Bei der Spritzenfertigung ist höchste Präzision im Werkzeugbau entscheidend für eine einwandfreie Funktion des fertigen Produkts. In diesem Anwendungsfall betreibt der Endkunde eine automatisierte Medizintechnikfertigung in Russland, die sowohl die russische Föderation als auch den internationalen Markt beliefert. Um künftig mit noch höherer Produktivität und Effizienz agieren zu können, wurde das neue Werkzeugprojekt der Werkzeugbau Ruhla GmbH, Seebach, und der Ewikon Heißkanalsysteme GmbH, Frankenberg, gestartet. Hergestellt werden Einwegspritzen nach der medizintechnischen Norm DIN EN ISO 7886 mit Volumina von 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml und 20 ml. Die Gesamtkapazität pro Jahr beträgt 375 Millionen Spritzen.
Mit der Fertigung von Werkzeugen für Einwegspritzen betrat man aber Neuland. „Spritzenwerkzeuge stellen besondere Anforderungen“, erklärt Udo Köllner, technischer Leiter bei Ruhla, „neben hoher Genauigkeit in der Fertigung und optimaler Kühlung der Formeinsätze ist hier eine gleichmäßige Füllung aller Kavitäten wichtig, um Kernversatz und daraus resultierende Unrundheiten durch ungleichmäßige Wandstärken beim fertigen Produkt zu vermeiden. Dies alles gilt insbesondere für zweiteilige Spritzen.“ Sie haben am Kolben keine zusätzliche Dichtung aus einer Weichkomponente, die durch elastische Verformung eventuelle Fertigungsungenauigkeiten ausgleicht.
Aufgrund der hohen Fertigungsstückzahlen kam nur eine direkte Anspritzung mit Vollheißkanal in Frage, um die Zykluszeiten zu optimieren, Material einzusparen und Nacharbeiten zu vermeiden. Pro Spritzengröße wurde jeweils ein Werkzeug für den Spritzenkörper aus PP und den Spritzenkolben aus PE gebaut.
Seitenanspritzung als Lösung für beide Spritzenbauteile
Die Auslegung orientierte sich an den anteilig geplanten Fertigungsstückzahlen für die jeweilige Spritzengröße – dementsprechend verfügen die Werkzeuge über 16 bis 48 Kavitäten. Beide Bauteile der Spritzen werden seitlich im 90°-Winkel zur Entformungsrichtung angespritzt.
Bei der Wahl der Heißkanallösung baute Ruhla auf die langjährige gute Zusammenarbeit mit Ewikon im Bereich der Seitenanspritzung. „Unsere Erfahrungen mit Seitenanspritzungslösungen waren bisher durchweg positiv“, so Köllner. Die Frankenberger lieferten daher die Heißkanaltechnik für alle Werkzeuge als Komplettpaket nach Seebach, bestehend aus der jeweiligen Heißen Seite und dem passenden Touch-Screen-Regelsystem. Je nach Artikel kommen dabei verschiedene Varianten der HPS-III-MH-Seitenanspritzungsdüsen zum Einsatz, die radiale Ausführung für den Spritzenkörper und die lineare Ausführung für den Spritzenkolben. Die Spritzenkörper sind in Entformungsrichtung im Werkzeug positioniert und platzsparend kreisförmig um radiale Düsen herum angeordnet. Abhängig von der Baugröße werden vier oder acht Spritzenkörper pro Düse gleichzeitig direkt angespritzt.
In allen Werkzeugen sorgt die vollbalancierte HPS-III-T-Verteilertechnik mit strömungsoptimierten Umlenkelementen für gleichmäßige Schmelzeverteilung auf die Heißkanaldüsen. In Verbindung mit der ebenfalls balancierten Kanalführung innerhalb der Düsen wird so eine gleichmäßige Kavitätenfüllung sichergestellt.
In jeder Phase des Projekts arbeiteten Ruhla und Ewikon eng mit dem Endkunden zusammen. Mit Moldflow-Füllanalysen für jede Baugröße wurde das produktionsgerechte Artikeldesign überprüft und bei Bedarf spritztechnisch optimiert. Wichtige Punkte waren hierbei die Wandstärken der Spritzenkörper sowie das Design der Spritzenkolben, bei denen Einschnürungen im hinteren Bereich zusätzlich helfen, Material einzusparen.
Beim Bau der Werkzeuge konnte die Werkzeugbau Ruhla ihre Kernkompetenz, die Präzisionsfertigung, voll einbringen. Allen Werkzeugen gemeinsam ist ein kompaktes, modulares und wartungsfreundliches Design. „Unsere Formeinsätze sind im Bedarfsfall leicht zu tauschen“, erklärt Köllner. „Und auch der Rest der Werkzeuge ist servicefreundlich ausgelegt. So können beim Ewikon-Seitenanspritzungskonzept die Wärmeleitspitzen der Heißkanaldüsen schnell und einfach bei geöffnetem Werkzeug direkt auf der Maschine ausgetauscht werden. Generell konnte uns Ewikon hier für jede Spritzengröße mit einer optimal an unseren Werkzeugaufbau angepassten Heißkanallösung unterstützen.“
Für die Werkzeugkühlung sorgt ein spezielles Kühlkonzept, das bei der Fertigung der Spritzenkörper eine umlaufende konturnahe Kühlung erlaubt – trotz seitlicher Anbindung. Dies wird durch eine besonders schlanke HPS-III-MH-Düse von Ewikon ermöglicht, die für die Fertigung von Spritzen oder Pipetten entwickelt wurde. Zudem konnte Ruhla selbst für die kleinste Spritzengröße eine Kernkühlung integrieren. Bei allen Spritzengrößen erreicht man damit Zykluszeiten im einstelligen Sekundenbereich. Nach Freigabe des Designs konnte das gesamte Projekt inklusive Abmusterung und umfangreichen Funktionstests der Produkte in nur 28 Wochen realisiert werden.
Heißkanalsystem für Kleinspritzgießmaschinen
Auf der Fakuma stellt Ewikon ein neuentwickeltes Hochleistungs-Heißkanalsystem vor, das speziell für die Verwendung auf Kleinspritzgießmaschinen und für die Fertigung kleiner Bauteile mit Schussgewichten ab 0,05 g konzipiert wurde. Durch eine leistungsfähige Direktbeheizung der Düsen kann eine breite Materialpalette inklusive technischer Kunststoffe prozesssicher verarbeitet werden. Das System ist wahlweise in 2-, 4- oder 6-fach Ausführung mit standardisierten Düsenrastern erhältlich und orientiert sich damit an den gängigen Formgrößen für Kleinspritzgießmaschinen. Es wird als komplette Heiße Seite oder als einbaufertige Einheit mit bereits vormontierten Düsen geliefert. Da Düsen und Verteiler durch eine Schraubverbindung leckagefrei verbunden sind, kann das neue Heißkanalsystem mit minimalem Abstimmungsaufwand einfach im Drop-in-Verfahren in den Formaufbau eingesetzt werden.
Auf der Fakuma: Halle A2, Stand 2203
6-fach Heißkanalsystem für KleinspritzgießmaschinenBild: Ewikon
