Serienreife Spritzgießprozesse bei GEMÜ dank Prozessentwicklung mit Software von Kistler

Als Fritz Müller 1964 das Unternehmen GEMÜ (Gebrüder Müller Apparatebau GmbH & Co. KG) gründete, war noch nicht abzusehen, welche einzigartige Erfolgsgeschichte daraus entstehen würde: Heute beschäftigt der in zweiter Generation geführte Hidden Champion aus dem Nordosten Baden-Württembergs weltweit über 2.500 Mitarbeitende und gehört zu den international führenden Unternehmen im Bereich Ventil-, Mess- und Steuerungstechnik. Neben zwei Werken in Deutschland unterhält GEMÜ Fertigungsstandorte in Brasilien, China, Frankreich, Indien, der Schweiz und den USA. Die Steuerung von Prozessmedien (Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten) ist unverzichtbar in vielen Branchen wie zum Beispiel in Medizintechnik und Pharma, Halbleiterfertigung oder Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie.

Die Kunststoffverarbeitung hat bei GEMÜ eine lange Tradition, seit Fritz Müller im Jahr 1964 mit dem ersten Prozessventil aus Kunststoff (PVC) einen Meilenstein in der Ventiltechnologie setzte. Für das umfangreiche Produktportfolio von GEMÜ werden heute in verschiedenen Verfahren über 100 verschiedene Kunststoffe verwendet. Die GEMÜ Entwicklungsabteilung ist dabei Innovationstreiber und entwickelt kundenspezifische Lösungen, die höchsten Standards entsprechen; auch der gesamte Werkzeug- und Formenbau erfolgt inhouse. Um die immer höheren Qualitätsansprüche im Bereich Spritzgießen zu erfüllen, setzt GEMÜ in Deutschland, der Schweiz und Frankreich bereits Messtechnik und Prozessüberwachung von Kistler ein. Die Kombination aus Werkzeuginnendrucksensorik und direkt mit der Maschine integrierten Monitoring- und Regelsystemen erlaubt eine gezielte Entwicklung und Optimierung des Spritzgießprozesses nach fallspezifischen Kriterien.

Seit diesem Jahr setzt GEMÜ zusätzlich die Software STASA QC Optimize von Kistler ein, die eine Prozessoptimierung auf Basis der statistischen Versuchsplanung (engl. DoE – Design of Experiments) erlaubt. Marcel Fritzsche, Prozessingenieur und Technologiescout, bei GEMÜ berichtet: „Ich kenne die Technologie von Kistler für die Kunststoffverarbeitung noch aus dem Studium. Mit STASA QC haben wir ein Entwicklungstool, das es uns erlaubt, Prozesse datenbasiert zu entwickeln, und so die Entwicklung neuer und anspruchsvoller Produkte zu optimieren oder überhaupt erst möglich zu machen.“ Zusammen mit seinem Bachelorand Hekuran Pllana, hat Fritzsche das Potenzial der Software ausgelotet und zeigt sich überzeugt von deren Möglichkeiten: „Die Prozessentwicklung auf Basis von DoE erfolgt systematisch und strukturiert. Die objektive Herangehensweise sorgt in der Zusammenarbeit für mehr Klarheit und der Weg zum serienreifen Spritzgießprozess verkürzt sich.“

In einem aktuellen Projekt stand GEMÜ vor der Herausforderung, eine geringe Oberflächenrauheit für ein hochspezialisiertes Bauteil zu erreichen. Pllana berichtet: „Der bestehende Produktionsprozess wurde den Anforderungen nicht gerecht. Ohne eine geeignete Prozessgrundlage galt es, die gesamte Prozesskette neu zu entwickeln. Dabei hat uns STASA QC Optimize entscheidend unterstützt.“ Bei der statistischen Versuchsplanung mit STASA QC wird eine bestimmte Anzahl von Tests (mindestens 10) durchgeführt, um die optimalen Maschinen- und Prozessparameter zu ermitteln. Die Software analysiert typische Stellgrößen wie Einspritzgeschwindigkeit, Nachdruck, Einspritzdruck und Zylindertemperatur; sie erkennt Haupteffekte, Kausalitäten und Wechselwirkungen und erarbeitet so ein umfassendes Prozesswissen. „Die Bedienung ist einfach, so dass eine schnelle Einarbeitung und Umsetzung gegeben ist. Entscheidend für uns war auch, dass es mit STASA QC möglich ist, attributive Qualitätsmerkmale wie etwa die Oberflächengüte zu modellieren“, so Pllana weiter.

Gewünschte Oberflächenqualität mit hoher Prozessstabilität erreicht

Im vorliegenden Fall wurde, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erreichen, eine additiv gefertigte Vorrichtung in den vollautomatischen Prozess integriert, die ebenfalls per DoE validiert wurde. Auf Basis der Datenanalyse mit STASA QC Optimize gelang es nach insgesamt drei Versuchsreihen (DoEs) schließlich, eine nachhaltige und effiziente Spritzgießproduktion mit einem hohen Grad an Prozessbeherrschung zu realisieren. Mit diesem Erfolg erreichten Fritzsche und Pllana außerdem eine höhere Akzeptanz der Nutzung von STASA QC innerhalb der GEMÜ Gruppe: Die Software von Kistler wird nun standardmäßig bei speziellen Produktgruppen in der zweiten Phase der Bemusterung eingesetzt (das heißt nach dem das Spritzgießwerkzeug in Phase 1 abgemustert wurde).

Marcel Fritzsche resümiert: „Auch dank des sehr guten Supports von Kistler haben wir mit STASA QC Optimize eine Software zur Verfügung, die robuste, digitalisierte und zukunftssichere Fertigungsprozesse ermöglicht – bis hin zum digitalen Zwilling. Dank präziser Datenanalyse über den gesamten Entwicklungsprozess sind wir in der Lage, auch künftig komplexe Kundenanfragen mit hohen Anforderungen zielgenau und effizient zu bedienen.“