Präzision für die Sicherheit

ABS-Systeme sind sicherheitsrelevante Baugruppen mit hohen Anforderungen an deren Komponenten. Das betrifft auch den Spulenkörper. Das komplex aufgebaute Teil ist bei einem Schussgewicht von 0,8 Gramm in weiten Bereichen nur 0,7 Millimeter dick und stellt mit einem Toleranzfeld von nur 0,02 Millimeter hohe Ansprüche an die Maßhaltigkeit. Nach dem Spritzen wird der Spulenkörper unter Zug umwickelt; auch nach diesem Prozessschritt müssen die Teile noch maßhaltig sein.

Und es ist doch möglich

Hergestellt wird das Spritzgießteil aus einem PPA (Amodel), ein gut fließendes Material, aber mit schwierigen Verarbeitungsparametern behaftet. 16 Millionen Stück sollen von dem Teil pro Jahr auf einem Werkzeug gespritzt werden.

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Als maßgeblich für die Prozesssicherheit dieses Werkzeugs erwies sich der Heißkanal. Damit hat sich der Werkzeugbauer intensiv beschäftigt, bei mehreren Anbietern nach tauglichen Lösungen gefahndet. Vladimir Antolic-Mezin, Geschäftsführer von Hechinger: „Diese wie auch der Materiallieferant hielten es aber für nicht möglich, das Material mit der geforderten Präzision auf einem 16-fach-Heißkanalwerkzeug zu verarbeiten. Heißkanalhersteller Günther hatte da mehr Vertrauen in seine Systeme – er hielt das Projekt für realisierbar.“

Für die Anwendung ist nur ein System mit Nadelverschluss geeignet, da der Anspritzpunkt auf keinen Fall, auch nicht im Hundertstelmillimeterbereich, herausragen darf. Zum Einsatz kommen Nadelverschlussdüsen Typ NTT mit zweigeteiltem Schaft und 6 Millimeter Kanaldurchmesser. Der Heißkanal ist voll isoliert und für Hochtemperaturanwendungen ausgelegt, wodurch der thermische Abbau unter 10 Prozent bleibt.

Das Hauptproblem lag im sehr engen Verarbeitungsfenster des Materials Amodel, was Auswirkungen auf die Temperaturführung des Heißkanalsystems hat. Eine Herausforderung war, die Temperatur speziell im Anspritzpunkt nicht zu sehr abfallen zu lassen, damit ein problemloses Öffnen und Schließen der Nadelverschlussdüse gewährleistet bleibt. Die andere Aufgabe war, im Heißkanal ein Temperaturprofil ohne Höhen und Tiefen, also ein möglichst konstantes und homogenes Temperaturprofil aufzulegen, um zu gewährleisten, dass das Material plastisch bleibt und nicht schon im Heißkanal geschädigt wird.

Beim Aufbau der Düsenheizung kam eine eigene Entwicklung zum Tragen. Die Leistungsverteilung dieser Heizung ist so aufgebaut, dass 60 Prozent der Nennleistung im vorderen Bereich der Düse abgegeben wird. Über entsprechende Materialien mit einem adäquaten Wärmeleitwert kann die Temperatur so schnell wie nötig aus der Heizung in den Anspritzpunkt gebracht werden. Die ebenfalls aus einem gut wärmeleitenden Material bestehende Nadelführung der Düsen ist zur Temperaturisolation am Anspritzpunkt zusätzlich mit einem Titanring versehen. Dieser ermöglicht einen geringeren Wärmeabzug ins Werkzeug und sorgt dafür, dass die Wärme in der Düse verbleibt, um das Schließen der Nadel zu gewährleisten. Dieser kritische Punkt erhielt bei der Werkzeugauslegung besondere Aufmerksamkeit: Es wurden verschiedene Materialien zur Nadelführung mit unterschiedlichen Wärmeleitwerten getestet, um ein noch homogeneres Temperaturprofil im Heißkanalsystem und einen optimierten Wärmefluss im Anspritzpunktbereich zu erreichen. Hier, wie auch bei anderen Auslegungsfragen haben die Kundenbetreuer vor Ort und der technische Support von Günther das gesamte Projekt vom Anfang bis zur Serienreife begleitet und unterstützt.

Anfangs ließen sich einzelne Kavitäten aufgrund des engen Verarbeitungsfensters des Materials nicht vollständig füllen. Das bekam der Spritzgießer allerdings relativ schnell durch Variieren der Spritzparameter in den Griff. Als eine größere Herausforderung stellten sich Brandstellen an den vier Domen des Spulenkörpers dar, die während des Spritzens im Bereich des Fließweges auftraten. „Nach etwa 1000 Schuss mussten wir deshalb das Werkzeug aufwendig auseinanderbauen und reinigen“, erklärt Antolic-Mezin.

Mehrere Maßnahmen wie der Einsatz von Vakuumtechnik beseitigten dieses Problem. Außerdem musste der Werkzeugmacher die Kerne neu und präziser erodieren.

Brandstellen als Herausforderung

Weiterhin wird das Werkzeug nun während des Spritzprozesses mit Vakuum beaufschlagt. Durch die kurzen Einspritzzeiten von etwa 0,2 Sekunden ergeben sich Probleme bei der Entlüftung der Kavitäten. In Kontakt mit Luft treten aber an der Materialoberfläche Verbrennungseffekte auf, die das Material schädigen können und zu den Brandstellen an den vier Domen beitrugen. Das Beaufschlagen mit Vakuum wirkte diesem Effekt entgegen; zudem verringerte sich die Oberflächenrauigkeit des Spritzgießteils.
Dass Hechinger heute alle Parameter im Griff hat und der Prozess trotz seiner extremen Anforderungen qualitäts- und stückzahlenmäßig wie geplant läuft, ist der Innovations- und Risikobereitschaft des erfahrenen Spritzgießers zu verdanken. Und natürlich der Unterstützung des Heißkanalanbieters mit seinem Fachwissen und den Anwendungserfahrungen. Somit realisiert die Fertigung nicht nur Teile für die automobile Sicherheitstechnik, sondern sichere Produktionsprozesse.