Neue Heißkanallösungen zur seitlichen Anspritzung gewinnen zunehmend an Bedeutung. (Bildquelle: Ewikon)

Neue Heißkanallösungen zur seitlichen Anspritzung gewinnen zunehmend an Bedeutung. (Bildquelle: Ewikon)

Mehrfach angesprochen wird in diesem Jahr das Bestreben, Werkzeuge möglichst kompakt zu gestalten „bei gleichzeitig hoher Wartungsfreundlichkeit und Energieeffizienz“, wie Ewikon, Frankenberg, schreibt. In diesem Trend liegt die im „vergangenen Jahr nochmals gestiegene Nachfrage nach Mehrfachdüsenkonzepten, insbesondere bei Düsen für die seitliche Anbindung“, die Ewikon verzeichnen konnte. Dieser Düsentyp ermögliche sehr kompakte Systemlayouts, weil Teile der Schmelzeverteilung bereits in der Düse integriert sind. „Somit lässt sich das Verteilersystem vergleichsweise klein und kompakt halten, was die Wärmeverluste über die Kontaktstellen zwischen Heißkanal und Werkzeug, die insbesondere mit steigender Verteilergröße stark zunehmen, maßgeblich reduziert“, betont Ewikon weiter. Daher sei bei solchen Systemen ein besonders energieeffizienter Betrieb mit bis zu 50 Prozent weniger Leistungsaufnahme möglich. Als weiteren Grund für die zunehmende Nachfrage nach Seitenanspritzung nennt das Frankenberger Unternehmen die stark gewachsenen Einsatzbereiche: „Einen Schwerpunkt für Anwendungen mit direkter seitlicher Anbindung bildet natürlich nach wie vor die Herstellung von Massenartikeln, zum Beispiel Einwegspritzen und Pipetten, in der Medizintechnik. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit moderner Seitenanspritzungslösungen wird hier bei neuen Werkzeugprojekten zunehmend Vollheißkanallösungen der Vorzug gegenüber weniger effizienten Teilheißkanalkonzepten gegeben.“ Ein gleichmäßiges Temperaturprofil dieser Düsen und der Einsatz neuartiger Werkstoff- und Beschichtungskombinationen ermöglichen auch ihren uneingeschränkten Einsatz für die Verarbeitung technischer Kunststoffe und gefüllter Materialien. „Daher steigt der Anteil realisierter Anwendungen auch in anderen Branchen wie der Elektrotechnik und im Bereich technischer Teile stetig an“, heißt es bei Ewikon.

Auch Witosa, Frankenberg, berichtet von vermehrtem Einsatz seitlicher Direktanspritzung und dies auch bei Kleinteilen, um den Materialverbrauch eines Tunnelangusses zu vermeiden. Einher geht dies mit „immer kompakteren Bauformen zur Erhöhung der Fachzahl bei gleichbleibender Werkzeuggröße.“ Ein dadurch verursachter „enger Bauraum im Werkzeug und der Wunsch nach erhöhter Werkzeugstabilität“, beispielsweise „durch weniger beziehungsweise kleinere Ausfräsungen erfordern immer kompaktere Düsen und Verteilersysteme“, stellt Incoe, Rödermark, hierzu fest. Sander Hotrunner-Systems, Edenkoben, sieht beim Design der Heißkanalsysteme, dass die Richtung immer mehr zu individuellen Systemen geht. Dennoch erwarte der Endnutzer die Vorzüge eines Standardprogramms in Bezug auf Lieferzeit und Preis. Aber weiterhin wird, wie Roko Heißkanaltechnik Friederich, Pforzheim, und Xintech Hotrunner, Dübendorf, Schweiz, gemeinsam feststellen, „das Design moderner Heißkanalsysteme von den Anwendungsfällen der Spritzgießtechnik bestimmt. „War es in der jüngeren Vergangenheit die zunehmende Miniaturisierung der Bauteile mit der Konsequenz immer kleiner bauender Heißkanalsysteme, so könnte der Trend zukünftig wieder stärker in die andere Richtung zeigen“, geben die Firmen zu bedenken.

Hasco, Lüdenscheid, spricht ein Heißkanalsystem an, dessen Besonderheit die additiv gefertigten Verteilerbalken sind. „Diese bieten komplett neue Möglichkeiten in der Heißkanaltechnik. Kleinste Stichmaße und sehr variable Düsenanordnungen bei stets optimaler natürlicher Balancierung sind weitere Vorteile dieser neuen Heißkanaltechnologie“, stellt Hasco fest.

Wege zur optimalen Wärmeführung

Zum Wärmehaushalt schreiben Roko Heißkanaltechnik Friederich und Xintech Hotrunner, dass die Beheizung von Düsen und Verteilern ein zentrales Thema in der Heißkanaltechnik bleibt: „Durch die Entwicklung immer leistungsfähigerer Kunststoffe nehmen die Ansprüche an den Wärmehaushalt des Heißkanalsystems weiter zu. Moderne Systeme müssen in der Lage sein, die Temperatur der Kunststoffschmelze nicht nur im fließenden, sondern auch im stehenden Zustand in einem minimalen Prozessfenster konstant zu halten. Mit den heute üblicherweise eingesetzten zonengewickelten Wendelheizungen wird das nur bedingt gelingen; stattdessen sind vollflächig anliegende Heizsysteme gefordert, die eine optimale Wärmeführung gewährleisten.“ Zu diesem Thema teilt Sander Hotrunner-Systems mit, dass „auch wenn Regelsysteme und Heizelemente nahezu auf ‚Strich‘ gefahren werden können, das Ganze im kompletten Zusammenspiel aller Werkzeugkomponenten und unter Produktionsbedingungen eher weniger funktioniert“. Unterschiedliche Anlageflächen, das partiell unterschiedliche Verhältnis Oberfläche zu Volumen und konturnahe Werkzeugkühlungen führten zu unterschiedlicher Wärmeabfuhr und damit zu einem inhomogenen Wärmebild. „Auch ist es ein Fakt, dass die angezeigte Temperatur nur annähernd der Schmelzetemperatur entspricht“, schreibt Sander weiter. „Letztendlich ist die tatsächliche Schmelzetemperatur ausschlaggebend, die gleichbleibend sein sollte. Innerhalb eines Heißkanalsystems kann es notwendig sein, mit unterschiedlichen Temperaturen zu arbeiten. Daher sollten Verteilersysteme mit möglichst vielen und separat zu regelnden Heizzonen ausgestattet sein. Ebenfalls sollte ein einfach zu veränderndes Beheizungssystem zum Einsatz kommen.“

Energieeffizienz im Fokus

Als „momentan ganz großes Thema“ bezeichnet Sander die Energieeffizienz von Heißkanalsystemen. Roko Heißkanaltechnik Friederich und Xintech Hotrunner sind der Ansicht, dass „die Bedeutung der Energieeffizienz vor dem Hintergrund der aktuellen Klimadebatte nicht hoch genug eingeschätzt werden kann, da die benötigte Energie zum Auf- und Beheizen des Heißkanalsystems einen signifikanten Beitrag zur Energiebilanz im Spritzgießprozess darstellt“. Im Bereich der Heißkanaltechnik existieren demnach bereits einfache Möglichkeiten, sinnvoll mit Energie umzugehen. Vollisolierte Heißkanalverteiler reduzieren deutlich den Wärmeverlust an die Umgebung. Zur „thermischen Trennung zwischen Werkzeug und Heißkanal“ schreibt Incoe, dass dieser „in unserer Zeit mit ihren vielen ökologischen Herausforderungen immer mehr Bedeutung zuwächst“. Die Wärme im Heißkanal diene dazu, die Schmelzetemperatur im Fließkanal innerhalb des optimalen Verarbeitungsfensters zu halten. Zu hohe Wärmeverluste ins Werkzeug beeinflussten Energiebilanz und Prozess negativ. „Hier gilt es, mit entsprechend abgestimmten Anlageflächen zwischen Werkzeug und Heißkanal unter Verwendung entsprechender Materialien die thermische Trennung zu optimieren“, resümiert Incoe.

Nadelverschluss mutiert zur Minispritzeinheit

Komplexe Anwendungen, insbesondere in Familienwerkzeugen, werden durch intelligente Nadelverschlusssteuerungen optimiert. Im Bild ein System zur individuellen Schmelzedruckregelung an jedem Düsenanschnittpunkt (Bildquelle: Synventive)

Komplexe Anwendungen, insbesondere in Familienwerkzeugen, werden durch intelligente Nadelverschlusssteuerungen optimiert. Im Bild ein System zur individuellen Schmelzedruckregelung an jedem Düsenanschnittpunkt (Bildquelle: Synventive)

Einen besonderen Aspekt des Spritzgießens mit Heißkanalwerkzeugen spricht Synventive Molding Solutions, Bensheim, an. „Die aktuellen Bauteile werden immer komplexer mit höchsten Ansprüchen an die Bauteilgeometrie und -funktion und die Oberflächenqualität. Das beinhaltet auch den Einsatz von komplexeren Spritzgießverfahren und Materialien, um zum Beispiel Systemgruppen bei Familienanwendungen kostengünstig in einem Prozessschritt zu fertigen und dabei Bauteilfehler wie Oberflächendefekte, wozu beispielsweise Druckumschlagsmarkierungen und verschobene IMD-Folien gehören, sowie schlechte Reproduzierbarkeit oder Maßhaltigkeit zu eliminieren.“ Um einen bestmöglichen Prozess und eine kosteneffiziente Produktion über die Lebensdauer des Bauteils zu gewährleisten, bedarf es laut Synventive einer weiterführenden Nadelverschlusskontrolle, um den Schmelzefluss aktiv und kontrolliert in die Kavitäten zu führen. Die steigende Nachfrage nach solchen Schmelzefluss-Kontrolltechnologien zeige die zunehmende Marktbedeutung solcher Spritzgießanwendungen. „Die Nadelbewegung ist nicht mehr auf ein einfaches oder verzögertes Öffnen und Schließen beschränkt. Der Spritzgießer kann die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und den Nadelhub steuern und sogar komplexe Bewegungen programmieren, um die Füll- und Nachdruckphase zu kontrollieren“, schreibt das Bensheimer Unternehmen. Diese individuelle Schmelzedruckregelung ist für jeden Düsenanschnittpunkt möglich. „Dabei wird jeder Anschnitt wie von einer individuellen Einspritzeinheit mit dem genau für diesen Punkt vorgesehenen Einspritz- und Nachdruckprofil versorgt. Der Füllvorgang der Kavität wird in der Einspritzphase und in der Nachdruckphase ganz individuell und situationsspezifisch auf den Bedarf des Bauteils abgestimmt.“

Digitalisierung gewinnt an Bedeutung

„Der Reglung von Heißkanalsystemen kommt vor dem Hintergrund der fortschreitenden Entwicklung auf dem Gebiet der Industrie 4.0 eine zunehmende Bedeutung zu“, teilen Roko Heißkanaltechnik Friederich und Xintech Hotrunner mit. Dabei reiche die Bandbreite von digitaler Vernetzung des Heißkanalsystems mit der Maschinensteuerung oder Leitrechnern bis hin zu Apps für Smartphones, mit denen es möglich sein werde, die Leistungsdaten des Heißkanalsystems für jeden einzelnen Einspritzvorgang in Echtzeit vom Handy aus zu überwachen. Diese Entwicklung sieht auch Ewikon aufgrund „steigender Komplexität moderner Spritzgießanwendungen sowie zunehmender Globalisierung und Vernetzung der Produktion und Produktionssteuerung“. Eine effiziente Produktionsüberwachung werde somit immer wichtiger. „Diesem Trend wird mit einer in neue heiße Seiten integrierbaren Prozessüberwachungs- und Diagnoseeinheit Rechnung getragen, die alle relevanten Prozess- und Systemparameter über die gesamte Lebensdauer des Werkzeugs überwacht, analysiert und protokolliert“, schreibt Ewikon weiter. „Neben größtmöglicher Prozesstransparenz bietet eine solche permanente, auf mobilen Endgeräten oder in Firmennetzwerken installierte Überwachung auch im Störungsfall Vorteile. Beim Auftreten von Störungen ist durch Datenübermittlung an den Heißkanalhersteller eine frühzeitige Ferndiagnose möglich. Dies kann eine erhebliche Zeitersparnis bei der Veranlassung einer zielgerichteten Wartung bedeuten und damit teure Stillstandszeiten des Werkzeugs minimieren.“

Die Reduzierung von Wartungskosten und Produktionsunterbrechungen durch Prozessprobleme sind wichtige Ziele der Kunden. Daher sieht auch Incoe „hier einen Ansatzpunkt für Technologien aus dem Bereich von Industrie 4.0: Sensortechnik gekoppelt mit entsprechenden Meldesystemen in Werkzeug oder Heißkanal können frühzeitig warnen, bevor Probleme oder Schäden entstehen“.

Anlagenverfügbarkeit steigern

„Die schnelle Verfügbarkeit ist“, wie Sander Hotrunner Systems ausführt, „ein sehr wichtiges Thema. Trotz aller Leistungsfähigkeit sind Heizelemente einem Verschleiß unterworfen. Zum Beispiel können Spannungsspitzen im Netz zur Zerstörung führen, weshalb Heizer in Produktionssystemen ausgetauscht werden müssen. Da aber andererseits der Trend zu immer kundenspezifischeren, individuelleren Systemen geht, steht die Forderung nach noch flexibleren und universelleren Heizelementen, um möglichst schnell weiter produzieren zu können.“ Dies gilt auch für die Wartungsfreundlichkeit von Heißkanalsystemen, die Ewikon anspricht, „denn lange Stillstandszeiten bei Routinewartungen müssen vermieden werden“, indem „hoch belastbare Verschleißteile leicht zugänglich sind. Spezielle Lösungen bei Nadelverschlusssystemen ermöglichen eine aktive Stilllegung fehlerhafter Kavitäten, um beispielsweise die Produktion so lange aufrechterhalten zu können, bis die Fertigung einer geplanten Losgröße abgeschlossen ist.“

Neue Fertigungsmethoden beschleunigen Normalienentwicklung

Dank neuer Fertigungsmethoden wird die Entwicklung und Herstellung von Normalien beschleunigt. (Bildquelle: Meusburger)

Dank neuer Fertigungsmethoden wird die Entwicklung und Herstellung von Normalien beschleunigt. (Bildquelle: Meusburger)

„Mangelnde Zeit und Kapazitäten sowie der Fachkräftemangel und ein enormer Preisdruck“, so berichtet HSB Normalien, Schwaigern, „führen immer mehr zu Konzentrationen im Bereich des Werkzeugbaus“, worauf Normalienhersteller reagieren müssen. Dazu schreibt Meusburger, Wolfurth, Österreich, dass durch den Einsatz von neuen Fertigungstechnologien mehr Möglichkeiten beim Normaliendesign geschaffen werden können. „Dadurch sind Prototypen von neuen Normalien schnell zugänglich und der Entwicklungsprozess kann beschleunigt werden“, heben die Österreicher hervor. Auch wegen der additiven Fertigung von Heißkanalverteilern seien pulvermetallurgische Stähle vom Markt sehr gefragt. Wie Meusburger weiter berichtet, gilt dies auch für speziell vorvergütete Stähle, nicht zuletzt aufgrund neuer technischer Kunststoffe, die die Ansprüche an den Werkstoff wandeln. Nonnenmann, Winterbach, verweist auf Keramik als Material für Stanztechnik-Sonderteile, da „dieser Werkstoff eine hohe Standzeit aufweist und auch in besonderen Umgebungstemperaturen einsetzbar ist“. Zum Thema Service teilt Normalienhersteller Meusburger mit, dass alle Kunden entlang der gesamten Wertschöpfungskette um Werkzeug- und Formenbau durch Tools und Assistenten oder Apps unterstützt werden müssen. „Früher wurde hauptsächlich der Konstrukteur angesprochen, da dieser als einziger Zugang zum Computer hatte. Zunehmend müssen auch Tools für die Werkzeugmacher und Maschinenbediener entwickelt werden“, präzisiert das Unternehmen.

Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de