Exakt aufs Stichmaß positioniert

Die Heißkanaltechnik beeinflusst als wichtiges konstruktives Element den Aufbau, die Leistungsfähigkeit und die Kosten leistungsstarker Spritzgießwerkzeuge. Die Günther Heisskanaltechnik GmbH aus Frankenberg hat eine effiziente Heißkanallösung entwickelt, die höchste Reinraumanforderungen erfüllt. Die Lösung wurde bereits auf einem elektrischen Allrounder 520 A der Loßburger Arburg GmbH vorgestellt.

Der Heißkanal mit elektrisch angetriebenen Nadelverschlussdüsen arbeitet effizient und sauber. Eine Anwendung ist das Spritzen von Dosierkammern für die Laboranalytik, sogenannten Collectingtubes, in einer Zykluszeit von 5,8 s. Die hohe Produkteffizienz ergibt sich in Folge der kurzen Zykluszeit und einer Energieeinsparung des elektrischen Antriebes. Das Werkzeug auf dem elektrischen Allrounder wurde von der Ernst Rittinghaus GmbH, Spezialist für Kunststofftechnologie und Formenbau in Halver, gebaut.

Beim Heißkanal handelt es sich um ein 16-fach-Werkzeug zur Herstellung der filigranen und leichten Collectingtubes. Diese Kunststoffartikel haben ein Gewicht von nur 1,06 g und werden aus einem Polypropylen mit direkter Anspritzung gefertigt. Vorteile gegenüber einem pneumatisch ausgelegten System ergeben sich bei dieser Anwendung vor allem in Bezug auf Präzision und Energiebedarf.

In Zusammenarbeit mit Ernst Rittinghaus wurde in der Konstruktionsabteilung bei Günther Heisskanal eine komplette Werkzeughälfte entwickelt, die von Rittinghaus in enger Abstimmung mit dem Frankenberger Hersteller von Heißkanalsystemen und Heißkanaldüsen für die kunststoffverarbeitende Industrie gebaut wurde. Der eingebrachte Düsentyp NTT wird von der Trennebene eingebaut und kann so bei Wartungsarbeiten auf der Maschine verbleiben. Darüber hinaus zeichnet sich der Düsentyp NTT durch zwei Passungen aus, die nicht nur für eine exakte Positionierung auf das Stichmaß sorgen, sondern auch optimalen Schutz der Düsen und der Verkabelung gegen eventuell auftretenden Leckagen zwischen Verteiler und Düse bieten. Der Verteilerraum ist zu den Kabelkanälen hin – durch die Passungen – abgedichtet.

Das 16-fach-Nadelverschluss-Werkzeug wurde mit einem starken Servomotor (Linearaktuator) zum Antrieb der schiefen Ebene ausgestattet. Durch ein sehr fein gestuftes Getriebe schließt und öffnet dieser Antrieb die Verschlußnadeln in weniger als 0,2 s, was bei kurzen Zykluszeiten erforderlich ist. Zudem zeichnet sich der Antrieb durch einen kleinen Bauraum aus.

Gesteuert wird der Motor über einen Anreih-Servoregler, der wahlweise in den Schaltschrank der Spritzgießmaschine integriert oder in einem separaten Reglergehäuse mit multifunktionalem Bedienfeld verbaut werden kann. Die Nadeln lassen sich in beliebige Positionen fahren, Referenzfahrten sind aufgrund der Absolutwertgeber in den Servoantrieben nicht erforderlich. Dank der feinen Übersetzung der Schiebmechanik und der präzisen Wiederholgenauigkeit des Aktuators fahren die Verschlussnadeln mit einer Genauigkeit von weniger als 5 µm auf ihre Position. Die Baureihe der im Werkzeug verbauten Nadelverschlussdüsen verfügt über eine gute thermische Trennung sowie einen zweigeteilten Schaft. Dieser sorgt für eine gute Isolierung im vorderen Schaftbereich und damit für einen besonders geringen Wärmeverlust zwischen Heißkanal-düse und Kavität.

Ein weiterer Schwerpunkt wurde auf die Gestaltung der konturgebenden Nadelführung aus pulvermetalllurgischem Stahl gelegt: Die optimierte Verschlussnadel erlaubt einen berührungslosen und verschleißarmen Betrieb. Während der Verschlussbewegung wird die Nadel zunächst in einer konischen Führung zentriert, bis sie präzise in die zylindrische Führung eintaucht. Je nach Anforderung kann die Nadelführung mit geringem Aufwand gewechselt werden, ohne notwendige Nacharbeit der Einsätze. Der Antrieb und die Steuerung der Nadeln erfolgt über einen Schiebemechanismus. Vorzugsweise wird dieser Antrieb bei engen Nestabständen vorgesehen. Auf diese Weise wird ein exaktes Öffnen und Schließen aller Nadeln ermöglicht.

Spezielle Durchlässe in der Werkzeug-Aufspannplatte erlauben – im montierten Zustand – eine Einzeljustage der Eintauchtiefe der Verschlussnadeln von außen. Die jeweilige Eintauchtiefe der Nadeln kann neben der mechanischen Möglichkeit zusätzlich über das vorhandene Steuergerät des Servoantriebs eingestellt werden. In 1/100 mm Schritten ist darüber hinaus auch das Einstellen der Verschlussnadeln möglich, ohne das Werkzeug von der Maschine zu nehmen. Da diese Technik keinerlei Versorgungs- bohrungen für die Antriebseinheit in der Aufspannplatte benötigt, lassen sich auch bei komplexen Spritzteilen sehr kompakte Werkzeuge realisieren und Kostensenkungen beim Spritzgießen ausschöpfen. Effizienz beim Spritzgießen entsteht nur sehr eingeschränkt durch punktuelle Optimierungen. In der Heißkanaltechnik sind demnach Lösungen erforderlich, die Energieeinsparung, robuste Prozessführung und neue Problemlösungen im Werkzeugbau gleichermaßen ermöglichen. Ergänzt um Know-how aus möglichst vielen ähnlichen Projekten und mit Unterstützung bei der konstruktiven Auslegung entstehen wirklich innovative Lösungen, die einen Vorsprung zum Wettbewerb schaffen.

Gertraud Beier Günther Heisskanaltechnik, Frankenberg

Ein Schiebemechanismus steuert das Öffnen und Schließen der Nadeln

Weitere Informationen www.guenther-hotrunner.com