Gasdruckfedern für den Formenbau

Stahl gegen Gas

Klinkenzug und Schraubenfedern intelligent ersetzen
Großflächig absolut gleichmäßige Kräfte lassen sich über eine einfache Verbindung der Gasdruckfedern erreichen.
Formen für komplexe Spritzgießteile, für den Einsatz grenzwertiger Werkstoffe oder hohe Produktionsgeschwindigkeiten sind die Spezialität des Werkzeugbauers Inweba. In vielen Anwendungen hat er mit dem Einsatz von Gasdruckfedern umfangreiche Erfahrungen gesammelt.

Ein Mann der Tat – diesen Eindruck vermittelt Geschäftsführer und Inhaber Matthias Lotz wenn er typische Aufträge seines im Jahr 2000 gegründeten Werkzeugbau-Unternehmens beschreibt. Die aktuell 27 Mitarbeiter sind überwiegend mit Konstruktion und Bau von Formen beschäftigt, die überdurchschnittlichen Aufwand verlangen. Um Werkstoffe mit mehr als 50 Prozent Glasfaseranteil dauerhaft sicher zu verarbeiten, wird auch schon mal auf selbst entwickelte Keramikeinsätze für die Angussbereiche zurückgegriffen. Unübliche Kühlungen gehören zum Standardrepertoire, um Taktzeiten zu verkürzen und/oder die Produktionssicherheit zu steigern. Überhaupt stehen hier die Themen Effizienz Betriebssicherheit und Wartungsarmmut im Mittelpunkt der Werkzeugauslegung. Deshalb wird eher selten nach Kundenzeichnung gearbeitet, meist werden eigene Werkzeugkonzepte in Absprache mit den Kunden realisiert. Dahinter stehen garantierte Leistungsdaten der Formen wie Taktzeiten und Mindestausbringungsmengen und Verfügbarkeiten.

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Nicht alltägliche Aufgaben verlangen ständige Innovationen – auch um dem asiatischen Wettbewerb ein Stück voraus zu bleiben. „Wir versuchen gemeinsam mit den Kunden schon bei der Teilekonstruktion anzusetzen, um optimale Leistungsdaten und geringen Wartungsaufwand der Formen zu möglichst günstigen Kosten zu realisieren“, beschreibt Matthias Lotz das Vorgehen. „Günstige Kosten heißt aber eben nicht billig, billig, billig, koste es was es wolle. Wir schauen immer auch ein paar Betriebsmonate weiter und haben den Wartungsaufwand, vor allem aber auch die Betriebssicherheit im Blick.“ Und damit liegt es wohl so falsch nicht. Bei einer länger laufenden Form entfallen auf das einzelne Teil nur marginale Anteile der Investitionskosten. Unplanmäßige Wartungen oder Ausfälle oder gar Werkzeugbruch schlagen in der Kalkulation jedoch erheblich durch.

In diesem Zuge hat Matthias Lotz vor einigen Jahren angefangen mit Gasdruckfedern auch im Formenbau zu experimentieren. Da ein kleinerer Teil seiner Aufträge aus der Blechverarbeitung kommt, waren hier bereits erste Erfahrungen vorhanden. So wurde der Schieber in einer vom Kunden konstruierten Form, die Bauteile für die Kommunikationstechnik produziert, mit Schraubenfedern bewegt. Das ging jeweils über einen gewissen Zeitraum gut, bis aufgrund der ungleichen Federkräfte immer wieder Federbrüche auftraten – mit erheblichen Schäden im Werkzeug und entsprechenden Produktionsausfällen. „Die folgenden Diskussionen darum, wer den Ausfall zahlt, wollte ich mir nicht mehr antun und wir sind auf Gasdruckfedern von Fibro umgestiegen“, begründet Matthias Lotz deren ersten Einsatz. Während die Kraft einer klassischen Stahlfeder über den Weg üblicherweise um 100 bis 150 Prozent steigt, sind das bei der Gasdruckvariante nur 20 bis 30 Prozent. Die Gasfedern sind nahezu wartungsfrei, aber etwas teurer. „Klug angelegtes Geld, wenn ich die Gesamtkosten und die Sicherheit, beispielsweise im mannlosen Betrieb, betrachte“, bestätigt Matthias Lotz aus den nun schon umfangreichen Erfahrungen. Zudem sei bei längeren Hüben der Einbauraum der Gasvariante kleiner, was in der Formenkonstruktion Vorteile bringen könne.

Weg mit der Klinke

Die zweite inzwischen in vielen Projekten realisierte Anwendung der Gasdruckfeder ist deren Einsatz als Ersatz für den Klinkenzug. Hier stellt Matthias Lotz den direkten Kostenvergleich an „Ein 2er Klinkenzug kostet uns so um die 1500 Euro, vier Gasdruckfedern, je nach Baugröße vielleicht 1200 Euro. Oft sind aber 4 Klinken erforderlich, dann wird die Rechnung noch günstiger. Dann ist vielleicht bei gleichen Kosten noch ein Heißkanal drin. Außerdem sparen wir bei Montage und Justierung der Klinkenzüge.“ Ein weiteres Argument pro Gasdruckfeder wird in der Werkstatt offensichtlich: Der übliche Klinkenzug stört mitunter nicht nur beim Einbau in die Spritzgießmaschine, er ist auch entsprechend empfindlich gegen Transportschäden, während die Gasdruckfedern geschützt im Inneren liegen. Erforderlich ist für den Einbau nur eine einfache Bohrung. Außerdem gibt es einen nicht zu vernachlässigende technischen Vorteil: Die von der Gasdruckfeder gesteuerte Bewegung setzt weicher ein, während sie der Klinkenzug schlagartig auslöst.

Neben Schiebern und Klinkenzügen hat Inweba bereits weitere An wendungen im Formenbau realisiert: Auswerfer bei Teller-Drehwerkzeugen sind nicht nur in verpackungs- und medizintechnischen Anwendungen vorteilhafter als Hydraulikzylinder. Das Thema Öl trifft bei solchen Anwendungen auch Klinkenzüge und Schrägsäulen: Sie müssen häufig zumindest minimal geschmiert werden um den sicheren Betrieb zu gewährleisten; Gasdruckfedern benötigen das nicht und emittieren dementsprechend keine Partikel.

Tendenziell werden die Vorlaufzeiten im Formenbau noch weiter sinken zeigt sich Matthias Lotz überzeugt. Deshalb hat er standardisierte Prototypenwerkzeuge mit zweiter Trennebene und Gasdruckfedern vorbereitet, in die nur noch die Einsätze eingebaut werden müssen und damit sehr schnell betriebsbereit sind. Auch hier spielen die Gasdruckfedern eine wichtige Rolle: Deren Hublänge ist, anders als beim Klinkenzug, in weiten Grenzen frei einstellbar und damit sind solche vorgefertigten Systeme flexibler nutzbar. Das hilft, bei überschaubaren Kosten in kürzerer Zeit zu ersten Bauteilen mit hoher Qualität zu kommen.

Vorteile neuer Technologien nutzen

Gasdruckfedern können Schraubenfedern nicht nur 1:1 ersetzen, sie bieten einige zusätzliche Vorteile: Das betrifft vor allem den Druckaufbau: Der ist in weiten Bereichen frei einstellbar, während die Schraubenfedern getauscht werden müssen. Zudem lassen sie sich über einfache Bohrungen verbinden was einen absolut gleichmäßigen Druckaufbau auch bei großflächigen Platten und damit gleichmäßige Belastungen garantiert. Außerdem kann der Druck überwacht und als Signal in die Maschinensteuerung eingespeist werden. Bei Bedarf stoppt die Maschine schon, bevor das erste Ausschussteil produziert wurde. Dieser Sicherheitsaspekt gilt im Übrigen auch für Klinkenzüge: Verklemmt sich ein Bauteil, also eine Zwischenplatte oder Abstreifer in der Form, ziehen Klinkenzüge in der Regel „bis zum Knall“, während die Gasdruckfeder maximal die eingestellt Kraft aufbringt und dann in ihrer Stellung bleibt. Diese Vorteile leuchten auch neuen Kunden ein, die nach Erfahrung von Matthias Lotz dem Einsatz der Gasdruckfeder zunächst oft skeptisch gegenüber stehen. „Mit den Argumenten Einsatzsicherheit, Spritzgenauigkeit und schließlich auch den Kosten müssen wir überzeugen. Hier übernehmen wir gegenüber den Kunden weitreichende Garantien. Schlussendlich muss man beim ersten Auftrag beweisen, dass es funktioniert.“ Trotzdem muss er gelegentlich noch die althergebrachte Lösungen realisieren, von denen er nicht über.zeugt ist. „In solchen Fällen haben wir aber bereits mehrfach nach dem ersten Federnbruch auf Gasdruckfedern umgerüstet und damit die besseren Praxisergebnisse erzielt“.

Manches ist anders

Gasdruckfedern sind nicht uneingeschränkt in allen Anwendungen einsetzbar, die Grenzen sind jedoch weiter als vielfach angenommen. Zudem bieten sie sogar eine Reihe zusätzlicher Sicherheitsaspekte. Die Dauer-Einsatztemperatur der Fibro-Gasdruckfedern ist auf 120 Grad Celsius ausgelegt, damit lassen sich vermutlich mehr als 80 Prozent aller Anwendungen abdecken. Bauartbedingt lagern die Formen bei Nichtgebrauch zumeist leicht geöffnet. Das aber ist bei vielen Anwendern aus Korrosionsschützgründen ohnehin der Fall. Ein wichtiger Sicherheitsaspekt für Formenbauer und Einrichter: Gasdruckfedern lassen sich mit einer einfachen Schulterschraube in der Form sichern, sie springen nicht heraus. Zudem bleibt die Kolbenstange der Fibro-Gasdruckfedern aufgrund der patentierten Konstruktion auch bei einer defekten Feder immer im Gehäuse.

Während in der Blechverarbeitung die Gasdruckfeder schon weiter verbreitet ist, ist sie in der Kunststofftechnik bislang zumeist in Nischenanwendungen im Einsatz und immer dann, wenn aufgrund von Problemen herkömmlicher Systeme systematisch nach anderen Lösungen gesucht wird. Das muss jedoch nicht so bleiben. „Vielleicht fragen sie einfach mal ihren Einrichter danach, was der vom Klinkenzug und der Gasdruckfeder im direkten Vergleich hält. Die Leute wissen in der Regel wovon sie sprechen“, empfiehlt Matthias Lotz – wie immer ganz pragmatisch.

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