Darstellung des Spritzgießens eines verchrombaren Pkw-Frontgrills in einem Familienwerkzeug mit Zehnfach-Anbindung: Ohne Regelung des Schmelzeflusses werden die unterschiedlich großen Kavitäten sehr ungleichmäßig gefüllt (Bild links), geregelt mit dem Nadelverschlusssytem Flexflow hingegen alle Kavitäten in derselben Zeit (rechts) – der Grill hat eine fehlerfreie Oberfläche, die sich fürs Galvanisieren eignet. (Bildquelle: HRS)

Darstellung des Spritzgießens eines verchrombaren Pkw-Frontgrills in einem Familienwerkzeug mit Zehnfach-Anbindung: Ohne Regelung des Schmelzeflusses werden die unterschiedlich großen Kavitäten sehr ungleichmäßig gefüllt (Bild links), geregelt mit dem Nadelverschlusssytem Flexflow hingegen alle Kavitäten in derselben Zeit (rechts) – der Grill hat eine fehlerfreie Oberfläche, die sich fürs Galvanisieren eignet. (Bildquelle: HRS)

Der italienische Heißkanalspezialist HRS Flow bietet mit der Flexflow-Technologie eine Lösung für das Spritzgießen von Bauteilen mit hochwertigen Oberflächen, die vor allem von der Automobilindustrie gefordert werden. Mit diesem servomotorisch angetriebenen, fein regelbaren Nadelverschlusssystem für Heißkanalsysteme lassen sich selbst großflächige Formteile realisieren. Bei dem hierfür in der Regel eingesetzten Kaskadenspritzgießen ermöglichen die elektrisch angetriebenen Nadelverschlussdüsen das individuelle, sequenziell aufeinander abgestimmte Öffnen und Schließen der Verschlussnadeln mit variabler Geschwindigkeit über die Hublänge. Dadurch lassen sich der Schmelzefluss über jeden Nadelverschluss und der Volumenstrom in der Kavität insgesamt exakt steuern. Durch das angepasste Öffnen der Nadeln werden der beim Kaskadenspritzgießen gefürchtete Druckabfall und die damit einhergehenden Druckabfallmarkierungen auf dem Formteil vermieden. Die Positionskontrolle der Nadel während des Einspritzvorgangs ermöglicht darüber hinaus eine unabhängige Druckregelung an jeder Verschlussnadel, wodurch die erforderliche Schrumpfung der Schmelze in jeder einzelnen Kavität schnell angepasst und somit eine kostenintensive Nacharbeitung des Werkzeugs diesbezüglich vermieden werden kann.

Unterschiedliche Schussgewichte in einem Füllvorgang

Der Kühlergrill aus dem HRS-Flow-Testwerkzeug mit den Maßen 580 mm x 330 mm, einem Bauteilgewichtgewicht von 297 g und einer Wandstärke von 2 mm bis 3 mm wird anschließend verchromt und muss daher sehr hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität erfüllen. Diverse Automobilzulieferanten haben dieses Bauteil aus ABS und ABS/PC auf Ihren Chromanlagen positiv getestet. Erste Chromanwendungen gehen in Kürze in Serie.

Der Kühlergrill wird in nur einem Schuss über zehn Anspritzpunkte mit Düsen der MA-Serie des italienischen Unternehmens gespritzt. Das Systemlayout besteht aus einem ausdrücklich nicht symmetrisch ausgelegten kompakten Verteiler. Die Volumina der Kavitäten für die einzelnen Formteilelemente des Kühlergrills haben ein Gewichtsverhältnis von 1:20 vom kleinsten bis zum größten Formnest mit 30 Prozent Dickenunterschied von dünner zu dicker. Die Einspritzzeit beträgt 2,9 s, die Haltezeit 6 s bei einer Heißkanaltemperatur von 255 °C und einer Formtemperatur von 60 °C.

Um die unterschiedlichen Schussgewichte mit den Anforderungen an verchrombare Teile und an Montagetoleranzen zu realisieren, wären für dieses Bauteil im bisherigen Spritzgießverfahren unterschiedliche Werkzeuge notwendig. Ziel des Heißkanalsystem-Layouts war es, die Stärken der Flexflow-Technologie anhand dieser Multikavitäten-Anwendung unter Beweis zu stellen. Die einzelnen Formelemente wurden mit einem gleichzeitigen Öffnen der elektrisch angetriebenen Nadelverschlussdüsen und mit vorher festgelegter Öffnungshub-Einstellung gefüllt. „Dabei wurde die Menge der eingespritzten Schmelze jeder einzelnen Düse genau gesteuert, und durch das Ändern der Nadelhübe konnten wir den erforderlichen lokalen Druck erreichen“, erklärt Nicola Pavan, Projektkoordinator bei HRS Flow. „Dies ermöglichte eine Kontrolle der lokalen Durchflussrate und des jeweiligen Drucks. Das Familienwerkzeug lässt sich so einfach ausbalancieren und der Verzug kontrollieren, ohne Bauteile am Werkzeug oder Heißkanalsystem vornehmen zu müssen.“

Simulationsanalyse

Eine Formfüllanalyse mit den beiden Simulationsprogrammen Moldex 3D und Autodesk Moldflow errechnete die optimalen Parameter für jede einzelne der zehn Düsen des Systems. Jede Nadel nimmt während des Einspritzvorganges eine vom Anwender frei zu programmierende Position ein. Je Öffnungs- und Schließschritt können bis zu acht Kontrollpunkte mit definierter Geschwindigkeit und Position festgelegt werden. Bis zu zwei Öffnen-Schließen-Zyklen sind pro Nadel programmierbar. Die Simulationsanalyse und die Praxis zeigen eine sehr hohe Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Verlauf der Fließfront in den einzelnen Formnestern. Mit der Flexflow-Technologie lassen sich nach einer kurzen Feinjustierung Bauteile ohne Oberflächenfehler, wie sie insbesondere bei Familienwerkzeugen auftreten, realisieren. Dies senkt auch die Ausschussquote des Spritzgießers gravierend. Die verzugskontrollierten Bauteile weisen kaum eingefrorene Spannungen auf, sind nicht überladen und sie eignen sich optimal für den Verchromungsprozess.