Magnetspannsystem ist nicht gleich Magnetspannsystem: Die Anbieter arbeiten mit unterschiedlichen Konzepten und Technologien. Das Niederländische Unternehmen EAS Europe legt seine Pressmag Systeme spezifisch für den Einsatz auf Spritzgieß-Maschinen aus. Diese bieten im Vergleich zu Werkzeugmaschinen sehr unterschiedliche Einsatzbedingungen, wie statische und zyklische Krafteinleitung, erhöhte Betriebstemperaturen oder eine vertikale Aufspannfläche mit der potenziellen Gefahr des Abgleitens des gespannten Werkzeugs.

Unterschiedliche Anforderungen – unterschiedliche Lösungen

Obwohl die grundsätzlichen Anforderungen – nämlich das Spannen und Halten eines Werkzeuges – über die gesamte Größenpalette von Spritzgieß-Maschinen identisch sind, gibt es einen entscheidenden Unterschied in der Anwendung. Kleine und mittlere Maschinen bieten andere Rahmenbedingungen als Großmaschinen mit großen und schweren Formen. Die Ursache liegt in den unterschiedlichen physischen Größen der zusammenwirkenden Komponenten.

Kleine und mittelgroße Spritzgieß-Werkzeuge haben relativ dünne Aufspannplatten. Der geringe Plattenquerschnitt setzt dem Aufbau eines wirksamen magnetischen Flusses zwischen den Polelementen natürliche Grenzen, und zwar deshalb, weil magnetische Feldlinien nicht, beziehungsweise nur sehr schwach über Plattengrenzen hinweg wirken. Feldlinien, die außerhalb der Plattengrenzen verlaufen, werden als Streuung bezeichnet und tragen nicht zum Aufbau eine Magnetfeldes bei. Um die Gegebenheiten bestmöglich nutzen zu können, werden die verwendeten Polelemente auf die Plattendicken abgestimmt. Je geringer die Dicke, desto kleiner die Magnetpolelemente. Bei Großmaschinen hingegen führen andere Systeme mit großen Magnetpolelementen zu besseren Resultaten.

Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen hat das Unternehmen zwei unterschiedliche Systeme entwickelt. Zum einen das Pressmag SP mit Quadratpol-Technologie für Spritzgieß-Maschinen mit kleiner und mittlerer Schließkraft bis 4.000 kN, zum anderen das Pressmag HP mit Langpol-Technologie für Großmaschinen.

Schließkraft bis 4.000 kN

Das bestimmende Auslegungskriterium für ein Magnetspannsystem für Klein- und Mittelmaschinen ist, ein Maximum an Spannkraft auf einer kleinen Fläche zu erzielen und diese Kraft gleichmäßig zu verteilen. Was selbstverständlich erscheint, erfordert jedoch ein spezifisches Eingehen auf die konstruktiven Spezifika kleiner Spritzgieß-Werkzeuge. Vor allem die üblicherweise nur 20 bis 30 mm dünnen Ausspannplatten und die im Verhältnis zur Fläche relativ vielen Bohrungen stellen besondere Anforderungen an die Auslegung eines Magnetspannsystems. EAS bietet hierfür ein System mit 47×47 mm Quadratpolen an, während Wettbewerber mit einem universell für alle Anwendungen eingesetzten 80×80 mm Quadratpolsystem arbeiten.

Durch die unterschiedliche Konzeption benötigen beide Systeme unterschiedliche Rahmenbedingungen, um in der Praxis die bestmögliche Spannkraft entwickeln zu können. Der Grund dafür sind die – abhängig von der Magnetpol-größe – unterschiedlich großen Magnetfelder. Dem entsprechend kann sich bei der Verwendung von 80×80 mm Polen die volle Magnetkraft nur beim Austausch der Aufspannplatten durch Platten größerer Dicke entwickeln. Der Nachteil dieser Option ist neben den erhöhten Kosten, die Einschränkung der Einbauhöhe beziehungsweise des Öffnungshubs in der Spritzgieß-Maschine.

Für Spritzgieß-Werkzeuge mit dünneren Aufspannplatten eignet sich ein alternatives Layout mit kleinen 47×47 mm Magnetpolelementen in entsprechend größerer Anzahl. Dadurch reduziert sich die Eindringtiefe des Magnetfeldes und kann sich innerhalb der dünneren Aufspannplatten voll, das heißt ohne Streuverluste, optimal entwickeln. Eine weitere Entwicklung ist die Verwendung von multidirektionalen Magnetelementen. Das sind Magnetelemente mit quadratischem Basiskörper, aber runden Pol-Kontaktflächen. Damit lässt sich ein kreisförmig in alle Richtungen gleichmäßiges Magnetfeld erreichen und der Magnetfeldaufbau ist von geometrischen Verhältnissen der Partnerteile unabhängiger.

Mit 47 mm Quadratpolen kann nicht nur mit dünnen Aufspannplatten ein optimales Ergebnis erzielt werden, sondern es kann auch die Dicke der Magnetspannplatte selbst auf 38 mm reduziert werden. Dies ist ein substantieller Beitrag, um in Kombination mit den (dünnen) Aufspannplatten der Spritzgieß-Werkzeuge die erforderliche Maschinenspezifikation in der Regel in Standardausführung belassen zu können. Eine Vergrößerung der Einbauhöhe durch eine Rahmen- beziehungsweise Holmverlängerung kann entfallen. Alternative Magnetspannsysteme mit 80×80 mm Polen benötigen Platten mit 55 mm Dicke.

Die Flexibilität bei der Anordnung mit den kleinen Polen erlaubt ein Layout, das eine stabile mechanische Verbindung zwischen der Magnetplatte und der Maschinenplatte durch eine ausreichende Anzahl an Schraubverbindungen gewährleistet. Als Konsequenz wird ein Verbiegen der Magnetplatte beim Öffnen der Form durch die Aufreißkraft vermieden. Mit wenigen Schraubverbindungen kann das mögliche Verbiegen zu lokalen Luftspalten zwischen dem Spritzgieß-Werkzeug und der Magnetplatte und damit zu einem teilweisen Abreißen des Magnetflusses kommen, was zu einer Verminderung der Haltekraft führt. Die SP-Systeme sind für eine Anwendungstemperatur bis zu 150°C ausgelegt, während alternative Systeme anderer Hersteller Anwendungen bis in den Bereich von 100 bis 120°C erlauben.

Langpol-Module bei Großmaschinen

Die vergleichsweise großzügigere Dimensionierung der Schließeinheiten von Groß-Spritzgieß-Maschinen und der entsprechenden Spritzgieß-Werkzeuge richtet den Fokus eher auf die Haltekraft und die Betriebssicherheit, als auf Platzaspekte. Vor diesem Hintergrund hat das niederländische Unternehmen die Pressmag HP-Magnetspannsysteme mit Langpol-Einheiten entwickelt.

Langpol-Elemente weisen im Vergleich zu den Quadratpol-Elementen einen spezifischen Unterschied in der Funktion auf. Es ist die Fähigkeit, einen hohen Anteil des magnetischen Kraftflusses auch bei nur teilweise überdeckten Elementen zu erbringen. Auf diese Weise steht ein hoher Anteil der Haltekraft auch dann zu Verfügung, wenn das Spritzgieß-Werkzeug nicht die gesamte Magnetplattenfläche abdeckt. Quadratpolsysteme mit Polpaaren, die in eine neutrale Halteplatte eingelassen sind, erfordern zur Feldentwicklung die vollständige Abdeckung von jeweils einem Polpaar. Das führt dazu, dass in der Praxis Langpol-Systeme im Vergleich mit Quadratpol-Systemen bei gleicher Kontaktfläche durch das Spritzgieß-Werkzeug eine höhere Haltekraft bereit stellen. Praktische Tests auf Maschinen mit 7.200, 15.000 und 16.000 kN Schließkraft zeigen einen deutlichen Unterschied zwischen beiden Systemen.

Durch die Verwendung des Langpol-Systems und der Monodirektionaltechnik, bei der die einzelnen Magnetelemente die „Nordpole“ darstellen und die gemeinsame Platte den „Südpol“, ist die Kontaktfläche beider Pole in einem Neutralzustand. Dies vermeidet die Entwicklung eines Streuflusses.

Das mechanische Konzept des Magnetplattensystems mit langen Polen, die in gefräste Ausnehmungen der Trägerplatte eingelassen sind, garantiert für eine maximale Biegesteifigkeit des Systems. In Kombination mit einer ausreichenden Anzahl an Schraubverbindungen zur Maschinenplatte wird damit ein Biegen unter der Öffnungskraft, sowie die Bildung von Luftspalten und der Verlust von Haltekraft vermieden.

 

Leitfaden

Kriterien für Magnetspannsysteme

Magnetspannen kann mit jeder Variante von automatischen Werkzeugwechselsystemen kombiniert werden. Es gibt keine Beschränkung bei der Maschinengröße.

Magnetspannsysteme sind sinnvoll bei:

  • Werkzeugen, bei denen eine Ausrüstung mit Adapterplatten unwirtschaftlich ist
  • Werkzeugen, die in spezieller Position abgespannt werden müssen, zum Beispiel Fittingwerkzeuge
  • Großwerkzeugen, bei denen eine gleichmäßige Spannkrafteinleitung zu einer Qualitätsverbesserung bei der Produktion führt. Die gleichmäßige Kraftverteilung verhindert beziehungsweise vermindert im Vergleich zu einzelnen Spannpunkten ein Durchbiegen bei der Teile-Entformung.

Einsatz unter diesen Voraussetzungen:

  • Maschinenausrüstung mit Magnetspannplatten
  • Integration der Magnetspannsteuerung in die Maschinensteuerung
  • Saubere Kontaktflächen auf Werkzeug und Magnetplatte

Autor

Über den Autor

Harm Nijzink, Reinhard Bauer