Kunststoffbauteile werden immer komplexer und gerade im unmittelbaren Bereich der Anspritzpunkte sind fehlerfreie Oberflächen immer schwieriger herzustellen. Vor allem deshalb entschied sich der Kunststoffverabeiter Heyco für die Nachrüstung des Werkzeug-Heißkanals mit einem System zur Steuerung der Fließfrontgeschwindigkeit der Schmelze. (Bild: Synventive)
Im Heyco-Werk Süd in Tittling im Bayerischen Wald werden Schmiedekomponenten und Kunststoff-Bauteile für die Automobilindustrie entwickelt und gefertigt. Die Kunststoff-Produkte werden in Standard-Spritzgießtechnik sowie in WIT-, GIT- und 2K- oder auch 3K-Verfahren hergestellt. An die 100 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften zwischen 40 und 1.700 t stehen dafür zur Verfügung. Dabei hat sich das Unternehmen auf die Entwicklung und Fertigung von sogenannten Windläufen/Wasserkästen, Flüssigkeits- und Ausgleichsbehältern, Luftansaugsystemen und Systembauteilen für die Innenraumklimatisierung spezialisiert.
„Wir bekommen zum Teil nur ein Bauvolumen im Motorraum genannt und die Funktionen, die ein Bauteil erfüllen soll“, berichtet Alexander Ritzinger, Leiter Werkzeugmanagement Kunststofftechnik. „Von dieser ‚Black Box‘ aus entwickeln wir dann das Funktionsbauteil mit allen Prüfungen und Testkriterien, die wir in unserem Testfeld zur Verfügung haben.“ Ritzinger ist in seiner Funktion frühzeitig in den Entwicklungsprozess neuer Kunststoff-Bauteile involviert: Er fungiert als menschliches Bindeglied zwischen Entwicklung und Fertigung – und sorgt für die Machbarkeit der Ideen der Entwicklungsingenieure. „In dieser frühen Entwicklungsphase sind allerhöchste Engineering-Leistungen gefordert“, sagt Ritzinger. „Zu Beginn unseres Denkprozesses werden die Weichen gestellt, um später in der Serienfertigung ein fehlerfreies Bauteil herstellen zu können.“ Bevor dann ein Bauteilkonzept als Prototyp in die erste Fertigungsrunde geht, werden bei Heyco umfangreiche Test- und Simulationsserien gefahren.
Der Windlauf des BMW X2, ein 2K-Bauteil aus PP und TPS. (Bildquelle: Synventive)
Die Prozesskosten müssen betrachtet werden
Heyco produziert seine Kunststoff-Bauteile weltweit, allerdings nach den Regieanweisungen aus dem Entwicklungszentrum in Tittling. Um in dieser Konstellation eine gleichbleibend hohe Qualität bei störungsfreier Fertigung sicherzustellen, ist eine klar strukturierte und durchgängige Standardisierung der Systemkomponenten notwendig. Die wichtigste Systemkomponente zur Herstellung der Kunststoff-Bauteile, die Heißkanaltechnik, durften die beauftragten Werkzeug- und Formenbauer bis vor einigen Jahren weitestgehend frei wählen. Häufig kam der vermeintlich billigste Anbieter zum Zuge, weil das klassische Denken der Stückkosten-Minimierung die Entscheidungen bestimmte. Nicht bedacht wurden die Folgekosten für Wartung, Instandhaltung, Ersatzteilvorsorge und der gesamte Service-Aufwand für eine Vielzahl unterschiedlicher Heißkanalsysteme. Und diese Kosten waren immens.
Detailfoto des Windlaufs des BMW X2. (Bildquelle: Synventive)
Alexander Ritzinger als Leiter des Werkzeugmanagements dachte dagegen ertragsorientiert – und betrachtete die gesamten Prozesskosten. Deshalb nahm er eine Fokussierung auf nur noch drei Heißkanal-Hersteller vor, darunter Synventive aus dem hessischen Bensheim. Wichtiger Grund für diese Wahl: „Wenn wir in China Werkzeuge einkaufen, dann sind die dort eingebauten Synventive-Heißkanalsysteme in allen Komponenten von exakt gleicher, standardisierter Qualität, so als würden wir das Werkzeug und das Heißkanalsystem in Deutschland kaufen“, sagt Ritzinger. „Und wenn wir das Werkzeug dann in unserem Werk in den USA einsetzen, dann sind der Service, die Wartung und die Ersatzteilversorgung so, als würden sie direkt vor unserer Haustüre erledigt werden. Denn die Kommunikation ist bei Synventive untereinander weltweit immer eindeutig gegeben, die Technologie-Komponenten und Service sind überall identisch.“
Der Automobilzuliefer hat das Spritzgieß-Werkzeug zur Herstellung des Windlaufs nachträglich mit einer Fließfrontsteuerung ausgerüste. Seither sind die Bauteile fehlerfrei. (Bildquelle: Synventive)
Die Bedeutung der strategischen Partnerschaft zu Synventive macht Ritzinger an einem aktuell zu fertigendem Bauteil deutlich: den von Heyco entwickelten Windlauf für den BMW X2. Der Windlauf ist ein 2K-Bauteil und muss drei Hauptfunktionen erfüllen. In seiner primären Funktion, dem Luft-Wasser-Management, werden über dieses Bauteil Verunreinigungen, Wasser oder Eis von der benötigten Ansaugluft für den Innenraum getrennt. Ablaufvorrichtungen leiten dabei das Wasser gezielt von den Lufteinsaugvorrichtungen und Filtersystemen ab, bevor der Innenraum gegebenenfalls klimatisiert belüftet wird. Eine weitere wichtige Funktion liegt im passiven Fußgänger-Aufprallschutz. Bei einer Kollision mit einer Person muss das Bauteil an genau berechneten Stellen brechen, um dadurch Aufprallenergie zu absorbieren und die Verletzungsgefahr so gering wie möglich zu halten.
„Wenn wir eine Technik wie Synflow von Synventive einsetzen, dann haben wir ein komfortables Produktionssystem, mit dem wir den optimalen Arbeitspunkt sehr schnell ansteuern können“, sagt Alexander Ritzinger, Leiter Werkzeug-Management Einkauf und Technik im Geschäftsfeld Technische Kunststoffe der Heyco-Gruppe. (Bildquelle: Synventive)
Fehlerlose Oberflächen sind immer schwieriger herzustellen
Der Windlauf des BMW X2 wird als 2K-Bauteil mit einem 2 x 7-fach Nadelverschlusssystem (Bild) von Synventive kaskadiert in einem 1/1 Kavitäten-Werkzeug gespritzt. Die Formteilgewichte betragen dabei in der Hauptkomponente über 600 g PP und in der Nebenkomponente knapp 140 g TPS. Wie sich in der Entwicklungsphase herausstellte, war bei diesem technisch anspruchsvollen Bauteil eine fehlerlose Oberflächenqualität im einfachen sequentiellen Kaskadenspritzguss nicht sicherzustellen. Die auftretenden Oberflächenfehler waren eine Folge von ungewollten, kurzzeitig auftretenden Fließfrontbeschleunigungen in der Schmelze durch die Schmelzeexpansionan den kaskadierten Düsenanbindungen. Druckumschlagsmarkierungen in der Oberflächenstruktur waren die Folge.
Nach einer Beratung mit dem Heißkanalpartner Synventive entschied sich Heyco zu einer Nachrüstung des Heißkanalsystems mit der Synflow-Technik des Heißkanal-Herstellers; diese Fließfrontsteuerung erlaubt es, eine aktive und kontrollierte Schmelzeführung in die Kavität vorzunehmen. Dabei wird die Fließfrontgeschwindigkeit der Schmelze über eine reduzierte Öffnungsgeschwindigkeit der Verschlussnadel gesteuert. Auf diese Weise werden jetzt fehlerfreie Windlauf-Bauteile gefertigt.
Der Windlauf wird als 2-K-Bauteil mit einem 2 x 7-fach Werkzeug-Nadelverschlusssystem kaskadiert in einem 1/1 Kavitäten-Werkzeug gespritzt. (Bildquelle: Synventive)
Fließfrontsteuerung für fehlerlose Bauteile und schneller Serienanlauf
„Wir haben früher auch fehlerfreie Bauteile im kaskadierten Spritzgussverfahren hergestellt“, erklärt Ritzinger dazu. Die Bauteile werden heute aber immer komplexer und gerade im unmittelbaren Bereich der Anspritzpunkte sind fehlerfreie Oberflächen schwieriger herzustellen. „Wenn wir eine Technik wie Synflow von Synventive einsetzen“, erläutert Ritzinger, „dann haben wir ein komfortables Produktionssystem, mit dem wir den optimalen Arbeitspunkt sehr schnell ansteuern können. Das spart uns viel Zeit, denn wir sind schnell im Fertigungsprozess und einmal eingestellt, liefert uns das System dann konstant fehlerfreie Bauteile.“
Auch wenn es zu einem Chargenwechsel kommt, kann Heyco komfortabel auf die vorher ermittelten Werte der Fließfrontsteuerung zurückgreifen und schnell wieder den optimalen Arbeitspunkt erreichen. „Die zusätzlichen Investitionskosten sind über eine deutliche Reduktion der Prozesskosten schnell wieder eingespielt“, resümiert Ritzinger. „Die Vorteile haben uns so überzeugt, dass wir die Grundsatzentscheidung getroffen haben, alle Heißkanalsysteme in unserer Fertigung, die wir im kaskadierten Spritzgießverfahren einsetzen, mit einer solchen Technologie der Fließfrontsteuerung auszustatten.“
