Das größte Potenzial liegt in der Verkürzung der Zykluszeit, weshalb die Werkzeugbauer die Formen mit einer optimalen Kühlung auslegen. Neben der Kühlung gibt es weitere wichtige Kriterien, die von den Werkzeugen erfüllt werden müssen: Die Varianz der Maße aus unterschiedlichen Kavitäten sollte sehr gering sein, damit ein möglichst breites Verarbeitungsfenster für den Prozess zur Verfügung steht. Die oft sehr hohen Anforderungen bezüglich Optik, Haptik und mechanischen Eigenschaften an den Artikel müssen durch Werkzeug, Heißkanal und Prozess stets sichergestellt sein. Zusätzlich zu diesen Qualitätsanforderungen an den Artikel werden auch andere Kriterien wie geringer Verschleiß und lange Wartungsintervalle berücksichtigt. Dies erfordert von den Werkzeug- Komponenten höchste Qualität bezüglich Material und Genauigkeit.

Die Schmelze wird von der Maschinendüse über das Heißkanalsystem zur Kavität transportiert, wobei die Materialeigenschaften möglichst wenig beeinflusst werden. Die Anbindung des Artikels kann entweder direkt oder über einen Unterverteiler geschehen. Bei direkter Anbindung hängen gewisse Eigenschaften des Artikels unmittelbar von der Auslegung und Ausführung des Heißkanalsystems ab. Bei offenen Systemen hat die Position der Spitze im Anschnitt einen großen Einfluss auf die Abrissqualität und die gleichmäßige Füllung der Kavitäten. Steht die Spitze nicht absolut zentrisch im Anschnitt, kommt es zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung und Strömungsgeschwindigkeiten mit nicht unerheblichen Auswirkungen auf die oben genannten Merkmale. Die Hasco Compact Shot Düse Z3220 wird deshalb mit einer sehr engen Rundlauftoleranz gefertigt, die eine gleichbleibende Artikelqualität ermöglicht. Eine exzentrische Spitzenposition hat bei kleinen Anschnitten einen wesentlichen Einfluss auf das Öffnungsverhalten der Düse.

Wenig Beeinflussung der Materialeigenschaften

Wenn eine sehr geringe Abweichung der Maße zwischen den einzelnen Kavitäten gefordert ist, kommt es besonders auf ein gleichmäßiges Füllen und eine gleichmäßige Nachdruckübertragung an. Unterschiedliche Spitzenpositionen im Anschnitt führen zwangsläufig auch zu einem unterschiedlichen Öffnungsverhalten der Düsen und die Kavitäten werden nicht gleichmäßig gefüllt, was wiederum eine starke Streuung in den Maßen bewirkt. Die Folge ist ein kleines Verarbeitungsfenster und ein Prozess, der empfindlich gegenüber Schwankungen von Randbedingungen ist. Die Düse Z3220 ist speziell für die hohen Anforderungen von Multikavitäten-Werkzeugen konzipiert und ermöglicht einen sehr geringen Angussrest kombiniert mit stabilen Öffnungsverhalten. Neben der Düse und der Position der Spitze hat das hinter den Düsen liegende Verteilersystem einen sehr großen Einfluss auf die einheitliche Füllung der Kavitäten. Hier sind eine gleichmäßige Temperatur und eine natürlich balancierte Verteilung der Schmelze die ausschlaggebenden Faktoren. Dies erfordert bei hochfachigen Systemen mit engen Nestabständen, die Kanäle auf mehrere Ebenen im Verteilerblock zu legen. Ziel ist es, in den einzelnen Pfaden zu den Düsen den gleichen Druckverlust zu haben.

Das Verteilersystem H4010 gestattet, mit Hilfe von speziellen Umlenkstopfen, die Schmelze auf mehreren Ebenen zu verteilen und so natürlich balancierte Systeme auf engstem Raum zu realisieren. Die Beheizung des Systems erfolgt über eingepresste Heizungen, die sich ohne großen Aufwand wechseln lassen. Damit eine homogene Temperatur im Verteiler sichergestellt ist, muss der Wärmeverlust des Systems möglichst gering gehalten werden. Dies wird beim Verteilersystem über spezielle Titan-Abstützungen und definierte Luftspalte erreicht. Die gute thermische Isolierung sorgt nicht nur für eine homogene Temperatur des Verteilers, sondern reduziert auch die Aufheizung des Werkzeugs auf ein Minimum. Um den Verschleiß des Werkzeugs zu minimieren, ist es sehr wichtig, dass alle Werkzeugkomponenten eine gleichmäßige Temperatur haben, damit die beweglichen Komponenten möglichst geringen Belastungen ausgesetzt sind. Deshalb wird bei der Auslegung der Heißen Seite darauf geachtet, die durch das Heißkanalsystem eingebrachte Energie über das Temperiermedium wieder abzuführen.

Natürlich ausbalanciertes System

Ferner ist eine möglichst biegesteife Konstruktion der Heißen Seite anzustreben, da auch die durch mechanische Belastung hervorgerufenen Deformationen den Werkzeugverschleiß erhöhen. Systeme, bei denen der Verteiler gleitend auf den Düsen gelagert ist, müssen über eine ausreichende Flächenpressung zwischen Düsenkopf und Verteiler abgedichtet werden. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass sich die Heißkanalkomponenten bei der Erwärmung auf Verarbeitungstemperatur ausdehnen und so für die nötige Flächenpressung sorgen. Je nach Größe der Dichtflächen können hier enorme Kräfte entstehen, die durch die Platten der Heißen Seiten mit möglichst wenig Deformation aufgenommen werden müssen. In der Praxis hat sich hier die Ausführung der Heißen Seite mit nur zwei Platten bewährt. Düsenhalte- und Rahmenplatte sind einteilig ausgelegt, wodurch die Konstruktion wesentlich steifer wird. Bei großen Werkzeugen sind zusätzliche Abstützungen, die als Dome in der Platte stehen, und zusätzliche Verschraubungen unbedingt einzubringen. Eine große Auflagefläche zwischen Aufspannplatte und kombinierter Rahmen-/Düsenhalteplatte reduziert Deformationen, hervorgerufen durch Schließ- und Auftriebskräfte.
Werden bei der Konstruktion die Düsen als Frontmontage-Version ausgelegt, bei der die Verkabelung zwischen Kavitäten- und Düsenhalteplatte zu den Verdrahtungskästen geführt wird, kann man die Düse direkt auf der Maschine wechseln.

Düsen auf der Maschine wechseln

Hierzu muss lediglich dafür Sorge getragen werden, dass sich die Kavitätenplatte auf die Auswerferseite ziehen lässt. Bei Auslegung von Heißen Seiten wird stets darauf geachtet, eine ausreichende Sicherheit gegen Leckage bei höchster Steifigkeit zu gewährleisten. Deshalb wird jedes System individuell berechnet.

Die Prozessfähigkeit ist wie erwähnt wesentlich für den wirtschaftlichen Erfolg. Die Werkzeuge müssen bei einer kurzen Produktionsunterbrechung wieder sehr schnell in den Zyklus gebracht werden, was gerade bei sehr schnell laufenden Werkzeugen problematisch werden kann. Durch die kurzen Zykluszeiten bleibt oft nicht genügend Zeit, damit sich die Schmelze im Heißkanalsystem wieder entspannen kann; das bedeutet, dass sich immer ein gewisser Restdruck im System befindet, der zu einem „Nachlaufen“ der Düsen führen kann. Es bildet sich ein kalter Pfropfen, sodass beim Anfahren des Werkzeuges möglicherweise nicht alle Kavitäten gefüllt werden. Die beste Lösung, um wirklich prozesssicher zu werden, ist der Einsatz eines Nadelverschlusssystems; das ist aus wirtschaftlichen Gründen aber nicht immer möglich. In einem offenen System sollte man darauf achten, dass die Volumenänderungsarbeit möglichst gering ist. Das Produkt aus Volumenänderung und Druckverlust in den einzelnen Verteilpfaden muss ein Minimum anstreben. In der Praxis hat sich hier eine definierte Abstufung der Kanäle zur Angießbuchse hin bewährt. Schneckenrückzug oder eine Tauchdüse unterstützen die Dekompression.

Erhöhte Marktchancen
Wichtige Schnittstelle

Der Heißkanal als Schnittstelle zwischen Spritzgießmaschine, Werkzeug und Artikel hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Artikels und die Lebensdauer des Werkzeugs. Jedes Werkzeug benötigt individuelle Heißkanallösungen. Wenn im Vorfeld alle Faktoren berücksichtigt und die Erfahrungen aus vorangegangenen Projekten konsequent berücksichtigt werden, lassen sich auch komplizierte Projekte erfolgreich abschließen. Eine professionelle Auslegung der Heißkanäle mit den Mitteln der FEM und analytischen Methoden ist dabei Grundvoraussetzung für das Gelingen.

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Über den Autor

Volker Müller, Business Development Manager Hotrunner Sales International, Hasco, Lüdenscheid, vmu