Wer Spritzgussmaschinen mit Sensorik ausstattet, steht schnell vor einer scheinbar einfachen Frage: Mehr Daten sind doch besser, oder? In der Praxis zeigt sich das Gegenteil. Zu viele Sensoren ohne klaren Auswertungszweck erzeugen Rauschen statt Erkenntnisse – und erhöhen Installationsaufwand, Wartungskosten und Systemkomplexität, ohne messbaren Nutzen zu liefern.
Dieser Beitrag beschreibt, welche Sensordaten an Spritzgussmaschinen wirklich entscheidungsrelevant sind, wo Sensoren typischerweise falsch platziert werden und warum die Sampling-Rate oft wichtiger ist als die Sensorauswahl selbst.
Warum viele Maschinendaten nutzlos bleiben
In der Fertigungspraxis werden Sensordaten aus zwei Gründen erfasst, die beide legitim sind: Prozessüberwachung (ist der aktuelle Zyklus in Ordnung?) und Zustandsüberwachung (wie entwickelt sich die Maschine über Zeit?). Das Problem: Dieselben Messwerte taugen nicht gleichermaßen für beide Zwecke.
Temperatur am Heißkanalregler ist ein hervorragender Prozessparameter – zu hoch oder zu tief, und das Formteil weist Fehler auf. Als Zustandsindikator für Heizpatronenverschleiß ist dieselbe Messgröße jedoch zu träge: Bis die Temperatur deutlich abweicht, ist die Heizpatrone oft kurz vor dem Totalausfall. Hier hilft die Heizleistung (Strom und Spannung der Patrone) als früherer Indikator weit mehr.
Ein zweites häufiges Problem: Sensoren werden erfasst, weil die Maschine sie bereits intern misst und die Werte einfach abgreifbar sind – nicht weil sie einen spezifischen Erkenntnisgewinn liefern. Das Ergebnis sind Datenspeicher voller Maschinenzustandsgrößen, die niemand auswertet, weil unklar ist, was man eigentlich sucht.
Die fünf Datenpunkte, die tatsächlich zählen
1. Einspritzdruck-Profil (dynamisch, nicht nur Spitzendruck)
Der Spitzendruck beim Einspritzen ist ein Standardparameter jeder Spritzgussmaschine. Was deutlich mehr Aussagekraft hat, ist das vollständige Druckprofil über den Einspritzzyklus hinweg. Abweichungen im Druckverlauf – nicht nur in absoluten Werten, sondern in der Kurvenform – korrelieren stark mit Düsenverschleiß, Änderungen im Schmelzeverhalten und beginnenden Dichtigkeitsproblemen in der Hydraulik.
Piezoelektrische Werkzeuginnendruck-Sensoren liefern die genauesten Werte, sind aber teuer und erfordern Modifikationen am Werkzeug. Eine pragmatische Alternative für Bestandsmaschinen: Drucksensoren im Hydraulikkreis, kombiniert mit hochauflösendem Zeitstempel. Die Abtastrate sollte hier bei mindestens 100 Hz liegen – Systeme, die nur den Spitzenwert pro Schuss speichern, sind für Trendanalysen weitgehend nutzlos.
2. Schneckenrückzugs- und Dosierverhalten
Das Dosierverhalten der Schnecke – wie lange dauert die Dosierphase, wie gleichmäßig ist der Rückzug – ist ein früher Indikator für Schneckenverschleiß und Materialprobleme. Eine stetig ansteigende Dosierzeit bei identischen Prozessparametern deutet auf erhöhten Rückstromaustritt oder Schneckenverschleiß hin. Dieser Datenpunkt ist oft bereits in der SPS verfügbar und erfordert keine externe Sensorik – er wird jedoch selten systematisch geloggt.
3. Spezifischer Energieverbrauch pro Schuss
Energiemessungen an der Maschinenzuleitung (Wirkleistung, aufgezeichnet als gleitender Durchschnitt pro Schuss) liefern einen aggregierten Zustandsindikator für die Gesamtmaschine. Ein langsam steigender Energieverbrauch bei konstantem Prozess und konstantem Material signalisiert erhöhte mechanische Verluste – häufig durch Ölviskosität, Dichtungsverschleiß oder Lagerprobleme im Hydraulikaggregat.
Günstige Energiemessgeräte (40–120 Euro) lassen sich nachrüsten und über Modbus TCP oder S0-Impulsausgang in eine Datenerfassungsinfrastruktur integrieren.
4. Hydrauliköl-Temperatur
Die Öltemperatur im Hydraulikaggregat ist einer der am meisten unterschätzten Zustandsindikatoren. Hydrauliköl, das dauerhaft über 60 °C betrieben wird, altert deutlich schneller – Viskosität ändert sich, Dichtungen verschleißen früher, Pumpeneffizienz sinkt. Die Messgröße selbst ist günstig zu erfassen (Pt100-Fühler, 10–30 Euro), die Auswertung ist trivial und der Nutzen hoch.
Besonders aussagekräftig: Die Zeit bis zum Erreichen der Betriebstemperatur beim Kaltstart. Verlängert sich dieser Zeitraum über Wochen, deutet das auf Verschleiß im Wärmetauscher oder verändertes Ölverhalten hin.
5. Vibration an Antrieben und Aggregaten
Körperschallsensoren (MEMS-Beschleunigungssensoren, 15–50 Euro) an der Hydraulikpumpe, am Antriebsmotor und an kritischen Lagerböcken liefern bei FFT-Auswertung frühe Hinweise auf Lagerprobleme und mechanischen Verschleiß. Dieser Datenpunkt ist für Predictive Maintenance besonders wertvoll, weil das Signal charakteristische Frequenzmuster zeigt, bevor der Ausfall hörbar oder spürbar wird.
In einem Retrofit-Projekt mit 12 Battenfeld-Maschinen haben wir mit nur drei Sensortypen (Energiemessung, Öltemperatur, Vibration) eine Frühwarnrate von 74 % für hydraulische Ausfälle erreicht – ohne einzigen Eingriff in die SPS-Konfiguration.
Sensor-Platzierung: Wo die meisten Fehler passieren
Die häufigsten Platzierungsfehler bei der nachträglichen Sensorinstallation an Spritzgussmaschinen:
- Vibrationssensoren auf dem Maschinenrahmen statt an der Quelle: Der Rahmen dämpft und verfälscht Signale. Sensoren gehören so nah wie möglich an die zu überwachende Komponente – direkt an Pumpenflansch, Motorlager oder Zahnradgetriebe.
- Temperatursensoren zu weit von der Wärmequelle entfernt: Oberflächentemperatur am Zylindermantel ist nicht dasselbe wie die Schmelzetemperatur. Für Prozessüberwachung sind Werkzeuginnendrucksensoren mit integrierter Temperaturmessung die bessere Wahl.
- Drucksensoren ohne ausreichenden Frequenzgang: Standard-4-20-mA-Druckaufnehmer mit 2-Hz-Abtastung sind für das Einspritzdruck-Profil vollkommen ungeeignet. Hier werden oft 100–500 Hz benötigt.
- Einzelne Sensoren ohne Redundanz an kritischen Stellen: Fällt der einzige Sensor an einer kritischen Messstelle aus, verliert man nicht nur den Datenpunkt, sondern häufig auch die historische Baseline für Trendvergleiche.
Sampling-Raten: Oft wichtiger als die Sensorauswahl
Ein häufiger Fehler in IoT-Projekten für die Fertigung: Man wählt hochwertige Sensoren, konfiguriert aber eine zu geringe Abtastrate – entweder aus Datenmengengründen oder weil die Integrationsplattform keine höheren Raten unterstützt.
Folgende Faustregeln haben sich in der Praxis bewährt:
| Messgröße | Mindest-Sampling | Empfehlung |
|---|---|---|
| Einspritzdruck-Profil | 100 Hz | 500 Hz (1 kHz für FFT-Auswertung) |
| Vibration / Körperschall | 1 kHz | 4–8 kHz für Lagerdiagnose |
| Temperatur (Hydrauliköl) | 1/min | 1/10 s für Anlaufkurven |
| Energieverbrauch | 1/s (1 Hz) | 10 Hz für Lastspitzenanalyse |
| Dosierzeit, Zykluszeit | 1 Messung/Schuss | 1 Messung/Schuss |
Für die Datenspeicherung und -übertragung bedeutet das: Hochfrequente Signale sollten lokal vorverarbeitet werden (Edge-Computing), bevor sie in eine Cloud-Plattform übertragen werden. Rohsignale mit 4 kHz dauerhaft in die Cloud zu streamen, ist in der Regel weder wirtschaftlich noch notwendig – stattdessen werden auf dem Edge berechnete Merkmale (RMS, Spektralanteile, Kurvenparameter) übertragen.
Fazit
Weniger ist mehr – wenn man die richtigen Datenpunkte auswählt. Einspritzdruck-Profil, Dosierkennzahlen, spezifischer Energieverbrauch, Öltemperatur und Vibration an Antrieben decken die kritischsten Ausfallmechanismen an Spritzgussmaschinen ab. Entscheidend ist dabei nicht nur, welche Sensoren installiert werden, sondern wo sie sitzen, mit welcher Rate sie abtasten und wie die Daten lokal vorverarbeitet werden.
Ein durchdachtes Sensorkonzept mit fünf Datenpunkten und klarer Auswertungslogik schlägt ein unkontrolliertes "alles erfassen"-Ansatz mit zwanzig Messgrößen ohne definierten Erkenntniszweck in jedem Praxisprojekt.