Durch das neue Maschinensystem der niederösterreichischen Modular Molding Systems (MMS) können Stanzteile nicht nur hergestellt, sondern ohne Umwege weiter bearbeitet werden. Dazu zählen das Biegen, Schweißen, Nieten ebenso wie das Umspritzen mit Kunststoff, bei Bedarf sogar mit zwei Komponenten. Das Spritzgießsystem für diese Anwendung wurde von dem Maschinenbauer neu entwickelt. Für die Schmelzeverteilung im Werkzeug wurde Mold-Masters als Spezialist für die Heißkanaltechnik mit ins Boot geholt.

Unterschiedliche Werkstoffe und deren Eigenschaften zu kombinieren, ist das wichtigste Innovationspotenzial der Neuzeit. Kunststoffe, aber auch Metall-Kunststoff-Verbunde, bieten dafür ein großes Potenzial. Vor allem die Kombination von Stanz- und Kunststoffteilen ermöglicht zahlreiche innovative Anwendungen in der Elektro- und Mikrotechnik. Wegen der in der Regel hohen Stückzahlen ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem die Metallteile in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt werden, unwirtschaftlich. Deshalb ist das angestrebte Ziel vieler Entwicklungsprojekte, beide Herstellprozesse in einer Maschine zu kombinieren und zwar möglichst nahe an der Zykluszeit einer Stanzmaschine – trotz des großen Unterschieds in den Zykluszeiten der Stanzteilherstellung und der Formung eines Kunststoffteils aus einer heißen Kunststoffschmelze.

Unkonventionell zu einem neuen System

Der Maschinenbauer näherte sich der Problemlösung mit der Sichtweise des Stanzmaschinenbauers. Der bereits vorhandene und langjährig erprobte Modulbaukasten mit Arbeitsstationen für das Stanzen, Biegen, Schweißen, Nieten, Montieren oder Laserbeschriften musste nur um ein ins Gesamtsystem passendes neues Modul für das Spritzgießen erweitert werden. Modular bedeutet, dass die Hauptabmessungen jeder Bearbeitungsstation in das vorgegebene Raster des Aufbaurahmens passen müssen, um in frei wählbarer Reihenfolge kombiniert werden zu können. Da passende Spritzgießkomponenten nicht am Markt verfügbar waren, gingen die Techniker des Maschinenbauers daran, ein eigenes System zu entwickeln. Dass die Schließeinheit wesentliche Konstruktionsdetails aus dem Stanzmaschinenbau mit übernimmt, wie beispielsweise den Schließmechanismus, versteht sich bei der Ausgangsposition des Projekts von selbst.

Als spezifische Besonderheit werden alle Bearbeitungsmodule einzeln über einen Servomotor angetrieben. Das bietet die Möglichkeit, jedes Bearbeitungsmodul bedarfsgerecht unabhängig von anderen Modulen zu betreiben und ist die Grundlage für das sogenannte Multihub-Prinzip. Dabei werden mit den Metallbearbeitungsmodulen jeweils nur so viele Stanzhübe gemacht, die der Fachzahl des Spritzgießwerkzeugs entspricht. Gestanzt wird jeweils nur währendder Pausenzeit zwischen zwei Spritz-gießzyklen und zwar mit Hochge-schwindigkeit auf der Basis von Präzi-sions-Folgeschnitt-Werkzeugen. Das bearbeitete Metallband wird bei geöffnetem Spritzgießwerkzeug vorgeschoben. Anschließend schließt das Spritzgießwerkzeug. Das Stanzmodul steht bis zur nächsten Entformung der Kunststoffteile still. Weitere Bearbeitungen, wie das Schweißen, Biegen, Beschriften oder Montieren, können zum Teil parallel zur Zykluszeit des Spritzgießens durchgeführt werden.

Spritzgießsystem neu konzipiert

Um in das vorgegebene Modulraster zu passen, ist das Spritzgießmodul sehr kompakt ausgeführt. Es besteht aus einem vertikalen Schließsystem in Plattenrahmen-Konstruktion mit zwei seitlichen Durchlässen für die Stanzstreifen-Durchführung. Die Hubbewegung ist auf zwei Teilhübe aufgeteilt. Beide Werkzeughälften öffnen und schließen simultan, angesteuert über Keilsysteme und Rollenspindeltriebe. Dies ermöglicht eine beidseitig synchrone Freigabe des Stanzstreifens, ohne dass ein Anheben vor jedem Arbeitstakt erforderlich ist. Unterstützt wird der Entformungsvorgang von den Auswerfern, die den Stanzstreifen während des Öffnungsvorgangs in der vorgegebenen Höhenposition halten und tragen. Das heißt, die Auswerfer bleiben stehen, während das Werkzeug relativ dazu die Öffnungsbewegung durchführt. Erst zum Ende des Entformhubs werden die Auswerfer zurückgezogen, um die anschließende Vorschubbewegung des Stanzbands nicht zu behindern.

Bei der Konstruktion des vertikal auf der Schließeinheit montierten Spritzaggregats wurde das Prinzip zur Funktionstrennung ebenso konsequent umgesetzt wie bei den übrigen Anlagemodulen. Dem entsprechend besteht das Spritzaggregat aus einer Plastifiziereinheit und einem separaten Kolben-Einspritzaggregat. Plastifiziert wird über ein mittels Servomotor angetriebenes Schneckenaggregat mit einer 18-mm-Schnecke (Standard), wahlweise sind auch Schnecken mit 16 mm bzw. 20 mm Durchmesser verfügbar. Möglich sind Spritzgewichte im Bereich von 1 bis 16 Gramm. Insgesamt liegen bisher Erfahrungen mit technischen Kunststoffen, wie PA, POM, LCP oder PPS vor. Die servohydraulisch angetriebene Spritzeinheit ist im Standard mit einem 12-mm-Einspritzkolben ausgerüstet, alternativ dazu sind auch die Kolbendurchmesser 8 und 16 mm verfügbar. Einspritzgeschwindigkeiten bis zu 300 mm/s sind möglich. Das Spritzaggregat kann auf mehreren Anbaupositionen (von oben oder seitlich durch die Trennebene) mit dem Spritzgießwerkzeug kombiniert werden. Für Mehrkomponentenanwendungen können auch zwei Spritzaggregate gleichzeitig eingesetzt werden. Um den dafür nötigen Einbauraum zu schaffen, wird in diesem Fall anstelle der Plattenrahmen-Schließeinheit ein 4-Säulen-Schließmodul, analog zu einer Stanzpresse, eingesetzt.

Bedingt durch den Stanzstreifen liegen die Formkavitäten stets mit relativ geringen Abständen im Bereich von 13 bis40 mm in einer Reihe nebeneinander. Mit der Entwicklung der entsprechenden Anspritzsysteme wurde der Heißkanalhersteller Mold-Masters beauftragt. Es kommen Systeme mit 4 bis 48 Kavitäten, generell mit Nadelverschluss, zum Einsatz. Dazu Armin Traby, Verkaufsleiter des Heißkanalherstellers für Mittel- und Osteuropa: „Die wichtigsten Kriterien für das Heißkanalsystem sind die kleinen, hochpräzise zu dosierenden Schussvolumina sowie der geringe Einbauraum. Wir entschieden uns daher für unseren rheologisch optimierten Schmelzeverteiler in Flachbauweise. Mit dieser „I-flow“ genannten Technologie ist es möglich, den Verteilerblock aus zwei Hälften herzustellen und die Schmelzekanäle in optimal ausgelegten Bahnen zu fräsen und alle Übergänge zu verrunden. Beide Hälften werden durch ein spezielles Lötverfahren dicht miteinander verbunden. Damit können speziell gefüllte und verweilzeitkritische Materialen optimal verarbeitet werden“.

MMS-Geschäftsführer Peter Buxbaum fügt hinzu: „Da wir unseren Kunden in der Regel schlüsselfertige Systeme inklusive Werkzeug und Peripherie anbieten, war es uns im Zuge dieses doch sehr ambitionierten Entwicklungsprojekts sehr wichtig, auf das Spritzgieß-Know-how eines führenden Komponentenanbieters zurückgreifen zu können. Für uns hat sich die Zusammenarbeit als Glücksfall erwiesen, da Mold-Masters bereit war, nicht nur mit Rat und Tat am Projekt teilzunehmen, sondern auch Mitverantwortung für die Systemfunktion des Spritzgießmoduls zu übernehmen. Die in der Zwischenzeit vorliegenden Erfahrungen mit den ersten Systemen und die Kundenresonanz, die wir nach unseren Messepräsentationen entgegennehmen konnten, ist eine Bestätigung für unsere Partnerwahl.“

Neue Technologien
Modulares Hybridsystem

Ein neues vollmodulares Maschinensystem integriert die Stanzteileherstellung und das Spritzgießen zu einem Hybridsystem. Alle technisch möglichen Prozesse werden dabei in Modulbauweise an einer Produktionsanlage kombiniert, um eine maximale Wertschöpfung bei minimalem Personalaufwand und Ausschussrisiko zu erzielen. Möglich wird dieses System durch die hochdynamischen Servoantriebe, die bei sämtlichen Anlagen des Maschinenbauers zum Einsatz kommen. Jedes Modul besitzt einen separaten Servoantrieb. Diese werden dann elektronisch synchronisiert. Das dabei angewandte Multihub-Prinzip ermöglicht die Kombination schneller Stanzhübe von Folgeverbundwerkzeugen mit Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeugen. Der Materialtransfer der gesamten Anlage erfolgt über einen Vorschub. Nach x-Stanzhüben stoppt der Vorschub die Einzeltakte, das Spritzgießmodul schließt und es wird x-fach umspritzt.

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Über den Autor

Reinhard Bauer, freier Redakteur, Gmünd/Österreich