Bei der Entwicklung eines Heißkanalsystems zum Spritzen von Kunststoffrollen waren Rundlaufgenauigkeit, Maßtoleranz und Formstabilität die besonderen Anforderungen, die an Witosa, Frankenberg gestellt wurden. Für das Herstellen von Laufrädern aus PA mit einem Artikelgewicht von 53 g in einem Vierfachwerkzeug wurde ein Heißkanalsystem benötigt, welches ein Anspritzen im Narbendurchmesser der Rollen ohne einen Schirmanguss ermöglicht. Eine Nacharbeit sollte unbedingt vermieden und eine extrem hohe Rundlaufgenauigkeit bei Wandstärken von 4,5 mm erreicht werden. Um diese Bedingungen zu erfüllen, musste eine Anspritzvariante gefunden werden, die eine Direkteinspritzung im Zentrum des Artikels ermöglicht und dabei den Mittelkern für den Achsendurchmesser, der von den vortemperierten Kernen der Auswerfer- und Düsenseite gebildet wird, berücksichtigt.

Ein weiterer wichtiger Punkt war die Forderung nach einer überdurchschnittlichen Nachdruckzeit um den Achsendurchmesser ohne Einfallstellen auszuspritzen. Bei der Entwicklung der Anspritzmöglichkeit wurde schnell klar, dass für diese Anwendung weder eine Anspritzung mit offenen Düsen an mehreren Punkten noch ein Standardnadel-Verschlusssystem zum Einsatz kommen konnten. Der Heißkanal und das Werkzeug durften nicht als separate Systemteile betrachtet werden, sondern konnten nur in Kombination eine erfolgreiche Umsetzung ermöglichen. Als Ergebnis dieser Entwicklung entstand eine Heißkanaldüse, die in ihrer Grundfunktion einem Nadel-Verschlusssystem gleicht, gleichzeitig aber den Innenkern der Achsenbohrung aufnimmt. Hierbei war die thermische Trennung von Kern und Düse eine besondere Herausforderung.

Den Innenkern zum Bestandteil gemacht

Die Lösung ist ein Heißkanalsystem, bei der der Innenkern des Achsendurchmessers Bestandteil der Heißkanaldüse ist. Dieser wird umgeben von einer hülsenförmigen Verschlussnadel, die zum Anspritzen auf den Artikel einen Ringspalt von 1,2 mm bei einem Durchmesser von 21,5 mm hat. Dies entspricht einer Anspritzfläche von 81 qmm. Der Innenkern ist mit einem Heizelement von Witosa ausgestattet, der auf Verarbeitungstemperatur geheizt wird.

Eine Anhaftung oder ein Abkühlen des Materials während des Einspritzvorgangs, in dem sich die Ringnadel in der hinteren Position befindet und der Massestrom direkt auf die Oberfläche des Innenkerns geführt wird, ist damit ausgeschlossen. Der große Anspritzquerschnitt ermöglicht es, mit extrem niedrigem Einspritzdruck den Artikel zu füllen und in der Nachdruckzeit den Anspritzquerschnitt ohne Einschränkungen so lange wie notwendig offen zu halten.

Mit entscheidend für die genaue Teilequalität ist das Schließen der Ringnadel, bei der durch die variable Höhe des Dichtungsdurchmessers innerhalb der Düse wie beim Spritzprägen ein exakt vorbestimmtes Materialvolumen über die hydraulisch angetriebene Nadelhubplatte in den Artikel eingebracht und dadurch in der Achsenbohrung die Maßgenauigkeit gewährleistet wird. Im Ergebnis wurde eine Rundlaufgenauigkeit auf dem gesamten Laufrad von 0,03 bis 0,04 erreicht. Alle Anforderungen an den Artikel wurden somit erfüllt.

In die Serienproduktion schnell umgesetzt

Die Entwicklung wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden realisiert. Da das Umsetzen in einem Versuchswerkzeug erfolgte, bei dem die Positionen der Kavität im Werkzeug exakt den Abständen eines 4-fach Produktionswerkzeuges entsprach, konnte die Serienproduktion ohne weitere Anpassungen auf der Basis der ermittelten Daten Temperatur, Ringspaltmaße, Innendrücke und Materialquerschnitte durchgeführt werden. Zudem wurden durch das Vermeiden von Restangüssen, maschinellen Nacharbeiten und längeren Zykluszeiten zusätzlich Kosten eingespart.

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Michael Mandel