Heißkanaldüsen Typ SLT/-DLT Kundeninformation
Heißkanaldüsen Typ SLT/-DLT Kundeninformation
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<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Nadelverschlusstechnik im Einsatz bei B. Braun<br />
Thema: Infusionslösungen<br />
B. Braun, setzt bei Umsetzung eines anspruchsvollen<br />
Projektes auf die innovative Nadelverschlusstechnik der<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH.<br />
Als einer der größten Infusionslösungshersteller in Europa,<br />
hat die B. Braun Melsungen AG, eine neue High-<br />
Tech-Fertigung für Infusionslösungen in Melsungen in<br />
Betrieb genommen.<br />
Unter dem Namen L.I.F.E. (Leading Infusion Factory<br />
Europe) hat Braun drei neue Produktionslinien für die<br />
Herstellung und Abfüllung von Infusionslösungen geplant<br />
und bis April mit der Inbetriebnahme der dritten<br />
Linie umgesetzt.<br />
Der gesamte Prozess läuft online: von der Herstellung<br />
der Flaschen aus Polyethylen über die Befüllung und<br />
des Verschließens der Flaschen bis hin zur automatischen<br />
Etikettierung, Verpackung und Lagerung.<br />
Auf die befüllte und verschlossene Flasche wird eine<br />
Kunststoffkappe aufgesetzt, die in einem anschließenden<br />
Spritzgießprozess mit PE umspritzt wird. Damit wird<br />
ein flüssigkeitsdichter Verbund zwischen Kappe und<br />
Flasche erzielt.<br />
Abb. Ecoflac Infusionslösungen aus der neuen<br />
High-Tech-Fertigung für Infusionslösungen<br />
Für das Umspritzen der Kappe/Flasche ist es notwendig,<br />
die Kavitäten sehr gleichmäßig mit Schmelze zu<br />
füllen. Ansonten könnte es zu einem Überladen einzelner<br />
Kavitäten kommen, was dann wiederum zum Ausschuss<br />
der schon befüllten Flasche führt.<br />
In Verbindung mit dem gleichmäßigen Füllen der<br />
Kavitäten bei geringem Spritzdruck werden außerdem<br />
sehr hohe Anforderungen an die Anspritzpunktqualität<br />
gestellt sowie auf eine hohe Prozesssicherheit<br />
und kurze Zykluszeiten Wert gelegt. Um diese anspruchsvollen<br />
Vorgaben umsetzen zu können, hat<br />
B. Braun ein Team gebildet, in dem Spezialisten der<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH, Frankenberg und<br />
dem Hersteller von Spritzgussmaschinen, der Firma<br />
Arburg aus Loßburg, vertreten waren. Als Produkt dieser<br />
Zusammenarbeit entstand eine speziellauf das<br />
Werkzeug abgestimmte Spritzgussmaschine und ein<br />
leistungsfähiges Heißkanalsystem.<br />
Die hohen optischen Anforderungen in Verbindung<br />
mit einem größeren Anspritzpunktquerschnitt und der<br />
geforderten Zykluszeitverkürzung erfordern hier den<br />
Einsatz eines Heißkanals mit Nadelverschlusstechnik.<br />
Die Vorgabe für das Heißkanalsystem war das Füllen<br />
der 24 Kavitäten mit je ca. 1g Polyethylen (PE) bei<br />
minimalem Druckverlust. In jeder der fünf Spezial-<br />
Spritzgießmaschinen befinden sich, aufgeteilt in zwei<br />
Reihen, jeweils vier 6-fach Werkzeuge, die separat<br />
ausgetauscht werden können. Die Teilung in vier Werkzeuge<br />
resultiert aus der Anforderung, bei Störung die<br />
entsprechende Einheit schnellstmöglich wechseln zu<br />
können.<br />
Zum Einsatz kommt bei dieser Anwendung der Düsentyp<br />
5NLT, der mit dem Verteiler verschraubt wird.<br />
Diese 230V-Nadelverschlussdüse eignet sich hervorragend<br />
für beengte Einbauverhältnisse. Die steckbaren<br />
Thermo- und Stromanschlüsse der Düse erlauben<br />
einen Austausch ohne komplette Demontage der Verdrahtung.<br />
Für die Nadelbewegung ist jedes dieser 6-fach Werkzeuge<br />
mit einer separat gesteuerten Antriebseinheit<br />
ausgestattet. Die Antriebseinheit “Schiebeverschluss”,<br />
die aus einer Hubplatte, speziell beschichteten Führungsleiste<br />
und einem pneumatischen Antriebszylinder<br />
besteht, gewährleistet ein exakt gleichmäßiges Öffnen<br />
und Schließen der Anschnittpunkte. Jeder Antriebszylinder<br />
erlaubt eine Demontage ohne Zerlegung des<br />
Werkzeugs. Eine Justierung der Nadelpositionen ist im<br />
montierten Zustand ebenfalls möglich.<br />
Fragen richten Sie bitte direkt an die Anwendungstechnik Telefon + 49 (0) 6451 5008-31 oder -63<br />
Die Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Erkenntnisse und sollen über technische Hintergründe informieren.<br />
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4/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
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<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong> <strong>Kundeninformation</strong><br />
Nadelverschlusstechnik im Einsatz bei B. Braun<br />
Thema: Infusionslösungen<br />
Die Verteilung der Schmelze erfolgt über eine Hauptverteilung<br />
ähnlich einer Etagenform, bestehend aus<br />
Verteiler, einem Anschlussstück und beheizten Übergabeelementen.<br />
Diese speziellen Übergabeelemente<br />
ermöglichen den problemlosen Austausch der einzelnen<br />
6-fach Werkzeuge.<br />
Die GÜNTHER Nadelverschlusstechnik zeichnet sich<br />
durch eine hohe Lebensdauer aus. Es werden kurze<br />
Zykluszeiten sowie eine hervorragende, überstandsfreie<br />
Angussqualität erzielt. Ein weiterer Vorteil ist, dass alle<br />
Verschleißteile ohne Schwierigkeiten auszutauschen<br />
sind. Somit können Probleme wie Zusetzen der Düsen,<br />
schlechte Teilefüllung, Fadenziehen und schlechte Angussqualität<br />
vermieden und kürzere Prozesszeiten erreicht<br />
werden. Im Vergleich zu der bisherigen Anlage<br />
konnte die Zykluszeit und damit auch die Prozesszeit um<br />
ca. 20 % reduziert werden.<br />
Abb. Blick in das Werkzeug<br />
1.5. 2<br />
Aufgrund der langjährigen guten Erfahrung, die<br />
B. Braun mit GÜNTHER Heisskanaltechnik hat, sowie<br />
den überzeugenden Vorteilen des Nadelverschlusssystems<br />
in Verbindung mit einem guten technischen<br />
Service wurden die Werkzeuge für das L.I.F.E. - Projekt<br />
mit GÜNTHER Heißkanälen ausgerüstet.<br />
Das Projekt L.I.F.E wurde ohne zeitliche Verzögerung<br />
umgesetzt. Im August 2002 war der Projektstart und<br />
im Februar 2004 wurden die ersten Flaschen befüllt.<br />
Die Vorgaben wie Zykluszeitverkürzung, Prozesssicherheit<br />
und hohe Qualität des Anspritzpunktes werden seit<br />
dem Start der Produktion ständig unter Beweis gestellt.<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH<br />
Dipl.-Ing. J. Essinger<br />
Leiter Anwendungstechnik<br />
Heißkanal<br />
Kavität<br />
Abb. Ein Segment des Werkzeugs<br />
Fragen richten Sie bitte direkt an die Anwendungstechnik Telefon + 49 (0) 6451 5008-31 oder -63<br />
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Nadelverschlusstechnik im Einsatz bei B. Braun<br />
Thema: Infusionslösungen<br />
Abb. Transport der Behälter durch Prüfmaschine und<br />
Etikettierer bis zur Verpackung<br />
Abb. Antriebseinheit “Schiebeverschluss”<br />
gewährleistet ein exakt<br />
gleichmäßiges Öffnen und Schließen<br />
der Anschnittpunkte<br />
Abb. Detail Antriebseinheit<br />
“Schiebeverschluss”<br />
Abb. GÜNTHER Nadelverschluss-<br />
Düse 5NLT<br />
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Nadelverschlusstechnik im Einsatz bei B. Braun<br />
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Kleinste Nestabstände mit neuer Mikro-Flachdüse <strong>Typ</strong> SFT/NFT<br />
Eine hohe Kavitätenanzahl auf kleinstem Raum für Mikroartikel<br />
aus technischen Thermoplasten gehört immer<br />
mehr zu den Anforderungen, die heute durch moderne<br />
Spritzgießbetriebe umgesetzt werden. Um die<br />
Wirtschaftlichkeit in der Produktion solcher Kleinstartikel<br />
zu erhöhen, geht der Trend heute mehr und mehr<br />
zur Direktanspritzung mittels Heißkanal, um die im Vergleich<br />
zum Artikelgewicht hohen Angussmassen einzusparen<br />
und die vom Anguss bestimmte Zykluszeit<br />
zu reduzieren.<br />
GÜNTHER Heißkanalsysteme waren schon immer für<br />
solche Anforderungen aufgrund ihrer sehr guten Temperaturführung,<br />
der hervorragenden thermischen Trennung<br />
zwischen Heißkanalsystem und Werkzeug und der<br />
technischen Innovationen, besonders geeignet. Mit<br />
Einführung der Düsenreihe SFT/NFT ergibt sich noch<br />
eine Vielzahl weiterer Einsatzmöglichkeiten. Aufgrund<br />
ihrer etwas anderen Bauart wie herkömmliche <strong>Heißkanaldüsen</strong><br />
lassen sich Nestabstände ab 7 mm für<br />
offene Heißkanalsysteme und ab 9 mm für Heißkanalsysteme<br />
mit Nadelverschlusstechnik realisieren.<br />
Die Flachdüsen der Baureihe SFT/NFT bestehen prinzipiell<br />
aus einem Materialrohr mit Spitze, offenem<br />
Durchgang oder Nadelführung, einem Thermofühler und<br />
einem Düsenkörper mit integrierten Heizelementen. Die<br />
konstant gute Temperaturführung dieser Düsen bei<br />
gleichzeitig hoher Heizleistung im Spitzenbereich wird<br />
durch den Einsatz einer speziellen Messinglegierung<br />
(CuZn) als Basismaterial für den Düsenkörper und zwei<br />
Heizpatronen, die über einen Regelkreis betrieben<br />
werden, erreicht.<br />
Diese thermische Trennung erfolgt durch einen Luftspalt<br />
und im Kontaktbereich der Spitze mittels eines<br />
speziellen Titanringes. Standardmäßig haben diese<br />
Düsen einen Materialkanaldurchmesser von 2,8 mm bis<br />
6 mm und sind in den Längen L mit 60 mm, 90 mm und<br />
110 mm verfügbar. Sonderlösungen aufgrund<br />
Anforderungen von Anwendungen sind selbstverständlich<br />
ebenfalls möglich. Hier empfehlen wir die<br />
Rücksprache mit einem Anwendungstechniker aus<br />
unserem Haus.<br />
Am Beispiel einer interessanten Anwendung werden die<br />
Vorzüge dieser Düsenreihe herausgestellt.<br />
Zu realisieren war eine Direktanspritzung eines Artikels<br />
aus PPS GF30 mit einem Gewicht von 0,1 g. Der Artikel<br />
ist ein Gehäuse eines elektronischen Bauelementes und<br />
muss aufgrund der Weiterverarbeitung auf einen<br />
Stanzstreifen gespritzt werden. Gewünscht war ebenso<br />
die separate thermische Regelung eines jeden<br />
Anspritzpunktes.<br />
Aufgrund der vorgegebenen Spritzgießmaschinengröße<br />
und der geforderten Anzahl von 64 Kavitäten war<br />
somit die Aufgabe des Heißkanalsystems klar<br />
definiert.<br />
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Die Verarbeitung dieses glasfasergefüllten Hochtemperatur-Kunststoffes<br />
erfordert den Einsatz einer Düsenspitze<br />
mit einer speziellen Hartmetalllegierung zur<br />
Reduzierung des Spitzenverschleißes und die Verwendung<br />
eines für Hochtemperatur-Anwendungen geeigneten<br />
Thermofühlers.<br />
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Kleinste Nestabstände mit neuer Mikro-Flachdüse <strong>Typ</strong> SFT/NFT<br />
Zudem wird für Hochtemperatur-Anwendungen eine<br />
Vollisolation aus bis zu 600°C beständigem Material<br />
des Verteilers benötigt, welche die Wärmeabstrahlung<br />
des Verteilers minimiert.<br />
Aufgrund der vorgegebenen Abmessungen des Stanzstreifens<br />
und des Werkzeuges ergab sich ein Rastermaß<br />
mit einem Reihenabstand der Doppeldüsen von<br />
112 mm und einem Düsenabstand von 15 x 9,35 mm<br />
für die Position der Anspritzpunkte.<br />
Der geforderte Düsenabstand von 9,35 mm konnte problemlos<br />
umgesetzt werden, der Abstand von 15 mm<br />
zwischen einem Reihenpaar und die separate Regelung<br />
eines jeden Anspritzpunktes machte aber die Entwicklung<br />
einer “Twin-Flachdüse” 3SFT60S notwendig.<br />
Diese “Twin-Flachdüse” 3SFT60S besteht aus einem<br />
Düsenkörper, der zwei Materialrohre mit Hartmetallspitze<br />
und zwei separat geregelte Heizelemente aufnimmt.<br />
Auf eine Vollbalancierung des Verteilers wurde aufgrund<br />
des geringen Artikelgewichtes und einer damit<br />
verbundenen Erhöhung der Materialverweilzeit im<br />
HK-System verzichtet. Die durchgeführte Berechnung<br />
des Druckverlustes im teilbalancierten Heißkanalsystem<br />
ergibt aufgrund des geringen Artikelgewichtes<br />
und des minimalen Abstandes zwischen den Anspritzpunkten<br />
einen sehr geringen Druckunterschied, der auf<br />
den Fertigungsprozess keinen negativen Einfluss hat.<br />
Für dieses komplette Heißkanalsystem werden 66<br />
Regelstellen benötigt, 64 für die einzelnen Kavitäten,<br />
2 Regelstellen für den Verteiler. Als “Heiße Seite”,<br />
d. h. mit Aufspannplatte, Rahmenplatte und Formnesthalteplatte,<br />
wurde das System komplett verdrahtet,<br />
montiert und geprüft an den Kunden ausgeliefert.<br />
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Sichere und materialschonende Verarbeitung von flammwidrig eingestellten Polyamiden mit<br />
GÜNTHER Heißkanaltechnik<br />
Firma Moeller GmbH, Bonn fertigt als weltweit führender<br />
Anbieter Komponenten und Systeme im Bereich<br />
Automatisierung, Befehls- und Steuergeräte. Bei diesen<br />
Systemen kommen diverse elektrische und elektronische<br />
Bauteile aus Kunststoff zum Einsatz.<br />
Abb. 1 Einsatz von Drucktasten in einem Befehls- und<br />
Steuergerät (Bild: Fa. Moeller)<br />
Für die angusslose Fertigung dieser Kunststoffteile setzt<br />
Moeller schon seit langer Zeit Werkzeuge mit Heißkanal<br />
ein. Der Vorteil der Heißkanaltechnik im Vergleich zu<br />
einem konventionellen Angusssystem besteht unter<br />
anderem darin, Material einzusparen und Zykluszeit zu<br />
reduzieren.<br />
Bei der Auswahl eines Kunststoffes für elektrotechnische<br />
Bauteile sind neben konstruktiven Anforderungen<br />
oftmals auch gesetzliche Vorgaben und Normen<br />
zu berücksichtigen. In der Elektronindustrie müssen<br />
beispielsweise Bauteile aus Kunststoff, die einen<br />
direkten Kontakt mit spannungsführenden Teilen<br />
haben, unter anderem den Vorgaben der IEC - Norm<br />
(International Electrotechnical Commission)<br />
entsprechen. Eine weitere Vorgabe ist die Fähigkeit des<br />
Kunststoffes, nach Beflammung zu verlöschen. Hier hat<br />
sich der Standard 94 der Underwriters Laboratories als<br />
maßgebliche Norm für die Einstufung der Flammwidrigkeit<br />
von Kunststoffen weltweit durchgesetzt. Beim<br />
Standard 94 der UL richtet sich die Einstufung nach<br />
Brenngeschwindigkeit, Verlöschungsdauer, Tropfenbildung<br />
und Nachglimmdauer. Je nach Funktion des<br />
Bauteils müssen folgende Kriterien erfüllt werden:<br />
UL94 V2: Prüfkörper vertikal; selbstverlöschend bis 30s<br />
nach Abzug der Flamme, brennende Tropfen zulässig;<br />
Nachglimmen max. 60s.<br />
UL94 V0: Prüfkörper vertikal; selbstverlöschend bis 10s<br />
nach Abzug der Flamme; keine brennenden Tropfen;<br />
Nachglimmen max. 30s<br />
Als Gehäusewerkstoff für elektrische oder elektronische<br />
Bauteile setzte Moeller überwiegend ein mit<br />
25% Glasfaser verstärktes PA66 mit Flammschutz<br />
ein. Dieser Materialtyp erfüllt unter anderem die Brennbarkeitsklasse<br />
UL 94 - V2.<br />
Viele Geräte der Firma Moeller werden auch in Bereichen<br />
eingesetzt, für die die Richtlinien der ATEX (ATEX =<br />
Atmospheres Explosibles = explosionsfähige Atmosphäre) gelten.<br />
Hier wurden die Anforderungen an die Entflammbarkeit<br />
zuletzt verschärft, so dass diese Bauteile nun die<br />
Brennbarkeitsklasse nach UL94 V0 erfüllen müssen.<br />
Aufgrund dieser Verschärfung musste Moeller für viele<br />
Bauteile den bislang eingesetzten Kunststoff-<strong>Typ</strong> durch<br />
einen adäquaten aber nach UL94-V0 eingestuften <strong>Typ</strong><br />
ersetzen.<br />
Um einen Kunststoff flammwidrig einzustellen, sind je<br />
nach Polymer unterschiedliche Flammschutzsysteme<br />
notwendig. Bei dem hier eingesetzten PA66 erfolgt die<br />
Brandschutzausrüstung auf Basis des roten Phosphors.<br />
Die Brennbarkeitsklasse wird in der Regel über die<br />
Menge des eingesetzten Flammschutzsystems<br />
beeinflusst. Der hier verwendete rote Phosphor reagiert<br />
in Abhängigkeit der eingesetzten Menge mehr oder<br />
weniger stark auf Temperatur. So kann es durch<br />
Überhitzung während der Verarbeitung zu einer<br />
thermischen Schädigung des Flammschutzmittels<br />
kommen. Die hierdurch ent-stehenden Gase können<br />
über Belagsbildung zur Korrosion im Werkzeug führen.<br />
Im Einzelfall kannes sogar zum Entzünden dieser Gase<br />
kommen.<br />
Das ursprünglich von der Firma Moeller eingesetzte<br />
PA66 mit 25% Glasfasern (Brennbarkeitsklasse nach<br />
UL94-V2) hat sich problemlos mit einem bestehenden<br />
Heißkanalsystem verarbeiten lassen. Nach der Umstellung<br />
auf ein PA66-GF25 mit Brennbarkeitsklasse UL-<br />
V0 traten bei der Verarbeitung mit diesem Heißkanalsystem<br />
massive Probleme auf.<br />
Trotz materialgerechter Verarbeitungstemperaturen von<br />
275…295°C ist ein extrem starker Formbelag aufgetreten.<br />
Die Werkzeuge mussten alle 30…35.000 Schuss<br />
gereinigt werden. Zusätzlich zur Reinigung des Formbelags<br />
mussten die Formeinsätze nach 250.000 Schuss<br />
aufgrund von Korrosion ausgetauscht werden. Die<br />
Ursache dieser starken Belagsbildung bzw. der<br />
Korrosion im Werkzeug, war die deutliche Überhöhung<br />
der Temperatur in den <strong>Heißkanaldüsen</strong> in Verbindung<br />
mit dem höheren Anteil des roten Phosphors im PA66.<br />
Bei einer am Regelgerät eingestellten Düsentemperatur<br />
von 290°C wurden in den Düsen partiell Temperaturen<br />
von ca. 360°C gemessen. Die Folge war eine Reaktion<br />
des Flammschutzmittels.<br />
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Sichere und materialschonende Verarbeitung von flammwidrig eingestellten Polyamiden mit<br />
GÜNTHER Heißkanaltechnik<br />
Als Spezialist für die Verarbeitung sensibler Kunststoffe,<br />
bekam die Firma GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH<br />
von Moeller den Auftrag, ein optimiertes Heißkanalsystem<br />
zunächst für ein 2K-Bauteil zu testen. Für den<br />
Versuch wählten die verantwortlichen Mitarbeiter bei<br />
Moeller das Teil „Tastenführung “ für eine Drucktaste<br />
(Abb. 2. 3), das aus einem flammgeschützten PA66<br />
(mit 25% Glasfaser) und einem TPE hergestellt wird.<br />
Abb. 2 Tastenführung<br />
einer Drucktaste aus<br />
PA 66 GF25 (Fa. Moeller)<br />
Abb. 3 Drucktaste<br />
(Fa. Moeller)<br />
Die Vorgaben für die Auswahl der Heißkanaldüse waren<br />
folgende:<br />
� � �Verarbeitbarkeit eines PA66 mit Glasfasern und<br />
Flammschutz (roter Phosphor / UL94-V0)<br />
�konstantes Temperaturprofil über die Düsenlänge<br />
�Keine massive Temperaturüberhöhung in der<br />
Düse<br />
�geringe Scherbelastung der Schmelze im<br />
Heißkanal<br />
Die Wahl fiel auf die von GÜNTHER Heisskanaltechnik<br />
GmbH entwickelte und patentierte Heißkanaldüse mit<br />
zweiteiligem Schaft (Abbildung 4).<br />
Abb. 4 Düse mit Schaft<br />
(Bild: GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH)<br />
Diese Heißkanaldüse setzt Maßstäbe in Sachen Präzision<br />
und Wirtschaftlichkeit. Der zweistufige Schaft der<br />
Heißkanaldüse sichert mit unterschiedlichen konstruktiven<br />
Merkmalen eine hervorragende Isolierung im<br />
vorderen Bereich der Düse und ist Garant für geringste<br />
Wärmeverluste zwischen Heißkanaldüse und Kavität.<br />
Aufgrund dieser thermischen Trennung zwischen Heißkanaldüse<br />
und Werkzeug ist eine problemlose Verarbeitung<br />
von technischen Kunststoffen und HT-Polymeren<br />
möglich.<br />
Von kleinsten Schussgewichten, ab ca. 0,019 g bis hin<br />
zu Schussgewichten von ca. 5000 g kann mit dem<br />
Portfolio von GÜNTHER Heisskanaltechnik ein breites<br />
Spektrum von Anwendungen im Bereich des<br />
technischen und Präzisions-Spritzgusses abgedeckt<br />
werden.<br />
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Technische Änderungen vorbehalten 4/09
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Sichere und materialschonende Verarbeitung von flammwidrig eingestellten Polyamiden mit<br />
GÜNTHER Heißkanaltechnik<br />
Abb. 5 Detail<br />
Düse mit Schaft und offenem Düsenstück (DHT-Düse)<br />
Durch die optimale thermische Trennung wird der Wärmeverlust<br />
der Düse durch Wärmeleitung minimiert.<br />
Hierdurch wird eine konstante Temperaturführung in der<br />
Düse gewährleistet und eine Temperaturüberhöhung,<br />
bei der die in der Düse gemessene Temperatur deutlich<br />
über der Solltemperatur liegt, vermieden. Eine Schädigung<br />
der Kunststoffschmelze bzw. von Additiven<br />
(Flammschutzmittel) aufgrund zu hoher Temperatur<br />
kann ausgeschlossen werden.<br />
Um die Scherbelastung der Schmelze so gering wie<br />
möglich zu halten, wurde bei der Auslegung der Düsen<br />
für die Fertigung der Tastenführung anstatt einer Düsenspitze<br />
ein offenes Düsenstück vorgesehen (Abb. 5).<br />
Damit ist ein ungehinderter Schmelzestrom durch die<br />
Düse und den Zwischenanguss in die Kavität möglich.<br />
Da die Teile über einen Zwischenanguss gefüllt werden,<br />
ist die Abrisshöhe am Anspritzpunkt, weniger von<br />
Bedeutung. Im Vergleich zu einer Düse mit Spitze wird<br />
der Restanguss bei dem Einsatz einer Düse mit offenem<br />
Düsenstück geringfügig höher ausfallen.<br />
Abb. 6 Höhenaufbau des Heißkanalsystems<br />
„Tastenführung“, Komponente 1 (PA66-GF25):4-fach,<br />
2x 5DHT50-Düse auf Unterverteiler<br />
Eine wichtige Voraussetzung für einen sicheren Prozess<br />
ist das Öffnungsverhalten der Düsen. Versuche<br />
haben gezeigt, dass beide Düsen mit offenem Düsenstück<br />
ein gleichmäßiges Füllbild bei gleicher Temperatur<br />
zeigen. Diese Füllbilder bei unterschiedlichem Füllgrad<br />
ausgeführt sind über eine Vielzahl von Zyklen reproduzierbar.<br />
In den nachfolgenden Abb. 7 und 8 wird<br />
das Ergebnis der Füllstudie bei einer 25%igen und<br />
einer 50%igen Füllung dargestellt.<br />
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Sichere und materialschonende Verarbeitung von flammwidrig eingestellten Polyamiden mit<br />
GÜNTHER Heißkanaltechnik<br />
Abb. 7 Füllbild mit 25%iger Formfüllung<br />
Abb. 8 Füllbild mit 50%iger Formfüllung<br />
Aufgrund der guten Isolation der eingesetzten 5DHT50<br />
B - Düse kann das Material mit einer Düsentemperatur<br />
von 265...270°C verarbeitet und damit die Ausgasungen<br />
des Flammschutzmittels deutlich reduziert werden. Die<br />
Intervalle für die notwendigen Wartungsarbeiten wurden<br />
von vormals < 35.000 Schuss auf jetzt > 50.000 Schuss<br />
verlängert. Waren die Einsätze bei dem vorherigen<br />
System nach ca. 250.000 Schuss durch Korrosion verschlissen,<br />
ist jetzt eine Fertigung mit dem GÜNTHER<br />
Heißkanalsystem mit mehr als 1,2 Mio Schuss ohne<br />
korrosiven Verschleiß möglich.<br />
Abb. 9 2K-Werkzeug für Tastenführung (4fach)<br />
Obwohl Düsen mit offenem Düsenstück eingesetzt werden,<br />
tritt kein Nachlaufen der Kunststoffschmelze während<br />
der Werkzeugöffnung auf. Ein Nachlaufen der<br />
Schmelze ist unter anderem auf eine ungenaue Temperaturführung<br />
in der Heißkanaldüse zurückzuführen.<br />
Durch zu hohe Temperaturen im Heißkanal kommt es<br />
zu einem Expandieren der Schmelze und Kunststoff tritt<br />
selbst bei sehr kurzen Öffnungszeiten des Werkzeuges<br />
aus. In der Praxis wirkt sich dies durch ein sehr enges<br />
Verarbeitungsfenster aus: oftmals liegen zwischen dem<br />
Einfrieren und dem explosionsartigen Öffnen der Düse<br />
und dem damit verbundenen Nachlaufen der Schmelze<br />
nur ca. 5K.<br />
Die Umstellung brachte einen weiteren Effekt mit sich:<br />
die Schlierenbildung um den Anspritzpunkt konnte<br />
durch den Einsatz dieser Heißkanaldüse vermieden<br />
werden.<br />
Mittlerweile wurde die Prozessfähigkeit des Heißkanalsystems<br />
von GÜNTHER Heisskanaltechnik seit<br />
mehr als einem Jahr unter Beweis gestellt. Moeller hat<br />
inzwischen zwei weitere Werkzeuge mit denen dieser<br />
PA-<strong>Typ</strong> (PA66 25% GF; UL-V0) verarbeitet wird, mit<br />
einem GÜNTHER Heißkanalsystem (5DHT50B -<br />
Düsen) ausgerüstet. Auch hier wird problemlos dieser<br />
Materialtyp verarbeitet.<br />
Frankenberg, 24. Juli 2006<br />
Jörg Essinger<br />
www.guenther-hotrunner.com<br />
Technische Änderungen vorbehalten 4/09
<strong>Kundeninformation</strong><br />
Fließmarkierungen an Spritzgussteilen verhindern<br />
Die Anforderungen an Spritzgussteile im Sichtbereich<br />
sind hoch, ein sauberes Spritzbild ist unabdingbar. Dies<br />
gilt erst recht, wenn Bauteile hinterleuchtet werden, wie<br />
es zum Beispiel bei Leuchtenabdeckungen der Fall ist.<br />
Fließmarkierungen, hervorgerufen durch Schmelze-<br />
teilung in der Düse, verursachen hier oft Qualitätsprobleme.<br />
Beim Verarbeiter Werner Langer Metall- und<br />
Kunststoffverarbeitung sorgen Düsen mit Kombi-Steckspitze<br />
für Prozesssicherheit.<br />
Als Material für die Leuchtenabdeckung (zwischen den Werkzeughälften)<br />
kommt ein auf Transparenz und Schlierenfreiheit<br />
hin optimierter PMMA-<strong>Typ</strong> zum Einsatz.<br />
Drei verschiedene Leuchtenabdeckungen produziert der<br />
Kunststoffverarbeiter Werner Langer für den Leuchtenhersteller<br />
Simon & Schelle. Anfang 2007 startete die<br />
Produktion. “Der Qualitätsanspruch des Kunden und<br />
damit auch die Anforderungen an die Leuchtenabdeckungen<br />
waren klar definiert”, erinnert sich Werner<br />
Puppe, technischer Leiter bei dem Kunststoffverarbeiter<br />
aus Meschede-Berge; “sauberer Anspritzpunkt, keine<br />
Fließmarkierungen und Bindenähte, geringer Verzug,<br />
keinerlei Einfallstellen an den Seitenwangen der<br />
Abdeckungen und eine hochwertige Oberfläche;<br />
schließlich sollen die Leuchtenabdeckungen im<br />
Badbereich als Spiegelleuchten zum Einsatz kommen”.<br />
Konventionelle Düsen problematisch<br />
Handelsübliche Düsen mit eingeschraubter Spitze, die<br />
für die meisten Anwendungen ausreichen, halfen bei den<br />
Leuchtenabdeckungen nicht weiter, da mit deren Einsatz<br />
eine Schmelzeteilung verbunden ist. Bei den Leuchtenabdeckungen<br />
hätte dies Fließmarkierungen hervorgerufen,<br />
die bei der Hinterleuchtung der opaken Artikel<br />
sichtbar gewesen wären. Bei der Suche nach einer<br />
Lösung wandte sich der Spritzgießer an GÜNTHER<br />
Heisskanaltechnik.<br />
“Da wir seit 1988 mit diesem Anbieter in Kontakt sind und<br />
die gute Beratung sowie den guten Service zu schätzen<br />
wissen, suchten wir auch für diese Anwendung die<br />
Zusammenarbeit. Wir stellten dem Heißkanalspezialisten<br />
dazu die 3-D-Konstruktionsdaten des<br />
Artikels zur Verfügung. Dieser machte daraufhin den<br />
Vorschlag, eine Düsenvariante mit Kombi-Steckspitze<br />
zu verwenden”. Bei dieser relativ neuen Entwicklung<br />
ermöglicht die Aufhängung der Spitze ein derartiges Vermischen<br />
der Schmelze, dass keine Fließmarkierungen<br />
mehr an den Spritzgussteilen zu sehen sind. Dabei hat<br />
die Kombi-Steckspitze in ihrer Art auf dem Markt ein<br />
Alleinstellungsmerkmal.<br />
„Durch das Konzept der Düsenspitze ergibt sich ein sehr<br />
geringes Scherungspotenzial“, so Walter Ehlert,<br />
zuständig für Beratung und Verkauf bei dem<br />
Heißkanalspezialisten. „Wettbewerbsprodukte haben<br />
zwar auch Konstruktionsprinzipien, die Fließmarkierungen<br />
vermeiden sollen; dies geht aber oftmals mit<br />
einer erhöhten Scherung in der Schmelze einher, was zu<br />
einem Abbau des Kunststoffmaterials führen kann.<br />
Sichtbar ist dies häufig durch Schlieren auf dem<br />
Spritzgussteil.“ Bei den Leuchtenabdeckungen kommt<br />
diese Problematik verstärkt zum Tragen: Das Spritzgussteil<br />
ist sehr lang, muss also schnell gefüllt werden.<br />
Die Kombi-Steckspitze ermöglicht dabei durch ihre<br />
weitestgehende Freistellung einen sehr geringen<br />
Druckverlust und damit eine sehr geringe Scherung.<br />
Fragen richten Sie bitte direkt an die Anwendungstechnik Telefon + 49 (0) 6451 5008-31 oder -63<br />
Die Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Erkenntnisse und sollen über technische Hintergründe informieren.<br />
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4/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
i<br />
Die neue Kombi-Steckspitze, hier zum Beispiel in einer Düse<br />
vom <strong>Typ</strong> SET60S, ermöglicht ein Vermischen der Schmelze in<br />
der Art, dass bei Spritzgussteilen keine Fließmarkierungen<br />
mehr auftreten.<br />
1.5. 11
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong> <strong>Kundeninformation</strong><br />
Fließmarkierungen an Spritzgussteilen verhindern<br />
Außer dem Fehlen von Fließmarkierungen sind Puppe in<br />
der Produktion zwei weitere Qualitätsmerkmale besonders<br />
aufgefallen: „Dass bei der Teilelänge der<br />
Leuchtenabdeckungen so gut wie kein Verzug und keine<br />
Einfallstellen aufgetreten sind, ist schon ein Highlight.<br />
Mit konventionellen Düsen hätten wir dies nicht<br />
verwirklichen können.“ Nicht zuletzt ermöglicht das<br />
Düsenkonzept einen besonders schnellen Farbwechsel,<br />
da der Schmelzekanal der Düse sehr strömungsgünstig<br />
ohne Verweilstellen ausgeführt ist; ein optimaler<br />
Schmelzeverlauf ist die Folge.<br />
„Ohne eine Düsenkonstruktion mit<br />
Kombi-Steckspitze hätten wir bei<br />
dieser Anwendung mit einem Zweifach-Heißkanalverteiler<br />
arbeiten<br />
müssen,” ergänzt Puppe, „was die<br />
Kosten in die Höhe getrieben hätte.<br />
Die Kosten für eine Düse mit<br />
Kombi-Steckspitze liegen nur<br />
unwesentlich über denen einer kon-<br />
Werner Puppe ventionellen Düse. Zu den besseren<br />
Technischer Leiter,<br />
Werner Langer<br />
Metall- und Kunststoffverarbeitung,<br />
Meschede<br />
Produkteigenschaften addieren sich<br />
also auch noch reduzierte Prozess-<br />
kosten.“<br />
Umrüsten vorhandener Werkzeuge möglich<br />
In erster Linie ist die Kombi-Steckspitze für Teile mit<br />
optischem Anspruch gedacht, zum Beispiel für PC- oder<br />
PMMA-, eventuell auch POM-Homopolymer-Anwendungen.<br />
„Anwendungen mit glasfaserverstärkten Kunststoffen<br />
haben wir bisher nicht realisiert. Diese sind aber<br />
möglich, wenn wir als Spitzenmaterial Hartmetall<br />
einsetzen“, so Ehlert.<br />
Der Kunde von Werner Langer hatte für die Leuchtenabdeckungen<br />
einen opaken Weißton vorgesehen, was<br />
die Materialauswahl von vornherein begrenzte. Als<br />
Material kommt ein PMMA-<strong>Typ</strong> zum Einsatz, den der<br />
Verarbeiter bei einem Compoundeur auf Transparenz<br />
und Schlierenfreiheit hin optimieren ließ.<br />
Da der Artikel auf einer Seite geschlossen und auf der<br />
anderen Seite offen ist, ergeben sich im Werkzeug<br />
unterschiedliche Fließwege. Um die exakte Düsenposition<br />
für eine gleichmäßige Formfüllung zu erhalten,<br />
führte der Verarbeiter eine Moldflow-Analyse durch, aus<br />
der sich eine außermittige Positionierung der Düse<br />
ergab. „In der Bemusterungsphase und auch beim<br />
Anfahren der Werkzeuge schließlich gab es hinsichtlich<br />
der Heißkanaldüse keinerlei Probleme“, erinnert sich<br />
Puppe. Als „Plug&Play“ bezeichnet er dementsprechend<br />
die Umstellung auf das neue Düsenkonzept.<br />
Eingebaut ist das Werkzeug in eine Engel-<br />
Spritzgießmaschine vom <strong>Typ</strong> 1050/200 mit 2 000 kN<br />
Schließkraft. Ein Linear-Handling auf der Maschine<br />
entnimmt die Teile und legt sie auf ein Förderband ab,<br />
woraufhin sie manuell verpackt werden. Umrüstungen<br />
vorhandener Werkzeuge auf die neue Düsenart sind<br />
möglich. Damit ist zwar ein kleiner Eingriff in die<br />
vorhandene Werkzeugkontur für den Düseneinbau<br />
verbunden. „Bei dem Austausch einer Heißkanaldüse<br />
aus unserem Hause sind allerdings nur sehr<br />
geringfügige Modifikationen nötig“, weiß Ehlert.<br />
Breites Anwendungsspektrum<br />
Entwicklungen wie die Kombi-Steckspitze, die erst seit<br />
relativ kurzer Zeit auf dem Markt sind, werden<br />
naturgemäß bei Anwendungen nicht sofort in die Breite<br />
gestreut. Zunächst gilt es, Erfahrungen zu sammeln und<br />
wesentliche Anwendungen in Langzeituntersuchungen<br />
zu ergründen. Seit etwa eineinhalb Jahren ist die Kombi-<br />
Steckspitze im Programm des Heißkanalanbieters. Die<br />
Markteintrittsphase ist abgeschlossen und Ehlert sieht<br />
große Anwendungsfelder beispielsweise in der<br />
Automobilindustrie und überall dort, wo optische Teile<br />
benötigt werden.<br />
Für Langer ist die Testphase, zumindest was die<br />
Leuchtenabdeckungen betrifft, bereits seit einiger Zeit<br />
abgeschlossen, die Produktion ein voller Erfolg. Puppe<br />
ist sicher: “Wir werden auch in Zukunft, was die<br />
Produktion optischer Teile angeht, auf die Düsen mit<br />
Kombi-Steckspitze setzen.”<br />
Fragen richten Sie bitte direkt an die Anwendungstechnik Telefon + 49 (0) 6451 5008-31 oder -63<br />
Die Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Erkenntnisse und sollen über technische Hintergründe informieren.<br />
1.5. 12<br />
i<br />
Die Leuchtenabdeckungenproduziert<br />
der Verarbeiter<br />
auf einer<br />
Engel-Spritzgießmaschine<br />
vom<br />
<strong>Typ</strong> 1050/200<br />
mit 2.000 kN<br />
Schließkraft.<br />
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Technische Änderungen vorbehalten 4/09
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Heißkanaltechnik für Medizinprodukte im<br />
Einsatz: Präzision in Millionenhöhe<br />
Mini-Spike und Transofix - so heißen zwei Produkte des<br />
Gesundheitsversorgers B.Braun. Die Medizinprodukte<br />
sind mit Schutzkappen versehen, die, präzise gefertigt,<br />
in Millionenstückzahlen pro Jahr benötigt werden. Um<br />
eine störungsfreie Produktion zu gewährleisten, setzt<br />
die Firma B.Braun auf Systeme von GÜNTHER<br />
Heißkanaltechnik.<br />
Das erste Produkt dient bei der Arzneimittelzubereitung<br />
als Entnahme- und Zuspritz-Spike für Mehrdosenbehälter,<br />
das zweite als Transferset für sterile<br />
Flüssigkeiten, beispielsweise beim Mischen von<br />
Lösungen und Medikamenten.<br />
Trotz der hohen Stückzahlen steht bei der Produktion<br />
der Schutzkappen Präzision an allererster Stelle. “Der<br />
Klemmsitz der Schutzkappen ist so zu fertigen, dass die<br />
Kappen einerseits beim Transport der Medizinprodukte<br />
nicht verloren gehen und sich andererseits trotzdem<br />
problemlos abziehen lassen”, weiß Stefan Moser,<br />
Projektingenieur bei der B.Braun Melsungen AG. “Und<br />
zwar auch dann, wenn der Anwender beispielsweise<br />
Latexhandschuhe trägt, die unter Umständen zudem mit<br />
Flüssigkeiten wie Lösungsmittel benetzt sein können”.<br />
Bis zur Produktionsumstellung Anfang 2007 fertigte<br />
B.Braun die Schutzkappen auf zwei konventionellen<br />
Mehrfachwerkzeugen mit Mehrfachdüsen.<br />
Abb. Trennebene 1 des Tandemwerkzeugs ist für die Fertigung der<br />
Mini-Spike-Schutzkappe, Trennebene 2 (im Bild) für die Fertigung der<br />
Transofix-Schutzkappe vorgesehen<br />
Auslöser für die Produktionsumstellung war, dass<br />
diese Werkzeuge auf Grund ihrer niedrigen Fachzahl<br />
zum einen die erforderlichen Stückzahlen nicht mehr<br />
erreichten und zum anderen das Mini-Spike-<br />
Werkzeug an der Verschleißgrenze angelangt war.<br />
Als Lösung für das “Stückzahlenproblem” bot sich die<br />
Tandemtechnologie an. Damit lassen sich auf einer<br />
Spritzgießmaschine in einem überlappenden<br />
Spritzgießzyklus zwei unterschiedliche Artikel auf<br />
einem mit zwei Trennebenen ausgestattetem<br />
Tandemwerkzeug separat und individuell spritzen.<br />
Dabei können Volumen sowie Stückzahl je<br />
Trennebene voneinander unterschiedlich sein. Das<br />
Verschluss-System des Tandemwerkzeugs besteht<br />
aus einem wechselseitigen Schieber mit<br />
Bajonettverschluss, bei dem jeweils eine Seite<br />
verriegelt und eine Seite zum Öffnen freigeschaltet<br />
wird. “Das System ist einfach aufgebaut, robust und<br />
unanfällig gegenüber Störungen”, berichtet Joachim<br />
Hammer, Maschineneinrichter und Güteprüfer beim<br />
Anbieter aus Melsungen.<br />
Fragen richten Sie bitte direkt an die Anwendungstechnik Telefon + 49 (0) 6451 5008-31 oder -63<br />
Die Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Erkenntnisse und sollen über technische Hintergründe informieren.<br />
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1/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
i<br />
Abb. Stefan Moser, Projektingenieur (links); Benjamin Koch, zuständig<br />
für die Maschinenoptimierung (Mitte) und Joachim Hammer<br />
1.5. 13
i <strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong> <strong>Kundeninformation</strong><br />
Heißkanaltechnik für Medizinprodukte im<br />
Einsatz: Präzision in Millionenhöhe<br />
Für die Anwendung der Tandem-Technologie ist eine<br />
Spritzgießmaschine mit relativ großer Werkzeug-<br />
Einbauhöhe und angepasster Programmierung<br />
erforderlich. B.Braun entschied sich für eine Maschine<br />
vom <strong>Typ</strong> Engel 200/90 V Electric mit elektrischer Spritzeinheit.<br />
“Highlight des Tandemwerkzeugs ist das Heißkanalsystem”,<br />
betont Stefan Moser. “Es garantiert nicht nur,<br />
dass die Kavitäten in den beiden Seiten des Werkzeugs<br />
gleichmäßig gefüllt werden, sondern auch, dass die<br />
Schutzkappen einen einwandfreien Anspritzpunkt<br />
aufweisen”. “Wegen der hohen Fachzahl von 24+48 im<br />
Tandemwerkzeug hatten wir seinerzeit zunächst ein<br />
24+48fach-Heißkanalsystem mit individuell geregelten,<br />
offenen Einfachdüsen im Fokus”, erinnert sich Walter<br />
Ehlert, zuständig für Beratung und Verkauf bei<br />
GÜNTHER Heißkanaltechnik.<br />
Seit mittlerweile etwa 20 Jahren setzt B.Braun auf Komponenten<br />
des Unternehmens aus Frankenberg.<br />
Abb. Offene Mehrfachdüse vom <strong>Typ</strong> 26ZHT - insgesamt 24 Düsen<br />
sind in den beiden Trennebenen des Werkzeugs verbaut: zwölf mit<br />
jeweils zwei Spitzen zur Minispike-Seite und zwölf mit jeweils vier<br />
Spitzen zur Transofix-Seite<br />
1.5. 14<br />
Abb. Mini-Spike für das Entnehmen und Zuspritzen an Mehrdosenbehältern<br />
(oben) und Tranferset Transofix (unten), jeweils mit Schutzkappen<br />
(grün): Gerade einmal 0,5 g wiegt so eine aus Polyethylen<br />
(Lupolen 3020K) gefertigte Schutzkappe<br />
“Allerdings wäre der Aufwand, solch ein System in dem<br />
kompakt geplanten Werkzeug unterzubringen, zu groß<br />
geworden”, erklärt Walter Ehlert weiter. Da in dem schon<br />
vorhandenen Schutzkappen-Werkzeug der Heißkanal<br />
mit Mehrfachdüsen gut funktionierte, rückte in der Folge<br />
diese technische Alternative ins Blickfeld.<br />
Die Vorteile von Mehrfachdüsen für die Tandemfertigung<br />
beschreibt Ehlert folgendermaßen: “Solche Düsen<br />
bauen sehr klein, lassen somit sehr kleine Raster im<br />
Werkzeug zu und halten den Regelungsaufwand<br />
gering”. Häufig ist der Einsatz von Mehrfachdüsen<br />
jedoch ein Kompromiss, weil auf vier Ausgänge nur eine<br />
Regelstelle kommt. Anwender können also nicht so<br />
gezielt auf den Prozess einwirken, wie mit<br />
Einfachdüsen. Allerdings lässt sich dieses Merkmal bei<br />
“einfachen” Materialien ohne Probleme kompensieren.<br />
Das Konzept für das Heißkanalsystem beinhaltet pro<br />
Trennebene zwölf offene Mehrfachdüsen; vom <strong>Typ</strong><br />
ZHT18/2/67-S mit jeweils zwei Spitzen zur Minispike-<br />
Seite und vom <strong>Typ</strong> 26ZHT18/4/67-S mit jeweils vier<br />
Spitzen zur Transofix-Seite. Nadelverschlusstechnik<br />
war zunächst nur für den Anschluss-Schnorchel<br />
vorgesehen. Da das Werkzeug mit einem starren<br />
Schnorchel arbeiten sollte, der beim Öffnen von<br />
Trennebene 1 wegfährt, wurde allerdings neben dem<br />
Nadelverschluss im Schnorchel auch Nadelverschlusstechnik<br />
an der Spritzgießmaschine vorgesehen.<br />
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<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Heißkanaltechnik für Medizinprodukte im<br />
Einsatz: Präzision in Millionenhöhe<br />
Das hat auch den Vorteil, dass die Maschine noch<br />
fördern kann, wenn der Schnorchel abfährt, um<br />
Trennebene 1 auszuwerfen.<br />
“Mit dieser Konstellation gab es zu Beginn der<br />
Serienfertigung allerdings Probleme, den Druck schnell<br />
genug aus dem Heißkanalsystem zu evakuieren”,<br />
erinnert sich Moser. “Durch die Tandemtechnologie ist ja<br />
prinzipiell pro Spritzgussteil in der halben Zykluszeit das<br />
Material einzuspritzen, zu fördern und schließlich der<br />
Druck wieder aus dem System zu entfernen. Bei den<br />
Schutzkappen drückte das Material zur Spritzseite hin<br />
aus dem System heraus und die Artikel zogen anfangs<br />
noch extreme Fäden”.<br />
Das Problem wurde im wesentlichen durch folgende<br />
Maßnahmen gelöst: Tausch der Maschinen-<br />
Nadelverschlussdüse gegen eine offene Düse,<br />
Vergrößerung des inneren Querschnitts der Anschlussdüse<br />
und Optimierung des Maschinenprogramms.<br />
Die Zykluszeit der Einzelartikel ist heute um<br />
10% reduziert, wobei durch die Tandemtechnologie mit<br />
alternierendem Spritzen und Kühlen in der gleichen Zeit<br />
zwei Artikel hergestellt werden.<br />
Ein gutes Füllverhalten für alle Nester, kein Fadenzug,<br />
gutes Abrissverhalten - so lassen sich die Parameter<br />
zusammenfassen, für die das Heißkanalsystem des<br />
Frankenberger Unternehmens maßgeblich verantwortlich<br />
ist.<br />
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1/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
i<br />
Abb. Heiße Seite mit Blick auf die Mehrfachdüsen 26ZHT mit vier<br />
Spitzen<br />
1.5. 15
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Heißkanalsysteme für metall- und keramikpulvergefüllte<br />
Kunststoffe<br />
Mit der MIM (Metal Injection Moulding) und CIM<br />
(Ceramic Injection Moulding) Technologie lassen sich<br />
durch Spritzgießen Metall- und Keramikbauteile<br />
produzieren, die spanend gar nicht oder nur mit sehr<br />
großem Aufwand herstellbar wären. So entstehen<br />
nacharbeitsfrei in nur einem Arbeitsgang dreidimensionale<br />
Bauteile z. B. für Produkte der Medizintechnik.<br />
Ohne angepasste Heißkanaltechnik ist eine prozesssichere<br />
Fertigung nur schwer möglich.<br />
Metall- und keramikpulvergefüllte Kunststoffe kommen<br />
in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz.<br />
Anwendungsbeispiele für MIM sind Bauteile für<br />
Verbraucherprodukte wie Kugelschreiber oder für<br />
Produkte in der Medizintechnik. Mit CIM gefertigte<br />
Erzeugnisse sind dort gefragt, wo Keramiken zur<br />
Isolation, oft in Verbindung mit hohen Temperaturen,<br />
benötigt werden. Anwendungsbeispiele finden sich in<br />
der Leuchtenindustrie. Beide Verfahren sind relativ<br />
einfach in der Anwendung und ermöglichen die<br />
Produktion nacharbeitsfreier Produkte. So lassen sich<br />
komplex geformte Bauteile fertigen.<br />
Ein Anwendungsbeispiel für die MIM-Technologie ist<br />
eine implantierbare Infusionspumpe, die zur Schmerztherapie<br />
chronisch Kranker zum Einsatz kommt. Unter<br />
die Bauchdecke implantiert, gibt das Gerät stetig eine<br />
einstellbare Menge Schmerzmittel an den Körper ab.<br />
Die Basisplatte für diese Infusionspumpe wurde früher<br />
aus einer speziellen, relativ teuren Titanlegierung<br />
spanend hergestellt. Dieser Prozess war nicht nur<br />
zeitaufwendig, sondern wegen des entstehenden<br />
Späneabfalls auch teuer. Der Gedanke, dieses Bauteil<br />
durch MIM herzustellen, ließ sich aber zunächst nicht so<br />
leicht umsetzen. Zwar sind dreidimensionale Bauteile<br />
durch Spritzgießen im Allgemeinen einfach herzustellen,<br />
in diesem Fall kam aber erschwerend hinzu, dass die<br />
Basisplatte einen großen Durchmesser und sehr große<br />
Wanddickensprünge aufwies.<br />
Als Lösung für dieses Problem wird das Teil heute<br />
parallel über drei <strong>Heißkanaldüsen</strong> angespritzt. Kurze<br />
Fließwege und eine gleichmäßige Druckverteilung sind<br />
die Folge. Das Ergebnis ist ein nacharbeitungsfrei in nur<br />
einem Arbeitsgang gefertigtes Bauteil, das zudem durch<br />
geringere Herstellungskosten überzeugt.<br />
Bei den MIM- und CIM-Prozessen wird ein Metall- bzw.<br />
Keramikpulver zusammen mit einem Binder, oftmals<br />
Polyethylen oder Polyoxymethylen, und einem<br />
speziellen Wachs gemischt und granuliert.<br />
Dieses “Feedstock” genannte Gemisch lässt sich wie ein<br />
ganz normaler Kunststoff durch Spritzgießen<br />
verarbeiten.<br />
Bei dem sich so ergebenden Formteil, Grünling genannt,<br />
wird der Kunststoff durch Erhitzen herausgelöst. Dieses<br />
entbinderte Bauteil mit einer durch das Herauslösen des<br />
Kunststoffs porigen Struktur wird Bräunling genannt.<br />
Beim Sintern dieses Bräunlings backen die Metall- bzw.<br />
Keramikbestandteile zusammen, woraus ein Bauteil mit<br />
einer homogenen Struktur entsteht, das sich in der<br />
Dichte und Festigkeit nicht von einem konventionell<br />
hergestellten Stahl- oder Keramikbauteil unterscheidet.<br />
Die Vorteile z. B. eines Metallbauteils, wie hohe<br />
Festigkeit und Leitfähigkeit, lassen sich mit einer relativ<br />
einfachen Art der Herstellung verbinden.<br />
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i<br />
Abb. Die aus einer Titan-Legierung bestehende Basisplatte (unten)<br />
einer implantierbaren Infusionspumpe wurde früher aufwendig<br />
spanend hergestellt. Heute ermöglicht die MIM-Technologie die<br />
nacharbeits- und abfallfreie Fertigung (Bild: TiJet)<br />
1.5. 16
i <strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong> <strong>Kundeninformation</strong><br />
Heißkanalsysteme für metall- und keramikpulvergefüllte<br />
Kunststoffe<br />
Konventionelle Spritzgießmaschinen sind für CIM und<br />
MIM grundsätzlich geeignet. Sollte ein Verarbeiter aber<br />
längerfristig dieses Verfahren einsetzen wollen, sind<br />
entsprechend verschleißgeschützte Zylinder sowie<br />
Schnecken und Rückstromsperren einzusetzen, da<br />
diese Komponenten durch Metall- und noch stärker<br />
durch Keramikpulver einer erhöhten Abrasion<br />
ausgesetzt sind. Gespräche mit Feedstock-Herstellern<br />
und den Kunststoffverarbeitern haben ergeben, dass 80<br />
bis 90 % der mit MIM und CIM hergestellten Teile über<br />
Kaltkanal mit Angussstange gefertigt werden. Diese<br />
lässt sich zwar zu einem großen Teil wiederverwenden,<br />
trotzdem besteht großes Interesse, diesen Produktionsschritt<br />
durch den Einsatz von Heißkanalsystemen zu<br />
vermeiden.<br />
Die Anforderungen an die Heißkanaltechnik betreffen<br />
eine sehr homogene Temperaturführung im Heißkanal,<br />
da die Materialien ein enges Verarbeitungsfenster<br />
haben. Temperaturschwankungen führen zu<br />
Entmischungen zwischen Binder und Pulver, was<br />
Schwindungsunterschiede und beim Sintern auftretende<br />
Risse im Bauteil zur Folge hat.<br />
Die GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH empfiehlt für<br />
diese Anwendungen ihre <strong>Heißkanaldüsen</strong>, beispielsweise<br />
vom <strong>Typ</strong> _HT, die für erhöhte Anforderungen<br />
ausgelegt sind.<br />
Der patentierte zweistufige Schaft der Düsen sichert<br />
eine hervorragende Isolierung im vorderen Schaftbereich<br />
und sorgt für einen geringen Wärmeverlust<br />
zwischen Heißkanaldüse und Kavität sowie für eine<br />
homogene Temperaturverteilung in der Düse. Bei den<br />
<strong>Heißkanaldüsen</strong> bildet zudem erstarrter Kunststoff eine<br />
“Kappe” um die Düse herum und ermöglicht eine<br />
thermische Trennung zwischen Heißkanaldüse und<br />
Kavität.<br />
1.5. 17<br />
Materialrohr<br />
(25 W/mK)<br />
Heizung<br />
Luft<br />
(0,04 W/mK)<br />
Erstarrter<br />
Kunststoff<br />
(0,2...1,2 W/mK)<br />
Schmelze<br />
Schaft aus<br />
Titanlegierung<br />
(7 W/mK)<br />
Wärmeleitspitze<br />
(100 W/mK)<br />
Abb. Der zweiteilige Schaft der SHT-Düse sowie erstarrter Kunstsoff,<br />
der eine “Kappe” um die Düse herum bildet, führen zu einer optimierten<br />
Isolation zur Kavität hin und bewirken dadurch ein gleichmäßiges<br />
Temperaturprofil in der Düse.<br />
Bei metallpulvergefüllten Kunststoffen wird dieser Effekt<br />
allerdings durch die Leitfähigkeit des Metallpulver ins<br />
Gegenteil verkehrt. Das Kunststoff-Metallpulver-<br />
Gemisch würde in diesem Fall die Wärme aus der Düse<br />
abziehen. Bei den im MIM-Verfahren eingesetzten<br />
Düsen des Anbieters sorgen deswegen spezielle<br />
Isolierkappen aus einem hochtemperaturbeständigen<br />
Kunststoff wie Polyetherketon (PEEK) oder Polymid (PI)<br />
für die thermische Trennung. Durch eine zusätzlich um<br />
die Heißkanaldüse platzierte Titanhülse wird die<br />
Isolierwirkung noch verbessert.<br />
Die Produkte von Firma GÜNTHER Heisskanaltechnik<br />
bieten hier eine Besonderheit, da die meisten<br />
<strong>Heißkanaldüsen</strong> im Markt keinen zweigeteilten Schaft<br />
aufweisen und zum Teil direkt metallisch mit dem<br />
Materialrohr im Werkzeugeinsatz abdichten. Dies hat<br />
einen großen Wärmeverlust zur Folge, der durch eine<br />
höhere Temperatur in der Heißkanaldüse ausgeglichen<br />
werden muss. Die Folge sind sowohl Temperaturüberhöhungen<br />
als auch - schwankungen in den<br />
<strong>Heißkanaldüsen</strong>, was dazu führt, dass sich die<br />
Materialien nicht prozesssicher verarbeiten lassen.<br />
Bei der MIM-Technik werden die Teile sehr oft nicht über<br />
einen Zwischenanguss, sondern direkt angespritzt.<br />
Trotzdem ist hier mit einem relativ großen Anspritzpunkt<br />
zu arbeiten, um einerseits den nötigen Durchfluss zu<br />
erhalten und andererseits ausreichend Wärme in den<br />
Anspritzpunkt hineinzubringen. Dies ist erforderlich, da<br />
durch das metallpulvergefüllte Material Wärme in die<br />
Kavität hinein abgeleitet wird, und die Schmelze<br />
aufgrund des hohen Füllstoffgehalts schnell erstarrt.<br />
Bei der CIM-Technik hingegen wird oft über einen<br />
Zwischenanguss gearbeitet. Auch hier ist ein großer<br />
Anspritzpunkt wichtig, um möglichst wenig Scherung zu<br />
verursachen und die Schmelze möglichst schnell in die<br />
Kavität zu bringen.<br />
Hinsichtlich der Verschleißfestigkeit bestehen hohe<br />
Anforderungen an die Heißkanaltechnik sowohl bei MIM<br />
als auch bei CIM. Düsenspitzen aus einer Hartmetalllegierung<br />
ermöglichen bei den Produkten von Günther<br />
Heisskanaltechnik einen robusten Verschleißschutz.<br />
Damit sind hohe Standzeiten möglich, ohne einzelne<br />
Komponenten der Düse auswechseln zu müssen.<br />
Eine weitere Qualitätssteigerung lässt sich durch<br />
fluidbeheizte <strong>Heißkanaldüsen</strong> und -verteiler erreichen.<br />
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Die Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Erkenntnisse und sollen über technische Hintergründe informieren.<br />
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Technische Änderungen vorbehalten 1/09
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Heißkanalsysteme für metall- und keramikpulvergefüllte<br />
Kunststoffe<br />
Bekanntermaßen ist für die Verarbeitung insbesondere<br />
von CIM-Feedstock eine sehr homogene Temperaturführung<br />
erforderlich, um Entmischungen und Inhomogenitäten<br />
in der Schmelze zu vermeiden. Dies könnte<br />
sonst zu Lunkerbildungen im Bauteil führen. Im<br />
Vergleich zu einer elektrisch beheizten Heißkanaldüse<br />
zeichnet sich eine fluidbeheizte Düse aufgrund der<br />
Trägheit des Fluids durch ein noch konstanteres<br />
Temperaturverhalten aus.<br />
Dipl.-Ing. Jörg Essinger<br />
Leitung Anwendungstechnik<br />
Fragen richten Sie bitte direkt an die Anwendungstechnik Telefon + 49 (0) 6451 5008-31 oder -63<br />
Die Angaben entsprechen dem heutigen Stand unserer Erkenntnisse und sollen über technische Hintergründe informieren.<br />
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1/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
i<br />
Abb.Fluidbeheizte <strong>Heißkanaldüsen</strong> heizen Düse und Verteiler deutlich<br />
gleichmäßiger als elektrische Beheizungen auf und halten so die Temperatur<br />
wesentlich konstanter.<br />
1.5. 18
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Heißkanalsysteme für hohe Einspritzgeschwindigkeiten<br />
Für schnelle Fälle<br />
Sind filigrane Teile mit dünnen Wanddicken und langen<br />
Fließwegen gefragt, ist schnelles Einspritzen das A und<br />
O für eine prozesssichere Fertigung. Aber auch bei<br />
großvolumigen Teilen sind schnelle Einspritzvorgänge<br />
oft unerlässlich. Eine angepasste Heißkanaltechnik<br />
ermöglicht hier einwandfreie Prozesse und Produkte.<br />
Können schon bei konventionellen Spritzgießprozessen<br />
oft hohe Einspritzgeschwindigkeiten erforderlich sein, so<br />
gibt es zwei Verfahren, die hier besonders hohe<br />
Anforderungen stellen: Expansionsspritzgießen und<br />
physikalisches Schäumen.<br />
Beim Expansionsspritzgießen wird die Schmelze im<br />
Schneckenvorraum oder im Heißkanal komprimiert und<br />
somit als Druckspeicher genutzt. Gemäß pvT-Diagramm<br />
lässt sich Kunststoffschmelze bei einem Druck von etwa<br />
2000 bar rund 10 % komprimieren. Dieses Verhalten<br />
wird beim Expansionsspritzgießen genutzt. Randbedingung<br />
für einen reproduzierbaren Prozess ist<br />
jedoch, dass das vorgespannte Schmelzevolumen<br />
konstant bleibt. Dazu ist die Schnecke nach dem<br />
Verdichten exakt in Position zu halten, da sie sonst beim<br />
Öffnen der Verschlussdüse unter der hohen<br />
Druckbeaufschlagung vorfahren und so das Werkzeug<br />
mit Schmelze überladen würde. Diese Voraussetzung<br />
erfüllen elektromechanisch angetriebene Spritzgießmaschinen.<br />
Hiermit lässt sich die Schnecke<br />
systembedingt axial beliebig positionieren und auch bei<br />
hohem Druck in dieser Position exakt halten.<br />
Kommt ein Heißkanalsystem beim Expansionsspritzgießen<br />
zum Einsatz, so wird dort ein Druck bis zu<br />
2500 bar aufgebaut und über eine definierte Zeit<br />
gehalten. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen<br />
Druck an allen Kavitäten.<br />
Für den erfolgreichen Einsatz des Expansionsspritzgießens<br />
ist ein absolut gleichmäßiges Öffnen der<br />
Nadeln unabdingbar. Die im Heißkanal vorgespannte<br />
Schmelze kann nach dem Öffnen der Nadeln<br />
explosionsartig expandieren und füllt gleichmäßig die<br />
Kavitäten. Somit lassen sich sehr dünnwandige Bauteile<br />
füllen.<br />
Beim physikalischen Schäumen zum Beispiel mit dem<br />
MuCell-Verfahren wird dem System ein physikalisches<br />
Treibmittel zugeführt, das zunächst in der unter Druck<br />
stehenden Schmelze gelöst ist. Beim Einspritzen in die<br />
Kavität verringert sich der Druck, das Treibmittel<br />
expandiert und schäumt die Schmelze auf. Auch hier ist<br />
es notwendig, die Schmelze mit hohen Geschwindigkeiten<br />
in die Kavität einzuspritzen, um das Teil<br />
gezielt in der Kavität schäumen zu können.<br />
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3/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
i<br />
Es entsteht ein leichtgewichtiges Bauteil mit<br />
geschlossener Außenhaut und geschäumtem Kern. Mit<br />
dem Verfahren lassen sich auch Schaumstrukturen mit<br />
Wanddicken unter einem Millimeter realisieren. Der<br />
durch den Schäumprozess entstehende interne Druck<br />
wirkt an allen Stellen des Bauteils, wodurch er zu einem<br />
gewissen Anteil die Aufgabe des Nachdrucks übernimmt<br />
und so Einfallstellen, Schwindung und Verzug<br />
ausgleichen oder zumindest reduzieren kann.<br />
Für beide Verfahren sind die Spritzgießmaschinen an<br />
die veränderten Anforderungen anzupassen. Beim<br />
Expansionsspritzgießen ist für das exakte Dosieren und<br />
Einspritzen eine elektrische Spritzgießmaschine<br />
erforderlich. Das MuCell-Verfahren erfordert eine<br />
spezielle Schnecke und spezielle Aggregate, um das<br />
Treibmittel im so genannten superkritischen Zustand in<br />
die Schmelze eindüsen zu können. Beide Verfahren<br />
lassen sich – bis auf wenige Ausnahmen – mit allen<br />
gängigen Polymeren betreiben. So ist LCP im MuCell-<br />
Verfahren nicht verarbeitbar, wohingegen das Material<br />
für das Expansionsspritzgießen sehr gut geeignet ist.<br />
Nadelverschlusssysteme unabdingbar<br />
Bei beiden Verfahren sind Nadelverschluss-<br />
Heißkanalsysteme einzusetzen, um den erforderlichen<br />
Druck im Heißkanalsystem aufbauen und halten zu<br />
können. Beim Expansionsspritzgießen muss das<br />
Heißkanalsystem nicht nur sehr hohen Drücken<br />
standhalten, es muss zudem sichergestellt sein, dass<br />
bei einem Mehrkavitätenwerkzeug alle Nadeln exakt<br />
und gleichzeitig öffnen. Diese gleichmäßige<br />
Nadelbewegung ermöglicht eine Hubplatte, die nach<br />
dem Prinzip der schiefen Ebene arbeitet. Hierbei wird die<br />
axiale Bewegung des Hydraulikkolbens über eine<br />
Kulissenführung in die Hubbewegung der Platte und<br />
damit der Nadeln umgesetzt.<br />
Abb. Ein Schiebeverschluss,<br />
pneumatisch oder hydraulisch<br />
angetrieben über einen außen<br />
liegenden Zylinder, ermöglicht<br />
die gleichzeitige Betätigung<br />
aller Nadeln<br />
1.5. 19
i <strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong> <strong>Kundeninformation</strong><br />
Heißkanalsysteme für hohe Einspritzgeschwindigkeit<br />
Bei einem X-Melt-Versuch in Zusammenarbeit mit dem<br />
Spritzgießmaschinenhersteller Engel beaufschlagte die<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH, Frankenberg, ein<br />
Zweikavitätenwerkzeug eine halbe Sekunde lang mit<br />
einem Druck von 2800 bar und prüfte das System auf<br />
Dichtigkeit. Die Spritzversuche wurden mit einem aus<br />
verschiedenen Materialien bestehenden Teststreifen mit<br />
einer Wanddicke von 0,5 mm durchgeführt. Die Zeit für<br />
das Einschießen der Schmelze in die Kavität variierte<br />
von Material zu Material und lag beispielsweise für<br />
Polystyrol bei 0,1 s und für LCP bei 0,04 s. Folgende<br />
Ergebnisse resultierten aus dem Versuch: Das<br />
Heißkanalsystem hielt bei 2800 bar vollständig dicht. Es<br />
trat keine Schmelze aus den Nadelverschlussdüsen<br />
aus. Beide Kavitäten wurden gleichzeitig gefüllt. Es ließ<br />
sich eine sehr hohe Reproduzierbarkeit erzielen.<br />
Ein Anwendungsbeispiel für das Expansionsspritzgießen<br />
ist die so genannte Reibungsscheibe.<br />
Abb. Für das Expansionsspritzgießen der Reibungsscheibe kommt<br />
ein Achtfach-Heißkanalsystem mit Flachdüsen vom <strong>Typ</strong> 4NFT60LA<br />
zum Einsatz.<br />
Abb. Die 0,02 g schwere Reibungsscheibe aus LCP lässt sich prozesssicher<br />
ausschließlich mit dem Expansionsspritzgießverfahren fertigen.<br />
(Foto: Schiebl)<br />
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1.5. 20<br />
Reibungsscheibe<br />
Material<br />
Teilegewicht<br />
Wanddicke<br />
Anspritzpunkt-ø<br />
Heißkanal<br />
HK-Düse<br />
Stichmaß<br />
LCP<br />
0,02 g<br />
0,15 mm<br />
0,8 mm<br />
8-fach NV<br />
4NFT60 LA<br />
14 mm<br />
Diese lässt sich, wie Versuche gezeigt haben,<br />
prozesssicher ausschließlich mit dem Expansionsspritzgießen<br />
fertigen. In der Anwendung wird ein<br />
Kunststoffteil auf einen als Träger dienenden<br />
Metallstreifen aufgespritzt. Die Scheibe besteht aus<br />
LCP, hat ein Gewicht von 0,02 g und eine Wanddicke von<br />
0,15 mm. Die Herausforderung bei diesem Projekt war<br />
es, die sehr geringe Materialmenge prozesssicher<br />
einzuspritzen.<br />
Auf Grund des kleinen Schussgewichtes können hier nur<br />
Nadelverschlusssysteme zum Einsatz kommen.<br />
Ausgewählt wurde eine spezielle für die LCP-<br />
Verarbeitung ausgelegte Heißkanaldüse Die Düse ist im<br />
Materialrohrdurchmesser reduziert, um durch die<br />
höhere Scherung die Viskosität des LCPs entsprechend<br />
zu verringern.<br />
Abb. 8-fach Heißkanalsystem NV - Reibungsscheibe aus LCP<br />
Gewichts- und Kostenreduktion erreicht<br />
Wichtig beim physikalischen Schäumen ist es, dass die<br />
Schmelze erst in der Kavität expandiert und nicht schon<br />
im Heißkanal. Deshalb müssen die <strong>Heißkanaldüsen</strong><br />
nach dem Einspritzen der Schmelze und dem folgenden<br />
Schließen den Druck im System soweit halten, dass das<br />
Treibmittel in der Schmelze gelöst bleibt. Versuche<br />
konnten dies bestätigen.<br />
Ein Anwendungsbeispiel ist ein Türschlossgehäuse mit<br />
einer Wanddicke von 1,1 mm aus POM für einen Pkw,<br />
das mit der MuCell-Technologie gefertigt wird. Die Ziele<br />
des Kunden lauteten Kostenreduktion durch weniger<br />
Materialeinsatz und kürzere Zykluszeit sowie Reduktion<br />
von Verzug und Einfallstellen. Durch das in der<br />
Schmelze befindliche Gas sank die Schmelzeviskosität,<br />
wodurch schneller eingespritzt werden<br />
konnte. Durch den mikrozellularen Schaum ließ sich ein<br />
homogenes Schwindungsverhalten erreichen, was<br />
gerade bei größeren Wanddicken ein Vermeiden von<br />
Einfallstellen ermöglicht. Als Heißkanaldüse kam eine<br />
Düse vom <strong>Typ</strong> 8NLT80 des Anbieters zum Einsatz, als<br />
Nadelansteuerung dienten hydraulisch betätigte<br />
Einzelnadelventile.<br />
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Technische Änderungen vorbehalten 3/09
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Heißkanalsysteme für hohe Einspritzgeschwindigkeit<br />
Abb. Dieses PKW-Türschlossgehäuse aus POM wird mit der MuCell-<br />
Technologie hergestellt. (Foto: ITW)<br />
Türschloss-Gehäuse<br />
Verfahren Mucell-Technologie<br />
Material<br />
Teilegewicht<br />
Wanddicke<br />
Anspritzpunkt-ø<br />
Heißkanal<br />
Nadelansteuerung<br />
Gewichtsreduktion<br />
POM<br />
49,0 g<br />
1,1 mm<br />
2,0 mm<br />
8NLT80<br />
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Einzelnadelventile (hydraulisch)<br />
10 %<br />
Je nach Anzahl der Kavitäten werden beim Einsatz des<br />
physikalischen Schäumens die Nadeln über<br />
Einzelnadelventile bewegt. Durch die MuCell-<br />
Technologie ließ sich eine Gewichtsreduktion des<br />
Türschlossgehäuses von 10 % erreichen.<br />
Homogene Temperaturführung wichtig<br />
Sowohl für das Expansionsspritzgießen als auch für das<br />
physikalische Schäumen ist die Nadelverschluss-<br />
Heißkanaldüse mit Schaft (N_T-Düse) von GÜNTHER<br />
Heisskanaltechnik sehr gut geeignet. Die Vorteile der<br />
Düse liegen in der exakten Temperaturführung.<br />
Insbesondere bei technischen Polymeren – teilkristalline<br />
Kunststoffe mit engem Verarbeitungsfenster – ist eine<br />
homogene Temperaturführung über die gesamte Länge<br />
der Düse unerlässlich. Im Sinne eines homogenen<br />
Temperaturprofils haben die Düsen zur Isolierung einen<br />
zweigeteilten Schaft, der im vorderen Bereich aus einer<br />
Titanlegierung besteht.<br />
i<br />
Generell ist es bei allen Nadelverschlusssystemen<br />
wichtig, dass die Nadel beim Schließen exakt zentriert<br />
wird und in den Anspritzpunkt eintaucht, ohne dass der<br />
abdichtende Bereich der Nadel Berührung mit der<br />
Nadelführung hat, was dem Verschleiß des Systems<br />
entgegenwirkt. Die Nadelführung bei den Systemen von<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik besteht aus einem<br />
pulvermetallurgischen Stahl, der eine sehr hohe Härte<br />
und Festigkeit aufweist.<br />
Abb. Für die Fertigung des Pkw-Türschlossgehäuses ist ein Vierfach-<br />
Heißkanalsystem mit Düsen vom <strong>Typ</strong> 8NLT80 vorgesehen.<br />
Sollten einzelne Komponenten einmal verschlissen<br />
sein, so lassen diese sich einzeln austauschen. Da die<br />
Nadelführung bis zur Artikelkante eintaucht, muss bei<br />
einem Verschleiß nur die Führung gewechselt werden,<br />
Arbeiten am Werkzeugeinsatz sind nicht erforderlich.<br />
Dipl.-Ing. Jörg Essinger, Leitung Anwendungstechnik,<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH, Frankenberg<br />
1.5. 21
<strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Kundeninformation</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong><br />
Vliesolen - bambusverstärkte Kunststoffe<br />
Die Firma PMG Geotex aus Chemnitz compoundiert<br />
Kunststoffe mit exotischen Füllstoffen.<br />
Zur Modifikation der Eigenschaftsprofile von zum<br />
Beispiel Polypropylen oder Polyethylen werden anstatt<br />
der üblichen Glasfasern spezielle Bambusfasern<br />
eingesetzt. Die Bambusfaser kann je nach Länge in<br />
verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen. So<br />
werden beispielsweise längere Fasern in Estrich oder<br />
Beton eingemischt, um Rissbildung beim Trocknen zu<br />
vermeiden. Die kürzeren Bambusfasern werden als<br />
Verstärkungs- bzw. Füllstoff in Kunststoffe eingearbeitet.<br />
Durch die Fasern, die mit dem Polymer chemisch<br />
gekoppelt sind, wird die Festigkeit gegenüber einem<br />
unverstärkten Kunststoff deutlich angehoben. Auch wirkt<br />
sich dieser Füllstoff auf den Preis des Produktes aus.<br />
Das Eigenschaftsprofil eines mit 30% Bambusfasern<br />
modifizierten PP liegt zwischen einem unverstärkten<br />
und einem mit ca. 20% glasfaserverstärktem<br />
Polypropylen.<br />
Die konventionelle Verarbeitung dieser Kunststoffe mit<br />
Kaltkanal ist ohne Probleme machbar. Immer mehr<br />
Interessenten fragen aber nach der Möglichkeit, dieses<br />
Material auch mit Heißkanal zu verarbeiten.<br />
Die Versuche, die PMG zusammen mit GÜNTHER<br />
Heisskanaltechnik GmbH durchgeführt hat, zeigen,<br />
dass diese bambusfasergefüllten Kunststoffe auch mit<br />
Heißkanal zu verarbeiten sind.<br />
Für den Verarbeitungsversuch standen drei Kunststoffe<br />
(PP, PE–LD /PE-HD) mit jeweils 30% Bambusfasern zur<br />
Verfügung:<br />
- Vliesolen BF30, natur (PP-2/30-HM1)<br />
- Vliesolen BF30, schwarz (LDPE-2/30-HS2)<br />
- Vliesolen BF30 (HDPE-1/30-HM1)<br />
Diese Materialien wurden in einem Testwerkzeug<br />
(2-fach: Scheibe 1g), das wahlweise mit<br />
- <strong>Heißkanaldüsen</strong> mit Spitze (5SHT50S) oder<br />
-Heißkanal-Nadelverschlussdüsen (5NHT50LA<br />
ausgerüstet war, getestet.<br />
Aufgrund der im Vergleich zur Glasfaser längeren<br />
Bambusfaser sind kleine Anspritzpunkte nicht geeignet.<br />
Es besteht die Gefahr, dass sich der Anspritzpunkt durch<br />
die Faser zusetzt. Die Versuche haben gezeigt, dass mit<br />
einem Anspritzpunktdurchmesser von 1,6 mm bei der<br />
5SHT50-Düse und bei einem Anspritzpunktdurchmesser<br />
von 1,4 mm bei der 5NHT50LA-Düse die genannten<br />
Materialtypen ohne Einschränkung verarbeitet werden<br />
konnten.<br />
Die im Versuch eingesetzten Heißkanal-Düsen zeichnen<br />
sich unter anderem durch den zweigeteilten Schaft im<br />
vorderen Bereich der Düse aus. Durch diesen Aufbau<br />
wird eine hervorragende thermische Isolation zwischen<br />
Heißkanal-Düse und Werkzeug erzielt. Diese<br />
thermische Trennung wirkt sich auch positiv auf die<br />
Temperaturführung innerhalb der Düse aus. Die<br />
<strong>Heißkanaldüsen</strong> eignen sich für die Verarbeitung von<br />
Standard-, technischen und hochtemperaturbeständigen<br />
Kunststoffen. Bei gefüllten Materialien bieten<br />
Düsenspitzen aus einer Hartmetalllegierung mit guter<br />
Wärmeleitung einen sehr guten Verschleißschutz.<br />
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3/09 Technische Änderungen vorbehalten<br />
Materialrohr<br />
(25 W/mK)<br />
Heizung<br />
Luft<br />
(0,04 W/mK)<br />
Erstarrter<br />
Kunststoff<br />
(0,2...1,2 W/mK)<br />
i<br />
Abb. Standard-Heißkanaldüse<br />
5SHT50 mit zweistufigem<br />
Schaft (patentiert). Düse mit<br />
hervorragender Isolierung im<br />
vorderen Schaftbereich.<br />
Schmelze<br />
Schaft aus<br />
Titanlegierung<br />
(7 W/mK)<br />
Wärmeleitspitze<br />
(100 W/mK)<br />
Abb. Der zweiteilige Schaft der SHT-Düse sowie erstarrter Kunstsoff,<br />
der eine “Kappe” um die Düse herum bildet, führen zu einer optimierten<br />
Isolation zur Kavität hin und bewirken dadurch ein gleichmäßiges<br />
Temperaturprofil in der Düse.<br />
Um überstandsfreie Anschnitte am Bauteil zu erzielen,<br />
sind Nadelverschlussdüsen zu empfehlen. Diese Düsen<br />
sind so ausgelegt, dass sie sich durch eine hohe<br />
Lebensdauer auszeichnen und im Betrieb kurze<br />
Zykluszeiten erzielen.<br />
1.5. 22
i <strong>Heißkanaldüsen</strong> <strong>Typ</strong> <strong>SLT</strong>/-<strong>DLT</strong> <strong>Kundeninformation</strong><br />
Vliesolen - bambusverstärkte Kunststoffe<br />
Ein weiterer Vorteil ist, dass alle Verschleißteile ohne<br />
Schwierigkeiten austauschbar sind. Deshalb können<br />
Probleme, wie ein Zusetzen der Düsen, mangelhafte<br />
Teilefüllung, Fadenziehen und schlechte Angussqualität<br />
vermieden und kürzere Prozesszeiten erreicht werden.<br />
Durch den Einsatz einer Nadelverschlussdüse kann die<br />
Zykluszeit je nach Anwendung bis zu 20% reduziert<br />
werden.<br />
Abb. Musterteile, gefertigt mit einer Düse 5SHT50<br />
Durch die optimierte Temperaturführung in den<br />
Heißkanal-Düsen konnte das Material mit den vom<br />
Hersteller empfohlenen Temperaturen verarbeitet<br />
werden. Die Spritzdrücke schwankten je nach<br />
Basispolymer und Düsenart zwischen 700 bar und 1100<br />
bar.<br />
Der Gesamteindruck der Teile ist überzeugend. Die<br />
Musterteile, die mit Düse mit Spitze gefertigt wurden,<br />
zeigen eine gute Anschnittqualität. Es ist trotz des<br />
Faseranteils von 30% eine maximale Abrisshöhe von ca.<br />
0,15 mm realisierbar. Mit den Nadelverschlussdüsen<br />
sind erwartungsgemäß optimale Angussqualitäten auch<br />
mit diesen Materialtypen erreichbar.<br />
Abb. Mopphalter aus Vliesolen<br />
1.5. 23<br />
Die thermische Beständigkeit der bambusfaserverstärkten<br />
Polymere ist relativ hoch; nach einer<br />
simulierten Maschinenstillstandszeit von 10 Minuten<br />
lassen sich die genannten Materialien mit den beiden im<br />
Test befindlichen <strong>Heißkanaldüsen</strong> problemlos wieder<br />
anfahren. Eine Erhöhung der Düsentemperaturen ist<br />
nicht notwendig. Die Teile zeigen auch keinen<br />
thermischen Abbau.<br />
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die<br />
drei getesteten Kunststoffe mit Bambusfaserverstärkung<br />
ohne Probleme mit dem Heißkanalsystem<br />
von GÜNTHER Heisskanaltechnik haben verarbeiten<br />
lassen. Damit ist eine wirtschaftliche Fertigung für ein<br />
Produkt mit gutem Preis-Leistungsverhältnis möglich.<br />
GÜNTHER Heisskanaltechnik GmbH<br />
Dipl.-Ing. J. Essinger<br />
Leiter Anwendungstechnik<br />
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