Heißkanaldüsen für Exjection-Technik

Am laufenden Meter…

Kontinuierliches Spritzgießen, endlos und dreidimensional
Die Abdichtung der Kavität im druckbeaufschlagten Bereich der Schmelzezuführung übernimmt eine kreisbogenförmige Düseneinsatzgarnitur mit Heißkanal.
Die 2007 erstmals vorgestellte Exjection-Technologie macht nicht mehr bei der Fertigung von Produkten mit 2 oder 3 Metern Länge halt. Sie wurde zur echten Endlos-Spritzgießtechnik im kontinuierlichen Betrieb weiterentwickelt.

Aufbauend auf der Idee der verschiebbaren Kavität überwindet diese Endlostechnologie die vom Spritzgießzyklus gesetzten Grenzen. Das Fertigen von Bauteilen auf Rolle, mit gleichzeitigem Einspritzen und Kühlen und ohne die beim konventionellen Spritzgießen unvermeidlichen Trockenlaufzeiten für Formschließen, Formöffnen und Bauteilentnahme wird damit möglich.

Eine der spannendsten, in den letzten beiden Jahren vollzogenen Weiterentwicklungen des Exjection-Verfahrens hatte die Fertigung von endlosen Spritzgießbauteilen zum Ziel. Die zurgrundeliegende Idee: Die formgebende Kavität wird aus mehreren Segmenten aufgebaut und ist umlaufend geschlossen. Damit wird es möglich, während der Formfüllung die bereits erstarrten Abschnitte des gespritzten Bauteils zu entformen. Die dann leeren Elemente der Kavität werden nach der Entformung wieder an das andere Ende der Form zurückgeführt, wo sie erneut mit Schmelze gefüllt werden. Dieser Vorgang kann als linearer Prozess mit umlaufenden Formelement-Ketten oder rotatorisch mit einem Rundtisch realisiert werden. Die kontinuierliche Versorgung der endlosen Kavität mit Schmelze übernehmen zwei alternierend arbeitende Spritzaggregate.

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Treibende Kraft des Projekts und Umsetzung in die industrielle Serienproduktion war der Hersteller von Karosseriedichtungen und Formartikel Saargummi International. Bei ersten Abmusterungen der Form im Arburg-Technikum wurden 120 Laufmeter eines funktionalisierten Profilbandes hergestellt. Der zweite Testlauf mit einer 5 m/min. Produktionsgeschwindigkeit endete erfolgreich nach der Fertigung von 1200 Metern. Eingesetzt wurde eine Zwei-Komponenten Spritzgießmaschine herkömmlicher Bauweise, Typ Allrounder 570S. Die beiden Spritzaggregate dosieren abwechselnd und spritzen ohne Unterbrechung über ein druckabhängig umschaltendes Ventil im Heißkanalverteiler in die sich laufend bildende Kavität ein. Die Verwendung herkömmlicher Einspritzeinheiten erlaubt es, den Prozess druckgeregelt ablaufen zu lassen, was auch bei der Endlosfertigung für gute Formteilausprägung und Spritzqualität sorgt. Die besonderen Anforderungen des neuen Verfahrens wurden in der SelogicaMaschinensteuerung umgesetzt. Damit ergibt sich auch beim Betrieb einer Exjection-Endlosform die volle Integration des Verfahrens in die Maschine.

Die Kavitäten der vom österreichischen Formenbauer Z-Werkzeugbau gebauten ersten Endlosform sind in einem Drehteller angeordnet. Der Einspritzvolumenstrom wird bei eingestellter Drehzahl unter Vorgabe des Spritzdrucks geregelt. Die Füllung der Kavität geschieht gegen die Drehrichtung der Form, Ausprägung und Erstarrung des Spritzgießteils in Drehrichtung, hier gegen den Uhrzeigersinn. Dies entspricht dem Grundprinzip des Exjection-Prozesses [1, 2]. Über Steuerkurven veranlasstes kontinuierliches Öffnen und Schließen der Backen ermöglichen das Formen, Kühlen und Entnehmen des Bauteils. Für die Abdichtung der Kavität im druckbeaufschlagten Bereich der Schmelzezuführung sorgt eine kreisbogenförmig gebaute Hasco-Düseneinsatzgarnitur mit Heißkanal.

Der in der Sektion mit geöffneten Backen abgezogene Endlosstrang wird aufgerollt und kann je nach Bauteilanforderungen den entsprechenden Nachfolgeprozessen zugeführt werden. Mit der Endlostechnologie werden nicht nur einzelne, endlose Spritzgießteile mit funktioneller Geometrie gefertigt, im selben Prozess können auch kleine Bauteile in hohen Stückzahlen an einem zentralen Trägerband endlos miteinander verbunden hergestellt werden. Damit lassen sich beispielsweise Befestigungselemente auf Rolle produzieren, um später sauber ausgerichtet und automatisch Montageanlagen zugeführt zu werden. Das mühsame Zusammenfügen von sequenziell gespritzten Bandabschnitten gehört somit der Vergangenheit an.
Mit den bereits realisierten Exjection-Anlagen können mit vergleichsweise kleinen Schließkräften lange Bauteile hergestellt werden. Eine Gegenüberstellung mit den sonst zum Spritzgießen langer Teile erforderlichen Maschinen mit deutlich höheren Schließkräften zeigt, dass der Energieverbrauch mit Extrusionsspritzgießen um etwa 80 Prozent geringer ist. Beim Investitionsvolumen beträgt das Einsparpotenzial im Durchschnitt etwa 40 Prozent im Vergleich zum konventionellen Spritzguss. Daraus ergeben sich 15 bis 20 Prozent geringere Herstellkosten mit dem neuen Verfahren [2].

Technische und wirtschaftliche Vorteile

Die Möglichkeiten der kontinuierlichen Fertigung gehen über dieses bereits bekannte Potenzial noch hinaus. Erstmals ist es möglich, die Fertigung von Bauteilen auf einer Spritzgießmaschine umzusetzen, ohne dass sich die Trockenlaufzeiten der Maschine negativ auf den Gesamtzyklus auswirken. Die kontinuierliche Fertigung mit der Endlostechnologie kennt kein unproduktives Öffnen und Schließen der Form. Allerdings dauert die Füllung der Kavität länger. Aber gefüllt wird beim Endlosverfahren ohne Unterbrechung, auch die Erstarrung findet kontinuierlich und zeitgleich statt. Dank Einsatz von zwei Spritzaggregaten ist das Plastifizieren der Schmelze gleichzeitig mit dem Einspritzen möglich. Während ein Aggregat die Kavität füllt, wird im zweiten Aggregat neue Masse aufdosiert. Daraus ergeben sich enorme Möglichkeiten, immerhin wird gerade beim konventionellen Spritzgießen von Kleinteilen mit kurzer Einspritzzeit deutlich mehr als die Hälfte der Zykluszeit für Kühlen, Dosieren, Formöffnen und -schließen sowie für die Bauteilentnahme verbraucht.

Wie bei der diskontinuierlichen Exjection-Technologie sind auch für das Endlosverfahren die Einsatzbereiche vielfältig. Egal ob Automotive, Luftfahrt, Elektrotechnik und Elektronik, Bauwesen oder Medizintechnik, für jede Branche lassen sich die Vorteile klar darstellen. Dies gilt sowohl für den Bauteilentwickler, der auf bisher ungeahnte Designmöglichkeiten und neue Funktionalitäten zurückgreifen kann, als auch für den Betriebswirt in Bezug auf geringere Herstellkosten und höhere Fertigungskapazitäten. Der Einsatz der Endlostechnologie ist eine ausgezeichnete Möglichkeit für den Kunststoffverarbeiter, Wettbewerbsvorteile zu generieren und sich im schwierigen Marktumfeld durch Alleinstellungsmerkmale abzuheben.

Literatur
[1] Steiner, G.; Eichler, H.: Dem Spritzgießen um Längen voraus. Kunststoffe 98(2008)4, S51/55.

  1. G.; Krivec, T.: Exjection: Spritzguss und Extrusion als Einheit erfolgreich. Österreichische Kunststoff-Zeitschrift 40(2009)3/4, S48/52.

    Der Beitrag basiert auf einem Manuskript von Gottfried Steiner und Thomas Krivec, beide IB Steiner Ingenieurbüro für Kunststofftechnik.
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