Die unterschiedlichen Antriebe von Nadelverschlusssysteme sind meist auf die jeweilige Anwendung abgestimmt: Pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch, direkt oder über Plattenantrieb. Gründe genug, intensiv an der Entwicklung von Nadelverschlussantrieben zu arbeiten, die die Merkmale eines High-End-Systems bieten und dabei die eigentlich gegenläufigen Kriterien Standardisierung und Flexibilität, aber auch Wartungsfreundlichkeit und Verfügbarkeit von Verschleißteilen vereinen.

Elektrische Antriebseinheit für Nadelverschlusssystem

Für die geforderten Ansprüche an eine saubere und kosteneffiziente Spritzgießfertigung wurde eine elektrische Antriebseinheit für Nadelverschlusssysteme mit intuitiv zu bedienender Steuerung via Touch Screen entwickelt. Zwei mit Servomotoren betätigte Lineareinheiten, die außen am Werkzeug angeflanscht sind, übertragen ihre Kraft direkt auf das Hubplattenpaket und sorgen so für eine positionsgenaue Bewegung der Verschlussnadeln des Heißkanalsystems. Dabei wird die Drehbewegung des Motors über einen Zahnriemenantrieb im Verhältnis 2:1 auf eine Kugelumlaufspindel übertragen und über die Leitgewindemutter in eine Linearbewegung übersetzt. Die einfach gestaltete Inte-gration des Servoantriebs in die Heiße Seite erleichtert durch die gute Zugänglichkeit der Antriebe die Montage und Wartung.

Mit der kompakten Steuerung lassen sich intuitiv die Parameter Hub, Kraft und Geschwindigkeit individuell regulieren. Die Position der Ventilnadel im Anschnitt und somit die Anschnittqualität kann im Hundertstelbereich korrigiert werden. Die benötigte Kraft und die Position der Nadel wird zyklisch für jeden Motor angezeigt und dient ebenfalls der Prozesskontrolle.

Funktions- und Prozesssicherheit waren wesentliche Anforderungen bei der Programmierung der Steuereinheit. Neben der Montagefahrt für das einfache Koppeln der Platten erfolgt die Referenzfahrt nach hinten bei geöffneter Nadel, sodass auch ein möglicher kalter Pfropfen keinen Defekt an der Verschlussnadel zur Folge hätte. Zum Schutz des kompletten Systems dient eine Temperaturfreigabe, welche die Inbetriebnahme erst nach dem Erreichen der geforderten Verarbeitungsparameter ermöglicht.

Schutz vor Fehlerfaktor Mensch

Außerdem schützen verschiedene Benutzerlevel das System vor möglichen Fehlbedienungen. Es ist bei Auslieferung auf den individuellen Anwendungsfall voreingestellt und im Rahmen des gewählten Benutzerlevels nur innerhalb eines definierten Verarbeitungsfenster steuerbar. So wird beispielsweise verhindert, dass sich der Nadelhub über die Grenzen hinaus verstellt. Mögliche Beschädigungen, auch am Werkzeug, werden so vermieden.

Zum Übertragen von Freigabe- und Alarmsignal wird die Steuerung der Servomotoren mit der Spritzgießmaschine über ein Interfacekabel verbunden. Sämtliche Signale zur Produktions- und Sicherheitsüberwachung werden somit gesteuert und geregelt. Ein signalgebendes LED–Leuchtband visualisiert den Prozess-Status am Servo-Steuergerät und lässt auf einen Blick sofort mögliche Probleme erkennen. Dabei unterscheiden sich Blau = Einrichterbetrieb, Gelb = Referenz- oder Handbetrieb, Grün = Automatikbetrieb und Rot = Hinweis auf Fehler oder Störung. Zum Freispritzen des Heißkanals und der Düsen sowie dem einfachen manuellen Bewegen der Nadeln, beispielsweise für Montagefahrten, sind am Steuergerät zwei Bedientasten (+/-) für die Öffnungs- und Schließbewegung angebracht. Neben einem integrierten Zykluszähler sind Speicherfunktionen für verschiedene Werkzeuge sowie mehrere Bedienerlevel und Nutzersprachen hinterlegt.

Die Einheiten sowie die zugehörige Steuerung sind auch auf andere Werkzeuge anzupassen, sodass Systeme hoch ausgelastet werden können. Die damit verbundene Kosteneinsparung in der Produktion wird schnell sichtbar. Der Antrieb des Nadelpakets mit Servomotoren wird vom Hersteller nur in Verbindung mit einer kompletten Heißen Seite H4420/… angeboten. Der Name – 2 Motion – verweist dabei auf die Ausführung mit zwei parallel laufenden Servomotoren, wobei der eine als Master dient, der andere die Slave Funktion übernimmt.

Weiterentwicklung für technische Kunststoffe

Die weiterentwickelte Baureihe der Techni Shot Größe 20 erfüllt die Forderungen der Hersteller nach kleinen Düsen zur Verarbeitung  technischer Kunststoffe. Sie ist für minimale Schussgewichte ausgelegt und erlaubt aufgrund ihrer kompakten Außenabmessungen enge Düsenabstände und ungünstig gelegene Anspritzpositionen. Durch die kleinen Abmaße mit einem Kopfdurchmesser von 20 mm und der Möglichkeit, den Düsentyp 20 auch als Nadelverschlussdüse einzusetzen, konnte das im Bild gezeigte 16-fach Werkzeug zur Herstellung von Einwegschalen mit einer Formgröße 346 x 346 mm realisiert werden.

Nadelanschnittdurchmesser ab 0,8 mm sind möglich, die Schale aus einem modifizierten Polypropylen wurde mit einem Anschnittdurchmesser von 1,0 mm gefertigt. Der durchdachte Düsenaufbau hat sich bereits in vielen Applikationen bewährt und seine Leistungsfähigkeit im Spritzgießprozess unter Beweis gestellt. Dank des homogenen Temperaturprofils, das durch den Einsatz einer neuen, in einer Messinghülse eingepressten und logarithmisch gewickelten Heizung und einer hohen Druckbeständigkeit erreicht wird, lassen sich nicht nur Polyolefine und Styrole prozesssicher verarbeiten.

Die Kombination von Düsenkörper, Überwurf, Torpedo, Thermofühler und Düsenheizung machen die Wartung denkbar einfach. Beispielsweise lässt sich die Heizung vom Düsenkörper demontieren, ohne den Anschnitt zu lösen. Thermofühler und Düsenheizung sind getrennte Bauteile, die sich unabhängig voneinander austauschen lassen. Die offenen, aus Molybdänlegierung gefertigten Düsenspitzen minimieren in Verbindung mit konischem Nadelsitz und geringem Nadelhub den Verschleiß an Nadel und Nadelführung, was wiederum die Lebensdauer des Anschnitts deutlich verlängert. Die Nadel, ein einfach austauschbares Normteil, wird im Plattenpaket schwimmend gelagert, um so die Wärmeausdehnung des Heißkanals auszugleichen. Damit wird die radiale Belastung der Nadel reduziert und das Risiko eines Nadelbruchs verringert. Weiter kamen bei diesem System neue Distanzscheiben zur effektiveren Wärmeisolierung und Ventilnadelführungen im Verteilerblock zur Abdichtung gegen den Schmelzestrom zum Einsatz. Mit den beiden zusätzlichen Düsenlängen von 100 und 125 mm lassen sich nun auch größere Eintauchtiefen im Spritzgießwerkzeug realisieren. Außerdem werden für diese Düsenlängen Düsenheizungen zur Frontmontage angeboten, welche die Wartungsfreundlichkeit von Heißen Seiten deutlich verbessern. Eine Demontage des Werkzeugs entfällt.

Durch die außen am Werkzeug angeflanschten Antriebseinheiten kann der düsenseitige Werkzeugaufbau dennoch sehr kompakt gehalten werden. Bei dem hier gezeigten Werkzeug beträgt die Aufbauhöhe für die komplette Heiße Seite, einschließlich Wärmeisolierplatte nur 185 mm. Da im Gegensatz zur pneumatischen oder
hydraulischen Lösung keinerlei Versorgungsbohrungen einzubringen sind, gestaltet sich der Aufbau sehr einfach, was wiederum der Montage und Wartung zugutekommt. Ebenso bietet es ausreichend Platz für eine optimale Gestaltung der Kühlkreis-
läufe.

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Über den Autor

Armin Kölz ist Vertriebsleiter bei Hasco Heißkanaltechnik Deutschland, Lüdenscheid. akoelz@hasco.com