Abholen der Einlegeteile zum Einlegen ins Werkzeug. (Bildquelle: IFK Automation)

Abholen der Einlegeteile zum Einlegen ins Werkzeug. (Bildquelle: IFK Automation)

An Sensorgehäuse für sicherheitsrelevante Automotivanwendungen werden komplexe Anforderungen gestellt, die die Werkzeuggestaltung und Fertigungsprozesse entscheidend beeinflussen. Hohe Verfügbarkeiten, kürzeste Prozesszeiten und eine einwandfreie Qualität auch nach Millionen gefertigter Teile sind dabei selbstverständliche Kundenanforderungen.

Ein Gehäuse besteht meist aus Kontakten und Buchsen, die mit Thermoplasten wie PA oder PBT, seltener auch PPS, umspritzt werden. Stanzteile werden auf einer Rolle am Band bereitgestellt, die dann direkt vor der Spritzgießmaschine gebogen und freigetrennt werden. Um die Kunststoffhybride nicht zu verunreinigen, geschieht dies natürlich ohne Zusatz von Ölen, Fetten oder sonstigen Schmiermitteln.

Zusätzliche Einlegelemente, wie Haltepins ohne elektrische Funktion und Membranen zum Druckausgleich, werden ebenfalls verarbeitet. Lose Bauteile, meist angeliefert als Schüttgut, werden der Handlingseinheit beispielsweise über Vibrationswendelförderer lagerichtig an die Abholposition gebracht. Auch hier ist das Entstehen und Einschleppen von Verunreinigungen jeglicher Art zu vermeiden. In speziellen Fällen ist auch das Abprüfen von geometrischen Merkmalen bei einem Einlegeteil notwendig, um beispielsweise feststellen zu können, ob in einem gleitgeschliffenen Teil Reste des Schleifmittels verblieben sind.

Fertigungsablauf entkoppeln

Für die hohen Stückzahlen, die bei diesen Anwendungen meist benötigt werden, reicht es nicht aus, bei einem herkömmlichen Spritzgießwerkzeug die Anzahl der Kavitäten zu erhöhen. Dies würde bedeuten, dass unnötig hohe Schließkräfte und damit sehr große Spritzgießmaschinen nötig werden. Außerdem steigt mit der Anzahl der zu bestückenden Kavitäten das Risiko einer Fehlbestückung exponentiell und eine Werkzeugbeschädigung könnte die Folge sein. Dies führt zu erhöhtem Ausschuss und ungewollten Stillstandzeiten der Anlage. Darüber hinaus muss zur reinen Spritzgießzeit, die üblicherweise bei solchen Produkten den Flaschenhals darstellt, die Bestückungszeit hinzugerechnet werden.

Doch wie kann der Spritzgießprozess von vor- und nachgelagerten Prozessen getrennt werden? Besteht die Möglichkeit, den eigentlichen Spritzgießprozess, bestehend aus Schieber und Werkzeug schließen, Einspritzen, Nachdruck aufbauen, Restkühlzeit und schließlich Schieber und Werkzeug öffnen, zu unterteilen? Ja, hierfür gibt es verschiedene Lösungen.

Bei 2E Mechatronic, Kirchheim unter Teck, sind zwei unterschiedliche vollautomatisierte Lösungen auf mehreren Anlagen im Einsatz. Eine davon ist die effiziente Automatisierung mittels Rundteller-Spritzgießmaschinen.

Gleichmäßige Balancierung ist wichtig

Ansicht des Spritzgießwerkzeugs auf dem Drehteller der Spritzgießmaschine. (Bildquelle: IFK Automation)

Ansicht des Spritzgießwerkzeugs auf dem Drehteller der Spritzgießmaschine. (Bildquelle: IFK Automation)

Bei dieser Lösung wird die komplette Auswerferseite eines Spritzgießwerkzeugs mehrfach aufgebaut und jeweils zum Spritzen unter die Düsenseite gedreht. Die Anforderungen an den Werkzeugmacher sind dadurch höher als bei einem vergleichbaren Standardwerkzeug, da mehrere Werkzeugunterteile mit einem Oberteil abgestimmt werden müssen. Größte Sorgfalt muss auch auf der exakt gleichen Ausführung der duplizierten Teile liegen. Deshalb müssen Korrekturen in einem Nest immer im Zusammenhang mit den Ergebnissen aus den zugehörigen Kavitäten der anderen Auswerferseiten betrachtet werden. Besondere Bedeutung gilt auch dem Spritzgießprozess, da unterschiedlich balancierte Kavitäten zwischen den Unterteilen zum Streuen der Maße führt, die dann nicht korrigierbar wären. Dies ist bereits beim Auslegen der Werkzeuge zu berücksichtigen.

Drei Auswerferseiten statt einer

Station zum Prüfen der elektronischen Komponenten. (Bildquelle: IFK Automation)

Station zum Prüfen der elektronischen Komponenten. (Bildquelle: IFK Automation)

Bei 2E mechatronic werden Rundtisch-Spritzgießmaschinen mit 120°-Teilung, also drei Auswerferseiten und eine Düsenseite eingesetzt. Die erste Position wird dabei zum Bestücken der Einlegeteile und Schließen der Schieber über das Handlingssystem genutzt. Dies hat den Vorteil, dass die Einlegeteile noch exakt durch den Bestückkopf fixiert sind, bis der Schieber geschlossen ist. Die Greifer sind so ausgestattet, dass ein verlorenes Bauteil sofort bemerkt wird und zum Anhalten der Anlage führt. Dies verhindert teure Werkzeugbeschädigungen und damit Stillstandzeiten. Das Unterteil wird anschließend unter das Spritzaggregat gedreht, eingespritzt, der Nachdruck angelegt und rund 1/3 der Restkühlzeit abgewartet. Bereits nach dieser Zeit wird das Werkzeug weitergedreht und die restlichen 2/3 der Kühlzeit können außerhalb des Spritzaggregats stattfinden. Die Schieber werden geöffnet und das Bauteil kann den nachgelagerten Prüf- und Weiterverarbeitungsprozessen zugeführt werden. Da die Restkühlzeit bei weitem den größten Anteil des Spritzprozesses einnimmt, kann hier eine Zykluszeitverkürzung von etwa 40 bis 50 Prozent erzielt werden. Dazu beeinflusst der Einlege- und Entnahmevorgang die Zykluszeit nicht, lediglich der Schwenkprozess des Tellers muss hinzugerechnet werden.

Automatisiertes Verpacken der gefertigten Sensorgehäuse. (Bildquelle: IFK Automation)

Automatisiertes Verpacken der gefertigten Sensorgehäuse. (Bildquelle: IFK Automation)

Nach dem Spritzgießen können nachgelagerte Prozesse, wie das Aufbringen und Verschweißen eines Druckausgleichelements oder ähnliches, erfolgen, bevor die Bauteile automatisiert geprüft werden. Durchgangs-, Kurzschluss- und Füllprüfungen werden durch eine automatisierte optische Kontrolle ergänzt. Vor dem automatisierten Verpacken werden die Bauteile nach erfolgreicher Prüfung gekennzeichnet.

Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Nico Philipp

ist Teamleiter Vertrieb bei 2E Mechatronic in Kirchheim unter Teck.