Innovationen, die ein Prozessfenster weiter öffnen und damit Produktionsprozesse sicherer machen, rennen bei den Kunststoffverarbeitern offene Türen ein. Genau das ist mit einer kontrollierten Nadelverschlussöffnung für hydraulische Nadelverschlusssysteme gelungen, zumal man den befürchteten Materialschädigungen durch Scherung der Schmelze mit technischen Anpassungen erfolgreich begegnen konnte. Noch vor einem Jahr war dieses neue Verschluss-System in der Fachzeitschrift „Automobil Produktion“ zurückhaltend als „Versuch mit Potenzial“ angekündigt worden. Inzwischen konnte der Hersteller, die INCOE International Europe, zahlreiche Verarbeitungsprozesse mit diesem nachrüstbaren System namens SoftGate® ausstatten und dabei gemeinsam mit den Kunststoffverarbeitern überraschende Erfahrungen sammeln. Diese führten wieder zu neuen Versuchen mit Potenzial, denn als Technologiepartner der Werkzeugbauer und Spritzgießer muss der Ausrüster bei diesen Anwendern immer wieder Füllprozesse anpassen und optimieren. „Vor allem im Rahmen von Innovationen, damit der Traum Prozessstabilität nicht zum Albtraum wird“, erläutert der INCOE-Entwicklungsleiter Christian Striegel. Jetzt, so Striegel, dringe das Verfahren als vielseitiger Problemlöser in weitere, neue Marktnischen vor.

Einfache Technik, aber große Wirkung

So löste die sanfte Nadelverschlusstechnik eine Reihe von Problemen in Spritzgießprozessen, die sich negativ auf die Produktqualität auswirkten; dabei standen die Ursachen dafür oft in Zusammenhang mit der Ventilsteuerung bei der hydraulischen Nadelverschlusstechnik. Der SoftGate-Projektleiter Heiko Klein beschreibt die Ursachen so: „Die Hydraulik zieht die Nadel in kürzester Zeit – in knapp 0,1 Sekunden – vollständig zurück, womit die unter sehr hohem Druck stehende Kunststoffschmelze zum Anschnitt hin expandieren kann. Das gleicht eher einer Explosion und hat mit Schmelzefluss nichts zu tun. Dieser Zustand hält so lange an, bis es zum Druckausgleich im System kommt – erst dann können wir von einem homogenen Schmelzefluss sprechen.“ Die wichtigsten hieraus resultierenden Probleme: Optische Fehlstellen, Bindenahtprobleme sowie Druckumschlagsmarkierungen durch Druckschwankungen im System, die beim Kaskadenspritzguss besonders gefürchtet sind. Oft werden diese Markierungen erst bei der Weiterverarbeitung sichtbar wie dem Galvanisieren oder Lackieren.
Mit der neuen Technik kann man jetzt das Öffnen der Düsennadel steuern und damit auch den Übergang Vordruck zu Fülldruck. Aus dem Zeitpunkt wird eine Zeitspanne von mehreren Sekunden. Mit erheblicherer Wirkung, vor allem, was die Druckschwankungen betrifft. Klein fasst zusammen: „Die Schmelze strömt jetzt überall und während des gesamten Prozesses, und der Druckumschlag ist auf leichte Schwankungen reduziert, die keine Markierungen zur Folge haben.“ Entscheidend ist aber, wie der Verarbeiter davon profitiert. „Unsere Erwartungen und die Hoffnungen unserer Kunden haben sich zu aller Zufriedenheit erfüllt, manchmal auch etwas mehr“, freut sich der Projektleiter. Natürlich gebe es keine Bindenahtprobleme mehr und Druckumschlagsmarkierungen gehörten der Vergangenheit an. Auf die Frage nach Details von konkret belegten Beispielen gibt sich Entwicklungsleiter Striegel zurückhaltend: „Bei den zahlreichen Kundenprojekten geht es um Erfahrungen im aktuellen Produktionsprozess oder um Validierungsprozesse, wo wir zur Geheimhaltung verpflichtet sind.“ Aber einige allgemeine Aussagen will Striegel dann doch machen.

Erfolgreicher Einsatz im Kaskadenspritzguss und Folienhinterspritzen

Die Ergebnisse aus den zahlreichen Anwendungen haben auch den Entwicklungsleiter Striegel überrascht: „Wir haben vieles umgesetzt und keinen einzigen Rückschlag erlebt“, berichtet er. „Es ist beispielsweise gelungen, Bindenähte in unkritische Bereiche zu verschieben.“ Mit dieser Nadelverschlusstechnik könne man jetzt ein viel größeres Prozessfenster nutzen und den gesamten Spritzgießprozess anders einstellen, was vor allem beim Kaskadenspritzguss zu unerwarteten Erfolgen geführt habe. Auch biete dieses Verfahren jetzt mehr Freiheiten bei der Wahl der Anschnittpositionen, was in einem anderen Fall mit sehr hohem Anspruch an die Oberflächenqualität zu einem unverhofft stabilen Prozess geführt habe. Das habe ihn ermutigt, eine kritische Anwendung im Bereich des Folienhinterspritzens umzustellen – mit demselben positiven Ergebnis.
Und was ist mit dem Problem der Materialschädigung durch Scherung? Gab es nicht Vorbehalte, dass am Anfang des Fließprozesses, wo das Material durch einen noch sehr engen Spalt gepresst wird, ein erhebliches Risiko besteht? „Die befürchteten Materialschädigungen durch Scherung sind nicht eingetreten“, bestätigen Striegel und Klein. Und Striegel bringt es dann auf den Punkt: „Es war schon in Ordnung, sich hier langsam vorzutasten und diese Nadelverschlusstechnik weiter zu entwickeln. Wir verarbeiten mittlerweile PP, PMMA, PC, PP, PA6+GF mit Talkum, PC ABS, also wirklich anspruchsvolle Werkstoffe.“ Und Klein toppt das mit dem Hinweis, dass man kürzlich eine Anwendung mit dem Copolymer PC PET entwickelt habe: „Absolut kritisch. Jede kleinste Schädigung durch Scherung bedeutet Ausschuss.“ Ist die neue Technik somit ein Allheilmittel? „Das nicht,“ rückt Striegel gerade, „aber wir können jetzt für den Spritzgießer viele Prozesse sicherer machen, was ihm hilft, die an ihn gestellten hohen Anforderungen bezüglich dauerhaft und konstant hoher Qualität zu erfüllen.“

Neue Technologie
Keine Druckumschlagsmarkierungen und Bindenahtprobleme im Griff

Anstatt in etwa 0,1 Sekunden das Nadelverschlussventil zu öffnen ermöglicht es die langsame Nadelverschlusstechnik SoftGate, eine optimale Öffnungszeit einzustellen und diesen Zeitraum bis auf mehrere Sekunden auszudehnen. Die Schmelze fließt somit nicht mehr explosionsartig in die Kavität; der Druckumschlag wird auf leichte Schwankungen reduziert. Vor allem im Kaskadenspritzguss wurden damit Produktionsprobleme bei mehreren Kunststoffverarbeitern gelöst: keine Druckumschlagsmarkierungen mehr und Bindenahtprobleme bekam man in den Griff. Auch beim Folienhinterspritzen wurde dieses Konzept erfolgreich eingesetzt. Die anfangs befürchteten Probleme infolge der Scherung des Materials begegnete man mit technischen Anpassungen, sodass sie bislang nicht aufgetreten sind. Inzwischen werden mit diesem Nadelverschlusssystem anspruchsvolle Werkstoffe wie PMMA, PC, PP, PA6 mit GF und Talkum sowie Copolymere wie PC ABS und PC PET verarbeitet.

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Heinz-Jürgen Rottig