Effiziente Heißkanalregelung entlastet Werkzeugbauer

Hochkomplexe Werkzeuge sind die Spezialität des Denkendorfer Unternehmens, wie Wisa-Mitarbeiter Franz Schneider demonstriert. (Bildquelle: Wisa Werkzeug- und Formenbau)

Gegründet im Jahr 1991, ist Wisa Werkzeug- und Formenbau ein noch junges Unternehmen mit Sitz im bayrischen Denkendorf. Mit rund 40 Mitarbeitern konstruiert und produziert Wisa Spritzgieß-, Schäum- und Presswerkzeuge, vor allem für Kunden aus der Automobilindustrie. „Komplizierte Werkzeuge sind unser Metier“, erläutert Torsten Decker, Geschäftsführer Technik, die Ausrichtung des Unternehmens. Einfache Produkte sind eher die Ausnahme. „Im vergangenen Jahr haben wir zu fast 80 Prozent Formen für 2K-Anwendungen gebaut“, ergänzt Decker. Dabei deckt das Denkendorfer Unternehmen das gesamte Zweikomponenten-Technik-Spektrum vom Sperrschieberwerkzeug über Umsetzwerkzeuge, Drehwerkzeuge bis hin zu Würfelwerkzeugen ab.

Tendenziell steigende Düsenzahl

Eine zunehmende Herausforderung sehen die Denkendorfer in der Integration immer komplexer werdender Heißkanalsysteme mit tendenziell steigender Düsenzahl. „Mittlerweile handelt es sich dabbeispielsweisei fast ausschließlich um Nadelverschlusssysteme“, stellt Decker fest. Entsprechend hoch ist die Anzahl der Regelzonen, die im Spritzgießprozess von einem internen oder externen Heißkanalregler überwacht werden müssen. Aber bereits vor der Montage des Heißkanals muss das System überprüft werden – ein Arbeitsschritt, der bei Wisa zunehmend zum zeitbestimmenden Faktor wurde. Früher standen den Werkzeugbauern dafür zwei konventionelle Regelgeräte zur Verfügung. Um alle Zonen der Reihe nach zu überprüfen, musste ein Gerät mehrmals umgesteckt und jedes Mal das gesamte System wieder aufgeheizt werden. Hier erkannten die Denkendorfer einen immer akuter werdenden Optimierungsbedarf. Also durchforsteten sie den Markt auf der Suche nach einem neuen externen Heißkanalregler, der vor allem eines leisten sollte – wertvolle Arbeitszeit sparen.

Neuer Heißkanalregler vereinfacht Prüfprozess

Dank des kompakten Heißkanalreglers konnte der Denkendorfer Werkzeugbauer wertvolle Arbeitszeit einsparen. (Bildquelle: Ralf Mayer, Redaktion Plastverarbeiter)

Mit dem profiTEMP+ von PSG, Viernheim, fanden sie eine für ihre Zwecke ideale Lösung. Vor gut einem Jahr führte der zuständige PSG Vertriebsingenieur das Gerät in Denkendorf vor und konnte die Werkzeugbauer schnell von dem profiTEMP+ überzeugen. Argument Nummer Eins war dabei die massive Zeitersparnis: „Wir schließen das Gerät einmal an den Heißkanal an, starten es, und der gesamte Prüfprozess für alle Regelzonen läuft weitgehend automatisch ab“, verdeutlicht Decker.

Möglich macht dies die in den profiTEMP+ integrierte MoldCheck-Funktion, die eine Komplettdiagnose des elektrischen Zustands des Heißkanals und der dazugehörigen Peripheriore gewährleistet. Hierzu wird das System in der Regel auf 70 °C aufgeheizt. Bei dieser Temperatur kann man Ableitströme messen, die elektrische Fehlfunktionen anzeigen. Per Klick auf den Touchscreen wählt der Benutzer die Zonen aus, die er überprüfen will. Dabei erfährt er nicht nur, dass irgendetwas nicht stimmt, sondern erhält genaue Informationen über die Art des Fehlers, beispielsweise ein Kurzschluss, ein Fehlerstrom, ein Potenzialfehler am Fühlereingang oder das Ausbleiben eines Temperaturanstiegs. Gleichzeitig wird die mögliche Ursache des Fehlers angezeigt, zum Beispiel tritt ein Fehlerstrom auf, weil der Isolationswiderstand des Heizers zu gering ist. Über eine Hilfe-Taste erhält der Bediener zudem Vorschläge für die Fehlersuche und -beseitigung; im geschilderten Fall etwa: nach der Beseitigung des Fehlers den Einzelzonen-MoldCheck wiederholen und bei erneuter Fehlermeldung Heizer austauschen.

Schnelle Fehlersuche und -beseitigung

Die zu überprüfenden Regelzonen werden über den Touchscreen ausgewählt. (Bildquelle: Ralf Mayer, Redaktion Plastverarbeiter)

Der MoldCheck zeigt dem Spritzgießtechniker auch Fehlerursachen auf, die ansonsten bestenfalls ein Elektriker erkennen würde – beispielweise, ob ein Temperaturfühler falsch gepolt ist, oder ob Düsen beziehungsweise Fühler untereinander falsch verkabelt sind. Dazu schildert der PSG Vertriebsingenieur einen Fall aus seiner Praxis als Kundenbetreuer: Als in einem System mit vier Nadelverschlussdüsen eine Nadel verklebte, fuhr der Spritzgießer in logischer Konsequenz die Temperatur der betreffenden Düse herunter. Nachdem die Nadel auch nach mehrmaliger Temperatursenkung immer noch verklebte, war guter Rat teuer. Der Anschluss an das automatisierte Diagnosegerät brachte dann schnell Licht ins Dunkel: Zwei Düsen waren bei der Verkabelung verwechselt worden, sodass man die falsche Düse heruntergekühlt hatte.

Die Heißkanalregler werden am PSG Standort Seckach gefertigt. (Bildquelle: Meusburger)

Da alle profiTEMP+ Geräte einen USB-Anschluss haben, können die MoldCheck-Ergebnisse als Excel-Datei auf einem Stick gespeichert werden. Noch eine Stufe komfortabler ist das Handling dieser Daten, wenn der Heißkanalregler mit der Bediensoftware Tempsoft2 auf einem IPC mit 15“ Touchscreen bedient wird. In der übersichtlichen Werkzeugverwaltung werden unter anderem Werkzeugdaten und die dazugehörigen MoldCheck-Ergebnisse zentral gesichert. Die MoldCheck-Ergebnisdaten können direkt im PDF-Format auf einen USB-Stick gesichert und exportiert werden.

Der Heißkanalregler von PSG verfügt über weitere Funktionen, die außer für Spritzgießer auch für Werkzeugbauer oder Instandhalter von Interesse sind. Der Mold Snapshot zum Beispiel erlaubt eine schnelle Zustandsanalyse des Heißkanals. Dabei wird das System auf eine gewählte Temperatur hochgeheizt, und der Regler zeichnet alle wichtigen Prozessdaten – unter anderem Soll- und Ist-Temperaturen, Stellgrade, Heizströme und Regelparameter – auf. Es entsteht eine Art „Fingerabdruck“ des Heißkanals, der ebenfalls als Excel-Datei auf einem USB-Stick abgespeichert wird. Wenn alle Kenndaten in dem vom Anwender gewünschten Bereich liegen, kann der „Schnappschuss“ als Heißkanal-Referenz für spätere Zustandsanalysen dienen.

Die verschiedenen Teile eines Heißkanalsystems heizen sich ungleichmäßig auf. Die Düsen zum Beispiel erreichen deutlich früher die Solltemperatur als die Verteilerzonen, was wegen der ungleichen Ausdehnungen des Stahls zu mechanischen Spannungen im Heißkanal führt. Dies verhindert die sogenannte Automatikrampe-Funktion des profiTEMP+. Sie sorgt für ein gleichmäßiges Aufheizen aller Regelzonen, wobei diejenige Zone, die als letzte die Solltemperatur erreicht, als Orientierung dient.

Ein anderes Problem, mit dem Instandhalter mitunter zu kämpfen haben, ist Feuchtigkeit in Heizelementen. Sie kann durch lange Lagerzeiten oder durch Störfälle im Werkzeug entstehen und fällt häufig erst dann auf, wenn beim Aufheizen die Sicherungen „fliegen“. „Wir haben Kunden zu dem Problem befragt und daraufhin Heat’n’Dry entwickelt“, heißt es bei PSG. Bei dieser profiTEMP+ Funktion wird der Heißkanal stufenweise aufgeheizt und der Fehlerstrom kontrolliert. Überschreitet der Fehlerstrom einen (einstellbaren) Grenzwert, wird solange mit verminderter Leistung aufgeheizt, bis der Grenzwert unterschritten wird. Die Feuchtigkeit wird also nicht nur detektiert, sondern im gleichen Prozess auf schonende Art beseitigt.

Der profiTEMP+ steht in drei kompakten Gehäusevarianten mit maximal 24, 48 und 120 Regelzonen zur Verfügung. Durch Kopplung der Geräte ist die Regelung von bis zu 192 Zonen möglich. Die leichte Handhabung des externen Heißkanalreglers von PSG demonstrieren die Denkendorfer Werkzeugbauer anhand eines 36-Zonen-Reglers. Einmal verkabelt, können alle Zonen über den Monitor angewählt und überprüft werden. Da das Unternehmen Heißkanäle verschiedener Fabrikate mit zum Teil unterschiedlich gepolten Steckerbelegungen verbaut, haben Wisa-Mitarbeiter vor Ort einen speziellen Adapter-Kasten konstruiert. Mit den auf dieser Plattform eingerichteten Steckerbelegungen können sie die meisten Anwendungen abdecken. Für den Anschluss des Reglers (an den Adapter) reicht ihnen eine einzige, immer gleiche Steckverbindung.

Hockkomplexe Spritzgießwerkzeuge

Über einen selbstgebauten Adapter-Kasten wird bei Wisa der Heißkanalregler mit dem zu prüfende Heißkanalsystem verbunden. (Bildquelle: Ralf Mayer, Redaktion Plastverarbeiter)

An Beispielen für hochkomplexe Werkzeuge, die von Wisa gefertigt wurden und die anspruchsvolle Heißkanalsysteme beinhalten, mangelt es nicht. Im Folgenden nur eine kleine Auswahl: Die Kühlluftführung mit integriertem Luftklappensystem für einen Mini besteht aus einer TPE-Weichkomponente und einer PP-Hartkomponente mit 30 Prozent Glasfaseranteil. Das entsprechende, etwa 23 t schwere 2K-Umlegewerkzeug ist mit ausgefeilter Schrägschiebertechnik ausgerüstet und enthält einen Heißkanal mit circa 30 Düsen. Die Kühlluftführung ist ein gutes Beispiel dafür, wie die Variantenvielfalt im Fahrzeugbau die Komplexität des Werkzeugbaus erhöht. Je nachdem, ob das Bauteil für einen herkömmlichen Mini oder für ein Hybrid-Modell gefertigt wird, müssen unterschiedliche Weichkomponentenwerkzeuge aufgespannt werden.

Zur Fertigung mittelgroßer Teile sind mitunter sehr voluminöse Werkzeuge gefordert, wie anhand der Blende für die B-Säule eines BMW gezeigt werden kann. Das Bauteil wird in einem Etagenwerkzeug gespritzt. Um Platz zu schaffen für die Handlingsysteme, ist ein weiter Öffnungsweg erforderlich, was hohe Ansprüche an die Statik des Werkzeugs und der gesamten Schließeinheit stellt. „Auch die Anforderungen an das Heißkanalsystem sind bei dieser Anwendung enorm hoch“, erklärt Decker. Als schwierig erwies sich unter anderem die Schmelze-Umleitung zu den Nadelverschluss-Heißkanaldüsen im Mittelblock, die quasi „Rücken an Rücken“ stehen.

TSG-Werkzeuge auch für 2K-Anwendungen

Wisa fertigt schwerpunktmäßig Werkzeuge für Automitive-Anwendungen. Im Bild Geschäftsführer Torsten Decker. (Bildquelle: Ralf Mayer, Redaktion Plastverarbeiter)

Ein großes Thema bei Wisa ist zudem der Leichtbau mittels Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG), den die Denkendorfer Werkzeugbauer auch für 2K-Anwendungen realisieren. Am Beispiel einer Radabdeckung erläutert Decker die Problemstellung: Anders als beim „normalen“ 2K-Spritzgießen muss die Weichkomponente hier zuerst eingespritzt werden. „Dies stellt immense Ansprüche an die Sperrschiebertechnik“, erläutert der Geschäftsführer. Als ein Beispiel aus dem Non-Automotive-Bereich präsentiert er einen Schutzkoffer, für dessen unterschiedliche Ausführungen Wisa insgesamt 20 Werkzeuge zur Fertigung von Gehäusen und Deckeln gebaut hat. Die Palette reicht von Koffern in der Größe einer Keksdose bis hin zu großdimensionierten Spezialanfertigungen. „Als ich das größte Gehäuse zum ersten Mal sah, war meine spontane Reaktion: ,Das schaffen wir nicht‘“, räumt Decker ein. Äußerst herausfordernd ist bei dieser Anwendung wiederum die Heißkanaltechnik. Um die seitlich am zu produzierenden Bauteil platzierten Anspritzpunkte zu erreichen, muss die Schmelze extrem lange Fließwege zurücklegen und ist zudem heftigen Seitenkräften ausgesetzt. Nicht weniger komplex ist die Entformung. Weil das schwere Bauteil bereits bei der Werkzeugöffnung angehoben wird, müssen die Schieber – bei einem Schieberweg von 30 cm − gefedert sein.

Blick ins Innere des Heißkanalreglers.(Bildquelle: Ralf Mayer, Redaktion Plastverarbeiter)

Das Beispiel zeigt: Aufgaben, die auf den ersten Blick unlösbar erscheinen, spornen die Spezialisten in Denkendorf erst recht an. Das Produktspektrum des Unternehmens umfasst quasi alle Arten von 1K- und 2K-Spritzgießformen − unter anderem Würfel-, Etagen-, Wendeplatten-, Spritzpräge- und Gasinnendruckwerkzeuge sowie Werkzeuge für Organobleche und LWRT-Einleger. Zum Angebot gehören auch Schäumwerkzeuge, Mucell/TSG-Werkzeuge und Presswerkzeuge. Ein wichtiges Standbein ist zudem der Bau von Prototypen-Werkzeugen aus Stahl oder Aluminium, der bei Wisa schnell und flexibel auf Basis eines Satzes verschiedener Unterbauten realisiert werden kann. Zwar habe sich der Markt mittlerweile verändert und nicht mehr jedes Prototypen-Projekt ziehe automatisch den Auftrag für die entsprechende Serienfertigung nach sich, erklärt Decker, „aber der Prototypenbau bringt uns weiterhin Vorteile, weil wir damit unsere Konstruktionskompetenz unter Beweis stellen und wichtige Erfahrungen für die Serie sammeln können.“

Zeit gespart, Qualitätssicherung verbessert

Die hohe Kompetenz im Werkzeugbau und im Service wird bei Wisa ganz wesentlich von den hochqualifizierten Mitarbeitern getragen. Gleichwohl spürt das Unternehmen den sich verschärfenden Fachkräftemangel in der Branche. Auf dem Arbeitsmarkt konkurriert der mittelständische Betrieb unter anderem mit dem weltbekannten Automobilhersteller im benachbarten Ingolstadt. Auch deshalb steht die Vereinfachung von zeitaufwendigen Arbeitsschritten weit oben im Pflichtenheft der Unternehmensführung. Bei der Heißkanal-Prüfung ist dies dank dem profiTEMP+ sehr gut gelungen. Nicht zu vergessen der damit einhergehende Qualitätsfortschritt: „Reklamationen aufgrund fehlerhafter Heißkanäle haben wir seit der Einführung des neuen Reglers so gut wie keine mehr“, sagt Geschäftsführer Decker.