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Neues zu Automation und TurnkeyErfolgreiche Technologie-Tage bei Arburg

Arburg  Allrounder 1120 H

Über 6.700 Gäste aus aus 53 Nationen informierten sich vom 15. bis 18. März auf den Technologie-Tagen bei Arburg über neueste Trends beim Spritzgießen und in der additiven Fertigung. Präsentiert wurden mehr als 50 Exponate in Aktion, die Effizienz-Arena mit dem Thema „Industrie 4.0 pragmatisch“, Turnkey-Spritzgießlösungen, das neue Arburg Prototyping Center für die additive Fertigung mit dem Freeformer sowie ein spezieller Servicebereich.

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FakumaPräzisionsteile aus Präzisionswerkzeugen

Steigende Stückzahlen und das Ziel, die Herstellung eines kleinen Deckels wirtschaftlicher zu gestalten waren für Murrplastik Medizintechnik die Auslöser für die komplette Neukonzeption eines Werkzeugs. Im Sinne der Produktionssicherheit sollte das neue Werkzeug überdies leicht zu warten und weitestgehend sicher gegen Leckagen sein.

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Fakuma: Präzisionsteile aus Präzisionswerkzeugen

Die Murrplastik Medizintechnik GmbH, Falkenstein/Sachsen, ist auf die Herstellung komplizierter technischer Teile spezialisiert. Das mag mit den von schwäbischem Tüftlergeist geprägten Wurzeln der Muttergesellschaft, der Murrplastik Unternehmensgruppe mit Hauptsitz in Oppenweiler bei Stuttgart, zusammenhängen. Deren Gründer Horst Hölzl entwickelte in den 60er Jahren Wäscheklammern aus Kunststoff. Der Clou dabei war die Herstellung in einem Spritzzyklus - ohne zusätzliche Montage. Auch heute noch zählt das Umspritzen von Metallteilen (Hybridspritzgießen) mit Kunststoff zur Kernkompetenz des Unternehmens.

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Erfolgreiche Unternehmensgruppe

Aus den Anfängen entwickelte sich über die Jahre hinweg eine erfolgreiche Unternehmensgruppe, die sich heute in die beiden Unternehmensbereiche Systemtechnik sowie Produktionstechnik gliedert. Der Bereich Systemtechnik ist für den weltweiten Vertrieb von Eigenprodukten rund um das Kabel-Management für den Maschinen- und Anlagenbau zuständig. Dazu gehören beispielsweise Energieführungsketten-Systeme, Kabelschutzschlauchsysteme oder Kennzeichnungssysteme für Leitungen, Schaltschränke und vieles mehr.

Der Unternehmensbereich Produktionstechnik ist unter anderem auf das Spritzgießen von Präzisionsteilen für die Automobilindustrie (beispielsweise Kontaktelemente, Statoren, Zündspulengehäuse) sowie auf die Herstellung von Ventilen und Aktuatoren, Lüftern, Getrieben und Motoren sowie von mechatronischen Baugruppen spezialisiert. Einige wichtige Kunden sind Alcatel, Beru, Bosch, EAO und ebm-papst, Trumpf sowie Wisto. Produktionsstätten unterhält die Gruppe in Deutschland (Oppenweiler und Falkenstein) sowie in Ungarn. Die Firmengruppe hat rund 470 Beschäftigte; 2011 betrug der Umsatz 84 Mio. EUR.

Murrplastik Medizintechnik gehört zum Bereich Produktionstechnik. Deren Ursprung geht auf einen Werkzeugbau zurück, der 1994 von Murrplastik übernommen wurde und zur Gründung der Murrplastik Kunststofftechnik in Falkenstein führte. Seither expandiert das Unternehmen kontinuierlich, zumal neben dem Werkzeugbau die Kunststoffverarbeitung systematisch ausgebaut wurde. Neben den Produktionsschwerpunkten Präzisions- und Hybridspritzgießen gewann die Herstellung von Formteilen für die Medizintechnik an Bedeutung. Das wiederum war der Auslöser für den Aufbau eines 120m² großen Reinraums, der für den Reinheitsbereich der Klassen ISO 8 bis 7 ausgelegt ist.

In Falkenstein hat die Murrplastik Medizintechnik 80 Beschäftigte, davon allein 20 im Werkzeugbau. Der 2011 erwirtschaftete Umsatz betrug rund 8 Mio. EUR. Das nach ISO 13485 und ISO 9001 zertifizierte Unternehmen betreibt im Schichtbetrieb aktuell 24 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften von 250 bis 2.500 kN. Verarbeitet werden durchweg technische Kunststoffe zu Teilen mit Gewichten zwischen 0,2 und 600 g. Wichtigste Kundenbranchen sind auch hier die Automobilindustrie, die Elektrotechnik sowie der Maschinen- und Anlagenbau und die Medizintechnik.

Kleiner Deckel mit großen Anforderungen

Je unscheinbarer ein Formteil auf den ersten Blick ist, desto anspruchvoller ist vielfach seine Herstellung. So auch bei einem kleinen, nur 0,8 Gramm leichten Deckel, der als Teil einer Baugruppe mit einem Gehäuse sowie einem integrierten Schalter in Gurtschlössern verbaut wird. Im Zusammenspiel mit weiteren Sensoren geht von dieser Baugruppe ein Signal aus, wenn der Sicherheitsgurt geschlossen ist. Allein daraus wird ersichtlich, dass absolute Präzision gefordert ist. Von den beiden Kunststoffteilen (Gehäuse und Deckel) liefert Murrplastik inzwischen jährlich 40 Mio. Stück aus. Die Kunststoffteile werden aus POM mit einem Additiv als Gleitanteil hergestellt. Der Gleitanteil verhindert, dass der Gurtverschluss aufgrund der Vibrationen im Fahrzeug quietscht.

Ursprünglich wurde der Deckel auf einem 16fach Heißkanalwerkzeug mit vier kalten Unterverteilern für je vier Formteile produziert. Mit steigenden Stückzahlen waren die vorhandenen Kapazitäten jedoch ausgeschöpft. Daher entschied sich der Kunde für den Bau eines höherfachigen Werkzeuges, schildert Udo Pfabe, Werksleiter bei der Murrplastik Medizintechnik.

Ein weiterer Aspekt, der für die Neukonzeption des Werkzeuges sprach, betraf die kalten Unterverteiler der indirekten Anbindung. Aufgrund ihrer Größe im Verhältnis zum Formteil war es nicht möglich, den Anguss zu vermahlen und das Mahlgut erneut dem Prozess zuzuführen, das heißt der Neuware beizumischen. In der Regel erlauben die Rohstoffhersteller maximal 20% Mahlgut, erklärt Pfabe dazu. Im vorliegenden Fall bestand jedoch die Gefahr, dass im Verlauf der Produktion zuviel Mahlgut - und damit thermisch vorbelastetes Material - in den Kreislauf gelangt wäre, was wiederum die Qualität der Formteile beeinträchtigt hätte.

Nicht zuletzt aufgrund der seit Jahren gepflegten partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit der Günther Heißkanaltechnik GmbH, Frankenberg, arbeiteten die beiden Unternehmen auch bei der Neukonzeption des Deckelwerkzeugs zusammen. Mit dem Entschluss für ein größeres Werkzeug ging die Überarbeitung des Artikels selbst einher. So war die direkte Anbindung und damit die Verlegung des Anspritzpunktes erforderlich, nicht zuletzt um den Anguss und damit Material einzusparen und um die Produktion so wirtschaftlicher zu machen. Das war auch ein Hauptkriterium bei diesem Projekt, erklärt Pfabe. Zu berücksichtigen sei in diesem Zusammenhang auch der Materialpreis, der ein Mehrfaches dessen beträgt, was Standardware kostet.

Zielvorgabe: 24fach mit zuverlässigem Schutz vor Leckagen

Zielvorgabe war nach den ersten Gesprächen ein 24fach-Werkzeug. Wegen der engen Platzverhältnisse fiel die Wahl auf Düsen aus der TT- Baureihe von Günther, die wegen ihrer kompakten Bauweise für solche Fälle besonders geeignet sind. "Die TT-Düse ist beim Aufbau des Werkzeugs, also bei ihrer eigentlichen Montage, zwar etwas aufwändiger, doch diesen Aufwand habe ich nur einmal", erklärt Pfabe. Zwar mache gerade bei hochfachigen Werkzeugen das Heißkanalsystem einen hohen Anteil an den Werkzeugkosten aus. Doch wenn - wie im vorliegenden Fall - Wert auf ein produktionssicheres System gelegt wird, lohnt sich die Investition durchaus.

In diesem Zusammenhang verweist der Werksleiter explizit auf den Leckageschutz. "Leckagen können durchaus auftreten", so Pfabe, "sei es durch Verschleiß, Überhitzungen oder aufgrund von Montagefehlern. Im schlimmsten Fall habe ich bei einem System, das nicht gegen Leckagen geschützt ist, einen immens hohen Schaden. Gerade wenn bei einem Vielfachwerkzeug die zahlreichen Kabel in kürzester Zeit mit Kunststoff umspritzt sind, werden dabei hohe Werte vernichtet."

Das Problem sei, dass solche Schwierigkeiten oftmals schleichend eintreten. Vielfach werden die anfangs auftretenden kleineren Ungereimtheiten bei den Produktionsdaten vom Personal falsch interpretiert und manuell nachgeregelt. Irgendwann lässt sich das Unglück jedoch nicht länger aufhalten und alle Hohlräume hinter den Düsen sind mit Kunststoff ausgefüllt. "Deshalb haben wir von vornherein Wert auf ein leckagesicheres System gelegt, das sich zudem leicht warten lässt", erklärt Pfabe. Das Werkzeug ist so aufgebaut, dass sich die Formplatte vom Heißkanalsystem komplett trennen lässt, ohne dass zuvor ein Kabel oder eine Düse demontiert werden muss. Theoretisch kann die Platte sogar beim aufgespannten Werkzeug ganz einfach nach vorne abgezogen werden. "Das empfiehlt sich jedoch nur bei weniger komplexen Werkzeugen", stellt Pfabe fest. Doch unabhängig davon erleichtert der freie Zugang zu den Schnittstellen und Düsen die Arbeit ungemein, erläutert er weiter. "Falls an einem Formnest ein Problem auftritt, ziehe ich die Formplatte herunter und repariere das betroffene Formnest an Ort und Stelle. Gerade bei hochfachigen Werkzeugen ist das eine ganz tolle Lösung", freut er sich.

Der Wegfall der kalten Unterverteiler machte schließlich auch die Verlegung der Anbindung erforderlich. "Dabei hat uns Günther entscheidend mit entsprechenden Füllstudien unterstützt", schildert Pfabe den weiteren Projektverlauf. Wichtig war in diesem Zusammenhang, dass der neue Anspritzpunkt keinesfalls die Funktionalität der Teile beeinträchtigen darf - und natürlich sichergestellt sein muss, dass sich die Formnester zuverlässig füllen.

Füllstudien liefern Ergebnisse noch vor Produktionsbeginn

Füllstudien sind nach Ansicht von Pfabe auch aus weiteren Gründen empfehlenswert. So sei der Aufwand im Zusammenhang mit der Änderung des Anschnitts bei einem 1fach-Werkzeug überschaubar. Weitaus aufwändiger ist das natürlich bei einem hochfachigen Werkzeug. Mit Hilfe der Füllanalyse lasse sich zudem der Gesamtprozess weitaus sicherer beurteilen. Überdies schätzt Pfabe das Know-how des Heißkanalherstellers in Sachen Angussdimensionierung. "Im Rahmen der Feinabstimmung konnten wir den Anschnitt schon im ersten Step richtig auslegen, kleiner als ursprünglich gedacht dimensionieren und damit auf einen Durchmesser von einem Millimeter reduzieren. Zugleich wurde dabei nachgewiesen, dass die Druck- und Füllverhältnisse passen. Nachdem die ermittelten Werte im Werkzeug umgesetzt waren, hat das auch auf Anhieb funktioniert", beschreibt er das Resultat. Von den ersten Überlegungen bis zum produktionsfertigen Werkzeug vergingen knapp 16 Wochen.

Produziert werden die Teile auf einem vollelektrischen Allrounder 470 E mit 1.000 kN Schließkraft und Spritzeinheit 800 von Arburg. Maßgeblich für den Einsatz der vollelektrischen Maschine ist deren Prozesssicherheit. Das gewaltige Plus an Produktivität resultiert schlussendlich aus der höheren Fachzahl und der Materialeinsparung. Zudem entfällt das Separieren der Unterverteiler, die Formteile fallen fertig in einen Sammelbehälter.

Düsen und Heißkanal-Regelung

Auch hinsichtlich der Heißkanalregelung hat sich Pfabe für ein System von Günther entschieden. Der Praktiker hat dafür mehrere recht plausible Erklärungen. So sei einmal die damit verbundene durchgängige Gewährleistung sichergestellt. Zudem sind für das Werkzeug mit den im H-Verteiler enthaltenen Regelstellen insgesamt 32 Regelzonen nötigt. Allein deshalb ist ein separates Regelgerät erforderlich. Wie Pfabe weiter ausführt, arbeitet die Heißkanal-Regelung von Günther überaus genau. Etwa alle 20-25 ms führt das Regelgerät einen Abgleich zwischen Soll- und Ist-Temperatur durch und regelt gegebenenfalls nach. Zugleich wird so eine Überhitzung der Düsen vermieden. Rückblickend betrachtet, sei das Projekt "Deckelwerkzeug" durchaus ein Beispiel für eine unkomplizierte, gelungene Zusammenarbeit, stellt Pfabe fest. Aktuell betreibt Murrplastik etwa 200 aktive Werkzeuge. Pro Tag sind im Schnitt zehn Werkzeugwechsel durchzuführen. Durchschnittlich zwei bis drei neue Werkzeuge bauen die sächsischen Spezialisten im Monat. Um das Leistungsspektrum zu erweitern, will das Unternehmen bis Ende 2012 zusätzlich eine 2K-Anlage installieren.

TT-Düsen sind kleine Allrounder

Die Düsen der TT-Baureihe von Günther Heißkanaltechnik zeichnen sich unter anderem durch ihre kleinen Schaftdurchmesser mit 15, 18 und 22 mm, eine einfache Montage sowie hohe Wartungsfreundlichkeit und Leckagesicherheit aus. Die Baureihe steht als Düse mit Spitze (Typ STT), als offene Düse (DTT) sowie als Nadelverschlussdüse (NTT) zur Verfügung. Aktuell lieferbar sind sie mit vier, fünf und sechs mm Kanaldurchmesser sowie in den Düsenlängen 50, 60, 80, 100 und 120 mm. Sie eignen sich für die Verarbeitung aller Polymere, auch für Hochtemperatur-Polymere sowie für ¿exotische¿ Kunststoffe. Prädestiniert sind die TT-Düsen besonders bei einem geringen Platzangebot innerhalb des Werkzeugs. Ihr kompakter Aufbau erlaubt den Einsatz in hochfachigen Werkzeugen ab 28 mm Nestabstand. Die bessere Ausnutzung der Düsenlänge ermöglicht zudem eine geringere Werkzeughöhe. Weil die Montage der TT-Düsen von der Trennebene aus erfolgt, kann das Werkzeug je nach Einzelfall zur Wartung auf der Spritzgießmaschine verbleiben. Die Anschlusskabel sind räumlich und thermisch vom Verteiler getrennt und bieten so zusätzliche Sicherheit bei der Belastung der Kabelisolation. Die exakte Positionierung auf das Stichmaß erfolgt durch zwei Passungen. Eine weitere Passung dichtet den Verteilerraum ab und trennt ihn von den Kabelkanälen. Das bietet zusätzliche Sicherheit gegen möglicherweise auftretende Leckagen zwischen Verteiler und Düse.

Modulare Komponenten aus Frankenberg

Die Günther Heisskanaltechnik GmbH, Frankenberg (Eder), beschäftigt ca. 200 Mitarbeiter und unterhält 33 Vertretungen im In- und Ausland. Der Anbieter von Heißkanalsystemen liefert Komponenten und Systeme in nahezu alle Bereiche der Kunststoffindustrie. Die strategische Ausrichtung des Unternehmens liegt in der Entwicklung und Umsetzung kundenspezifischer Lösungen mit hoher Produktivität und Qualität. Die modularen Komponenten aus Frankenberg sind so ausgereift, dass sie die technologische Basis auch für alle Sonderlösungen darstellen. Mit den Günther-Standards lassen sich so bereits viele kundenseitig gestellte Aufgaben umfassend befriedigen. kf

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