Druckreife Effizienz

Durch stetige Innovationen, sich ändernde Prozesse und eine zunehmende Digitalisierung stand auch die Firma Oventrop in den letzten Jahren rasanten Umbrüchen in der SHK-Branche (Sanitär, Heizung, Klima) gegenüber. Oventrop bietet ein umfangreiches, modular kombinierbares Produktportfolio in den Bereichen Raumklima, Hydraulik, Stationen & Speicher, Trinkwasser, Öl sowie Smart Home & Smart Building. Wegweisende Lösungen für effizientes Wärmen, Kühlen und sauberes Trinkwasser. Produkte, die in der Haustechnik ihren Einsatz finden, unterliegen nicht nur sehr hohen Anforderungen an die Qualität und die Funktionalität, sondern auch zunehmenden Ansprüchen der Endverbraucher.

Oventrop und Witosa verbindet eine 15-jährige enge und vertrauensvolle Geschäftsbeziehung. Auch die langjährige Zusammenarbeit mit gleichbleibenden Ansprechpartnern des Witosa Vertriebs, mit Stephan Ochse, Vertriebsleiter, und Jörg Meier, technischer Außendienst, findet großen Zuspruch im Familienunternehmen Oventrop.

Durch die stetig anspruchsvolleren Anwendungen mit kristallinen und teilkristallinen Kunststoffen führen marktübliche mehrteilige Heißkanaldüsen immer öfter lediglich zu Annäherungen an den Spritzgießprozess und zu Kompromissen für den Werkzeug- und Formenbau. Ob Temperaturhaushalt, Energiebedarf, Abrissqualität oder Aufwand bei der Instandhaltung – die Technologien der verschiedenen Hersteller gleichen sich immer mehr an.

Um alte Denkmuster aufzubrechen, erwähnte Kompromisse zu eliminieren und generell neue Wege zu gehen, hat Witosa das Produkt Heißkanaldüse noch einmal von Grund auf, den Blick auf Künstliche Intelligenz und Industrie 4.0 gerichtet, neu entwickelt. Am Ende mehrerer Jahre der Forschung und Entwicklung stand eine einteilige additiv gefertigte Heißkanaldüse, die sich perfekt an die jeweilige Anwendung anpassen lässt.

Der Idee einer Markterprobung der Monolith genannten Technologie im eigenen Haus stand Oventrop von Anfang an aufgeschlossen gegenüber. Aus Sicht von Witosa war das Unternehmen der ideale Partner für eine Erprobung der neuen Technologie.

Ausschlaggebend für den Langzeittest eines Monolith-Heißkanalsystems waren die zu verarbeitenden Kunststoffe, die direkten Vergleichsmöglichkeiten durch vorhandene baugleiche Heißkanalsysteme sowie die Kernkompetenz im Spritzguss rund um das eingespielte Oventrop-Team Manfred Göke und Benno Wiese.

Göke, Projektleiter Betriebsmittel Spritzgießwerkzeuge, seit 20 Jahren bei Oventrop tätig, zögerte nicht, als Torsten Glittenberg, Geschäftsführer Witosa, mit der Frage an ihn herantrat, ob eine Teilnahme mit einem 4-fach-Werkzeug an einem Langzeittest mit der Aussicht auf Energieeinsparung sowie einer nochmals verbesserten Produktqualität vorstellbar wäre.

Wiese, der seit 21 Jahren der Kunststofffertigung bei Oventrop als Projektleiter vorsteht und diese maßgeblich, startend mit zwei Spritzgießmaschinen, auf einen beachtlichen Maschinenpark von 35 Spritzgießmaschinen mit einer Zuhaltekraft von 60 bis 210 kN ausgebaut hat, stimmte dem Vorhaben ebenfalls mit Blick auf die Energieeinsparpotenziale sofort zu. „Energieeffizienz ist nicht nur für unsere Kunden, sondern auch für uns als Unternehmen ein zentrales Thema.“, kommentiert Wiese.

Das Bauteil „Mitnahme“, welches im Ventileinsatz einer Temperatur bis 120 °C ausgesetzt sein kann, wird bei Oventrop fünf Tage in der Woche als Dauerläufer im 3-Schicht-Betrieb der Spritzerei produziert. Für die Fertigung des Bauteils stehen der Spritzerei mehrere bau­gleiche 4-fach Heißkanalsysteme von Witosa zur Verfügung.

Witosas Augenmerk bei dem anstehenden Dauereinsatz von glasfasergefüllten Kunststoffen im Heißkanalsystem lag ausschließlich auf dem Verschleißverhalten der Düsenaustritte. Die Eins-zu-eins-Performance hatte der Hersteller mittels Optimierungen, die durch diverse Versuche erkannt werden konnten, im eigenen Hause bereits so weit vorangetrieben, dass die Monolith-Düsen gegen Bestandssysteme mit Bravour bestanden.

So konnte das Bauteil „Mitnahme“ durch Eingabe der Parameter (Artikelgewicht: circa 4,1 g, Zykluszeit: 23 s, verwendeter Kunststoff: PA6.6 GF30) das 4-fach Monolith-Heißkanalsystem mittels Künstlicher Intelligenz durch Algorithmen für eines der Bestandswerkzeuge modifiziert werden. Die Düsenrohlinge wurden im SLM-Verfahren 3D gedruckt und durch spanende Weiterverarbeitung auf entsprechende Oberflächengüte zur Heißkanaldüse gebracht.

Im Technikum bei Witosa konnten sich Göke sowie der Einrichter und Vorarbeiter, Karl Josef Hanses, 10 Jahre im Hause Oventrop tätig, beim gemeinsamen Anfahren, dem optimalen Verarbeitungsfenster sowie einem Verweilzeittest von den Vorteilen des neuen Heißkanalsystems einen ersten Eindruck machen.

„Überzeugt hat das umgebaute Werkzeug besonders auf einer elektrisch betriebenen Spritzgießmaschine „Arburg 370 A“.“ berichtet Hanses. „Nicht nur, dass das System exakter im Verarbeitungsfenster liegt, es reagiert auch präziser und schneller beim Anfahren oder Absenken auf die Heißkanalregelung.“

Zufrieden zeigt sich auch Göke: „Die Qualität der „Mitnahme“ hat sich durch den Einsatz der Monolith-Düsen noch einmal deutlich erhöht und das bei einer deutlich verbesserten Energieeffizienz. Das Bauteil weist keinerlei Schattierungen mehr auf und macht damit die noch einmal verbesserte Zunahme der Oberflächenqualität sichtbar.“

Natürlich wurde aufgrund der avisierten Energieeinsparung die Performance der 4-fach Werkzeuge zum Bauteil „Mitnahme“ gegenübergestellt. Ergebnis: 22,6 % weniger Energieverbrauch auf das Gesamtsystem – das hat die Erwartungen des eigenen Energieberaters bei Oventrop mehr als übertroffen.

Mit seiner guten Isolierung, welche aufgrund der individuell erzeugten Luftspalte im Inneren der Düse sowie dem Isolierspalt an der Düsenspitze gedruckt werden, ist das Monolith-Heißkanalsystem gegenüber konventionellen Heißkanalsystemen mit weniger Heizleistung regelbar.

„Die Heizung läuft hierbei senkrecht an der Außenkontur nach oben, mäanderförmig um die Düsenspitze und an der Außenkontur wieder hinab. Die Wärme fließt über die Struktur in die Düse. Das Isolations- und Wärmesystem der jeweiligen Anwendung ist entscheidend für das perfekte Temperaturbild und den homogenen Temperaturverlauf innerhalb der Düse. Gleichzeitig trägt die Gewichtsreduktion durch die Hexagonbauweise ausschlaggebend zur Dynamik des Heizverhaltens der Düse bei.“ erklärt Jörg Meier, technischer Außendienst von Witosa.

Im direkten Vergleich zum bisherigen Witosa Heißkanalsystem konnte das Monolith-System auch im Bereich der Wartung und Instandhaltung überzeugen.

Der Einbau bringt keinerlei Herausforderung mit sich. Gegenüber konventionellen Düsen sind diese und somit ihre Schmelzeaustritte in der Düsenspitze rotatorisch frei und sicher positionierbar. Möglich wird dies mit der aufgedruckten Befestigungsmutter, die sich ohne Rotation und Abkabeln der Düse auf den Verteiler festschrauben lässt.

Hanses und sein Team konnten im Verlauf des Langzeittests feststellen, dass sich die Intervalle zur Reinigung und damit einer regelmäßigen Wartung gegenüber dem baugleichen Heißkanal verringerten. Zurückzuführen sei dies auf das stabile und präzise mittig liegende Verarbeitungsfenster und die dadurch verringerten Ausgasungen im Material.

Das Monolith-System war im Zeitraum der Markterprobung mehrmals zur Überprüfung aller Heißkanaldüsen, insbesondere der Schmelzeaustritte, im Hause Witosa. Geschäftsführer Glittenberg und Martin Hallenberger zeigten sich zufrieden mit dem Verschleißverhalten der Düsen. Nach der Fertigung von circa 4 Mio. Bauteilen bei Oventrop war keinerlei Verschleiß an den zur Serienfertigung erklärten Düsenspitzen sichtbar. Die Entscheidung der Materialauswahl für den Aufbau der Düsen im 3D-Druck konnte durch den Feldversuch bestätigt werden, sodass der Hersteller Witosa erstmals 1 Mio. Schuss auch beim Einsatz von Kunststoffen mit Glasfaseranteil 30 % bis zur Erreichung einer Verschleißgrenze gewährleistet.

Bei Verschleißerscheinungen wird eine neue Spitze aufgedruckt und im CNC-Verfahren profiliert. Dieses Verfahren kann binnen 48 Stunden erfolgen und es benötigt keine teuren Ersatzteile, kein geschultes Fachpersonal und bindet keine Kapazitäten. Aus dem neuen einteiligen Aufbau kann keine Leckage austreten und die Instandhaltung ist wesentlich günstiger und einfacher als zuvor. Fühler und Heizung kann das Team von Oventrop weiterhin im Bedarfsfall binnen weniger Minuten selbst wechseln. „Die Reinigung und Wartung des Systems ist sehr kundenorientiert und effizient gedacht.“ bestätigt Wiese im Gespräch mit Meier.

Oventrop plant nach dem gelungenen Versuch bereits in detaillierten Gesprächen mit Witosa den Einsatz weiterer Monolith Heißkanalsysteme. Die Anschaffungskosten sind vergleichbar. Besonders erfreulich wurde aufgenommen, dass auch Bestandssysteme auf die neue Technologie angepasst werden können. Ferner ist eine Amortisierung im Austauschfall gegenüber bisherigen Bestandssystemen aufgrund des Energieeinsparpotenzials teilweise schon nach 18 Monaten gegeben.