Das isolierte Formenkonzept Isoform des Konstruktionsbüro Hein, Neustadt, verbessert die Temperierung des Werkzeugs und erhöht die Energieeffizienz, Präzision sowie Prozesssicherheit. (Bildquelle: Konstruktionsbüro Hein)

Das isolierte Formenkonzept Isoform des Konstruktionsbüro Hein, Neustadt, verbessert die Temperierung des Werkzeugs und erhöht die Energieeffizienz, Präzision sowie Prozesssicherheit. (Bildquelle: Konstruktionsbüro Hein)

Das isolierte Formenkonzept Isoform des Konstruktionsbüro Hein, Neustadt, verbessert die Temperierung des Werkzeugs und erhöht die Energieeffizienz, Präzision sowie Prozesssicherheit. Aufgrund der Isolation des konturgebenden Bereiches eignet es sich besonders für Anwendungen im Reinraum. Ein Wechselwerkzeugkonzept ermöglicht das automatisierte Wechseln des konturgebenden Bereiches mittels Roboter. In Kombination mit bereits erhältlichen DOE-Anwendungen lässt sich ein automatisches Anfahren der Werkzeuge umsetzen, sodass auch bei kleineren Losgrößen und gleichem Werkstoff automatisiert gewechselt und autonom angefahren werden kann.

Werkzeug muss auf Reinraumproduktion ausgelegt sein

Das entwickelte Produkt sollte auf seine spätere Anwendung im Reinraum ausgelegt und im Vorfeld über Spritzgießsimulationen mit der späteren Temperierung des Werkzeuges und der Angusstechnik optimiert werden. Denn Fehler und ungünstige Lösungen aus der Produktentwicklung führen oft auch zu einem schlechten Ergebnis. So ist es wichtig, das Bauteil bereits in einem frühen Stadium der Produktentwicklung umfassend auch hinsichtlich der Umsetzung im Werkzeug mit einer Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (Failure Mode and Effects Analysis, FMEA) zum Beispiel im Hinblick auf Trennungen und Entformschrägen zu untersuchen. Spritzgießsimulationen sind eine wichtige Grundlage, die die geplante Anspritzung, Temperierung und Entlüftung berücksichtigen sollten. Zur Simulation gehört auch, dass alle masseführenden Kanäle des Heißkanals mit einfließen, um den Druckverlust und die Verweilzeit im Heißkanal zu berücksichtigen. Auch das gewählte Verfahren spielt eine wichtige Rolle. Wird zum Beispiel ein Behälter in einem Spritzvorgang mit einem über Filmscharniertechnik angebundenen Deckel hergestellt und im Werkzeug der Deckel bereits geschlossen, ist eine mögliche Kontamination in einem zweiten Arbeitsschritt außerhalb des Werkzeuges nicht mehr möglich.

Die konturnahe Isolierung verringert die Luftbewegungen und damit die potenzielle Partikelkontamination des Reinraums. (Bildquelle: Konstruktionsbüro Hein)

Die konturnahe Isolierung verringert die Luftbewegungen und damit die potenzielle Partikelkontamination des Reinraums. (Bildquelle: Konstruktionsbüro Hein)

Isolierung reduziert die Kontamination des Reinraums durch das Werkzeug

Bisher bestimmt die Werkzeugtemperatur die durch Thermik entstehende Luftbewegung im Reinraum, wenn nicht Absaugungen zusätzlich diese ungewünschte Luftbewegung verursachen. Die konturnahe Isolierung verringert die Luftbewegungen und damit die potenzielle Partikelkontamination des Reinraums. Gerade autoklavierbare Produkte erfordern beim Verarbeiten eine hohe Werkzeugtemperatur, zum Beispiel mit Druckwassertemperierung bis zu 230 °C, im konturgebenden Bereich. Ohne Isolierung ergeben sich zudem lange Aufheizzeiten und ein hoher Energiebedarf für das ganze Werkzeug, obwohl nur der konturgebende Bereich die hohe Temperatur benötigt. Ein isolierter Konturbereich verringert außerdem das Risiko, dass sich Mitarbeiter verbrennen, und senkt zudem die thermische Belastung des angrenzenden Equipments.

Das Formenkonzept Isoform setzt eine solche Isolierung konsequent um. Entscheidende Merkmale dieser Werkzeuge sind die Isolierung des konturgebenden Bereiches gegen das umgebende Werkzeug durch isolierte Formeinsätze und Wärmedämmplatten. Die mittige Zentrierung der Einsätze und Formhälften ohne Säulen und Buchsen ermöglicht eine genaue Zentrierung zwischen Schließseite und Spritzseite ohne Formversatz.

Entscheidende Merkmale der Isoform-Werkzeuge sind die Isolierung des konturgebenden Bereiches gegen das umgebende Werkzeug durch Formeinsätze und Wärmedämmplatten. (Bildquelle: Konstruktionsbüro Hein)

Entscheidende Merkmale der Isoform-Werkzeuge sind die Isolierung des konturgebenden Bereiches gegen das umgebende Werkzeug durch isolierte Formeinsätze und Wärmedämmplatten. (Bildquelle: Konstruktionsbüro Hein)

Temperieraufwand sinkt durch Isolierung

Neben der Montagefreundlichkeit schätzen Anwender die schnelle Rüstzeit mit Isoform-Werkzeugen, da das Werkzeug in wenigen Minuten aufheizt. Der Einrichter verlässt daher die Maschine nicht, um auf das Erreichen der Zieltemperatur zu warten. Vorwärmstationen sind nicht länger nötig. Ebenso produziert die Maschine keine Ausschussteile mehr über einen längeren Zeitraum, bis sich das Temperaturspiel im Formeinsatz eingependelt hat. Das ist im Hinblick auf die Automatisierung mit robotergeführtem Werkzeugwechsel besonders wichtig, sowie für ein zukünftiges mannloses Anfahren der Maschine nach einem Werkzeug- oder Einsatzwechsel.

Wie oben erwähnt, verringert die Isolierung die Kontamination der Luft in der Reinraumproduktion, die durch die Thermik in und um das Werkzeug entsteht. Bei Anwendungen im Bereich zwischen 70 und 230 °C an der Werkzeugkonturoberfläche bleibt die hohe Temperatur auf den Formeinsatz beschränkt, was eine genauere Prozessführung ermöglicht.

Außerdem stützt der geschlossene Auswerferkasten die Formplatte ab, wodurch sich diese erheblich weniger durchbiegt. Das vermeidet die Gratbildung in der Formtrennung durch eine unerwünschte Formdurchbiegung auf Dauer. Das Konstruktionsbüro Hein empfiehlt, den Nachweis für die berechnete Formdurch­biegung bereits in der Werkzeugspezifikation einzufordern. Außerdem enthält das Formenkonzept wegen der fortschreitenden Automatisierung Wechselwerkzeug-Varianten, die sich besonders für automatisierte Werkzeugwechsel eignen. Bei diesen lässt sich der Formeinsatz mithilfe eines Montagebleches einfach und schnell austauschen.

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Über den Autor

Rudolf Hein

ist Geschäftsführer des Konstruktionsbüro Hein in Neustadt am Rübenberge.