Wirtschaftlichkeit, Produktivität und Qualität stehen mehr denn je im Vordergrund bei der Kunststoffverarbeitung. Spritzgießmaschinen, Werkzeuge und Prozesse müssen optimal aufeinander abgestimmt werden, um den hohen Anforderungen an Produktqualität und Kosteneffizienz zu entsprechen. Gerade Energie- und Materialverbrauch sind kostenintensive Faktoren bei der Herstellung von Spritzgießteilen. Fertigungskosten werden durch die Größe der Spritzgießmaschine, hohem Materialabfall während der Produktion sowie durch hohen Bauteilausschuss stark beeinflusst. Gerade bei Präzisionsteilen mit kleinem Spritzgewicht fallen diese Kosten stark ins Gewicht.
Das weiß auch der Spritzgießer Alwa. Das Unternehmen mit Sitz in Deißlingen besitzt langjährige Erfahrungen in der Konstruktion, dem Formenbau und dem Spritzgießen von anspruchsvollen Kunststoffteilen. Für die Fertigung der Plombenverschlüsse wurde ein Heißkanalsystem benötigt, das besonderen Vorgaben entsprechen musste.
Bei den Plombenverschlüssen handelt es sich um Sicherheitsbauteile, die in der Energieverbrauchsermittlung eingesetzt werden. Der Plombenverschluss hat eine Sicherungsfunktion und soll vor unberechtigtem Zugriff schützen. Die Plomben müssen sicherstellen, dass ein Öffnen ohne Zerstörung der Plomben nach erfolgter Plombierung nicht mehr möglich ist. Das stellt hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften und die Sicherungsfunktion. Alle wichtigen Schnittstellen und Funktionsbereiche an dem Bauteil müssen langlebig gesichert sein. Dies fordert eine hohe Teilequalität. Die Plombenverschlüsse sollen aus POM in den Farben weiß, gelb, rot und blau hergestellt werden.

Geringe Fertigungskosten bei
hoher Teilequalität

Steigende Energiepreise und das Ziel stetiger Produktivitätssteigerung erfordern von Kunststoff- und Werkzeugherstellern immer häufiger das Optimum aus kleinen Spritzgießmaschinen herauszuholen. Hohe Teilequalität, geringe Fertigungskosten und eine vordefinierte Maschinengröße waren die Vorgaben von Dominik Kammerer, Projektleiter bei Alwa. Bereits während der Angebotsphase wurde Günther Heiss- kanaltechnik mit ins Boot genommen, um die optimale Lösung anhand der bestehenden Vorgaben zu konzipieren und auf Machbarkeit zu prüfen. „Schon zu Beginn war klar, dass die Anforderungen nur in Verbindung eines platzsparenden energieeffizienten Heißkanalsystems einzuhalten sind. Der Einsatz geeigneter Heißkanalsysteme ermöglicht, qualitativ hochwertige Präzisionsbauteile kostenminimiert fertigen zu können“, betont Kammerer.
Ein großer Vorteil der Heißkanaltechnik ist es, dass aufgrund des geringeren Druckverlusts im System kleinere Spritzgießmaschinen eingesetzt werden können. „Die vorgegebene Maschinengröße ließ jedoch nicht viel Platz für Werkzeug und Heißkanalsystem. Gängige Heißkanalsysteme hätten wir nur mit Einschränkungen unterbringen können“, bemerkt Kammerer.
Aufgrund des begrenzten Raums wurde schnell klar, dass die Düse PektaFlow 6PLT-S des Heißkanaltechnik-Herstellers mit ihrer kompakten Bauweise die ideale Lösung ist. „Gerade für kleine Präzisionsteile mit geringem Spritzgewicht ist ein effektiver Spritzgießprozess essenziell, um wirtschaftlich produzieren zu können“, unterstreicht Markus Waizmann, Fachberater beim Heißkanalspezialisten. Die Kosten für Materialabfall und Energieverbrauch müssen in Relation zu den Gesamtfertigungskosten kleiner Präzisionsteile stehen. Dies kann nur durch einen optimalen, energieeffizienten Spritzgießprozess mit geringem Materialabfall erreicht werden. Gerade hier hat die Mehrfachdüse ihre Stärke.

Kosteneinsparung durch
energieeffizienten Spritzgießprozess

Die Kombination aus Zufuhrdüse und 20-fach-Unterverteilung mit seitlicher Anspritzung erweist sich als sehr kompakte und platzsparende Bauweise. So können geringe Nestabstände und Werkzeugabmessungen verwirklicht werden. Die Plombenverschlüsse können so mit hohem Produktionsausstoß auf einer kleineren, leistungsangepassten, wirtschaftlicheren Spritzgießmaschine hergestellt werden. Mit dieser bestmöglichen Maschinenauslastung ist der Herstellungsprozess der Plomben sehr effizient.
Das durchdachte Heißkanalsystem ist nicht nur platzsparend, sondern auch so ausgelegt, dass eine präzise und energieeffiziente Temperaturverteilung bis in die Düsenspitze vorhanden ist. Durch diesen optimierten Temperaturverlauf ist eine gleichmäßige Füllung der 20 Kavitäten gewährleistet. Ein weiterer Pluspunkt ist die schwimmende Lagerung der Düse.
Mit der Mehrfachdüse erfolgt eine direkte Anspritzung auf den Artikel. Dieser angussfreie Herstellungsprozess ist sehr wirtschaftlich, da Materialabfall vermieden wird. Dies ist insbesondere bei kleinen Spritzgießteilen, wie den Plombenverschlüssen wichtig. Auch dürfen Regenerate des Materials bei der Herstellung dieser qualitativ hochwertigen Teile nicht verwendet werden, da sie zur Schwächung der Teilequalität führen. Dank der wechselbaren Spitzen der Düse kann bei einem Farbwechsel Restmaterial einfach und zeitsparend aus der Spitze entfernt werden. Die Entscheidung für die Mehrfachdüse war aufgrund der vielen Vorteile schnell getroffen. Jetzt musste nur noch geprüft werden, ob auch das Material mit diesem Heißkanalsystem gut zu verarbeiten ist.

Hohe Teilequalität durch optimierte Verarbeitung von POM

Als Material wurde vom Kunden POM (Hostaform C13021) vorgegeben. POM bietet sehr gute Eigenschaften für solche Anwendungen, zeigt jedoch aufgrund seines Kristallinitätsgrades von etwa 65 Prozent eine hohe Schwindung. Bei unsachgemäßer Verarbeitung können Fertigteile aus POM, wenn sie erhöhten Temperaturen beispielsweise durch starke Sonneneinstrahlung ausgesetzt werden, noch Wochen nach der Verarbeitung nachkristallisieren und zu unkontrollierter Schwindung am Bauteil führen. Das heißt, inhomogene oder zu niedrige Temperaturverläufe während der Verarbeitung von POM sowie zu niedriger Nachdruck als auch zu kurze Nachdruckzeit, führen zu einer Reduzierung der mechanischen Eigenschaften des Materials. Im Gegensatz führt ein zu hoher Temperaturverlauf zum thermischen Abbau des Materials. Hohe Scherung und örtliche Überschreitung der empfohlenen Maximaltemperaturen können bei POM das positive Eigenschaftsbild negativ beeinflussen. Dabei ist auch die richtige Platzierung der Thermofühler wichtig. Der Einsatz von optimal ausgelegten Heißkanalsystemen kann die Teilequalität stark verbessern.
Die Verteilung der Heizschlangen in der Mehrfachdüse ermöglicht eine präzise Temperaturverteilung, die für die Verarbeitung von POM von großem Vorteil ist. Damit ist eine materialschonende Verarbeitung von POM möglich und somit eine hohe Teilequalität gesichert. Bei Präzisionsspitzgießteilen aus POM darf vor allem der Druckverlust in der Unterverteilung der Mehrfachdüse nicht zu groß sein.
Nachdem im Hause des Heißkanalspezialisten die Düse mit dem zu verwendenden POM-Typ auf gute Verarbeitung getestet wurde, konnte Alwa mit der Werkzeugkonstruktion beginnen. Auf Basis der vorgegebenen Eckpunkte konnte die Konstruktion auf
die Anforderungen der Mehrfachdüse angepasst werden. Die möglichen Rastermaße wurden mit der Artikelgeometrie entsprechend abgeglichen und als Ausgangspunkt festgehalten. Nach gemeinsamer Prüfung und anschließender Zustimmung aller Beteiligten konnte die Konstruktion abgeschlossen werden. Parallel zur Werkzeugherstellung beim Spritzgussunternehmen wurde das Heißkanalsystem gefertigt und zum Schluss im Werkzeug integriert.

Kosteneffizienz
Energie sparen bei hoher Teilequalität

Die Heißkanaltechnik ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung von Formteilen und eine materialschonende Verarbeitung. Die kompakte Bauweise der Mehrfachdüse PektaFlow 6PLT-S von Günther ermöglichte es Alwa, ihr Plombenspritzgießwerkzeug mit neuester Heißkanaltechnologie zu verbinden und somit die Forderungen nach geringen Fertigungskosten und hoher Teilequalität, bei vorgegebener Maschinengröße und Material, einzuhalten. Das Heißkanalsystem ermöglicht eine bestmögliche Temperaturverteilung in der Düse und deren Spitzen. Gerade bei Präzisionsteilen aus POM ist für die Teilequalität ein optimaler Temperaturverlauf wichtig. Der Einsatz des kompakten 20-fach-HK-Systems mit der Mehrfachdüse erlaubt einen hohen Produktionsausstoß auf einer kleinen leistungsangepassten Spritzgießmaschine. Diese Lösung spart Energie und sichert eine hohe Teilequalität.

 

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Jörg Essinger