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28.07.2011

Von 21 auf 14 Sekunden Zykluszeit

Direkte Seitenanspritzung mit einem Vollheißkanal-Werkzeug bei einem Medizinprodukt

Bei Spritzgieß-Formteilen, deren Artikelgeometrie eine Standardanspritzung nicht zulässt, ist die seitliche Anspritzung das Verfahren der Wahl. Bei dem Sprühkopfhersteller Lindal wurde deshalb eine derartige 16-fach Vollheißkanal-Lösung realisiert, die einen einfachen Werkzeugbau mit leichter Wartung und hoher Produktivität verbindet.

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Der international tätige Aerosolspezialist Lindal aus Schönberg stellt Ventile, Sprühköpfe und Kappen für alle Arten von Aerosol-Produkten her. Die zur Produktion solcher Formteile bisher oft eingesetzten Teilheißkanalsysteme ermöglichten zwar einen relativ kostengünstigen Werkzeugbau, waren aber letztendlich keine effiziente Lösung zur Fertigung hoher Stückzahlen - vor allem wegen der vorhandenen Angüsse und den sich daraus ergebenden Problemstellungen Regranulateinsatz und -wiederzuführung. Für die Herstellung eines Sprühkopfs für Asthmasprays wurde nun eine direkte Seitenanspritzung mit einem 16-fach Vollheißkanal realisiert, bei dem die Düsen nicht radial, sondern linear gereiht sind.

Warum eine lineare Düsenanordnung bei diesen Formteilen vorteilhaft ist

Die Initialzündung für die Entwicklung dieser linear gereihten Düsen war 2008: Lindal beziehungsweise das innerhalb der Lindal-Gruppe zuständige Werkzeugbau-Unternehmen Leonhard Fischer konzipierte eine vierfach Testform für die seitliche Direktanspritzung eines Sprühkopfs und suchte eine wartungsfreundliche Alternative für die bis dahin eingesetzten Tunnelangüsse. Das damals kurz vor der Markteinführung stehende HPS III-MH Düsenkonzept des Heißkanalspezialisten Ewikon bot alle Voraussetzungen. „Allerdings war diese Düse nur für die radiale Anordnung der Bauteile konzipiert. Da aber die seitliche Öffnung für einen Düseneinsatz im Artikel durch einen Schiebermechanismus freigestellt werden musste, war eine lineare Anordnung der Bauteile aus Gründen der Werkzeugkosten vorzuziehen", erinnert sich Lutz Maske, Leiter Werkzeugbau bei Lindal. Der Heißkanalhersteller reagierte schnell auf diese Anforderung und entwickelte innerhalb weniger Wochen den Prototypen einer linearen Variante der Düse, der den Grundstein für die einige Monate später vorgestellte Serienversion legte. Dieser wurde in der Testform verbaut und ist seither im Einsatz.

Von der Testform in das
16-fach Vollheißkanal-Werkzeug

Aufgrund dieser guten Erfahrungen entschied sich Lindal auch bei der Projektierung eines neuen 16-fach Vollheißkanal-Werkzeugs diese linearen Düsen zur Seitenanspritzung einzusetzen. Gefertigt wird ein Sprühkopf aus HDPE für Asthmasprays mit einem Schussgewicht von 3,5?g. Die Anspritzung erfolgt im 90° Winkel auf die Seitenwand des Sprühkopfs. Das Werkzeug ersetzt eine Teilheißkanallösung mit ebenfalls 16 Kavitäten. Vorrangiges Ziel bei der Neukonzeption war eine deutliche Reduzierung der Zykluszeit, die beim alten Werkzeug 21 s betrug. Weiterhin bestand die Forderung der Stilllegung einzelner Kavitäten während der Fertigung sowie der schnellen Reinigung eines blockierten Anschnitts auf der Maschine. Die um 90° abgewinkelte Auslassöffnung des Sprühkopfs machte die Integration eines Schiebermechanismus notwendig, um das Bauteil entformen zu können. Da die Fertigung im Reinraum ein zusätzlicher Bestandteil des Lastenhefts war, verbot sich der Einsatz hydraulischer Betätigungseinheiten. Die auf der Auswerferseite positionierten Schieber werden daher mechanisch über Schrägbolzen bewegt. Die Schieberkontur verfügt über eine Wechselvorrichtung für die Dosiernadeln, die beim fertigen Bauteil die Ventilöffnung freistellen. So können ohne großen Aufwand verschiedene Versionen des Sprühkopfs für unterschiedliche Dosiermengen gefertigt werden.
Heißkanalseitig sind vier HPS III-MH-Düsen in Linearausführung mit jeweils vier Spitzen in Reihe angeordnet. Das daraus resultierende kompakte zweireihige Kavitätenlayout ermöglicht einen kostengünstigen Aufbau der Schiebermechanik. Ein gerader vollbalancierter Verteiler versorgt die Düsen mit Schmelze. Das vollbalancierte Fließkanallayout setzt sich im Inneren der Düse fort, wo jeder Anschnitt über einen eigenen Schmelzekanal gespeist wird. Dies garantiert - in Verbindung mit einem durch zwei Heizungen sehr homogenen Temperaturprofil im Düsenkörper - ein gleichmäßiges Füllverhalten.
Bei der Konzeption der Düse stand eine einfache Wartung von der Trennebene der Form aus mit an erster Stelle. So erlaubt das patentierte Montageverfahren für die Spitzeneinsätze einen einfachen Austausch auf der Maschine und erfüllt gleich mehrere der von Lindal definierten Anforderungen. Nach Demontage eines Klemmdeckels können die Spitzen leicht in einer kombinierten Dreh- und Kippbewegung entnommen werden. „Dieses Prinzip ermöglicht nicht nur eine schnelle Routinewartung", so Maske, „sondern erfüllt auch unsere Forderung nach einer leichten Reinigung, falls ein Anschnitt durch Verunreinigungen, beispielsweise durch Fremdmaterial, blockiert ist. Nach Ausbau des entsprechenden Spitzeneinsatzes kann der Anschnittbereich leicht mechanisch gesäubert werden. Die Stillstandszeiten sind minimal."

15 Mio. Teile werden seit zwei
Jahren störungsfrei gefertigt

Das Werkzeug wurde komplett bei Leonhard Fischer konstruiert und gebaut. Auch die Abmusterung erfolgte im firmeneigenen Technikum. Die realisierte Zykluszeit entsprach mit 14?s beziehungsweise einer Verbesserung um 33?% voll den Erwartungen. Auch die weiteren geforderten Eigenschaften wurden vor Ort auf einwandfreie Funktion überprüft. Dazu gehörte auch die Simulation einer Kavitätenabschaltung. „Alle Funktionen, die uns der Düsenhersteller zugesagt hatte, erwiesen sich als voll praxistauglich", erklärt Maske, „und das Werkzeug lieferte praktisch vom ersten Schuss an Gutteile." Nach der Abmusterung erfolgte die Verlegung an den endgültigen Produktionsstandort in Italien, an dem seit Mai 2009 pro Jahr 15?Mio. Teile auf einer 120-Tonnen-Maschine störungsfrei gefertigt werden.

KOSTENEFFIZIENZ
Kurzer Zyklus und hohe Stückzahl

Der Aerosolspezialist Lindal hat bei einem neuen 16-fach-Werkzeug eine Vollheißkanalösung zur direkten seitlichen Anspritzung mit linear gereihten Düsen realisiert. Gegenüber dem Vorgängerwerkzeug mit einer Teilheißkanallösung konnte die Zykluszeit um 33 % beziehungsweise von 21 auf 14 s vermindert werden. Seit 2009 produziert dieses Werkzeug störungsfrei 15 Mio. Teile pro Jahr. Neben der hohen Produktivität profitiert das Unternehmen von einer leichten Wartung des Werkzeugs. Zudem ermöglichte diese Konzeption einen einfachen Werkzeugbau.

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