Auf Produzenten von technischen Kunststoffteilen lastet ein hoher Druck. Trotz steigender Preise für Rohstoffe und Energie sollen sie bei jedem Entwicklungsschritt die Kosten reduzieren. Gerade im Bereich Automobil verlangen die […]
Die für die Bauteilfertigung notwendige Präzision wird durch die vollelektrische IntElect 50 sichergestellt. Gleichzeitig leistet die Spritzgießmaschine durch ihre sparsamen Antriebe einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz. (Foto: Sumitomo (SHI) Demag)
Auf Produzenten von technischen Kunststoffteilen lastet ein hoher Druck. Trotz steigender Preise für Rohstoffe und Energie sollen sie bei jedem Entwicklungsschritt die Kosten reduzieren. Gerade im Bereich Automobil verlangen die Kunden immer hochwertigere Bauteile zu immer niedrigeren Preisen. Die Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH, Schwaig bei Nürnberg, zeigt am Beispiel einer Radioblende, wie durch die Kombination verschiedener Verfahrenstechnologien die erzielbare Oberflächenqualität deutlich verbessert werden kann. Dadurch ist eine Lackierung der Bauteile nicht mehr notwendig und die Produktionskosten können deutlich gesenkt werden.
Die Oberflächenqualität von Kunststoffbauteilen hängt von verschiedenen Faktoren ab. Neben dem Werkzeug und dem verwendeten Material hat die Maschinentechnik einen sehr großen Einfluss auf die Beschaffenheit der Oberfläche. Bereits durch diverse Entwicklungen in den Bereichen In-Mold-Labelling (IML) und In-Mold-Decoration (IMD) zeigt sich die große Entwicklungskompetenz von Sumitomo (SHI) Demag in Bezug auf hochwertige Oberflächen. Mit der Realisierung der Radioblende beweist das Unternehmen, dass sich brillante Oberflächen auch ohne hinterspritzte Folien oder Labels im Spritzgießprozess fehlerfrei herstellen lassen. Ermöglicht wird dies durch den gleichzeitigen Einsatz des Gasaußendruckverfahrens und einer Wechseltemperierung.
Fehlerminimierung durch Verfahrenskombination
Die Anforderungen an die Oberfläche und Maßhaltigkeit der Radioblende aus Polycarbonat (PC) sind sehr hoch. Die Bauteile sollen nach der Spritzgießfertigung nicht mehr lackiert werden. Daher müssen bei der Fertigung optische Bindenähte, Einfallstellen und Glanzgrade auf der Sichtseite unbedingt vermieden werden. Ohne den zusätzlichen Druck im Werkzeug durch den zugeführten Stickstoff liegt die Abformgenauigkeit weit hinter den Anforderungen des Kunden zurück (rechte Abbildung). (Foto: Sumitomo (SHI) Demag)
Das Prinzip des Gasaußendruckverfahrens (GAD) ist im Grunde relativ einfach. Nach dem Einspritzen in die Kavität wird durch ein zugeführtes Gas (Stickstoff, N2) flächiger Druck auf die Nicht-Sichtseite des Bauteils ausgeübt. Dadurch wird die Schmelze auf der Sichtseite gegen die Formstruktur des Werkzeugs gedrückt und die Abformung erfolgt genauer und wesentlich gleichmäßiger. Der Gasdruck bleibt bis zum vollständigen Erstarren der Schmelze bestehen und ersetzt damit den Nachdruck. Gegenüber konventionellem Spritzgießen besteht der Vorteil, dass über die gesamte Kühlzeit der Nachdruck durch das Gas aufrechterhalten werden kann und damit spannungs- und verzugsarme Bauteile entstehen.
Das GAD realisiert Sumitomo (SHI) Demag in Kooperation mit der Stieler Kunststoff Service GmbH, Goslar. Die beiden Unternehmen arbeiten bereits seit einigen Jahren zusammen, speziell auf dem Gebiet der Gasinnendrucktechnik. Diese Partnerschaft wurde im vergangenen Jahr auf die Gasaußendrucktechnik ausgeweitet.
Die Kombination des Gasaußendruckverfahrens mit einer Werkzeug-Wechseltemperierung garantiert eine perfekte Abformung und verhindert gleichzeitig Einfallstellen und Bindenähte hinter den Durchbrüchen (linke Abbildung). Ohne den Einsatz der Gasaußendrucktechnik treten an der Beschriftung deutliche Einfallstellen auf (rechte Abbildung). (Foto: Sumitomo (SHI) Demag)
Die Anforderungen an die Oberfläche bestehen bei der Fertigung der Radioblende darin, Bauteilfehler wie Einfallstellen, unterschiedliche Glanzgrade und Bindenähte wirksam zu unterbinden. Um auf eine nachfolgende Lackierung der Bauteile verzichten zu können, müssen die sichtbaren Oberflächen absolut fehlerfrei sein. Konstruktiv bedingt hat die Radioblende eine Reihe von Durchbrüchen, die in Kombination mit der hochglänzenden Oberfläche beim konventionellen Spritzgießen definitiv zu Bindenähten führen würden. Daher setzt Sumitomo (SHI) Demag bei der Produktion der Blende zusätzlich zum GAD eine Wechseltemperierung des Werkzeugs ein, um sichtbare Bindenähte vermeiden zu können. Vor und während des Einspritzvorgangs wird die Temperatur der Kavität deutlich erhöht. Die Schmelze ist dadurch beim Zusammenfließen hinter den Durchbrüchen heißer als beim herkömmlichen Spritzgießen und eine sichtbare Ausprägung der Bindenähte wird effektiv verhindert.
Die zyklische Werkzeugtemperierung hat allerdings nicht nur Einfluss auf die Bindenähte, sondern auch auf die Zykluszeit. Unmittelbar nach dem Einspritzen wird die Temperaturregelung von Heizen auf Kühlen umgeschaltet um die Kühlzeit des Bauteils im Werkzeug zu reduzieren, wodurch auch die Zykluszeit für die Radioblende in einem wettbewerbsfähigen Rahmen liegen.
Effizienzvorteile trotz hoher Prozesstemperaturen
Neben der entsprechenden Prozesstechnik ist für die wiederholgenaue Produktion der Radioblenden eine ausgereifte, präzise und energieeffiziente Spritzgießmaschine notwendig. Mit der IntElect 50 kommt für die Herstellung der Radioblenden eine vollelektrische Maschine zum Einsatz, die hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit garantiert. Durch ihre eigens entwickelten High-Torque-Direktantriebe bietet dieser Maschinentyp hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit bei Prozessen mit engsten Toleranzen wie der Fertigung der Radioblende.
Bei der Produktion der Radioblende sollen die eingesetzten Ressourcen möglichst effizient eingesetzt werden, um den Kundenanforderungen und den eigenen Ansprüchen gerecht zu werden. So leistet bereits die verwendete vollelektrische Spritzgießmaschine IntElect 50 (500 kN Schließkraft), dank ihrer sparsamen Antriebstechnik, einen spürbaren Beitrag zur Senkung des Energiebedarfs. Weiteres Optimierungspotenzial ergibt sich durch den Herstellprozess selbst.
An der formteilseitigen Werkzeugkontur werden Temperaturen von ca. 90 bis 140 °C gefahren. Allerdings müssen zum Aufheizen der Kavitäten vor und während des Einspritzens die Temperaturen auf über 200°C eingestellt werden. Um eine wirtschaftliche Zykluszeit zu erreichen, betragen die Temperaturen im Vorlauf der Kühlung nur etwa 5 bis 10 °C. Um diese Temperaturunterschiede innerhalb der Zykluszeit bewerkstelligen zu können, muss eine Menge Energie aufgewendet werden. Erschwerend kommt hinzu, dass das Wasser durch die hohen Temperaturen verdampft. Bei Wasserdampf treten in diesem Temperaturbereich sehr hohe Drücke auf, die in Verbindung mit den hohen Temperaturen kritisch sind. Speziell bei Demonstrationen wie auf der Fakuma müssten daher eigentlich spezifische Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden.
Im vorliegenden Fall wird der Dampf nicht durch einen externen Generator, sondern direkt im Werkzeug gebildet. Dadurch ist vor allem das Thema Medienführung deutlich weniger kritisch und zudem wird der Prozess energieeffizienter, einfacher und sicherer und es kann auf zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen verzichtet werden.
