Zyklus in 0,1 s – Position auf das Hundertstel genau

Von Harald Klieber Es war eine echte Leistungsschau: Nicht nur die großen Spritzgießmaschinen-Hersteller wie Engel und Arburg präsentierten auf der 19. Fakuma ihre neusten Maschinenentwicklungen und Automationslösungen. Auch die Werkzeugbranche hat nachgelegt: Hasco, Husky, Moldmasters, Ewikon und Günther demonstrierten, warum das Kunststoffspritzen mit Heißkanal wesentlich präziser, schneller und günstiger ist – und Andreas Reich von Hilma-Römheld erklärt, warum Magnetspannplatten doch günstiger sind als Schrauben.

Neben immer komplexeren Werkzeugen, engeren Nestabständen und elektrischen Stellantrieben war eines der beherrschenden Heißkanal-Themen auf der Fakuma auch die Medizintechnik. Udo Schwarzkopf, Market Manager Medizintechnik Europa bei Husky Injection Molding Systems (www.husky.ca), einem der weltgrößten Markenanbieter von Spritzgieß-Equipment und - services, beziffert den Medizintechnik-Markt auf rund 810 Mrd. US-Dollar und kommentiert den Markt mit einem nachhaltigen Wachstum von jährlich rund 9 %. „Das macht den Markt natürlich hoch attraktiv. Allerdings gibt es auch dort Trends, die uns technisch alles abverlangen und den Kundenwunsch nach einer Systemlösung aus einer Hand wie Husky sie bieten kann, immer lauter werden“, betont Udo Schwarzkopf. Das geht von der Einheiten-Identifizierung und RFID im Verbund mit Rückverfolgbarkeit bis hin zu immer komplexer werdenden Teilen bei immer kleiner werdenden Teilegewichten. „Außerdem verdrängt Kunststoff immer mehr das Glas in der Medizintechnik. Speziell die Kombination von technischen Kunststoffen und geringen Teilegewichten stellt besondere Anforderungen an den Heißkanal“, skizziert Udo Schwarzkopf. Wichtig sei dabei, vor allem auf die Schmelzekanalauslegung und das Temperaturprofil des Verteilers zu achten, sowie auf das Minimieren der Verweilzeit im Verteilerbalken, aber auch im gesamten System inklusive der Spritzeinheit. „Hauptsächlich kommt es dabei auf die Optimierung der Scherraten im Verteiler an. Zu hohe Raten schädigen den Kunststoff, zu geringe erhöhen die Verweilzeit unnötig“, erklärt Udo Schwarzkopf. Unterm Strich würden in der Regel individuell zugeschnittene, technisch anspruchsvolle Komplettlösungen mit immer höheren Kavitätenzahlen verlangt, die Husky als weltweiter Hersteller von Spritzgießmaschinen und Heißkanaltechnik mit den zwei entscheidenden Komponenten für eine effiziente Produktion ständig weiterentwickelt und bedient. Ziel der Heißkanaltechnik ist es, dem Anwender grundsätzlich den Anguss zu ersparen. „Letztlich wird nur soviel Material aufgeschmolzen, wie technisch nötig ist, um die Form mit einer exakt dosierten Kunststoffmenge füllen zu können – was erheblich Energie spart und die Umwelt entlastet“, erklärt Ewikon-Verkaufsleiter Silvio Paesano (www.ewikon.com) die Pluspunkte des Heißkanals. Heute werden nicht nur sehr kleine Kunststoffteile bis in den Hundertstel-Gramm-Bereich produziert, sondern auch riesige Bauteile, wie etwa komplette Telefonzellen aus Kunststoff. „Unser Betätigungsfeld sind allerdings besonders die kleinen und mittleren Schussgewichte bis in den kg-Bereich. Dabei liefern wir sowohl Einzelkomponenten als auch Komplettsysteme als ‚Heiße Seiten‘, also heißkanalseitige Formhälften mit fertig integriertem Heißkanalsystem. Der Kunde muss nur noch die konturgebenden Formplatten und die Auswerferseite fertigen“, skizziert Ewikon-Geschäftsführer Dr.-Ing. Peter Braun die Aufgaben des Anwenders. Konventionelle Heißkanaltechnik bietet heute ein allgemein hohes Niveau. Um Trends wie die Integration von Zusatzfunktionen in Spritzgießwerkzeuge bedienen zu können, ist aber ein hohes Innovationspotential gefordert. Dem trägt Ewikon mit technisch anspruchsvollen Neuentwicklungen Rechnung, wie zum Beispiel dem elektrischen Schrittmotorantrieb für Nadelverschlusssysteme mit hochpräziser Nadelpositionierung in Hundertstel-Millimeter-Schritten. „Damit haben wir ein System im Markt, das ganz neue Lösungsansätze beim Spritzgießen eröffnet“, so Peter Braun, „neben der angesprochenen Präzision ist dies vor allem die Möglichkeit, mehrere Nadelpositionen in einem Spritzzyklus anzufahren sowie Prozessparameter wie Schließkraft, Geschwindigkeit oder Öffnungsweg der Nadel variabel anzupassen. Dies ist mit konventioneller Nadelverschlusstechnik nicht möglich.“ Eine interessante Anwendung der Ewikon-Technik mit den elektrischen Nadelantrieben ist das Spritzen eines Abflussrohrs samt Innendichtung in einer Zweikomponenten-Form. „Erst wird das Abflussrohr gespritzt, dann die Dichtung aus einer Weichkomponente. Im ersten Schritt fungiert die Nadel dabei als verschiebbarer Formkern, der in die Kavität taucht, auf dem inneren Kern mit definiertem Druck abtouchiert und beim Spritzen der Rohrwand einen Kanal offen hält“, erklärt Peter Braun, „im zweiten Schritt fährt der Innenkern zurück und stellt die Kavität für die Weichkomponente der Dichtung frei. Die Nadel wird in Öffnungsposition gezogen und die Weichkomponente wird durch den Kanal eingespritzt. Danach fährt die Nadel in Schließstellung und das Rohr kann entformt werden.“ Mit dem gleichen Wirkprinzip wurden auch schon Anwendungen realisiert, bei denen die Nadel eine Zusatzfunktion als Auswerfer wahrnimmt. „Betrachtet man die Einsparungen, die Heißkanalwerkzeuge mit elektrischen Nadelantrieben durch Wegfall zusätzlicher Arbeitsschritte oder bei der Werkzeugmechanik ermöglichen, so relativieren sich die etwas höheren Heißkanalinvestitionen für solche Systeme schnell – besonders bei hohen Stückzahlen. Aber auch bei Standardanwendungen rechnet sich ein Elektronadelverschluss aufgrund der erhöhten Prozesssicherheit“, bekräftigt Peter Braun. Ebenfalls im technologischen Fokus steht bei Mold-Masters (www.moldmasters.com) der elektrische Nadelantrieb. Der globale Marktführer aus Baden-Baden verspricht mit der neuen Konfiguration erhebliche Energieeinsparungen. „Unser E-Drive-System wurde speziell für Mehrkavitäten- und Präzisionsspritzgießanwendungen im Reinraum und in ölfreien Umgebungen entwickelt. Die elektromechanische Hochleistungsnadelbetätigung ist jedoch universell einsetzbar und wir sehen hier noch weiteres Entwicklungspotential“, erklärt Marketing-Manager Michael Schiele. Beim E-Drive wird die Leistung des Servomotors über einen Zahnriementrieb auf zwei Kugelumlaufspindeln übertragen, wodurch eine präzise, formschlüssige Linearbewegung der Nadelplatte erfolgt. Der serienmäßige Absolutencoder und die Servosteuerung garantieren nach Erfahrung von Michael Schiele eine absolut korrekte, flexible Nadelpositionierung. Eine nachträgliche Anpassung der Nadellänge sei nicht notwendig. Unterm Strich favorisiert Michael Schiele den rein elektrischen Antrieb für die Zukunft. „Ein E-Drive System für Reinraumanwendungen haben wir auf der Fakuma auf einer Engel-Maschine demonstriert. Die elektrischen Antriebe können schon heute in punkto Kraft und Reinraumtechnik alles, was die Hydraulik oder Pneumatik kann – und noch mehr.“ Als zusätzliche Option stellte Mold-Masters auf der Fakuma auch erstmals die neue automatische Nadeltrennung für den E-Drive und für herkömmliche Syncro-Platten Konstruktionen vor. Einzelne Nadeln können dabei ohne Demontage der Spritzgießform vom Antrieb getrennt werden. Damit lässt sich eine schnelle und gezielte Stilllegung von einzelnen Formteilnestern gewährleisten – beispielsweise um bei Multikavitätensystemen die Produktion von unnötigen Ausschusssteilen zu verhindern. Zukünftig wird auch nach Einschätzung von Michael Schiele die Steuerungstechnik von der Spritzgießmaschine übernommen. Spritzgießmaschinenhersteller arbeiten derzeit beispielsweise an der Integration der Varan-Schnittstelle in ihre Maschinen. „Das ergibt dann ein wunderbares Paket: Steuerung, Elektrik und Mechanik realisieren Zyklen von rund 0,1 Sekunden.“ Den Trend der multifunktionalen Werkzeuge hat Mold-Masters unterdessen mit der ebenfalls neuen Abschaltfunktion für die patentierte Melt-Disk unterstrichen. Die bewährte Technologie für die direkte seitliche Anbindung hat bei Spritzgießern und Formenbauern in den vergangenen Jahren für nachhaltiges Umdenken gesorgt. „Die Melt-Disk ist seit der Markteinführung eine sehr komfortable Alternative zu traditionellen Teil-Heißkanalsystemen, die sonst bei Anwendungen dieser Art typischerweise zum Einsatz kommen. Für Mold-Masters ist die gesamte Produktentwicklung in Bezug auf die Melt-Disk ein überwältigender Erfolg. Das System ist einzigartig auf dem Markt und bietet ein exzellentes Preis-Leistungs-Verhältnis“, resümiert Patrick Bennett, Executive Vice President bei Mold-Masters. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung können mit der Melt-Disk bereits heute verstärkte technische Kunststoffe mit hoher Qualität verarbeitet werden. Als neue Option der Melt-Disk ist ab sofort die manuelle Abschaltung für die einzelnen Kavitäten verfügbar. Die neue Funktion ist dabei direkt von der Vorderseite des Werkzeuges zugänglich. Eine einfache Drehung der Absperrvorrichtung um 90° reicht aus, um die jeweilige Kavität zu aktivieren oder zu deaktivieren. Heißkanaltechnik bis mittlerweile konstant 400°C Verarbeitungstemperatur und Schussgewichte bis 0,018g direkt angespritzt verspricht unterdessen Günther-Heißkanaltechnik-Experte Horst-Werner Bremmer. „Das ist gewichtsmäßig ungefähr ein halbes Granulatkorn“, kommentiert der Leiter der Anwendungstechnischen Beratung das minimale Schussgewicht. Zudem kommt Günther (www.guenther-hotrunner.com) den steigenden Ansprüchen in punkto Materialvielfalt – steigende thermische Empfindlichkeit und hochviskose Materialien – mit homogener Temperaturführung und realisierbaren Verarbeitungstemperaturen bis 400°C nach. „Diese Temperaturen beherrschen wir prozesssicher, weil die Leistungsverteilung auf den Heizelementen optimal erfolgt und Bauteile entsprechend abgestimmt werden“, verweist Horst-Werner Bremmer auf die Günther-spezifische Gestaltung der Heizelemente der Düsen. „Das ist wichtig, wenn Sie technisch schwierige Kunststoffe verarbeiten wollen oder müssen, da aufgrund thermischer Schädigung des zu verarbeiteten Materials die Kunststoff-Teile später brechen könnten.“ Als weitere Trends sieht Horst-Werner Bremmer die bereits von vielen Anwendern geforderten immer engeren Nestabstände zur Eliminierung von Restangüssen, Nadelverschlusssysteme ab 14 mm Nestabstand und kleineren Düsen mit mehrstufigen Schaft ab Durchmessern von 15 mm. Neu auf der Fakuma und nun bereit für Kundenanwendungen sind beispielsweise Standarddüsen mit Unterverteilung vom Typ Okta-Flow für Ein- und Mehrfachsysteme. Die Düsen sind für die seitliche Anspritzung ohne kalten Pfropfen vorgesehen. Bis zu acht Spitzen pro Düse sind möglich. Ein geteilter Einsatz ist nicht notwendig. Die Spitzen lassen sich einzeln wechseln, eine beheizte Unterverteilung sorgt für einen optimierten Temperaturverlauf. Durch die schwimmende Lagerung der Düsen lassen sich diese unabhängig von der Wärmeausdehnung betreiben. Ebenfalls neu im Günther-Programm sind die Mehrfachdüsen in Z-Ausführung vom Typ SDM für die senkrechte Anspritzung. Die Düsen sind mit und ohne Schaft sowie mit individueller Spitzenanzahl lieferbar. Zu den Eigenschaften der einfach aufgebauten Düsen zählen ein schonender Schmelzefluss und getrennt geregelte Düsenspitzen. Die Düsen haben einen festen oder steckbaren Anschluss; Düsenlängen und Einbaugeometrie sind analog zur TT-Düsenserie des Anbieters. Die ebenfalls neuen Mehrfachdüsen in L-Ausführung des Typs 22LLT50 sind für die seitliche Anspritzung mit und ohne kalten Pfropfen vorgesehen. Die Düsen haben eine individuell unterschiedliche Spitzenanzahl, ermöglichen einen schnellen Farbwechsel und ein optimales Temperaturprofil. Die Heizung ist bei diesem Düsentyp direkt im Materialrohr integriert. Die Variante dieser Düsenreihe mit Multispitzen vom Typ MST ist für das Anspritzen ohne kalten Pfropfen in Multikavitätenwerkzeugen vorgesehen. Die maximale Spitzenanzahl beträgt 24 bei einem Stichmaß von mindestens 12 mm, einem H-Maß von mindestens 75 mm und einem Abstandsmaß von maximal 132 mm. Ebenfalls neu im Programm ist der Elektro-Magnet-Mechanismus ME10/UV75 für den Einsatz in der Nadelverschlusstechnik. Er kann Einzelnadelventile ersetzen und ist für elektrische Spritzgießmaschinen und die Reinraumfertigung geeignet. Das gleichfalls neue Vierfach-Steuergerät eValveControl V1.0 lässt sich über Kombikabel mit dem Werkzeug verbinden. Was ist aber beim Kauf einer Spritzgießmaschine zu beachten? „Die Spanntechnik kommt immer zum Schluss – obwohl bei frühzeitiger Einplanung auch eine Menge Geld eingespart werden kann“, skizziert Andreas Reich, stellv. Vertriebsleiter Werkzeugspannsysteme bei Hilma-Römheld, das Dilemma. Denn regelmäßig würde der nötige Platz und die finanziellen Mittel für die Spanntechnik bei der Bestellung einfach vergessen. Effekt: Der Öffnungsweg und damit die Spritzgießmaschine wird zu klein eingekauft. „Holmverlängerungen und die Euromap-Schnittstelle (70.1) für die Datenübertragung müssen dann aufwendig nachgeordert werden. Günstiger ist es, gleich das ganze Paket zu bestellen. Dann ist das Spannsystem jederzeit nachrüstbar“, betont Andreas Reich. Generell sollten beim Kauf einer Spritzgießmaschine für Spannmittel rund 5 bis 10% des Maschinenpreises zusätzlich veranschlagt werden. Geometrisch kommen dann insgesamt noch 94 mm für den Platzbedarf eines Magnet-Spannsystem hinzu. Soll die Magnetspannplatte beheizbar sein, kalkuliert Andreas Reich mit rund 130 mm für einen zusätzlichen Platzbedarf. Spannsystem-Länge. „Letztlich rechnen immer noch viele Anwender die Schraube gegen die Magnetspannplatte auf, was aber nur fair ist, wenn dann der gesamte Lebenszyklus, samt Rüstzeitplus und Instandhaltungsmehraufwand einkalkuliert wird.“ Als groben Daumenwert für die Anschaffung eines Magnetspannsystems gibt Andreas Reich drei bis vier Werkzeug-Wechsel pro Woche an. Neuste Kreation von Hilma (www.hilma.de) ist das M-Tecs-Magnetspannsystem, mit dem sich allein beim Wechsel von Spritzgießwerkzeugen gegenüber herkömmlichen Spannelementen bis zu zwei Stunden einsparen lassen. „Mit der M-Tecs-Serie geht das in rund 10 Minuten. Wir setzen mittlerweile voll auf die Magnetspanntechnik und haben auf der Fakuma auch abgestimmte, magnetische Schnellspannsysteme für Spritz- und Druckgießmaschinen und für die Gummi- und Thermoplastverarbeitung mit Einsatzbereichen bis 240°C gezeigt.“ Neben den Magnetspannplatten waren Keilspannelemente, Wechselwagen, Rollen- und Kugelleisten sowie hydraulische Spannelemente bis 160°C ausgestellt. Auf der EuroMold wird sich Römheld wieder auf den Werkzeug- und Formenbau konzentrieren und ihr umfangreiches Produktangebot an Hydraulikzylindern präsentieren.

www.hilma.de

www.guenther-hotrunner.com

www.moldmasters.com

www.ewikon.com

www.husky.ca

www.arburg.com

www.engelglobal.com