Mit den austauschbaren Düsenspitzen lassen sich unterschiedliche Anschnittarten realisieren. (Bildquelle: Meusburger)

Mit den austauschbaren Düsenspitzen lassen sich unterschiedliche Anschnittarten realisieren. (Bildquelle: Meusburger)

Die Möglichkeit, den Spritzgießprozess in Teilbereichen durch das Spritzgießwerkzeug selbst zu steuern, wird durch elektromotorisch oder hydraulisch angetriebene Nadelverschlussdüsen Realität. Da verwundert es nicht, dass „sich der bereits in den Vorjahren zu verzeichnende Trend zum Einsatz von Nadelverschlusstechnik fortsetzt“, wie Ewikon Heißkanalsysteme, Frankenberg, feststellt. Dazu schreibt MHS Heißkanaltechnik, Würzburg, dass „Heißkanalsysteme für die Mehrzahl neuer Spritzgießwerkzeuge im Zuge der weiteren Automatisierung und Globalisierung tiefer in die Prozesskette integriert werden.

Dabei kommen dem Heißkanal neben der herkömmlichen Angussfunktion, der traditionellen Schmelzeleitung und Schmelzeverteilung weitere Aufgaben zu. Der Nadelverschluss-Heißkanal wird zunehmend als aktives Element zur Prozesskontrolle eingesetzt, um die Formteilfüllung und Teilequalität zu optimieren. Wichtige Prozessgrößen der Schmelze wie Druck, Temperatur und Schergeschwindigkeit werden nach dem Verlassen des Einspritzaggregats im Heißkanal je nach Anforderungen der Materialien und Formteile weiter geregelt.


Marktübersicht Heißkanalsysteme

Heißkanalsysteme erschließen immer mehr Anwendungen. Insbesondere Nadelverschlussdüsen erfreuen sich steigender Beliebtheit. Diese Marktübersicht enthält das Portfolio der wichtigsten Heißkanal-Anbieter auf dem Markt und führt direkt zu deren Ansprechpartnern. Starten Sie den Vergleich und finden Sie den richtigen Anbieter.

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Durch diese Möglichkeit der Echtzeiterfassung der Kavitätenfüllung mittels Schmelzedruckaufnehmer und Temperaturfühler wird die Prozesskontrolle zunehmend verfeinert und der Nadelverschluss als Stellglied genutzt. Diese Heißkanal-Prozessgrößen liefern zusätzlich wichtige Daten in Form digitaler oder analoger Werte; basierend auf „Wireless Webbrowser“ sind diese überall verfügbar. Der Heißkanal bindet sich nahtlos in den digitalen Wandel ein. Damit ist die Möglichkeit des direkten Zugriffs auf das Geschehen im Heißkanalwerkzeug weltweit“ gegeben. Dies sieht auch Roko Heißkanaltechnik Friedrich, Pforzheim, so und erwartet eine „zunehmende Konfrontation der Heißkanaltechnik mit der Industrie 4.0. Speziell im Bereich der Regeltechnik warten hier Herausforderungen für die Hersteller von Temperaturregelgeräten.“ Hasco, Lüdenscheid, merkt an, dass die „Industrie 4.0 sicherlich die Einbindung der Spritzgießformen, respektive Heißkanalsystem, in die zentralen Netzwerke wünschen wird.“

Gezielte Nadelbewegung ermöglicht vielfältige Einflussnahme

In diesem Zusammenhang hebt Synventive Molding Solutions, Bensheim, die „insbesondere im Automobilbereich stetig steigenden Ansprüche an hochqualitative teilweise funktionsintegrierte Oberflächen“ hervor. „Dabei umspielt ein modernes Design immer komplexere Funktionen einzelner Bauteile mit höchsten Anforderungen an Maßhaltigkeit und Integration mehrerer Komponenten; ein Trend der auch in anderen Marktbereichen, wie zum Beispiel weiße Ware, zu erkennen ist. Zur optimalen Schmelzeführung in die Kavität sind dabei Nadelverschluss-Heißkanalsysteme fast unumgänglich. Doch einfaches, unkontrolliertes Öffnen und Schließen der Nadel reicht oft nicht aus, die perfekte Bauteilqualität bei einem stabilen Prozess zu erzielen. Hier besteht der Bedarf nach einer einfachen Überwachung der Nadelbewegung und je nach Spritzgießergebnis nach erweiterten Kontrollmöglichkeiten zur Steuerung des Schmelzeflusses.“

Die internen Nadelverschlussdüsen sind in einer Vielzahl von Größen für viele verschiedene Spritzgießanwendungen erhältlich. (Bildquelle: MHS)

Die internen Nadelverschlussdüsen sind in einer Vielzahl von Größen für viele verschiedene Spritzgießanwendungen erhältlich. (Bildquelle: MHS)

Erreicht wird dies durch „sequentielles Spritzgießen mit modularen aufrüstbaren Heißkanalsystemen, die mit Positionssensoren an den hydraulischen Zylindern ausgestattet sind, die Daten der Nadelbewegung bereitstellen. Das ermöglicht Überwachung, Diagnose und Troubleshooting der Nadelbewegung und -position von außerhalb der Spritzgießmaschine. Sollten bei der Erstabmusterung Fehler wie zum Beispiel Druckumschlagmarkierungen auftreten“, können anhand dieser Daten mit einer Schmelzefluss-Kontrolltechnologie zur Geschwindigkeiten- und Verschlussnadelsteuerung Oberflächendefekte beim Kaskadenspritzgießen eliminiert werden. Synventive berichtet weiter, dass „die Funktion, die Verschlussnadel an jeder Hubposition zu stoppen und zu halten, eine individuelle Schmelzeflusskontrolle an jeder Düse“ ermöglicht, „um Familienwerkzeuge zu balancieren oder komplexe mehrfach angebundene Bauteile zu füllen.


Marktübersicht Normalien

Diese Marktübersicht von Normalien für Spritzgießwerkzeuge und andere Kunststoff-Verarbeitungsverfahren enthält die wichtigsten Anbieter auf dem Markt und deren Portfolio. Starten Sie den Vergleich und finden Sie den richtigen Anbieter.

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Auch mehrere Nadelbewegungen in einem Zyklus sind jetzt programmierbar, was die Möglichkeit eröffnet, Kaltkanäle vorzufüllen oder differentielle Nachdruckphasen bei komplexen Bauteilanwendungen zu fahren.“ Aber auch weitere Gründe sind für den zunehmenden Einsatz der Nadelverschlusstechnik maßgebend, wie Ewikon mitteilt. Diese „liegen in der gesteigerten Effizienz durch hohe Prozesssicherheit und reduzierte Zykluszeiten sowie in der hohen Anschnittqualität. Gefragt sind dabei zunehmend hochfachige und dennoch möglichst kompakte und wartungsfreundliche Lösungen, um eine hohe Produktivität bei gleichzeitig möglichst kleinen Spritzgießmaschinengrößen zu erreichen.“

Heißkanalsysteme für zunehmende Materialvielfalt

Auch wenn neue Funktionen der Heißkanalsysteme durch Nadelverschlusstechnik heranwachsen, „soll diese Entwicklung jedoch nicht von der Notwendigkeit ablenken, dass sich Heißkanalsysteme in Bezug auf Verschleißfestigkeit und Dauerlaufvermögen ständig weiter entwickeln müssen“, stellt MHS fest und verweist auf Entwicklungen „in Richtung hochtemperaturfester Nadelverschlusszylinder, die dichtungslos und selbst ohne Schmierung und ohne Kühlung bis 400 °C Heißkanaltemperatur und 200 °C Werkzeugtemperatur auskommen, wie es zum Beispiel bei Peek-Anwendungen der Fall ist. Auf derartige „Systeme, die ohne Dichtungselemente in Nadelverschlüssen auskommen und somit für hohe Umgebungstemperaturen designet sind“, weist auch Witosa Heißkanalsysteme, Frankenberg, erneut hin.

Die Düse tut sich durch die Spitzenheizung sowie eine verlängerte Düsenspitze hervor. (Bildquelle: Seiki)

Die Düse tut sich durch die Spitzenheizung sowie eine verlängerte Düsenspitze hervor. (Bildquelle: Seiki)

Aufgrund der immer weiter wachsenden Vielfalt neuer Spritzgießwerkstoffe und Additive, welche von Compoundern häufig spezialrezeptiert werden, sind „korrosions- und abrasionsfeste Heißkanalkomponenten“ erforderlich, ergänzt MHS. „Dabei kommen neue Speziallegierungen und Sonderbeschichtungen zunehmend zum Einsatz.“ Auch Ewikon „registriert am Markt eine stetig zunehmende Vielfalt an Materialien, teilweise mit hohen Ansprüchen bei der Verarbeitung.“ So „kommt bei technischen Kunststoffen mit engen Verarbeitungsfenstern der stabilen Temperaturführung im System eine wichtige Bedeutung zu. Ein gleichmäßiges Temperaturprofil über die gesamte Düsenlänge bis in den Anschnittbereich sowie eine konstant hohe und jederzeit reproduzierbare Heizleistung werden mit einer leistungsfähigen Direktheizung“ erreicht, die „bis hin zur kompakteren Variante mit einem Schmelzekanaldurchmesser von 3 mm eingesetzt wird und so bei der Verarbeitung anspruchsvoller Materialien einen sehr breiten Schussgewichtsbereich abdeckt.“

Mit einem auf dieser Basis erstellten „Mikrosystem lassen sich Kleinbauteile aus technischen Kunststoffen ab 0,05 g Schussgewicht sogar auf Kleinspritzgießmaschinen prozesssicher fertigen.“ Roko merkt dazu an, dass „durch moderne Materialien wie abbaubare oder Hochtemperatur-Kunststoffe der Wärmehaushalt ein zentrales Thema im Bereich der Heißkanaltechnik bleibt“ und deren Hersteller „weiterhin aufgefordert sind, Beheizungslösungen für ihre Düsen zu entwickeln, die mit der Materialentwicklung Schritt halten.“ Auch nach Xintech Hotrunner, Dübendorf, Schweiz, „wird für die prozesssichere Verarbeitung von modernen Hochleistungs- und Hochtemperatur-Kunststoffen die optimale Beheizung des Heißkanal-Systems zunehmend wichtiger. Die benötigte Heizleistung muss über die vorhandene Fläche möglichst ohne Verluste in das System eingebracht werden; andernfalls werden sich bestimmte Kunststoffe kaum vernünftig verarbeiten lassen. Hierfür müssen geeignete Heizelemente eingesetzt werden, die eine vollflächige Wärmeübertragung zwischen Heizung und Düse gewährleisten.“

 


Heißkanaldüsen, -systeme und -verteiler 2016


Die Temperaturbestimmung des zu verarbeitenden Materials soll nach Xintech Hotrunner „durch ein möglichst angussnah positioniertes Thermoelement“ erfolgen. „Nur so sind selbst minimalste Schwankungen der Schmelzetemperatur messbar, wodurch die Prozesssicherheit der Verarbeitung der Hochleistungs- und Hochtemperatur-Kunststoffe ermöglicht wird.“ Hinsichtlich der Beheizung der Systeme verweist auch A&E Produktionstechnik, Dresden, darauf, dass „sehr gute Kontaktierungen zwischen Heizelementen und zu beheizenden geometrischen Körpern“ mit runder, prismatischer oder flächiger Form „erforderlich sind. Bereits geringe Luftspalte führen zu erheblichen Übertragungsverlusten und zu ungleichmäßigen Temperaturverteilungen.“

„Thermisch sensitive Kunststoffe“ erfordern „bei der Verarbeitung vor allem Scherung möglichst niedrig zu halten, lange Verweilzeiten im Heißkanalsystem zu vermeiden und gleichzeitig Toträume im System zu eliminieren“, schreibt Ewikon weiter. „Sehr kompakte Schmelzekanal-Layouts auf mehreren Ebenen mit kurzen Gesamtlängen helfen, die Verweilzeit zu optimieren.“

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Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de