In der Zeit vor dem Einsatz der elektromechanischen Nadelverschluss-Systeme war es für das Unternehmen mit hohem Aufwand verbunden, die Produktion auf einem entsprechendem Qualitätsstandard zu halten. Die zuerst eingesetzten Hydraulikkomponenten für den Antrieb der Nadeln verursachten zahlreiche Verunreinigungen der fallenden Kunststoffteile durch Hydrauliköl. Die anschließende Umstellung auf ein pneumatisches System sorgte zwar für eine saubere Produktion, brachte aber einen hohen Unsicherheitsfaktor in Bezug auf die Schließkraft der Nadel mit sich. Während des Spritzgießprozesses war nicht zu erkennen, ob die Nadel bis auf die Endposition gelangte oder aufgrund von Materialeinschlüssen und der fehlenden Schließkraft des Zylinders einige Zehntel vor der Endlage zum Stillstand kam. Die Folge war eine zu hohe Ausschussquote. Wenn bei einer Kontrolle fehlerhafte Teile auffielen, nahm das Unternehmen sämtliche Teile seit der letzten Kontrolle aus der Produktion. Das führte zu der Entscheidung, das damals neu auf den Markt gekommene, zwangsgesteuerte Nadelverschluss-System E-Drive des Heißkanalanbieters Mold-Masters einzusetzen.

Mittlerweile acht Nadelverschluss-Systeme im Einsatz

Das 2008 im Plastverarbeiter (siehe Kasten) vorgestellte 16-fach-Werkzeug mit elektromechanisch angetriebenen Nadelverschluss-System ist bei Vossloh-Schwabe immer noch im Einsatz. Dazu Bernd Helleberg, Leiter der Fertigung: „Das ist unser erstes Werkzeug mit dem E-Drive-System. Es hat 5,5 Millionen Schuss auf der Uhr und läuft immer noch fehlerfrei.“ Den Lichttechnik-Hersteller hat das Nadelverschluss-System soweit überzeugt, dass mittlerweile acht 16- und 32-fach-Werkzeuge damit ausgestattet sind. Hergestellt werden auf den Werkzeugen Abdeckungen und Gehäuse für Leuchtmittel in Stückzahlen von 20 bis 30 Millionen pro Jahr.

Das Nadelverschluss-System vereint die Merkmale eines kraftvollen Hydraulikantriebs mit denen einer sauberen Pneumatik und ist speziell für Mehrkavitäten- und Präzisionsspritzgieß-Anwendungen im Reinraum und in ölfreien Umgebungen entwickelt worden. Das Besondere ist ein synchroner, kraftschlüssiger und gekapselter Antrieb der Verschlussnadeln. Ein spezieller Zahnriemen überträgt die Leistung des Servomotors über zwei Kugelumlaufspindeln auf eine Nadelplatte. So ist eine präzise Linearbewegung der Nadeln beim Öffnen und Schließen des Werkzeugs möglich. Die Kapselung verhindert, dass der gleichzeitig minimierte Abrieb nach außen gelangt.

Durch die Erfahrungen mit dem ersten Nadelverschluss-System war das Unternehmen in Lüdenscheid bei den nachfolgenden Werkzeugen in der Lage, die Wandstärken der Spritzgussteile weiter zu minimieren und die Zykluszeiten zu verkürzen. „Mit der gleichmäßigen Nadelführung und -schließzeit konnten wir den Prozess für dünnwandige Teile mit schnellem Zyklus realisieren“, beschreibt Helleberg die in praktische Wettbewerbsvorteile umgesetzten Erfahrungen. Die integrierte Nadelpositionsüberwachung mit einer Genauigkeit von 0,01 mm sorgt ebenfalls für eine gleichbleibende Prozess- und Teilequalität. Aus diesem Grund konnte die Anzahl der Bedienerprüfungen um 50 Prozent reduziert werden. Helleberg erklärt: „Bei pneumatischen oder hydraulischen Steuerungen können Fehler durch den Kolben oder durch die Leitungen auftreten. Durch die servomechanische Zwangsansteuerung der Nadel ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Nadel vorsteht oder die Teile nicht gefüllt sind, eliminiert. Dadurch konnten wir die Bedienerprüfungen reduzieren.“

Verlässliche Teilequalität und geringer Verschleiß

Die gute Nadelführung und vollständige Nadelschließung sorgt nicht nur für eine verlässliche Teilequalität, sondern auch für einen geringen Verschleiß im Werkzeug. Das macht sich bei den Kosten für die Wartung bemerkbar. „Der Mehrpreis für das System gleicht sich durch die eingesparten Wartungskosten mehr als aus“, berichtet Helleberg. Auch sollen sich die höheren Kosten für das System rechnen, wenn beispielsweise an einer elektrischen Spritzgießmaschine keine hydraulischen oder pneumatischen Systeme vorhanden sind. Diese bräuchten dann nicht extra für das Werkzeug angelegt werden, so die Argumentation von Helleberg. Er führt weiter aus: „Die Kombination elektrische Spritzgießmaschine und elektromechanisch angetriebenes Nadelverschluss-System erfüllt in meinen Augen alle Anforderungen an den modernen Maschinenbau. Alle dynamischen Prozesse auf der Maschine erfolgen über frei programmierbare Servoachsen. Wenn jetzt noch die Steuerung des Nadelverschluss-Systems in die Maschinensteuerung integriert wäre, hätte es der Maschinenbediener noch einfacher bei einem Werkzeugwechsel. Wir haben über dieses Thema Gespräche mit Spritzgießmaschinen-Hersteller geführt, bisher jedoch ohne konkretes Ergebnis.“

Bis es soweit sein könnte, wird das Antriebssystem über ein kompaktes und benutzerfreundliches Steuergerät bedient. Das Gerät beinhaltet den Servo-Verstärker und einen Touchscreen-Bildschirm für die Parametrierung und Systemüberwachung. Es werden keine weiteren Geräte benötigt. Der eingebaute Absolutencoder und das Servo-Feedback sorgen für die korrekte Positionierung. Nachjustierungen der Nadeln sind nicht notwendig. Abschließend sagt Helleberg: „Schlecht gefüllte Kunststoffteile oder Verunreinigungen durch Hydrauliköl gibt es bei uns nicht mehr. Wir haben mit dem Nadelverschlusssystem einen hohen Qualitätsstandard erreicht.“

 

Erhöhte Marktchancen

Qualitätssicherung durch optimalen Spritzgießprozess

Durch das elektromechanisch angetriebene Nadelverschluss-System und die integrierte Positionsüberwachung der Nadel ist der Spritzgießprozess für dünnwandige Teile mit schnellem Zyklus optimal beherrschbar. In der Massenproduktion bei Vossloh-Schwabe haben die Prozesssicherheit und die Qualität der Bauteile dafür gesorgt, die Anzahl der Bedienerprüfungen um 50 Prozent zu reduzieren.

 

„Wir haben mit dem Nadelverschluss-System einen hohen Qualitätsstandard erreicht.“
Bernd Helleberg, Leiter der Fertigung bei
Vossloh-Schwabe, Lüdenscheid

 

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Oliver Lange