Dank präziser Temperaturführung und homogener Temperaturverteilung erfolgt das Verarbeiten von Hochtemperatur- und technischen Kunststoffen mit Heißkanalwerkzeugen zunehmend unproblematisch. Dies besagen mitgeteilte Trends zu Heißkanalsystemen. Zwanzig Hersteller dieser Systeme sind neben zwölf Normalienanbietern mit Daten zu ihren Produkten in der Tabelle aufgelistet.
Werkzeuge und Formen sind Dank zur Verfügung stehender Normalien schnell und wirtschaftlich herzustellen. Normalien reduzieren so den Termin- und Kostendruck der Kunststoffverarbeiter insbesondere beim Anlauf einer neuen Produktion. Zur Verfügung stehen sowohl Grundaufbauten für Werkzeuge als auch eine Vielzahl von Funktionselementen. Einen Überblick über das Angebot der Normalien liefernden Firmen gibt es daher nachfolgend unterteilt nach Art und Baugruppen. Eine Zuordnung zu den liefernden Firmen ermöglichen die in den Klammern hinter den Normalienbezeichnungen angegebenen Zahlen, die den laufenden Nummern der jeweiligen Firma in der Tabelle entsprechen:
- Werkzeugplatten mit Bohrungen (1, 3, 9, 11, 17, 23),
- Werkzeugplatten ohne Bohrungen (2, 3, 7, 10, 11, 17, 23),
- Führungs- und Zentrierungselemente wie Hülsen, Buchsen und Führungssäulen (1, 3, 7, 9, 11, 17, 23),
- Vorrichtungs- und Funktionselemente wie Schieber und Backenelemente, Auswerferkupplungen, Ausdrehvorrichtungen u. dgl. (3, 7, 9, 23),
- Entformungseinrichtungen wie Auswerferstifte und –hülsen, Klinkenzüge, Auswerferplatten usw. (1, 3, 5, 7, 9, 17, 23),
- Isolierplatten (3, 9, 11, 17, 23, 26),
- Temperierelemente (9, 10, 23),
- Regelsysteme (9, 10, 23, 26),
- Befestigungs- und Spannelemente (7, 9, 23),
- Sonstiges Zubehör wie Federn, Datums- und Materialkennzeichen, Transportsicherungen, Endschalter u. dgl. (1, 7, 9, 23) sowie Kabelboxen für Heißkanalwerkzeuge (9, 15, 23),
- Teilweise werden Bauelemente als vollständige Stammformen zusammengefasst geliefert mit hoher Zahl an möglichen Variationen (23).
Für Stanzwerkzeuge sind Gruppen wie Säulengestelle, Schneidelemente, Federelemente, Gleit-, Kugel- und Rollenführungselemente sowie weiteres spezifisches Zubehör erhältlich (1, 3, 5, 7, 9, 23).
Heißkanalsysteme
Heißkanalsysteme bieten den Verarbeitern Vorteile, die sich insbesondere aus der Vermeidung von Produktionsabfällen in Form von Angussverteilern, aber oftmals auch durch die Möglichkeit, kleinere Maschinen verwenden zu können, ergeben. Dies ist vor allem bei Mehrfachwerkzeugen mit großer Nestanzahl der Fall, bei denen in Normalkanalverteilern Angüssen entstehen, die wie die Formteile der Abkühlung unterliegen und ebenfalls in fester Form entformt werden müssen. Sie sind zu handhaben und für eine Weiterverarbeitung zu zerkleinern. Dagegen verbleibt bei Heißkanalwerkzeugen das Angussvolumen als Schmelze im Heißkanalsystem und steht für den folgenden Produktionszyklus zur Verfügung. Lediglich das Formnestvolumen muss bei jedem Zyklus neu von der Spritzgießmaschine plastifiziert werden, was vor allem bei Mehrfachwerkzeugen kleinere Plastifiziereinheiten bedeuten kann. Infolge des Fortfalls der vom Verteilersystem erzeugten Werkzeugauftriebskräfte kann in solchen Fällen gegebenenfalls auch mit kleineren Schließeinheiten gearbeitet werden.
Der Aufbau von Schmelzeleitsystemen umfasst Angussbuchsen, Verteilerblöcke, Einfach- und Mehrfachdüsen. Je nach Bauart erfolgt die Beheizung der Heißkanalelemente von außen oder innen, wobei die von außen überwiegt. Lediglich vier Firmen bieten neben außenbeheizten auch innenbeheizte Systeme an. Beide Arten der Beheizung können auch innerhalb der verschiedenen Elemente eines Heißkanalsystems nebeneinander Verwendung finden. Daraus darf geschlossen werden, dass beide Beheizungsarten sowohl Vor- als auch Nachteile aufweisen im Hinblick auf mögliche Anwendungsfälle der Systeme. Eine ausführliche Diskussion dieser Vor- und Nachteile erfolgte in früheren Ausgaben dieses Blicks in den Markt und kann nachgelesen werden in Heft 10 des Jahrgangs 1996 und den Heften 11 der Jahrgänge 1998 und 1999 dieser Zeitschrift.
Die nachfolgenden Tabellenteile gehen auf verschiedene Faktoren ein, die maßgebend für eine gute Funktion von Heißkanalsystemen sind. Dazu gehören die Ausführung der Schmelzeleitkanäle, deren Balancierung, die Wärmeverlustminimierung und die Kompensation der Wärmedehnung des Systems. Temperaturab- oder -zunahme der Schmelze soll ebenso vermieden werden, wie verschiedener Druckverlust zwischen Eintritt der Schmelze in das System und den jeweiligen Anschnitten an den Formnestern im Fall von Mehrfachwerkzeugen. Diese Balancierung kann durch veränderte Fließquerschnitte oder bei gleichen Fließwegquerschnitten durch gleich lange Fließwege realisiert werden.
Wie bei den Verteilerblöcken überwiegt auch bei den Düsen, die die Schmelze abschließend in die Formnester leiten, die Außenbeheizung. Sie wird von allen Lieferanten für Heißkanäle angeboten, während innenbeheizte Düsen bei sieben Firmen erhältlich sind. Auch nicht direkt beheizte Düsen erhalten die am Anschnitt erforderliche Wärme über gut Wärme leitende Elemente aus dem Verteilerblock. Zwei Firmen bieten diese Variante an.
Entwicklungstrends
Ausführlich hat Firma Roko zu Trends bei Heißkanalsystemen Stellung bezogen. Dem Wärmehaushalt in der Heißkanaltechnik kommt danach „speziell durch die zunehmende Weiterentwicklung von Hochtemperaturkunststoffen weiter eine entscheidende Bedeutung zu. Durch das oft sehr enge Verarbeitungsfenster der Hochtemperaturkunststoffe müssen sowohl die Temperaturführung im Heißkanal als auch die Regeltechnik optimal aufeinander abgestimmt sein. Zudem werden in der Heißkanaltechnik verstärkt isolierende Werkstoffe, wie beispielsweise Keramiken, Verwendung finden, um eine optimale thermische Trennung zwischen beheizter Düse und relativ kalter Form zu gewährleisten und damit eine problemlose Verarbeitung von Hochtemperaturkunststoffen realisieren zu können.“ Zum Wärmehaushalt weist auch Firma Günther auf das erforderliche homogene Temperaturprofil hin. PSG erreicht die homogene Temperaturführung durch Einsatz von Wärmeleitrohren in den Heißkanaldüsen. Erreicht werden damit weiterhin eine Reduzierung der Regelstellen und des Energiebedarfs.
Zur Regelung der Heißkanalsysteme teilt Roko mit, dass der Trend, „die Heißkanalregelung über in die Spritzgießmaschine integrierte Regeleinheiten zu realisieren sich weiter fortsetzen wird. Gleichwohl verlangt die zunehmende Verwendung von Hochleistungskunststoffen eine sehr exakte Temperaturführung, was nur durch eine entsprechende Regelcharakteristik möglich ist, welche viele der heute am Markt erhältlichen Regler (noch) nicht leisten.“ Erforderlich ist eine „sehr schnelle Regeltechnik für kompakte, schnell reagierende Heißkanalkomponenten“, wie Firma Günther mitteilt. Zur Sicherstellung einer störungsfreien Produktion ist nach PSG eine „neue Regelgeneration mit integrierter Diagnosefunktion“ geeignet.
Zum Design der Heißkanäle erwartet Roko, „dass sich die Miniaturisierung nicht weiter fortsetzen wird. Mit den heute erhältlichen Düsen ist die Grenze des physikalisch Vertretbaren nahezu erreicht. Die Aufgabe der Heißkanalhersteller ist eher darin zu sehen, die „kleinen“ Düsen so weiter zu verbessern, dass diese für eine breitere Anzahl insbesondere technischer und Hochtemperatur-Kunststoffe eingesetzt werden können.“ Für enge Nestabstände weist Günther hingegen auf einen Trend zu kompakten Bauformen hin.
Zwei gegenläufige Trends sieht Roko hinsichtlich sonstiger Entwicklungstrends: „Auf der einen Seite sind Heißkanaldüsen und Heißkanalsysteme gefragt, die unter dem Aspekt „Wirtschaftlichkeit“ ein möglichst optimales Kosten-Nutzen-Verhältnis bieten. Hier gilt es, einfach und modular aufgebaute Düsen, die sich durch ihre universale Verwendung für ein möglichst breites Spektrum an einfach zu verarbeitenden bis hin zu technischen Kunststoffen auszeichnen, zu einem attraktiven Preis anzubieten. Auf der anderen Seite sind Heißkanalsysteme zu entwickeln, die ein prozesssicheres und problemloses Verarbeiten von Hochleistungs- und Hochtemperatur-Kunststoffen ermöglichen. Hier steht weniger der Preis als vielmehr die technische Lösung im Vordergrund.“ Zur Vermeidung von Druckspritzen beim Kaskadenspritzgießen verweist PSG unter sonstige Trends auf ein Heißkanalsystem, das Volumenstromsteuerung ermöglicht.
Firma Günther stellt fest, dass von Kunden zunehmend Energieeffizienz gefordert wird. Dem wird bei Heißkanalsystemen mit Düsen mit Dickschicht-Heizelementen entsprochen. Auch Roko sieht durch die zunehmende Sensibilisierung hinsichtlich des Umweltgedankens in der Heißkanaltechnik das Thema Energieeffizienz eine immer größere Rolle spielen. Man erwartet in dem Maße, in dem die Hersteller von Spritzgießmaschinen gefordert sind, den Stromverbrauch ihrer Maschinen zu senken und damit deren Energieeffizienz zu erhöhen, diese Aufgabe früher oder später auch auf die Hersteller von Heißkanalsystemen zukommen. Roko führt weiter aus, dass das Thema Wirtschaftlichkeit selbstverständlich weiter eine wichtige Rolle spielen wird. „Als integrativer Bestandteil einer Spritzgießform beeinflusst das Heißkanalsystem zwangsläufig die Kosten je gespritztem Teil. Auf der anderen Seite sind mittels des Einsatzes von Heißkanalsystemen und Heißkanaltechnik jedoch auch enorme Kostensenkungspotentiale zu realisieren, so dass speziell unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit der Trend zum Einsatz der Heißkanaltechnik weiter zunehmen wird.“
