Eine wichtige Komponente des Sprühkopfes, den MWV fertigt, ist der Steigrohrhalter. Er führt, dichtet und fixiert das in die Sprühflasche hineinragende Rohr. Das Bauteil mit einem Schußgewicht von 0,5 Gramm kommt in fast allen Sprühkopfvarianten zum Einsatz. Täglich werden 550000 Teile benötigt. Bis vor kurzem erfolgte die Fertigung auf drei älteren Werkzeugen mit Teilheißkanal, zwei davon hatten 48 und eines 64 Kavitäten. Um die Angüsse zu entnehmen, kamen Handlingsysteme zum Einsatz. Zusätzlich waren Angussmühlen notwendig, um die Reste zu regranulieren. Mit einer Zykluszeit von 15 Sekunden waren rechnerisch 2,5 Spritzgießmaschinen erforderlich, um den Tagesbedarf an Steigrohrhaltern zu decken. „Diese Art der Produktion war nicht mehr zeitgemäß“, so Andy Peter Brinkschulte, verantwortlich für die Optimierung der Spritzgießprozesse bei MWV. Zum einen wurde zu viel Maschinenkapazität gebunden, zum anderen erwiesen sich Wartung und Ersatzteile für die alten Werkzeuge und die Peripherie als zunehmend kostenintensiv.

Gefordert war hier eine Lösung, mit der sich der Tagesbedarf mit nur einem Werkzeug und ohne Peripheriegeräte fertigen ließ. Daher entschloss sich MWV, in Kooperation mit einem chinesischen Werkzeugbauunternehmen ein 96-fach-Werkzeug mit Vollheißkanal zu bauen. Um den Anforderungen zu genügen, musste das Werkzeug in der Lage sein, mit einer Zykluszeit unter elf Sekunden zu produzieren. „Ein anspruchsvolles Projekt“, erklärt Heinz-Jürgen Johannsen, Leiter Werkzeugbau bei MWV. Denn die Artikelgeometrie verlangt eine seitliche Anbindung. Dabei ist neben guter Kühlung auch eine perfekte Füllung entscheidend. Weil das Bauteil mit hoher Maßhaltigkeit gefertigt werden muss, ist eine ausgefeilte Balancierung unbedingt erforderlich. Die spezifischen Anforderungen an den Steigrohrhalter erklären sich durch mehrere eng tolerierte Dicht- und Passflächen im Bauteil, die sowohl für die einwandfreie Funktion des Sprühkopfs als auch für den folgenden Montageprozess wichtig sind. Da die Weiterverarbeitung auf einer vollauto-matischen Montagelinie erfolgt, führen maßliche Abweichungen bei der Montage unweigerlich zu Bauteilbeschädigungen und damit zu einer Störung des Produktionsprozesses.

Effiziente Heißkanaltechnik schafft Vorteile beim Werkzeuglayout

Die Heißkanallösung, für die sich MWV entschied, kam von Ewikon. „Während der Projektierungsphase präsentierten sie uns eine neue Lösung zur direkten Seitenanspritzung“, erinnert sich Johannsen, „und das Konzept passte in unser Anforderungsprofil.“ Mit einer Düse lassen sich acht Teile gleichzeitig direkt anspritzen, dadurch lässt sich das Werkzeug sehr kompakt aufbauen. Gleichzeitig versprach diese Lösung eine hohe Wartungsfreundlichkeit mit leichtem Spitzenwechsel während der Produktion. Sehr wichtig für den Kunststoffverarbeiter war auch, dass sich die Düse problemlos in Standard-Formeinsätzen einbauen lässt. So erhielt das Unternehmen alle Möglichkeiten, um im Hinblick auf die geforderte niedrige Zykluszeit die Kühlung optimal zu gestalten. Johannsen erklärt: „Nachdem wir das Projekt mit Ewikon und unserem chinesischen Werkzeugbauer diskutiert hatten, entschieden wir uns, als ersten Schritt eine achtfach-Prototypenform zu bauen, bevor wir das Produktionswerkzeug selbst in Angriff nehmen wollten.“

Um das berechnete Kühlungslayout zu integrieren, besteht der Formeinsatz aus zwei Teilen. Diese wurden nach dem Einbringen der Ausfräsungen für die Kühlkanäle durch Vakuumlöten miteinander verbunden, bevor die Artikel- und Anspritzkonturen eingebracht wurden. Das Testwerkzeug wurde im April 2009 erstmals abgemustert – und die Heißkanallösung überzeugte bei MWV. Im Juni 2009 startete die Konstruktion des Produktionswerkzeugs. Hier sind 12HPS-III-MH-Düsen in radialer Ausführung mit jeweils acht Anbindungen verbaut. Um die Wärmedehnung des Verteilersystems kontrollieren zu können, wurden die Verteiler segmentiert. Ein vollbalancierter Verteiler speist jeweils sechs Düsen. Ein auf einer zweiten Ebene positionierter Brückenverteiler versorgt die beiden sechsfach-Verteiler.

Natürliche Balancierung und gutes Öffnungsverhalten nach dem Start

Für den fachgerechten Einbau aller Heißkanalkomponenten stellte Ewikon China einen Anwendungstechniker ab. Bei der ersten Bemusterung des Produktionswerkzeugs erlebte der Verarbeiter eine positive Überraschung. „Bei solchen hochfachigen Seitenanspritzungswerkzeugen sind normalerweise die Balancierung und das Öffnungsverhalten der Düsen kritische Punkte“, so Heinz-Jürgen Johannsen, „umso beeindruckter waren wir, als gleich beim zweiten Schuss alle Kavitäten gleichmäßig gefüllt waren. Das ist außergewöhnlich und spricht sowohl für eine gute Wärmeführung in der Düse als auch für ein sehr gutes Fließkanallayout.“ Die realisierte Zykluszeit von zehn Sekunden entsprach voll den Erwartungen. Die guten Ergebnisse der Abmusterung bestätigten sich beim Produktionsstart in Deutschland Ende Februar. Seither läuft das Werkzeug auf einer Engel Speed 280-Tonnen-Maschine problemlos vier Tage in der Woche im Dreischichtbetrieb und fertigt täglich 800000 Steigrohrhalter. Bisher musste nur zweimal eine Spitze ausgebaut werden, um den Anschnitt zu reinigen. Beide Male stellten Verunreinigungen im Granulat das Problem dar, der Heißkanal selber funktioniert einwandfrei. Der Spitzenausbau lässt sich problemlos am geöffneten Werkzeug vornehmen. Theoretisch lassen sich alle Spitzen auf diese Weise schnell austauschen oder sogar Kavitäten mit Blindspitzen stilllegen, um bei eventuellen Kavitätenschäden weiter produzieren zu können. „Aber diese Features stellen für uns momentan nur einNice-to-have dar. Benötigt wurden sie noch nicht“, so Johannsen.

Die neue Vollheißkanallösung erreicht nicht nur eine hohe Produktivität und Prozesssicherheit, sondern ermöglicht auch flexibles Nutzen der Maschinenkapazitäten. Im Vergleich zur bisherigen Lösung ist nur noch eine Maschine nötig, um den Bedarf an Steigrohrhaltern zu fertigen. Die Maschinen, die vorher zusätzlich belegt werden mussten, stehen jetzt für andere Komponenten zur Verfügung. Bei Bedarf lässt sich zusätzliche Maschinenkapazität schaffen, indem über den regulären vier-Tage-Betrieb hinaus Teile vorproduziert werden, um auch die Produktionsmaschine anderweitig zu nutzen.

Kosteneffizienz
Kapazitäten sinnvoll ausnutzen

Eine neue Vollheißkanallösung erreicht nicht nur eine hohe Produktivität und Prozesssicherheit, sondern ermöglicht auch flexibles Nutzen der Maschinenkapazitäten. Im Vergleich zur bisherigen Lösung ist bei MWV bei der Herstellung von Steigrohrhaltern nur noch eine Maschine nötig, um den aktuellen Bedarf zu fertigen. Die Maschinen, die vorher zusätzlich belegt werden mussten, stehen dort nun für andere Komponenten zur Verfügung. Bei erhöhtem Bedarf lässt sich zusätzliche Maschinenkapazität schaffen, indem über den regulären vier-Tage-Betrieb hinaus Teile vorproduziert werden, um auch die Produktionsmaschine anderweitig zu nutzen.

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Henning Becker, Marketingleiter, Ewikon Heißkanalsysteme, Frankenberg, henning.becker@ewikon.com