Formenbau und Spritzguss

POM im 20-fach Präzisionsspritzguss

Kompakter Formenbau ermöglicht Einsatz kleinerer Maschine
Plombenverschlüsse aus POM.
Neben Energieverbrauch, Zykluszeiten und Menge der Produktionsabfälle beeinflusst die für ein bestimmtes Werkzeug notwendige Maschinengröße die Teilekosten maßgeblich. Diese Werte positiv zu beeinflussen ist gelungen bei der Produktion von Sicherungsplomben aus POM.

Spritzgießmaschinen, Werkzeuge und Prozesse müssen optimal aufeinander abgestimmt werden, um Produktqualität und Kosteneffizienz gleichermaßen zu erreichen. Fertigungskosten werden durch die Größe der Spritzgießmaschine, hohem Materialabfall während der Produktion sowie durch hohen Bauteilausschuss stark beeinflusst. Gerade bei Präzisionsteilen mit kleinem Spritzgewicht fallen Kosten faus dem Betrieb der Spritzgießmaschine, aus Ausschuss und Materialabfällen erheblich ins Gewicht. Deutlich beeinflussen kann diese Kosten ein geschickter Formenkonstrukteur mit der Wahl des passenden Heißkanalsystems. Das nimmt das Unternehmen Alwa in Deißlingen mit seinen langjährigen Erfahrungen in Teilekonstruktion, Formenbau und Spritzguss anspruchsvoller Teile für sch in Anspruch.

Bei der Neukonstruktion eines Werkzeugs zur Produktion von Plombenverschlüssen stand das Unternehmen vor der Aufgabe, die Fertigungskosten zu drücken. Bei den Plomben handelt es sich um Sicherheitsbauteile, die in der Energieverbrauchsermittlung eingesetzt werden. Sie müssen garantieren, dass ein Öffnen des Geräts ohne Zerstörung der Plomben nicht möglich ist. Das stellt hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften und die Sicherungsfunktion. Alle wichtigen Schnittstellen und Funktionsbereiche an dem Bauteil müssen langlebig gesichert sein. Dies fordert eine hohe Teilequalität. Als Werkstoff wurde das POM Hostaform C13021 in den Farben weiß, gelb, rot und blau festgelegt.

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Kosten – Qualität – vorgegebene Maschinengröße

Steigende Energiepreise und der Zwang zur Produktivitätssteigerung fordern, das Optimum aus den eingesetzten Spritzgießmaschinen heraus zu holen. Hohe Teilequalität, geringe Fertigungskosten und eine vordefinierte Maschinengröße waren die Vorgaben von Alwa-Projektleiter Dominik Kammerer. Bereits während der Angebotsphase wurde Günther Heisskanaltechnik mit ins Boot genommen, um eine den speziellen Bedingungen entsprechende optimale Lösung zu konzipieren und auf Machbarkeit zu prüfen. „Schon zu Beginn war klar, dass die Anforderungen nur in Verbindung eines platzsparenden energieeffizienten Heißkanalsystems einzuhalten sind“, begründet Dominik Kammerer das Projekt.

Ein großer Vorteil der Heißkanaltechnik ist es, dass aufgrund des geringeren Druckverlusts im System kleinere Spritzgießmaschinen eingesetzt werden können. „Die vorgegebene Maschinengröße ließ jedoch nicht viel Platz für Werkzeug und Heißkanalsystem. Gängige Heißkanalsysteme hätten wir nur mit Einschränkungen unterbringen können,“ beschreibt Dominik Kammerer die Einschränkungen.

Kompakte Mehrfachdüse mit seitlicher Anbindung

Aufgrund des begrenzten Raumes für Werkzeug und Heißkanalsystem wurde schnell klar, das als Düse eine Pektaflow 6PLT-S gewählt wurde, die besonders kompakt baut. Die weist als weitere Vorteile einen besonders kleinen Anteil von Materialabfall und geringen Energieverbrauch auf – gerade für kleine Präzisionsteile mit geringem Spritzgewicht beeinflusst das die Effizienz des Gesamtprozesses.

Die Kombination aus Zufuhrdüse und 20-fach-Unterverteilung mit seitlicher Anspritzung erweist sich als sehr platzsparende Bauweise. So können geringe Nestabstände und Werkzeugabmessungen verwirklicht werden. Die Plombenverschlüsse werden so mit hohem Produktionsausstoß auf einer kleineren, leistungsangepassten, Spritzgießmaschine hergestellt. Mit dieser bestmöglichen Maschinenauslastung ist der Herstellungsprozess der Plomben sehr wirtschaftlich.

Das Heißkanalsystem ist nicht nur platzsparend, sondern auch so ausgelegt, dass eine präzise und energieeffiziente Temperaturverteilung bis in die Düsenspitze vorhanden ist. Dieser Temperaturverlauf unterstützt die gleichmäßige Füllung der 20 Kavitäten. Ein weiterer Pluspunkt ist die schwimmende Lagerung der Düse.

Die Mehrfachdüse spritzt die Artikel direkt an. Dieser angussfreie Herstellungsprozess ist kostengünstig, da Materialabfall vermieden wird. Das ist insbesondere bei kleinen Spritzgießteilen, wie den Plombenverschlüssen wichtig, zumal in diesem Fall keine Regenerate eingesetzt werden dürfen. Dank der wechselbaren Düsenspitzen kann bei einem Farbwechsel Restmaterial einfach und zeitsparend aus der Spitze entfernt werden.

POM-Verarbeitung optimieren

Als Material hat der Kunde das POM Hostaform C13021 vorgegeben. Es bietet für diese Anwendung überzeugende Eigenschaften, zeigt jedoch aufgrund seines Kristallinitätsgrades von etwa 65 Prozent hohe Schwindung. Bei unsachgemäßer Verarbeitung können Fertigteile aus POM, wenn sie erhöhten Temperaturen, beispielsweise durch starke Sonneneinstrahlung, ausgesetzt werden, noch Wochen nach der Verarbeitung nachkristallisieren und zu unkontrollierter Schwindungen am Bauteil führen. Inhomogene oder zu niedrige Temperaturverläufe während der Verarbeitung sowie zu niedriger Nachdruck oder zu kurze Nachdruckzeit führen zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Ein zu hoher Temperaturverlauf provoziert dagegen einen thermischen Abbau des Materials. Hohe Scherung und örtliche Überschreitung der empfohlenen Maximaltemperaturen können die Eigenschaften von POM also negativ beeinflussen. Dabei ist auch die richtige Platzierung der Thermofühler wichtig. Der Einsatz von optimal ausgelegten Heißkanalsystemen kann die Teilequalität stark verbessern.

Die Verteilung der Heizschlangen in der Mehrfachdüse Pektaflow ermöglicht laut Hersteller eine präzise Temperaturverteilung. Damit sei die materialschonende Verarbeitung von POM möglich und somit eine hohe Teilequalität gesichert. Bei Präzisionsspitzgießteilen aus POM darf vor allem der Druckverlust in der Unterverteilung der Mehrfachdüse nicht zu groß sein.

Nachdem der Heißkanalhersteller den angestrebten POM-Typ auf gute Verarbeitbarkeit getestet wurde, startete Alwa mit der Werkzeugkonstruktion. Die möglichen Rastermaße wurden mit der Artikelgeometrie abgeglichen und als Ausgangspunkt festgehalten. Nach gemeinsamer Prüfung und anschließender Zustimmung aller Beteiligten konnte die Konstruktion abgeschlossen werden. Parallel zum Werkzeugbau bei Alwa wurde das Heißkanalsystem bei Günther gefertigt und zum Schluss im Werkzeug integriert.

In vielen Fällen ermöglicht die Heißkanaltechnik eine wirtschaftlichere Herstellung von Formteilen und eine materialschonendere Verarbeitung. Die kompakte Bauweise der hier eingesetzten Mehrfachdüse ermöglichte es, im Plomben-Spritzgießwerkzeug neueste Heißkanaltechnologie zu verwenden und somit die Forderungen nach geringen Fertigungskosten und hoher Teilequalität, bei vorgegebener Maschinengröße und Material, einzuhalten. Der Einsatz des kompakten 20-fach-Systems mit der Mehrfachdüse erlaubt einen hohen Produktionsausstoß auf einer kleinen leistungsangepassten Spritzgießmaschine und den Betrieb mit vergleichsweise geringem Energieaufwand bei gesicherter Teilequalität.

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