Kunststoffverarbeiter die im höher temperierten Bereich des technischen Spritzgusses unterwegs sind, suchen ständig nach Optimierungspotenziale um sukzessive die Temperaturschwelle von 160 auf 180 °C anheben zu können und einen verbesserten Durchfluss, optimierte Zykluszeiten sowie eine präzisere Prozessüberwachung zu erreichen. HB-Therm konnte mit der Entwicklung einer Durchflussmessung für Wasser bis 180 °C, Wasser als Temperiermedium und Alternative zum Öl ins Gespräch bringen. Denn der Produktionsprozess läuft in diesem Bereich wasserbasiert viel stabiler ab. Als einer der führenden Verarbeiter von PEEK ist Ensinger, mit der Spritzgussproduktion im Standort Rottenburg-Ergenzingen, auf ein hohes Temperaturniveau angewiesen.

Qualität und Oberfläche wassertemperiert hochwertiger

Mit den weiter steigenden Anforderungen der Industrie als Abnehmer der Spritzgussteile kommt zunehmend Wasser als Temperiermedium in den Fokus. Ensinger achtet dabei besonders auf das Reduzieren der Zykluszeiten bei Mehrkavitäten-Werkzeugen. Gemeinsam mit dem Spezialisten für Temperierung hat man nun die Überwachung paralleler Temperierkreise als optimale Lösung für solche Anforderungen antwickelt. Hier geht es vor allem um die erreichbare Zuverlässigkeit der Messungen, den hohen Temperierbereich bis 180 °C und die große Messgenauigkeit auch bei geringen Durchflussmengen mit einem Messbereich bis hinunter zu 0,4  L/min. So können an einem Temperiergerät bis zu vier überwachte Kreisläufe betrieben werden, wodurch sich pro Maschine je nach Temperieraufwand gleich mehrere Temperiergeräte erübrigen, ohne Qualität und Produktivität bei einer gleichzeitig höheren Energieeffizienz einzuschränken.

Test an einem problematischen Kunststoffteil

So wurde die werkzeugnahe Durchflussmessung Flow 5 an einen problematischen Kunststoffteil erfolgreich getestet. Dieses wird in einem 4fach-Werkzeug aus POM hergestellt und sollte eine Zykluszeit-Reduzierung bei stabilem Prozess von 33 s auf 21 s erreichen. Dazu wurde zunächst die Ist-Situation vor Ort aufgenommen und über das SEP-Berechnungsprogramm ausgewertet. Verbräuche und Leistung der Geräte sowie das optimale Anbinden können damit vorab und ohne Feldversuch ermittelt werden. Anhand der ermittelten Daten wurden dann Versuche gefahren und über das VIP-Visualisierungsprogramm aufbereitet und ausgewertet. Hinzu kam die Analyse der Qualitätsdaten hinsichtlich Vorgaben. Ursprünglich kamen zwei Series 5 Geräte zum Einsatz. Ein Gerät sorgte für die Temperierung des Werkzeugrahmens auf 100 °C. Der zweite Kreis war charakterisiert durch eine serielle Anbindung der Einsätze für Profile und Kerne bei einem Sollwert von 50 °C.

Um die Temperaturdifferenzen im Werkzeug zu verringern, wurden die Kerne zunächst in Parallelschaltung an eines der beiden Temperiergeräte angeschlossen. Zur Überwachung der Durchflussverhältnisse diente eine Durchflussmessung für vier Kreise. In gleicher Weise wurden die Profile an das zweite Gerät angeschlossen, wobei der Werkzeugrahmen in den Kreis 4 integriert wurde. Beide Geräte wurden mit einem Sollwert von 100 °C gefahren. Nach den erfolgreichen Tests wurde die Parallelschaltung beibehalten, aber durch ein Anpassen der Temperaturen versucht, die Zykluszeit weiter zu verkürzen.

Resultate für werkzeugnahe externe Durchflussmessung

Die großen Temperatur-Unterschiede zwischen Vor- und Rücklauf in der Ausgangslage und damit auch im Bereich der Kerne führten zum Anhaften der Spritzgussteile. Eine Zykluszeit von 33 s war erforderlich. Mit der geänderten Schaltungsart erhöhte sich der Gesamtdurchfluss auf über 20 L/min, wodurch die Temperaturdifferenz im Werkzeug auf kleiner 1 K sank. Bei einer Temperatur von 100  °C für alle Kreise konnte eine Zykluszeit von 21 s gefahren werden. Durch die Reduktion der Solltemperatur für die Kerne von 100 auf 60 °C ließ sich die Gesamtzykluszeit auf 16 s senken, womit das gesteckte Ziel übertroffen wurde. Bei der parallelen Anbindung haben alle Kavitäten gleiche Vorrausetzungen. Dafür wird allerdings ein Überwachen der einzelnen Kreisläufe zwingend notwendig, um Abweichungen zu erkennen und die Temperatur und den Durchfluss einzeln zu überwachen. Das Anfahren des Werkzeuges wurde schließlich ohne das im Standardprozess übliche Haften der Artikel im Profil erreicht. Die Versuche zeigten darüber hinaus weitere Optimierungsmöglichkeiten, die im Kasten Optimierungspotenzial aufgelistet sind.

Der neue werkzeugnahe Durchflussmesser Flow-5 kann direkt an die Werkzeug-Aufspannplatte montiert werden. Jeder der modular ausbaubaren bis zu 16 Temperierkreisläufe des Durchflussmessers lässt sich im Rücklauf manuell feinfühlig einstellen und regeln. Die Anfahrprobleme bei Produktionsbeginn werden dadurch minimiert und der Ausschuss reduziert. Zusammen mit einem optimierten Prozessfenster, höheren Durchflussmengen, verringerten Kühl- und damit Zykluszeiten sowie einer höheren Teilequalität sind dies zusätzliche Pluspunkte. Der Gesamtprozess lässt sich durch die Kontrolle der Temperaturdifferenzen zwischen Vor- und Rücklauf optimal einstellen, die zentrale Überwachung sorgt für gleichbleibende Prozesssicherheit. Die reduzierte Verschlauchung bringt mehr Energieeffizienz, weil Durchfluss, aber auch Anschlusskosten positiv beeinflusst werden. Reimar Olderog, Spartenleiter Spritzguss bei Ensinger, stellt zum Einsatz des neuen Durchflussmessers fest: „Wir erreichen mit diesem System eine hohe Qualität bei bis um 50 Prozent reduzierten Zyklen. Wenn sie das auf eine Jahresproduktion hochrechnen, kommt dabei ein weitaus kostengünstigerer und wirtschaftlicherer Prozess heraus.“

 

„Wir können mit diesem System höchste Qualität bei um
50 Prozent reduzierten Zyklen herstellen. Hochgerechnet
auf eine Jahresproduktion ergibt sich ein weitaus wirtschaftlicherer Prozess.“

Reimar Olderog, Spartenleiter Spritzguss, Ensinger

„Mittelfristig werden wir diese Technologie bei anspruchsvollen Anforderungen berücksichtigen, wenn Qualität, Sicherheit und Ausbringung in der Serie besonders wichtig sind.“

Dr. Dirk Weydandt, Produktionsleiter der Sparte Spritzguss, Ensinger

 

Optimierungspotenzial

Die Versuche zeigten weitere Möglichkeiten zur Optimierungdes Prozesses auf, die zu einer zusätzlichen Reduktion der Zykluszeit führen können.

  • Ein verbessertes Auswerfen der Artikel auf einen Auswerferhub ergibt eine Zykluszeit von etwa 14 Sekunden.
  • Über einen externen Fühler (Pt 100 über Schnittstelle ZE) an der Kavitätenoberfläche ist das Aufheizen noch besser regelbar.
  • Der maschinenseitige Einsatz einer Verschlussdüse bei gleichzeitigem Umbau des Heißkanal-Übergabepunktes für eine Tauchdüse unterstützt die benötigte Dekompression vor dem Dosieren und senkt den vorhandenen Innendruck im Heißkanal. Das vermeidet ein Nachdrücken der Masse aus den Heißkanal-Düsen. Damit gibt es keine Anguss-Spuren an den Spritzteilen, die Kühlzeit kann weiter reduziert werden, der Produktionsprozess wird sicherer.

Unternehmen im Detail

Ensinger stellt weltweit Compounds, Halbzeuge, Fertigteile, komplette Baugruppen und Präzisionsprofile aus Hochleistungs-Kunststoffen für unterschiedliche Branchen her, unter anderem den Maschinen- und Anlagenbau, die Bau- und Automobilindustrie, die Medizin-, Luft- und Raumfahrttechnik, die Erdölgewinnung sowie die Elektrotechnik. Das Unternehmen setzt 95 Temperiergeräte von HB-Therm ein und ist Pilotkunde. Neben seiner Zentrale in Nufringen betreibt das Unternehmen mit Cham und Rottenburg-Ergenzingen zwei weitere Fertigungsstandorte in Deutschland. In Rottenburg-Ergenzingen ist die Produktion von Spritzgussteilen angesiedelt.

Dr. Dirk Weydandt, Produktionsleiter der Sparte Spritzguss, Ensinger

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Uwe Becker