialien. Grundsätzlich kann es sich dabei auch um bereits zuvor plastifizierte Materialien oder auch plastische Massen handeln, die nach dem Ausbringen selbsttätig oder unter Einsatz von Hilfsmitteln aushärten. Der Begriff umfasst auch Recyclate.

Der Begriff „Prozesskennzahl“, wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine mittels mathematischer Methoden aus Daten gewonnene Größe, die geeignet ist, einen Prozesszustand (zumindest teilweise, ggfs. in Kombination mit weiteren Prozesskennzahlen) quantitativ zu bewerten und damit auch quantitativen Vergleichen und ggfs. Kompensationseingriffen zugänglich zu machen. Im Folgenden wird der Begriff Prozesskennzahl auch verwendet, wenn diese Größe nicht aus dem Prozess selbst in Form eines Sensorsignals entstammt, sondern aus prozessrelevanten Datenquellen wie z. B. Materialdaten, entnommen werden kann, die einer Auswertung gemäß dem beanspruchten Verfahren zugänglich gemacht werden können.

Wenn der Begriff "Kurvenverlauf' verwendet wird, muss es sich dabei nicht nur um Messkurvenverläufe aus dem Prozess handeln, sondern es kann sich auch um andere Kurvenverläufe handeln, deren Inhalt sich durch das beanspruchte Verfahren erschließen lässt. Unter "Kurvenverläufe" fallen dabei vorzugsweise auch Teilabschnitte oder auch nur einzelne Messpunkte. Wo es zum besseren Verständnis hilfreich ist, werden die Begriffe unterschieden.

Wenn der Begriff "abgeleitete" Kurvenverläufe verwendet wird, ist damit jede erdenkliche Verarbeitung mit mathematischen Verfahren gemeint, um zu weiteren Kurvenverläufen zu gelangen, die aus dem grundlegenden Kurvenverlauf generiert werden können. Das kann im Einzelfall auch eine mathematische Ableitung sein. Wo explizit die mathematische Ableitung gemeint ist, wird darauf hingewiesen.

Stand der Technik

Bekannt sind Eingangsgrößen zur Berechnung von Prozesskennzahlen wie z. B. Druck-, Positions-, Geschwindigkeits-, Temperatur-, Momentenverläufe, etc., aber auch die Verläufe zusätzlicher, nicht maschinenbezogener Sensorik. Alle Messsignale, die die Produktionsanlage, z. B. eine Spritzgießmaschine zu ihrer bestimmungsgemäßen Funktion benötigt, sind dazu ohne weiteren Aufwand nutzbar. Die Verwendung weiterer Signale aller denkbaren physikalischen Größen, die explizit für Überwachungszwecke in einem beliebigen Teil der Produktionsanlage nutzbar sind, ist ebenso bekannt.

Prozesskennzahlen wie Spitzenwerte von Signalverläufen, Flächenintegrale unter Signalverläufen, etc. als singuläre zyklische Werte zu ermitteln, ist ebenfalls bekannt. Diese Kennzahlen dienen der Messung der Stabilität des Prozesses, ggf. werden Überschreitungen gesetzter Toleranzen zur Selektion von Fertigteilen verwendet, die vermeintlich unter nicht stabilen Prozessbedingungen produziert wurden. Bei einer Änderung der Maschineneinstellparameter durch den Bediener müssen geeignete Toleranzen regelmäßig neu ermittelt und gesetzt werden. Die Komplexität einer Maschineneinstelländerung kann sich dadurch deutlich erhöhen.

Verfahren zur automatischen Nachjustierung von Maschineneinstellparametern des Prozesses mit dem Ziel, Abweichungen zu kompensieren, sind ebenfalls bekannt. Dazu werden die üblichen Einstellparameter der Produktionsanlage verwendet wie z. B. Sollwerte für Geschwindigkeiten, Drücke, Temperaturen, weitere Schaltpunkte zwischen Prozessphasen. In der WO 91/14562 A1 ist ein derartiges Verfahren offenbart, welches die Schritte ausführt: Eingeben einer Referenzcharakteristik des verwendeten Materials für den oder die zu formenden Artikel; Vergleichen der Referenzcharakteristik mit einer gemessenen tatsächlichen Charakteristik von einem unmittelbar vorhergehenden Schuss, um einen Einstellwert zu erhalten; Einstellen der Spritzgießmaschine gemäß Einstellwert; Ausführung eines Schusses. Hier werden komplette Prozesssignalverläufe miteinander verglichen und daraus ein Offset ermittelt.

Die EP 2 583 811 B1 beschreibt ein Verfahren, das etwas abstrakter gefasst denselben Ansatz verfolgt wie die WO 91/14562 A1 , wobei Transformationsverfahren zum Einsatz kommen, um die Abweichungen zwischen Referenz und aktueller Prozesskurve zu ermitteln. Als Eingangs- und Ausgangsparameter werden wiederum die Größen herangezogen, die an der Produktionsanlage messbar bzw. einstellbar sind. Auch hier werden komplette Prozesskurvenverläufe miteinander verglichen und daraus z. B. ein Offset und/oder Skalierungsfaktor ermittelt.

Hauptnachteil beider vorgenannten Verfahren ist die Notwendigkeit, komplette Kurvenverläufe zu erfassen, bevor sie einer Verarbeitung zur Ermittlung eines Korrekturfaktors zugeführt werden können.

In der WO 96/09926 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Beeinflussung von Maschineneinstellgrößen in zyklisch ablaufenden Prozessen offenbart, bei dem nach einer testweisen Bestimmung von charakteristischen Eigenschaften von in der Testphase gefertigten Teile und gleichzeitiger Ermittlung einer Vielzahl von Prozesskurvenverläufen eine Beziehung geschaffen wird, zwischen die Prozesskurvenverläufe kennzeichnenden Prozesskennzahlen und den charakteristischen Eigenschaften der Teile. Entsprechende Prozesskennzahlen werden auch während der Produktion ermittelt. Diese Signalanalyse schafft die Voraussetzung dafür, dass bei Vorgabe einer gewünschten charakteristischen Eigenschaft die dafür maßgebenden Prozesskennzahlen bestimmt werden können, um die für die charakteristische Eigenschaft maßgebenden Maschineneinstellgrößen zu ermitteln. Während der Produktion kann dann die zu erwartende charakteristische Eigenschaft berechnet werden, so dass aufgrund eines Soll-Ist- wert-Vergleichs ein Differenzwert ermittelt werden kann, der durch Beeinflussung der ebenfalls berechneten maßgebenden Maschineneinstellgröße zu einem Minimum regelbar ist. Dies hat den Nachteil, dass ein hoher Aufwand zur Versuchsdurchführung sowie zur Auswertung und Modellbildung für jeden individuellen Prozess erforderlich ist.

Aus der WO 97/12740 A2 ist ein Verfahren zur Regelung des Werkzeuginnendruckverlaufs an einer zyklisch arbeitenden Maschine bekannt, bei dem während des Zyklus der Werkzeuginnendruck über der Zeit und/oder über dem vom Fördermittel zurückgelegten Weg erfasst wird. Der Werkzeuginnendruckverlauf wird dann nach der Zeit oder dem Weg differenziert. Sodann wird überprüft, ob sich mittels der zuvor ermittelten Ableitungen Abweichungen vom monotonen Verlauf ergeben. Ist dies der Fall, werden die Nachdruckzeit oder der Umschaltzeitpunkt solange verändert, bis ein monotoner Verlauf der Werkzeuginnendruckkurve gegeben ist. Das Verfahren untersucht selektiv den Werkzeuginnendruckverlauf und ist damit in seiner Anwendbarkeit auf den spezifischen Einsatzfall begrenzt, nämlich Unstetigkeiten in diesem Signalverlauf zu beseitigen.

Die TW 201706112 A offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen von Parametern einer Injektionsvorrichtung, die eine Förderschnecke mit einem Schneckendurchmesser umfasst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Erhalten eines Gesamtinjektionsvolumens basierend auf einem Formmodell; Verwenden einer Formanalysesoftware zum Zeichnen einer voreingestellten Formkurve der Schnecken-Vorschubgeschwindigkeit gegenüber der Formfüllrate, wobei die voreingestellte Formkurve mehrere Fixpunkte enthält und jeder der Fixpunkte eine Formfüllrate und eine Schnecken-Vorschubgeschwindigkeit enthält; Verwenden der Formfüllrate jedes der Fixpunkte, des Schraubendurchmessers und des Gesamtinjektionsvolumens zum Bestimmen einer entsprechenden Hubposition; und Bereitstellen jeder der den Fixpunkten entsprechenden Hubpositionen für die Injektionsvorrichtung. Nachteilig ist der erforderliche Rückgriff auf Simulationsdaten.

In der DE 10 2018 107 233 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Prozessüberwachung und/oder Prozessdiagnose eines stückbasierten Prozesses, insbesondere eines Spritzgießprozesses, beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte: Durchführen einer automatisierten Referenzfindung zum Erhalt von Referenzwerten aus Werten mindestens einer Prozessgröße; Durchführen einer Anomalie-Erkennung auf der Basis der im ersten Schritt gefundenen Referenzwerte; Durchführung einer automatisierten Ursachenanalyse und/oder einer automatisierten Fehlerdiagnose auf einer Basis eines qualitativen Modells von Prozesszusammenhängen und/oder auf Basis von Abhängigkeiten verschiedener Prozessgrößen voneinander. Die Anomalieerkennung als Basis des Verfahrens begrenzt dieses auf Abweichungen, die sich statistisch signifikant (d. h. um ein Mehrfaches der natürlichen Prozessstreuung) vom stabilen Prozess entfernt haben. Es kann damit nur auf grobe Prozessstörungen reagieren.

Aus der DE 10 2020 125 655 A1 ist ein Verfahren zum Festlegen eines Sollwertverlaufs für einen als Stellgröße fungierenden Prozessparameter eines Produktionszyklus in einer ersten Konfiguration vorliegenden Spritzgießmaschine bekannt. In dem Verfahren wird in zumindest einem Produktionszyklus ein Sollwertverlauf für den einen als Stellgröße fungierenden Prozessparameter so festgelegt, dass ein Istwertverlauf für die ausgewählte Größe eine ge- wünschte Eigenschaft aufweist oder sich der gewünschte Istwertverlauf ergibt. Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird der in Bezug auf die erste Ausführungsform des Verfahrens vorliegende Istwertverlauf als Referenzwertverlauf für die ausgewählte Größe vorgegeben und durch einen Computer ein Sollwertverlauf für den als Stellgröße fungierenden Prozessparameter festgelegt. Dies geschieht so, dass sich der Referenzwertverlauf als Istwertverlauf mit der gewünschten zumindest einen Eigenschaft oder der gewünschte Istwertverlauf selbst ergibt, wenn die in der zweiten Konfiguration vorliegende Spritzgießmaschine in einem Produktionszyklus nach dem gewählten Sollwertverlauf für den zumindest einen als Stellgröße fungierenden Prozessparameter arbeitet. Das Verfahren zielt auf die Anpassung eines kompletten Kurvenverlaufs an einen Referenzkurvenverlauf ab und weist deshalb die oben genannten Nachteile dieser Verfahren auf. Dass die Nachbildung eines gewünschten Kurvenverlaufs unter geänderten Randbedingungen (z. B. geänderten Materialeigenschaften) die Qualität der produzierten Formteile konstant hält, ist nicht vorauszusetzen.

Die DE 10 2021 109 851 A1 offenbart ein Verfahren zum Abgleichen einer Simulation eines mit einer Spritzgießmaschine durchzuführenden Prozesses mit dem real durchgeführten Prozess, wobei im Rahmen der Simulation zumindest ein Simulationsverlauf einer für den Prozess charakteristischen Größe, insbesondere ein simulierter Druckverlauf, berechnet wird. Beim real durchgeführten Prozess wird zumindest ein Messverlauf der charakteristischen Größe, insbesondere ein gemessener Druckverlauf, gemessen. Weiterhin werden erste ausgezeichnete Punkte der Kurve des zumindest einen Simulationsverlaufs und zweite ausgezeichnete Punkte der Kurve des zumindest einen Messverlaufs bestimmt. Dabei werden die ersten ausgezeichneten Punkte und die zweiten ausgezeichneten Punkte einander zumindest teilweise zugeordnet, wobei aus Koordinaten der einander zumindest teilweise zugeordneten ersten ausgezeichneten Punkte und zweiten ausgezeichneten Punkte zumindest ein Änderungspara- meter für die Simulation und/oder den Prozess berechnet wird und die Simulation und/oder der Prozess auf Basis des zumindest einen Änderungsparameters geändert und erneut durchgeführt wird. Nachteilig ist der hierfür erforderlich Rückgriff auf Simulationsdaten.

Aus der US 2008/152748 A1 ist eine Spritzgießmaschine bekannt, bei der eine Schnecke in einem Zustand bewegt wird, in dem sich ein Rückschlagring in einem offenen Zustand befindet, wenn die Schnecke nach Abschluss eines Dosierschritts vorwärts bewegt wird. Das Harz fließt in eine Richtung, die der Einspritzrichtung entgegengesetzt ist. Durch den Rückfluss des Harzes wird eine Rotationskraft auf die Schnecke ausgeübt. Wenn der Rückschlagring einen Harzdurchgang verschließt, wird die auf die Schnecke wirkende Drehkraft verringert. Ein Spitzenwert der Schneckendrehkraft wird als Schließzeitpunkt des Rückschlagrings erkannt. Physikalische Größen wie die Schneckendrehkraft und die Schneckenposition zu diesem Zeitpunkt werden erfasst. Da der Schließzeitpunkt des Rückschlagrings genau erkannt wird, kann die Korrektur der Einspritz-/Haltedruck-Schaltposition und der Einspritzgeschwindigkeits- Schaltposition präziser eingestellt werden. Anhand der erfassten physikalischen Größe lässt sich bestimmen, ob ein Formteil fehlerfrei oder fehlerhaft ist.

Aus der EP 997 257 B1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Bewegungsablaufs eines ersten bewegbaren Bauteils einer Kunststoff-Spritzgießmaschine bekannt, dessen Bewegungsbahn von der Bewegungsbahn eines zweiten bewegbaren Bauteils der Kunststoff-Spritzgießma- schine zumindest teilweise überlappt wird. Die Bewegung des ersten bewegbaren Bauteils wird in Abhängigkeit eines einen Bewegungszustand des zweiten bewegbaren Bauteils repräsentierenden Freigabesignals gestartet, wobei zumindest ein Zeitmaß bestimmt wird. Ein erstes Zeitmaß und ein zweites Zeitmaß werden bestimmt und miteinander verglichen, wobei das erste Zeitmaß die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung des Freigabesignals und dem Zeitpunkt angibt, zu dem das erste bewegbare Bauteil die Bewegungsbahn des zweiten bewegbaren Bauteils erreicht, und wobei das zweite Zeitmaß die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung des Freigabesignals und dem Zeitpunkt angibt, zu dem das zweite bewegbare Bauteil die Bewegungsbahn des ersten bewegbaren Bauteils verlässt. Der Bewegungsablauf des ersten bewegbaren Bauteils wird in Abhängigkeit von dem Vergleich der beiden Zeitmaße so gesteuert wird, dass die Differenz des zweiten Zeitmaßes und des ersten Zeitmaßes kleiner als ein vorgegebener, minimaler Toleranzwert ist.

Die US 8 641 943 B1 zeigt ein Verfahren zum Füllen einer Form mit einem komprimierbaren flüssigen Material. Die Form ist über eine Vielzahl von Kanälen mit einem Verteiler verbunden, wobei mindestens ein Ventil in mindestens einem der Kanäle angeordnet ist. Ein Steuergerät ist so konfiguriert, dass es den Verteiler mit dem flüssigen Material unter Druck setzt und das Ventil so moduliert, dass es während eines Füllzyklus eine Vielzahl von Impulszyklen ausführt. Ein Impulszyklus umfasst das Einstellen einer Öffnung des Ventils von einer ersten Position auf eine zweite Position und das Einstellen der Öffnung des Ventils von der zweiten Position auf eine dritte Position, wobei die der zweiten Position entsprechende Öffnung größer ist als die der ersten Position entsprechende Öffnung und die der dritten Position entsprechende Öffnung kleiner ist als die der zweiten Position entsprechende Öffnung. Darüber hinaus können die im Datenspeicher gespeicherten Impulszyklus-Steuerungsparameter auf der Grundlage von Messwerten während eines Formfüllzyklus ausgewählt werden. Beispielsweise können verschiedene Parameter wie Verweilzeiten und Schwellenwerte während eines Formfüllzyklus in Abhängigkeit von einem Messwert wie der Ausrichtung eines Flügelrads in der Druckbeaufschlagungseinrichtung, einem Druck oder einer Temperatur des flüssigen Materials oder einer Anzeige des Formfüllfortschritts wie einem Prozentsatz des gefüllten Formvolumens variieren. Die oben genannten Schriften weisen zusammengefasst eines oder mehrere der folgenden Probleme auf. Die Verfahren erfordern einen hohen Versuchs- und Modellierungsaufwand, sind auf den Rückgriff auf Simulationsdaten angewiesen, zielen nicht auf die Konstanz der produzierten Formteilqualität, sind bereits vom Ansatz her in ihrer Wirkung eng begrenzt, erfordern die Erfassung kompletter Kurven verlaufe vor der Auswertung.

Weitere Unterscheidungsmerkmale des vorliegenden zu den genannten Verfahren sind z. B.: a) Die berechneten Kennzahlen beruhen jeweils auf nur einem einzigen Prozesskurvenverlauf, verschieben sich bei bewussten Maschineneinstelländerungen des Bedieners im Prozessverlauf, ändern ihre Größenordnung, sodass sie ihre Aussagekraft verlieren, sind nicht mehr auffindbar, weil der Prozesssignalverlauf seine Charakteristik infolge von Maschineneinstelländerungen oder Prozessabweichungen stark ändert, sind voneinander abhängig, auch wenn sie aus unterschiedlichen physikalischen Größen ermittelt werden. b) Die Eingangssignale sind im Bereich der interessierenden Prozessabweichungen bereits im Bereich von Auflösungsgrenzen der Sensorik, so dass stochastische Abweichungen in den Signalverläufen auftreten. c) Die Signalverläufe sind bedingt durch die Diskretisierung lückenhaft. d) Die Signalverläufe sind von starkem Rauschen beaufschlagt. e) Die Signalverläufe, auch unterschiedlicher physikalischer Größen, sind voneinander abhängig.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, eine so arbeitende Maschine und ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei denen die o. g. Nachteile vermieden werden, indem Prozesskennzahlen auf eine Weise ermittelt werden, dass sie sich bei Prozessänderungen in geeigneter Weise so verschieben, dass ihre Aussagekraft erhalten bleibt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens aufweist, umfassend die folgenden Schritte eines Referenzermittlungszyklus: a) Ermitteln und Speichern mindestens eines ersten teilweisen Kurvenverlaufs eines ersten Kurvenverlaufs mindestens einer ersten Messgröße mittels mindestens eines Sensors in mindestens einem Prozesszyklus, b) optionales, mindestens einstufiges Verarbeiten des mindestens einen ersten teilweisen Kurvenverlaufs mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren zur Erzeugung mindestens eines ersten davon abgeleiteten Kurvenverlaufs, c) Ermitteln und Speichern mindestens eines ersten charakteristischen Punkts des mindestens einen ersten teilweisen Kurven Verlaufs oder optional des mindestens einen ersten davon abgeleiteten Kurvenverlaufs, d) Ermitteln und Speichern mindestens eines weiteren charakteristischen Punkts unter Nutzung des mindestens einen ersten charakteristischen Punkts, der als Indizierung (80) auf den mindestens einen weiteren charakteristischen Punkt in mindestens einem weiteren teilweisen Kurvenverlauf oder optional in mindestens einem weiteren davon abgeleiteten Kurvenverlauf eines weiteren Kurvenverlaufs mindestens einer weiteren Messgröße dient, zum Ermitteln und Speichern mindestens einer Prozesskennzahl, wobei der weitere Kurvenverlauf, der mindestens eine weitere teilweise Kurvenverlauf oder der mindestens eine weitere davon abgeleiteten Kurvenverlauf durch analoges Wiederholen der Schritte a) und b) gebildet werden, e) Nachverarbeiten der mindestens einen Prozesskennzahl mittels mathematischer und/oder statistischer Methoden zum Ermitteln und Speichern mindestens einer gewichteten Referenz-Prozesskennzahl.

Das Verfahren umfasst weiterhin die folgenden Schritte eines Produktionszyklus: f) analoges Wiederholen der Schritte a) bis e) zum Ermitteln und Speichern mindestens einer gewichteten Produktions-Prozesskennzahl, wobei eine Abweichung der gewichteten Produktions-Prozesskennzahl von der gewichteten Referenz-Prozesskennzahl ermittelt und gespeichert wird, g) abweichungsabhängiges Berechnen und Speichern mindestens eines Werts und/oder Anwenden mindestens eines gespeicherten Werts in einem Kompensationseingriff auf min- destens eine vorbestimmte Stellgröße mittels mindestens eines Aktors bei sich verändernden Produktionsbedingungen zur Nachführung der mindestens einen gewichteten Produktions-Prozesskennzahl, h) Wiederholen der Schritte f) und g) zum Fertigen weiterer Formteile.

Vorteilhaft werden damit Prozesskennzahlen auf eine Weise ermittelt, dass sie sich bei Prozessänderungen in geeigneter Weise so verschieben, dass ihre Aussagekraft erhalten bleibt.

Dabei wird vorteilhaft die Notwendigkeit der Erfassung kompletter Messkurvenverläufe umgangen, indem nach Auffinden definierter charakteristischer Kennzahlen die Erfassung abgebrochen und direkt die Auswertung durchgeführt wird. Dadurch wird eine Kompensation von Prozessabweichungen früher im Zyklus ermöglicht, idealerweise direkt im Anschluss an die Abweichung und damit vorzugsweise im selben Zyklus.

Vorzugsweise werden mehrere Signal- bzw. Kurvenverläufe untersucht, wobei sie kaskadiert verarbeitet werden, indem die "Fundstelle" einer Kennzahl aus einem Kurvenverlauf zur Indizierung einer Kennzahl in einem anderen Kurvenverlauf verwendet wird. Praktische Versuche an der Maschine und Modellierungsarbeiten oder ein Rückgriff auf Simulationsdaten sind nicht erforderlich.

Das Verfahren kann vorteilhaft ohne Zutun des Bedieners sowie auch bei beabsichtigten Einstellungsänderungen durch den Bediener erfolgen.

Vorzugsweise erfolgt dadurch eine Ermittlung und mathematische und/oder statistische Verarbeitung des Kurvenverlaufs bis zur Erkennung der (mindestens einen) gesuchten Prozesskennzahl. Nach Erkennung eines charakteristischen Werts an einem charakteristischen Punkt im vorzugsweise bereits verarbeiteten Kurvenverlauf wird direkt in einen weiteren Kurvenverlauf gesprungen, der gleichzeitig oder auch zeitversetzt erfasst und verarbeitet wurde, um dort eine abhängige Prozesskennzahl zu ermitteln.

Dieser Vorgang kann vorzugsweise auch mit einem anderen charakteristischen Punkt erfolgen, so dass eine weitere abhängige Prozesskennzahl ermittelt werden kann. Aus mehreren ermittelten (abhängigen) Prozesskennzahlen können wiederum weitere, davon abhängige Prozesskennzahlen ermittelt werden. Dies führt zu einer Kaskadierung.

In vorteilhafter Weise ist dadurch ein homogenes und gewichts- oder füllgradkonstantes Formteil mit einer vorgegebenen Qualität herstellbar. Dabei werden Störungen bei den Berechnungen innerhalb eines Prozesszyklus unterdrückt. Der Nachteil der vorgenannten Verfahren, die komplette Kurvenverläufe mit einer Referenz vergleichen müssen und damit ein Ergebnis der Berechnung (z. B. einen Offset) erst mit Zeitverzögerung zur Verfügung stellen können, wird dadurch behoben, dass iterativ nach charakteristischen Punkten in den Verläufen gesucht werden kann und die Berechnung nach Ihrer Erfassung i.d.R. noch in derselben Prozessphase zu Ende geführt werden kann. Auch werden dadurch charakteristische Punkte in weiteren Kurvenverläufen detektierbar, die ohne die Indizierung aus dem ersten Kurvenverlauf heraus nicht als ausgezeichnete charakteristische Punkte detektierbar wären.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine zyklisch arbeitende Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 18, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens, mindestens einen Sensor und mindestens einen Aktor aufweist, sowie geeignet ist das Verfahren auszuführen. Damit kann die Maschine störungsfreier und energieeffizienter betrieben werden.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 19, wobei der Programmcode des Computerprogrammprodukts geeignet ist das Verfahren mittels der zyklisch arbeitenden Maschine auszuführen. Dadurch werden die verfahrensmäßigen Vorteile erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Vorzugsweise werden die Schritte des Referenzermittlungszyklus sowie die Schritte des Produktionszyklus analog zur Ermittlung weiterer Prozesskennzahlen ausgeführt, wodurch mindestens eine weitere Prozesskennzahl ermittelt wird, die wiederum/alternativ zur Nachführung der mindestens einen gewichteten Produktions-Prozesskennzahl verwendbar ist. Dadurch kann vorteilhaft die je nach Änderung „passende“ Prozesskennzahl bestimmt werden, die für einen Kompensationseingriff geeignet ist.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein analoges iteratives Wiederholen der Schritte a) bis d) an mindestens einem weiteren teilweisen Kurvenverlauf der ersten Messgröße und/oder der weiteren Messgröße oder optional an mindestens einem weiteren davon abgeleiteten Kurvenverlauf bis zum Auffinden eines charakteristischen Punktes in dem mindestens einen weiteren teilweisen Kurvenverlauf oder einen weiteren davon abgeleiteten Kurvenverlauf, unter Nutzung jeweils mindestens eines letzten untersuchten charakteristischen Punkts, der als Indizierung auf mindestens einen nächsten charakteristischen Punkt dient.

Bevorzugt wird der Wert des Kompensationseingriffs entweder aus einem vorermittelten Modell oder im laufenden Prozess durch iterative Beobachtung der Reaktion des Prozesses auf Änderungen der Maschineneinstellungen, der Umweltbedingungen oder der Materialbeschaffenheit der plastifizierbaren Materialien oder infolge von Verschleißvorgängen an Elementen der Maschine ermittelt. Dadurch kann die Maschine vorteilhaft vorbestimmt oder selbststätig auf veränderte Rahmenbedingungen eingehen und betriebssicher und energieeffizient betrieben werden.

In bevorzugter Weise wird bei Verwendung eines vorermittelten Modells dieses in dem Referenzermittlungszyklus und/oder mittels Einbringens von für das Verfahren aufbereitetem Prozesswissen ermittelt, wobei das Modell entweder vorbekannt ist oder mittels mathematischer Methoden gewonnen wird. Die Verwendung von Prozesswissen gestattet es vorteilhaft der Maschine, auf Erfahrungen zuzugreifen, die sich entweder aus den Erfahrungen eines erfahrenen Maschinenbedieners ableiten lassen und/oder die sich beim Betrieb, insbesondere beim Betrieb der jeweiligen Maschine ergeben.

Vorzugsweise erfolgt im Schritt g) vor der Verwendung des gespeicherten Werts des Kompensationseingriffs eine logische Prüfung des Kompensationseingriffs, aufgrund derer der Kompensationseingriff entweder ausgeführt oder verworfen wird. Dadurch kann vorteilhaft Einstellungen entgegengewirkt werden, die z. B. für den Betrieb der Maschine oder die Fertigung von Formteilen nachteilig sein könnten und die Produktion von Schlechtteilen kann vermieden werden. So kann es z. B. vorteilhaft erforderlich sein, große Kompensationseingriffe auf mehrere Folgezyklen aufzuteilen und damit eine sprunghafte Prozessänderung zu verhindern.

Um diese Vorteile weiter zu verbessern, kann bevorzugt in die logische Prüfung des Kompensationseingriffs ein Bedienereingriff entweder interaktiv oder voreingestellt integriert sein.

Bevorzugterweise umfasst die logische Prüfung vorteilhaft und soweit sinnvoll Einstellungen, die systemisch Einfluss auf den Betrieb der Maschine nehmen können. Dabei kann es sich insbesondere um eine oder mehrere der folgenden Einstellungen handeln: Den Wert des Kompensationseingriffs, den aktuellen Prozesszustand, eine konkrete Maschinentechnik, wie z. B. Verstellbereiche, Zeitverhalten, Leistungsfähigkeit, regelungstechnische Aspekte und Ausrüstungspezifika, sowie vorhergehende Stelleingriffe eines Bedieners. So kann vorteilhaft ein Kompensationseingriff z. B. verzögert werden, wenn ein instationärer Betriebszustand vorliegt, z.B. wenn der Kompensationsparameter eine Temperatur ist, die sich vor einem weiteren Stelleingriff erst stabilisieren muss, oder wenn die Maschine sich noch in einem instabilen Anfahrvorgang befindet.

Vorzugsweise beruht die logische Prüfung des Kompensationseingriffs auf einfachen oder komplexen Wenn-Dann-Bedingungen und/oder auf einer Auswertung mit statistischen Verfahren, Signalverarbeitungsverfahren sowie Verfahren unter Ausnutzung künstlicher Intelligenz. Dadurch wird vorteilhaft eine schnelle Prüfung unter Reduzierung der Rechenzeit sichergestellt. Sind z. B. mehrere Kompensationsparameter vorgesehen, kann ein schneller wirksamer Parameter bevorzugt überkompensierend verstellt und zurückgeführt werden, wenn ein langsamer kompensierender Parameter langsam in seiner Wirkung auf den Prozess zunimmt. Auf diese Weise lässt sich das Erreichen des angestrebten Prozesszustands beschleunigen.

In bevorzugter Weise gehen in die logische Prüfung des Kompensationseingriffs Informationen aus unterschiedlichen Maschinenteilen, wie z. B. aus unterschiedlichen Antriebssträngen, aus maschinen- und werkzeugbezogenen Signalen, aus der Umgebung, durch die Rückmeldung eines Bedieners sowie durch externe Geräte oder Systeme oder Leitrechner ein. Dies gewährleistet vorteilhaft ein systemisch ganzheitliches Bild des Betriebs der Maschine, das zu logischen Prüfung herangezogen wird.

Vorzugsweise sperrt ein Bediener Kompensationseingriffe auf Stellgrößen und/oder stellt diese bevorzugt ein. Stellt das Verfahren z. B. mehrere unabhängige Kompensationsmechanismen zur Verfügung, kann der Bediener aus seiner realen Prozessanschauung abgeleitet vorteilhaft die aktuell passendsten Kompensationsparameter wählen und/oder unpassende abwählen. Damit können bestimmte Abläufe während der Formteilherstellung und dadurch ggf. entstehende Charakteristika der herzustellenden Formteile bewusst unterdrückt oder bevorzugt werden.

Ganz besonders bevorzugt werden mehrere ermittelte Prozesskennzahlen in ihrem Bezug zueinander untersucht, z. B. mittels Korrelations- oder Regressionsanalysen, um vorteilhaft den in der jeweiligen Situation am effektivsten wirksamen Eingriff zu ermitteln und eine Korrelation zwischen Kennzahlen unterschiedlicher Kurven Verläufe zu eliminieren. Damit wird eine Überkompensation vermieden, die bei einem Urformverfahren wie dem Spritzgießen durch Wechselwirkungen zwischen Prozessgrößen zustande kommen kann. Das Prozesswissen wird bei Ermittlung des Kompensationseingriffs berücksichtigt. Bei Ermittlung im laufenden Prozess wird dazu fortlaufend auf gespeicherte Kennzahlen aus mehreren Zyklen zurückgegriffen, bei vorheriger Ermittlung wird es statisch eingebracht. Bevorzugterweise werden Messgrößen mit vorbekannten und/oder im Prozess ermittelten Materialcharakteristika der zu verarbeitenden plastifizierbaren Materialien gewichtet. Dadurch wird vorteilhaft die Genauigkeit des Verfahrens erhöht und es kann effektiv auf Schwankungen von Materialeigenschaften, insbesondere bei der Verarbeitung von Recyclaten eingegangen werden.

Vorzugsweise wird zum Ermitteln des weiteren Kurvenverlaufs ein mathematisches Verfahren, welches ausgewählt und/oder parametriert aus Materialeigenschaften oder Materialklasseneigenschaften, einen davon abgeleiteten Kurvenverlauf erzeugt, und/oder ein statistisches Verfahren angewandt, welches aus Materialeigenschaften oder Materialklasseneigenschaften gewichtet, einen davon abgeleiteten Kurvenverlauf erzeugt. Vorteilhaft können diese Kurvenverläufe materialspezifisch zur Kennzahl-Ermittlung herangezogen werden und stellen damit eine zusätzliche Kompensationsmöglichkeit dar.

In hohem Maße bevorzugt wird der Kurvenverlauf nur an singulären charakteristischen Punkten des Referenzermittlungs-/Produktionszyklus untersucht, wobei mittels iterativer Signalverfahren nach der mindestens einen Referenz-/Produktions-Prozesskennzahl gesucht und die Auswertung beendet wird, sobald diese ermittelt wurde. Dies führt vorteilhaft zu einem reduzierten Rechenaufwand (und reduzierter Komplexität). Insbesondere erlaubt dieser Ansatz aber oftmals sofortige Kompensationseingriffe noch innerhalb desselben Teilzyklus.

Die Nachführung der mindestens einen gewichteten Produktions-Prozesskennzahl erfolgt bevorzugt wahlweise besonders effektiv durch Anwendung wenigstens einer der folgenden Maßnahmen: mit einem Nachführwert, der mehrere Prozesszyklen überspannt, mit einem Nachstellbetrag, der zyklisch neu ermittelt wird, im aktuellen Teilprozesszyklus, in einem folgenden Teilprozesszyklus, im aktuellen Prozesszyklus, über den aktuellen Prozesszyklus hinaus, z. B. auch über mehrere Prozesszyklen hinweg, zyklisch vollständig, in einem iterativen Ansatz zyklisch anteilig, gedämpft oder verstärkt, direkt bei Erkennung, beliebig zyklisch oder zeitlich verzögert, abhängig von Stabilitätsuntersuchungen, abhängig von logischen Entscheidungsvorgängen. Vorzugsweise werden mittels statistischer und iterativer Verfahren stochastische Schwankungen der mindestens einen Messgröße detektiert und ausgefiltert, um sie aus den weiteren Berechnungsschritten auszuschließen. Dadurch wird vorteilhaft die Fehleranfälligkeit des Prozesses zusätzlich verringert und insbesondere verhindert, dass z. B. unterschiedliche Abtastinkremente, Fertigungstoleranzen u. ä. an unterschiedlichen Maschinentypen die Kompensationseingriffe unzulässig beeinflussen.

Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Nutzung eines charakteristischen Werts aus einer ggf. mehrstufig verarbeiteten 1. Messgröße als Index auf eine Prozesskennzahl in einer ggf. mehrstufig verarbeiteten 2. Messgröße,

Fig. 2 die Kaskadierung der Kennzahlermittlung aus mehreren Messgrößen mittels Indizierung auf einen oder mehrere weitere Kurvenverläufe,

Fig. 3 ein Beispiel materialspezifischer Daten, die gern. Fig. 1 analog zu Kurvenverläufen aus dem Prozess verwendet werden können,

Fig. 4 - 6b verschiedene Ablaufdiagramme.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen. Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.

Bei der Erfindung handelt es sich zum einen um ein Verfahren zur Ermittlung von Prozesskennzahlen an einer zyklisch arbeitenden Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens aufweist, umfassend die folgenden Schritte eines Referenzermittlungszyklus: a) Ermitteln und Speichern mindestens eines ersten teilweisen Kurven Verlaufs (12, 27) eines ersten Kurvenverlaufs (10) mindestens einer ersten Messgröße mittels mindestens eines Sensors in mindestens einem Prozesszyklus, b) optionales, mindestens einstufiges Verarbeiten des mindestens einen ersten teilweisen Kurvenverlaufs (12, 27) mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren zur Erzeugung mindestens eines ersten davon abgeleiteten Kurvenverlaufs (20), c) Ermitteln und Speichern mindestens eines ersten charakteristischen Punkts (29) des mindestens einen ersten teilweisen Kurvenverlaufs oder optional des mindestens einen ersten davon abgeleiteten Kurvenverlaufs (20), d) Ermitteln und Speichern mindestens eines weiteren charakteristischen Punkts (39, 49, 59) unter Nutzung des mindestens einen ersten charakteristischen Punkts (29), der als Indizierung (80) auf den mindestens einen weiteren charakteristischen Punkt (39, 49, 59) in mindestens einem weiteren teilweisen Kurvenverlauf (27) oder optional in mindestens einem weiteren davon abgeleiteten Kurvenverlauf (25) eines weiteren Kurvenverlaufs (11) mindestens einer weiteren Messgröße dient, zum Ermitteln und Speichern mindestens einer Prozesskennzahl (40, 50, 60), wobei der weitere Kurvenverlauf (11), der mindestens eine weitere teilweise Kurvenverlauf (27) oder der mindestens eine weitere davon abgeleiteten Kurvenverlauf (25) durch analoges Wiederholen der Schritte a) und b) gebildet werden, e) Nachverarbeiten der mindestens einen Prozesskennzahl (40, 50, 60) mittels mathematischer und/oder statistischer Methoden zum Ermitteln und Speichern mindestens einer gewichteten Referenz-Prozesskennzahl.

Das Verfahren umfasst weiterhin die folgenden Schritte eines Produktionszyklus: f) analoges Wiederholen der Schritte a) bis e) zum Ermitteln und Speichern mindestens einer gewichteten Produktions-Prozesskennzahl, wobei eine Abweichung der gewichteten Produktions-Prozesskennzahl von der gewichteten Referenz-Prozesskennzahl ermittelt und gespeichert wird, g) abweichungsabhängiges Berechnen und Speichern mindestens eines Werts und/oder Anwenden mindestens eines gespeicherten Werts in einem Kompensationseingriff auf mindestens eine vorbestimmte Stellgröße mittels mindestens eines Aktors bei sich verändernden Produktionsbedingungen zur Nachführung der mindestens einen gewichteten Produktions-Prozesskennzahl, h) Wiederholen der Schritte f) und g) zum Fertigen weiterer Formteile. In vorteilhafter Weise ist dadurch ein homogenes und gewichtskonstantes Formteil mit einer vorgegebenen Qualität herstellbar. Dabei werden Störungen bei den Berechnungen innerhalb eines Prozesszyklus unterdrückt und die Prozesszykluszeiten durch eine Minimierung der Rechenzeiten verkürzt.

Bei dem ersten Kurvenverlauf mindestens einer ersten Messgröße kann es sich um einen bereits bestehenden Kurvenverlauf einer bereits vorhandene Messgröße und/oder ebenso um einen weiteren Kurvenverlauf einer weiteren Messgröße handeln, die verfahrensgemäß dann als erste Messgröße Eingang ins Verfahren findet. Das Gleiche gilt auch für die Prozesskennzahl, bei der es sich um eine bereits vorhandene und/oder eine weitere Prozesskennzahl handeln kann, die verfahrensgemäß bestimmt wird.

Anders als im Stand der Technik erfolgt die Ermittlung und Speicherung von Kurvenverläufen in der Regel nicht vollständig über den kompletten Prozesszyklus, sondern kann auch nur über Teile eines Prozesszyklus erfolgen oder auch auf Abschnitte ausgerichtet sein, an denen sich im Prozess regelmäßig signifikante Merkmale bzw. Eigenschaften eines Prozesszyklus abzeichnen.

Dabei wird vorteilhafterweise eine iterative Bearbeitung der Messkurven über jeden einzelnen Messpunkt durchgeführt, bis ein charakteristischer Punkt erkannt wird, an dem die weitere Erfassung abgebrochen werden kann und die folgenden Auswertungsschritte eingeleitet werden. Das Auffinden eines derartigen charakteristischen Punkts liefert eine Prozesskennzahl, insbesondere aber eine Indizierung in einen weiteren Kurvenverlauf. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere Referenzzyklen durchzuführen und die dabei ermittelten Werte oder Kurvenabschnitte zu bewerten (gewichten, mitteln, sortieren, etc.), um zu den dann verwendeten Referenzwerten zu gelangen.

Bei den Messgrößen der Sensoren kann es sich z. B. um einen Spritzdruck, Schneckenweg, Drehmoment, einen Druck oder eine Temperatur in einem Schneckenvorraum einer Förderschnecke oder eine Temperatur eines Werkzeugs einer Spritzgießmaschine handeln.

Bei den Stellgrößen der Aktoren kann es sich z. B. um einen Umschaltpunkt, eine Nachdruckhöhe, eine Nachdruckdauer oder ein Einspritzprofil handeln.

Die Erfassung der Messgrößen kann über einen oder mehrere Prozesszyklen erfolgen. Weiterhin kann die Veränderung von Stellgrößen in einem oder in beliebigen Prozesszyklen erfolgen. Die Verarbeitung des mindestens einen Kurven Verlaufs kann ggf. durch multivariate mathematische und/oder multivariate statistische Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann ein Druckverlauf unter Verwendung einer ersten Prozesskennzahl untersucht werden, um eine Indizierung auf eine Position in einem verarbeiteten Temperaturverlauf oder einem verarbeiteten Materialeigenschaftsverlauf zu erhalten. Kurvenverläufe, die nicht im Fertigungsprozess ermittelt werden, sondern z. B. grundlegende Informationen zu Prozesszusammenhängen beinhalten, können so in analoger Weise in das Verfahren integriert werden.

Beispielweise kann die ggf. mehrstufige Verarbeitung eines Kurvenverlaufs mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren aus einer einfachen Filterung, einer Ableitung (Differenzialrechnung) oder einer Integration (Integralrechnung) oder durch eine mehrmalige Anwendung eines oder mehrerer dieser Verfahren erfolgen. Somit ist unter einer ggf. mehrstufigen Verarbeitung eine entweder einstufige oder mehrstufige Verarbeitung zu verstehen.

Fig. 1 zeigt einen exemplarischen Ablauf der Prozesskennzahlermittlung. In Fig. 1a) ist der Kurvenverlauf 10 einer ersten Messgröße abgebildet. Dieser wird entweder wie vorliegend verwendet, in der Regel aber mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren verarbeitet. Das Ergebnis zeigt Fig. 1b) als ggf. mehrstufig verarbeiteten Kurvenverlauf 20 der ersten Messgröße. Fig. 1c) zeigt die Ermittlung einer ersten Prozesskennzahl 30 im ggf. mehrstufig verarbeiteten Kurvenverlauf 20 an einem charakteristischen Punkt des Kurvenverlaufs 20. Mittels Indizierung 80 von der ersten Prozesskennzahl 30 wird im ggf. mehrstufig verarbeiteten Kurvenverlauf 25 einer zweiten Messgröße eine zweite Prozesskennzahl 40 ermittelt. Dabei erfolgt die Erfassung und Verarbeitung der Kurvenverläufe vorzugsweise in Teilabschnitten, besonders bevorzugt im Form einzelner Messpunkte, bis ein Abbruchkriterium in Form eines charakteristischen Punkts erreicht wird. Die ermittelten Prozesskennzahlen 30, bzw. 40 sowie die Indizierung 80 liegen üblicherweise am Ende oder kurz vor dem Ende des erfassten und verarbeiteten Abschnitts der Kurvenverläufe 10, 11 , 20, 25.

Fig. 2 zeigt analog zu Fig. 1d die Kaskadierung der Kennzahlermittlung aus mehreren Messgrößen mittels Indizierung 80 auf einen oder mehrere weitere Kurvenverläufe, woraus eine o- der mehrere weitere Prozesskennzahlen 50, 60 gebildet werden. Aus mehreren derartig gebildeten Prozesskennzahlen können weitere Prozesskennzahlen 65 ermittelt werden. Dabei kann eine Gewichtung der Messgrößen mit vorbekannten und/oder im Prozess ermittelten Materialcharakteristika der zu verarbeitenden plastifizierbaren Materialien erfolgen.

Der Wert des Kompensationseingriffs kann entweder aus einem vorermittelten Modell oder im laufenden Prozess durch iterative Beobachtung der Reaktion des Prozesses auf Änderungen der Maschineneinstellungen, der Umweltbedingungen, der Materialbeschaffenheit der plastifizierbaren Materialien oder infolge von Verschleißvorgängen an Elementen der Maschine ermittelt werden.

Bei einem vorermittelten Modell kann es sich z.B. um einen modellhaft ermittelten Zusammenhang zwischen bestimmten Kurvencharakteristika im Kurvenverlauf einer Messgröße - oder ihrer Differentiale oder Integrale - zu damit im Zusammenhang stehenden Charakteristika einer zweiten Messgröße - oder ihrer Differentiale oder Integrale - handeln, die bereits grundsätzlich oder an der jeweiligen Maschine als nachweislich zutreffend ermittelt wurden.

Eine Ermittlung des Werts des Kompensationseingriffs kann wie in den folgenden Schritten beschrieben erfolgen:

1. Zyklische Ermittlung der Abweichung zwischen Referenz-Prozesskennzahlen aus dem Referenzermittlungszyklus und analog definierten und ermittelten Prozesskennzahlen in einem ersten Produktionszyklus,

2. Ausführung eines Kompensationseingriffs mit einer vordefinierten Einstellgröße mit einem vordefinierten Wert im selben Zyklus,

3. Optional: Übergang zu einem zweiten Produktionszyklus,

4. Zyklische Ermittlung der Abweichung zwischen Referenz-Prozesskennzahlen und Prozesskennzahlen des aktuellen zweiten Produktionszyklus,

5. Adaptive Anpassung des Werts des Kompensationseingriffs, bis die Prozesskennzahlabweichung ausgeglichen ist.

Bei Verwendung eines vorermittelten Modells, kann dieses in dem Referenzermittlungszyklus und/oder mittels Einbringens von für das Verfahren aufbereitetem Prozesswissen ermittelt werden, das entweder vorbekannt ist oder mittels mathematischer Methoden gewonnen wird.

Vorteilhaft kann im Schritt g) vor der Verwendung des gespeicherten Werts des Kompensationseingriffs eine logische Prüfung des Kompensationseingriffs erfolgen, aufgrund derer der Kompensationseingriff entweder ausgeführt oder verworfen wird.

Die logische Prüfung kann den Wert des Kompensationseingriffs, den aktuellen Prozesszustand, eine konkrete Maschinentechnik, wie z. B. Verstellbereiche, Zeitverhalten, Leistungsfähigkeit, regelungstechnische Aspekte und Ausrüstungspezifika, sowie vorhergehende Stelleingriffe eines Bedieners umfassen. Die logische Prüfung des Kompensationseingriffs kann auf einfachen oder komplexen Wenn- Dann-Bedingungen und/oder auf einer Auswertung mit statistischen Verfahren, Signalverarbeitungsverfahren sowie Verfahren unter Ausnutzung künstlicher Intelligenz beruhen.

In die logische Prüfung des Kompensationseingriffs können Informationen aus unterschiedlichen Maschinenteilen, wie z. B. aus unterschiedlichen Antriebssträngen, aus maschinen- und werkzeugbezogenen Signalen, aus der Umgebung, durch die Rückmeldung eines Bedieners sowie durch externe Geräte oder Systeme oder Leitrechner eingehen.

Der automatischen Durchführung des Kompensationseingriffs kann in vorteilhafter weise eine interaktive Beurteilung / Freigabe eines Bedieners vorgeschaltet werden. In vorteilhafter Weise kann ein Bediener Kompensationseingriffe auf Stellgrößen sperren und/oder diese bevorzugt einstellen. Damit können bestimmte Abläufe während der Formteilherstellung und dadurch ggf. entstehende Charakteristika der herzustellenden Formteile bewusst unterdrückt oder bevorzugt werden. Der Bediener behält damit trotz weitgehender Automatisierung des Verfahrens die Entscheidungsgewalt.

Mehrere ermittelte Prozesskennzahlen (30, 40, 50, 60, 65) können in ihrem Bezug zueinander untersucht werden, z.B. mittels Korrelations- oder Regressionsanalysen. So kann z.B. aus einer druckabhängigen Prozesskennzahl der temperaturabhängige Anteil herausgerechnet werden.

Messgrößen können vorteilhaft mit vorbekannten und/oder im Prozess ermittelten Materialcharakteristika der zu verarbeitenden plastifizierbaren Materialien gewichtet werden. Dadurch wird die Genauigkeit des Verfahrens erhöht. Fig. 3 zeigt dies schematisch anhand eines Schmelzdichteverlaufs p über einem Druck p eines plastifizierbare Materials bei sich von oben nach unten erhöhender Schmelztemperatur T des Materials.

Der Kurvenverlauf kann vorteilhaft nur an singulären charakteristischen Punkten des Refe- renzermittlungs-/Produktionszyklus untersucht werden, wobei mittels iterativer Signalverfahren nach der mindestens einen Referenz-/Produktions-Prozesskennzahl (30, 40, 50, 60, 65) gesucht und die Auswertung beendet wird, sobald diese ermittelt wurde. Damit kann eine Kompensation ggfs. noch im selben Teilzyklus erfolgen.

Die Nachführung der mindestens einen gewichteten Produktions-Prozesskennzahl erfolgt wahlweise: mit einem Nachführwert, der mehrere Prozesszyklen überspannt, mit einem Nachstell betrag, der zyklisch neu ermittelt wird, im aktuellen Teilprozesszyklus, in einem folgenden Teilprozesszyklus, im aktuellen Prozesszyklus, über den aktuellen Prozesszyklus hinaus, z. B. auch über mehrere Prozesszyklen hinweg, zyklisch vollständig, in einem iterativen Ansatz zyklisch anteilig, gedämpft oder verstärkt, direkt bei Erkennung, beliebig zyklisch oder zeitlich verzögert, abhängig von Stabilitätsuntersuchungen, abhängig von logischen Entscheidungsvorgängen.

Mittels statistischer und iterativer Verfahren können stochastische Schwankungen der mindestens einen Messgröße detektiert und ausgefiltert werden, um sie aus den weiteren Berechnungsschritten auszuschließen. Dadurch wird die Qualität der zu erzeugenden Formteile nochmals erhöht bzw. die Fehleranfälligkeit des Prozesses zusätzlich verringert und die Stabilität des Verfahrens verbessert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Fig. 4 bis 5c dargestellten Verfahrensabläufe erläutert. Fig. 4 erläutert dabei den grundlegenden Verfahrensablauf, während Fig. 5 insbesondere weitere Details aufzeigt.

Zunächst erfolgt gemäß Fig. 4 in Schritt 100 ein konventionelles Einstellen eines Spritzgießprozesses an der Maschine zur Verarbeitung plastifizierbarer Materialien. Dazu wird der Spritzgießprozess so eingestellt, dass die Maschine lauffähig ist, d.h. ein Spritzteil grundsätzlich hergestellt werden kann. Im folgenden Schritt 110 wird dann ein aktuell vorliegender Spritzgießprozess als Referenz festgelegt. Bei diesem Referenzprozess handelte es sich um einen Spritzgießprozess, in dem bereits ein Gutteil gefertigt werden kann. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Referenzprozess kann auch auf eine Bedienereingabe hin, automatisiert oder auch von externen Systemen getriggert festgelegt werden, in dem durch den Bediener oder auch durch eine künstliche Intelligenz festgestellt wird, dass der vorliegende Prozess als Referenz grundsätzlich geeignet ist.

Steht ein derartiger Prozess als Referenz fest, wird im nächsten Schritt mindestens ein teilweiser Kurvenverlauf 12, 27wenigstens einer ersten Messgröße mittels mindestens eines Sensors in einem Prozesszyklus ermittelt und gespeichert, wobei zur Erfassung spezifischer Kennzahlen bzw. charakteristischer Punkte aus den Kurvenverläufen 10, 25, die von Sensoren erfasst werden, im Schritt 120 spezifische Prozesskennzahlen bzw. charakteristische Punkte 30, 30 erfasst werden.

Die Sensordaten können von einem oder mehreren beliebigen Sensor/en stammen, wie z.B. einem Sensor zur Ermittlung des Spritzdrucks, einem Positionssensor zur Ermittlung des Schneckenweges oder einem Sensor zur Erfassung des Drehmoments des Antriebs. Ebenso können weitere Sensordaten beigezogen werden, wie z.B. der Druck im Schneckenvorraum oder die Temperatur an Spritzgießeinheit und/oder Formwerkzeug. Ebenso können Kurvenverläufe anderer Herkunft in derselben Weise verarbeitet werden, wie z. B. Materialdaten o. ä., die in Kurvenform vorliegen (s. Fig. 3).

Es erfolgt optional ein mindestens einstufiges Verarbeiten des mindestens einen ersten Kurvenverlaufs mittels mathematischer und/oder statistischer Verfahren zur Erzeugung eines davon abgeleiteten Kurvenverlaufs 20. Die Erfassung von Prozesskennzahlen kann über einen Teil eines Zyklus, einen gesamten Zyklus oder auch über mehrere Zyklen gegebenenfalls unter Einsatz statistischer Verfahren und eventuell über speziell angepasste Referenzabläufe erfolgen. Als charakteristische Punkte kommen z.B. ein Umschaltpunkt zwischen Einspritzen und Nachdruck, die Nachdruckhöhe, die Nachdruckdauer oder ein bestimmtes Einspritzprofil in Betracht, allgemein aber jeder beliebige Punkt in einem Kurvenverlauf aus Sensordaten o- der auch aus anderen Datenquellen, wie z. B. Verläufen von Materialkennwerten, die sich mittels mathematischer / statistischer Verfahren gewinnen lassen.

Lagen bereits zuvor Kurven Verläufe vor, so kann das Verfahren auch weitere Kurven Verläufe ermitteln aufgrund von weiteren Messgrößen.

Im folgenden Schritt 130 erfolgt ein Vergleich der Prozesskennzahlen bzw. charakteristischen Punkte der Referenz mit den entsprechenden Werten im aktuellen Prozesszyklus.

Im Schritt 140 erfolgt eine Validierung der Vergleichbarkeit der Referenz und des aktuellen Zyklus. Ist diese Vergleichbarkeit gegeben, erfolgt im Schritt 150 ein Berechnen von neuen Einstelldaten bzw. ein aktiver Eingriff auf den Prozess anhand der zuvor erfassten Unterschiede der Prozesskennzahlen zwischen der Referenz und dem aktuellen Zyklus. In diesem Fall wird die Bildung des Formteils im Schritt 170 abgeschlossen und das Verfahren im Schritt 130 mit den geänderten Einstelldaten fortgesetzt. Ergibt Schritt 140, dass keine Vergleichbarkeit der Referenz und des aktuellen Zyklus vorliegt, erfolgt gemäß Schritt 160 keine Berechnung von Einstelldaten. Stattdessen erfolgt eine Ausgabe bzw. ein Eingriff in den Prozess, indem das gefertigte Formteil als Schlechtteil gekennzeichnet wird, der Zyklus am Ende gestoppt wird und/oder eine Fehlerauswertung stattfindet.

Fig. 5a bis 5c beschreiben den konkreten Verfahrensablauf, der den groben Ablaufschemata gern. Fig. 4 und Fig. 6 unterlegt ist.

Aus Fig. 4, Schritt 110 und 120 ist zu entnehmen, dass zunächst in (einem oder mehreren) Referenzzyklen charakteristische Punkte bzw. Prozesskennzahlen ermittelt werden. Dieser Abschnitt wird in Fig. 5a weiter detailliert.

Fig. 5a zeigt, wie aus beispielhaft zwei Kurvenverläufen 10, 25 (es können generell beliebig viele in die Verarbeitung einbezogen werden) teilweise Kurven Verläufe erfasst werden, wobei eine teilweise Erfassung im einfachsten Fall einen einzigen Messpunkt 12, 27 pro verarbeitetem Kurvenverlauf bedeuten kann. Der erfasste Teilabschnitt jedes Kurven Verlaufs wird vorzugsweise (ggfs. Auch mehrfach) verarbeitet. Unter Verarbeitung ist dabei jegliche Anwendung mathematischer Verfahren zu verstehen, wie z. B. einfache Zählung, Sortierung, Filterung, Ableitung, Integration usw.

Die Erfassung der teilweisen Abläufe erfolgt schrittweise iterativ. Sobald an Kurvenverlauf 1 ein vorgegebener charakteristischer Punkt erreicht wird, kann daraus bedarfsweise eine Prozesskennzahl ermittelt werden. Auf jeden Fall wird der charakteristische Punkt jedoch als Abbruchkriterium für die Erfassung und Verarbeitung in allen gleichzeitig untersuchten Kurvenverläufen genutzt und als Indizierung von Kurvenverlauf 1 in den oder die weiteren Kurvenverläufe genutzt, wo mit seiner Hilfe charakteristische Punkte 39 sowie Prozesskennzahlen 40 wenigstens eines weiteren Kurvenverlaufs 25 ermittelt werden.

Die Prozesskennzahlen 40 werden über mindestens einen Referenzzyklus ermittelt und können mit mathematischen / statistischen Verfahren nachverarbeitet werden (Schritt 41), z.B. in Form einer Mittelung, Gewichtung oder dergleichen. Nach Abschluss der Referenzzyklen liegen eine oder mehrere Referenz-Prozesskennzahlen 42 aus einem oder mehreren Kurvenverläufen 25 vor.

Aus Fig. 4, Schritt 130 geht hervor, dass die charakteristischen Punkte bzw. Prozesskennzahlen der Referenz mit denen des aktuellen Zyklus verglichen werden. Dazu wird, wie in Fig. 5b gezeigt, der Ablauf aus Fig. 5a zur Referenzwertermittlung für jeden einzelnen der z Produktionszyklen identisch durchgeführt und die eine oder mehreren Produktions-Prozesskennzahlen 42 jedes einzelnen Produktionszyklus mit der einen oder mehreren Referenz-Prozesskennzahlen 42 verglichen (Schritt 130). Auch die Produktions-Prozesskennzahlen können dabei im Schritt 41 über mehrere Zyklen hinweg mathematisch weiterverarbeitet werden, um zu zyklusübergreifenden Produktions-Prozesskennzahlen 42 zu gelangen.

Gern. Fig. 5c entsteht aus dem Vergleich (Schritt 130) zwischen Produktions-Prozesskennzahl mit Referenz-Prozesskennzahl ein Wert für den Abstand 135 der Prozesskennzahlen. Dazu können beliebige mathematische Abstandsmaße herangezogen werden.

Der Abstandswert wird anschließend einer logischen Prüfung (Schritt 140) unterzogen, von der abhängig gemacht wird, ob ein Kompensationseingriff auf eine vorgesehene Einstellgröße durchgeführt (Schritt 150) oder unterlassen (Schritt 160) wird. Ein Beispiel einer derartigen logischen Prüfung kann sein, die Vergleichbarkeit der Referenz-Kurvenverläufe und der Produktions-Kurvenverläufe festzustellen. Andere Möglichkeiten wurden bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele genannt. Es können alle zweckdienlichen mathematischen Methoden herangezogen werden. Auch ein entscheidender Bedienereingriff kann an dieser Stelle möglich sein.

Fig. 6a, 6b zeigen im Überblick einen Anwendungsfall des Verfahrens anhand einer konkreten Einflussnahme auf den Umschaltpunkt Up. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für die Durchführung im Detail Verfahrensschritte gern. Fig. 1 bzw. dem Ablauf Fig. 5a - 5c erfolgen.

Wie gemäß Fig. 4 erläutert, werden in den Schritten 100 und 110 zunächst ein konventioneller Spritgießprozess eingestellt und dann ein aktueller Prozesszyklus als Referenz festgelegt.

Der Ablauf startet mit dem Einspritzen bzw. der Formteilbildung in Schritt 620. Dabei wird in Schritt 630 als charakteristischer Punkt ein Wegpunkt der Förderschnecke, nämlich der charakteristische Punkt „Start Füllung“ sf _re f erfasst, der dem Zeitpunkt entspricht, zu dem plastifizierbares Material in die Spritzgießform eingespritzt wird. Im Schritt 640 erfolgt ein Vergleich des Schneckenwegs sf _re f des Referenz-Prozesszyklus mit dem Wert sfj aus dem aktuellen Zyklus zu dSj = Sfref - Sfj Im Schritt 650 wird nun geprüft, ob der maximal zulässige Differenzwert ds _m ax größer gleich dem ermittelten Wert dsi des Zyklus ist. Ist dies der Fall, erfolgt im Schritt 655 eine Änderung des Umschaltpunktes Up wie folgt zu

Upneu = Upsoll + dSi * k wobei

Upneu der angepasste Umschaltpunkt,

Upson der vorher gesetzte Sollwert des Umschaltpunkts, sowie k ein konfigurierbarer zyklusabhängiger Faktor und/oder ein materialabhängiger Faktor ist.

Hat der Vergleich in Schritt 650 jedoch ergeben, dass der Wert dsi > ds _m ax ist, ist der maximale Verstellweg gemäß der gesetzten Obergrenze überschritten, so dass in Schritt 660 eine Mitteilung des Formteils als Schlechtteil erfolgt mit anschließender Fehlerauswertung.

In Schritt 670 erfolgt ein Umschalten auf Nachdruck nach erfolgtem Einspritzen, wobei als weitere Prozesskennzahl nun eine charakteristische Volumendifferenz SNDdiff z.B. zwischen dem Start und Ende des Nachdrucks in Schritt 680 in Fig. 6b erfasst wird. In Schritt 690 erfolgt ein Vergleich dieser Volumendifferenz SNDdiff mit dem Referenzwert aus dem Referenzermittlungszyklus zu

ÄSNDdiff = SNDdiff, ref — SNDdiff, akt wobei

SNDdiff, ref = Volumendifferenz im Referenzzyklus SNDdiff, akt = Volumendifferenz im aktuellen Zyklus

In Schritt 691 erfolgt ein Ändern des Nachdrucks abhängig von ND _re t und AsNDditt.

Mit Schritt 692 ist der Nachdruck beendet und damit auch in Schritt 693 die Formteilbildung beendet, so dass mit den gewonnenen Informationen in Schritt 620 im nächsten Zyklus fortgesetzt wird. Damit können in den folgenden Zyklen entsprechende Formteile gefertigt werden.

Bei der Erfindung handelt es sich auch um eine zyklisch arbeitende Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen und anderer plastifizierbarer Materialien zur Erzeugung von Formteilen, wobei die Maschine eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens, mindestens einen Sensor und mindestens einen Aktor aufweist, wobei die Maschine geeignet ist, das Verfahren auszuführen. Außerdem handelt es sich bei der Erfindung um ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, wobei der Programmcode des Computerprogrammprodukts geeignet ist, das Verfahren mittels der zyklisch arbeitenden Maschine auszuführen.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Bezugszeichenliste

10 Kurvenverlauf einer Messgröße,

11 Kurvenverlauf einer weiteren Messgröße,

12 teilweiser Kurvenverlauf / Messpunkt

20 verarbeiteter Kurvenverlauf einer ersten Messgröße

25 verarbeiteter Kurvenverlauf einer weiteren Messgröße

27 teilweiser Kurvenverlauf / Messpunkt

30 Prozesskennzahl an der ggf. mehrstufig verarbeiteten 1. Messgröße

29, 39, 49, 59 charakteristischer Punkt

40 Zweite Prozesskennzahl durch Indizierung mittels einer ersten Prozesskennzahl (erster charakteristischer Punkt) auf einen ggf. mehrstufig verarbeiteten zweiten Kurvenverlauf (weiterer charakteristischer Punkt) einer Messgröße

41 Nachverarbeitung

42 Referenz-/Produktions-Prozesskennzahl

50, 60, 65 weitere Prozesskennzahl

80 Indizierung von Prozesskennzahlen

100 - 130 Schritte

135 Schritt

140 - 170 Schritte

620 - 650 Schritte

655 Schritt

660 - 690 Schritte

691 - 693 Schritte