Komplexe Ölfiltergehäuse für Automobile werden häufig im Spritzgießverfahren hergestellt. Geometriebedingte Hotspots können die erforderliche Kühlzeit erheblich verlängern. Ein Team aus Österreich nahm Anleihen aus der Biologie: Ein biomimetisches Kühlkanalsystem ähnlich einer Blutgefäßstruktur wurde in einen Formeinsatz integriert, in der Simulation optimiert, mittels 3D-Druck hergestellt und erfolgreich im realen Spritzgießprozess getestet.

Das untersuchte Gehäuse aus PA6-GF35. Die rot eingefärbten Bereiche zeigen Masseanhäufungen an, in denen die Wanddicke bis zu 11 mm erreicht

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Nutzung biomimetischer Prinzipien zur Optimierung der Bauteilkühlung beim Spritzgießen

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Selektives Laserschmelzen von Kunststoff, Metall, Keramik

Verfahren für die additive Fertigung

Pulverbettverfahren

Temperiertechnik

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Konturnahe Kühlung

Additive Fertigung

Ölfiltergehäuse effizienter herstellen

Ecozema ist eine der führenden Marken für biologisch abbaubare und kompostierbare Gastronomieartikel, wie Geschirr, Besteck oder Behälter. Für eine Besteckserie aus einem neuen Biopolymer entstanden in enger Zusammenarbeit mit Werkzeugbauer Uniform und Heißkanalspezialist Ewikon drei Vollheißkanalwerkzeuge mit digitaler Prozessüberwachung.

Das 16-fach-Familienwerkzeug auf der Maschine. Entnahme und Verpackung der Teile erfolgen vollautomatisiert

Digitale Heißkanal-Komplettlösung für die automatisierte Biopolymerverarbeitung

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Biokunststoffe

Kunststoff Werkstoffe

Virtual Reality für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Heißkanalsysteme

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Prozesssicherheit entscheidet

Mit dem Streamrunner, dem ersten additiv gefertigten Heißkanal am Markt, werden ab sofort auch bei Nadelverschlusssystemen komplett neue und platzsparende Möglichkeiten geboten.

Werkzeug- und Formenbau

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Normalien und Heißkanaltechnik

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Additiv gefertigter Heißkanal mit Nadelverschlusssystem

Unter dem Markennamen Monolith präsentiert Witosa auf der Fakuma die erste additiv gefertigte einteilige Heißkanaldüse.

Die 3D-gedruckten Düsen sind vorerst in vier Durchmessern verfügbar

Erste additiv gefertigte einteilige Heißkanaldüse

Die sechs Marken von Barnes Molding Solutions haben auf der Fakuma 2021 gemeinsam ihre breite Palette an Werkzeugbau- und Heißkanaltechnik, einschließlich integrierter Lösungen für die Temperatur- und Prozessregelung präsentiert.

Auf dem Flip-Top-Verschluss ist das digitale Wasserzeichen visuell nicht wahrnehmbar, kann aber wie ein Code (rechts grafisch nachgestellt) ausgelesen werden

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Kreislaufwirtschaft

One-Stop-Shop-Lösung für alle Märkte

Über 60 Teilnehmer konnte die Wirth Werkzeugbau GmbH zu ihren Innovationstagen im September begrüßen. Im Zentrum des Programms stand das thermoplastische Schaumspritzgießen – mit einer besonderen Neuheit bei den Maschinenvorführungen.

Geschäftsführer Werner Wirth mit dem im Endlos-Sandwich-Spritzgießen hergestellten Ski

Bei den Wirth-Innovationstagen heißt es „Wissen und Technik live erleben“

Doriat, Clemens, Dr.

Schaumspritzgießen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Dynamische / variotherme Temperierung

Werkzeugbau mit Anwendungstechnik

Ein neuer Miniatur-Drucksensor von Kistler kann dank seines kompakten Formats und großen Messbereichs direkt in der Heißkanaldüse eingesetzt werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für Heißkanalanwendungen – und sogar für bestimmte Verfahren der additiven Fertigung.

Der Miniatur-Drucksensor 4004A wird in drei Messbereichen verfügbar sein.

Werkzeuginnendrucksensoren

Messtechnik

Sensoren / Messwertaufnehmer

Druck- / Kraftsensoren

Kleines Format, große Wirkung

Seit 1982 produziert und verwendet Heatlock patentierte Keramikabstützungen für Heißkanalsysteme. „Trenn- oder Stützelemente aus Keramik sorgen für eine optimale Energiebilanz im Heißkanal“, sagt Calle Helldin, Inhaber und CEO des 1977 in Schweden gegründeten Unternehmens.

Das Zweikomponenten-Heißkanalsystem in einem Spritzgießwerkzeug für Abdeckung und Rahmen einer Pkw-Kofferraumabdeckung wird von Keramikabstützungen getragen.

Keramik

Andere Werkstoffe

Energieeinsparung durch überlegene Isolierung

Familienwerkzeuge gehören zur Königsklasse des Spritzgießens. Synventive demonstriert mit einem seriennahen Versuchswerkzeug, dass die Prozessführung zwar anspruchsvoll, aber mit der richtigen Technologie durchaus zu bewerkstelligen ist. Die Kunststoffe-Redaktion gehörte zu den ersten Gästen im neuen Techcenter.

Blick in den Werkzeugraum der Engel Duo 2700 im Techcenter. Im Hintergrund ist der Sechsachsroboter mit 180 kg Tragkraft zu sehen, der die Bauteile entnimmt. 

Heterogene Bauteile in einem Schuss spritzen

Schröder, Susanne

So geht Prozesskontrolle

Nirgendwo ist der Anspruch an Materialien höher als in der Medizintechnik. Um Kunststoff nach den strengen Richtlinien und differenzierten gesetzlichen Bestimmungen mit Heißkanaltechnik prozesssicher verarbeiten zu können, benötigt auch ein Materialhersteller die Kompetenz der Anwendungstechniker des Heißkanalherstellers.

Günther hat in seinem Technikum unlängst zwei neue Spritzgießmaschinen für Kundenversuche installiert.

Verarbeitungsgrenzen von modifiziertem POM-Copolymer austesten

Polyoxymethylen

Thermoplaste

Medizintechnik

Dem Anwendungstechniker über  die Schulter geschaut

Die Erofio Group 3D fertigt Werkzeugeinsatz auf GE Additive Concept Laser M Line.

3D-Ansicht der acht konturnahen Kühlkanäle

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

Anlagen für die Additive Fertigung

Erfolgreicher Vorserientest

Neun Jahre nach der Erstpräsentation der „blauen Düse“ zeigte der Heißkanalhersteller Günther auf der K 2019 Neuigkeiten zur energieeffizienten Produktreihe BlueFlow. Diese ist nun auch für größere Düsen in verschiedenen Längen verfügbar.

Mit der Dickschichttechnik können die Heizleiterbahnen feiner in der Breite und im Durchmesser sowie präziser in den Abständen zu den einzelnen Heizwindungen positioniert werden

Düsenserie BlueFlow: Energieeffizient auch bei größeren Durchmessern

Messe K-Kunststoffmesse

Dickschichttechnik verfeinert

Ein Pharma-Unternehmen entwickelt eine Inhalationstherapie zur Behandlung von Lungenerkrankungen und das passende Produkt zur Verabreichung des Medikaments gleich dazu. Der Inhalator hat ein komplexes Innenleben und besteht aus 14 Bauteilen.

Für seinen komplexen Funktionsmechanismus benötigt der Inhalator 14 Bauteile

Glittenberg liefert Werkzeuge für lebenswichtiges Medizinprodukt an Celon Pharma

Medizinprodukte

Kunststoff im Dienste der Medizin

Der von Foboha entwickelte „Reverse Cube“ fertigt verschiedene Bauteile aus unterschiedlichen Materialien in einem Schritt und montiert die Einzelteile mithilfe eines Handlingroboters noch im Werkzeug zykluszeitneutral zum Endprodukt.

Die zwei übereinander angeordneten Hälften des Würfelwerkzeugs drehen sich in 90°-Schritten gegeneinander. Unten: Einspritzen und Kühlen von Komponente 1 (Rolle aus PP), analog oben für Komponente 2 (Steckbuchse aus POM) um 180° versetzt

Mehrkomponententeile mit einem zweigeteilten Würfelwerkzeug fertigen und montieren

Montage

Montagetechnik

Steuern, Regeln

Werkzeugtemperatursensoren

Industrieroboter

Spritzgießmaschinen

Gegenläufige Rotation

Sucht man im Internet detaillierte Informationen zum Thema „Kompression als Kenngröße beim Spritzgießen“, gibt es dazu nicht viele Treffer. Das liegt daran, dass der Kompression im Ablauf des Spritzprozesses meist zu wenig Bedeutung beigemessen wird.

Bild 2. Hybride Spritzgießmaschine Allrounder 470 H

Neue Untersuchung zu dieser wichtigen, oft unterschätzten Kenngröße im Spritzgießprozess

Schmelzekompression praxisnah berechnen

Es ist eine Heißkanaldüse, die man so vor der Fakuma 2021 noch nicht gesehen hat: im additiven SLM-Verfahren einteilig hergestellt, mit einer äußeren Wabenstruktur und mit im Düseninneren integrierten Isolierspalten, wobei sogar die Befestigungsmutter verlustsicher am Düsenkörper mitgedruckt wird. Die für jeden Anwendungsfall spezielle algorithmische Anpassung der Düsen setzt dem Konzept die Krone auf.

Mehrteilige Heißkanaldüsen stoßen oft an ihre technischen Grenzen, was die Homogenität des Temperaturhaushalts, den Energiebedarf, die Abrissqualität und den Instandhaltungsaufwand betrifft. So sieht das zumindest Torsten Glittenberg, Geschäftsführer des Heißkanalherstellers Witosa. Also beginnt er vor gut fünf Jahren mit einem Team Eingeschworener zu überlegen, ob sich den 40.000 Artikeln allein im eigenen Katalogprogramm nicht eine Lösung entgegensetzen ließe, die ein derart wucherndes Angebot auf lange Sicht überflüssig machen und trotzdem möglichst viele differenzierte Kundenanforderungen abdecken könnte. Zumal das Angebot beständig um immer weitere Optionen und Konfigurationsmöglichkeiten verfeinert wird. Das Ergebnis präsentierte Witosa unter dem Markennamen Monolith vor wenigen Monaten auf der Fakuma.

Es handelt sich dabei um die erste additiv gefertigte einteilige Heißkanaldüse. Durch selektives Laserschmelzen (Selective Laser Melting, SLM) erzeugt Witosa aus Metallpulver Schicht für Schicht Düsenrohlinge, die im Wesentlichen aus einem Druckrohr im Kern und einer äußeren Wabenstruktur bestehen. Und dazwischen? „Im Prinzip drucken wir im Inneren Isolationsspalte mit ein, sodass der mehrschalige Aufbau wie ein Isolations- und Wärmeleitsystem funktioniert. Damit regeln wir, wohin wir die Heizungsenergie leiten bzw. wo Wärmeenergie abgeführt werden soll“, erklärt Glittenberg im Gespräch mit Kunststoffe.

Die 3D-gedruckten Rohlinge werden – nachdem die herstellbedingte Rauheit im schmelzeführenden Teil durch spanende Nachbearbeitung geglättet wurde – mit dem Einbau der Heizung und der elektrischen Anschlüsse zur fertigen Heißkanaldüse veredelt. Die Heizung wird nur im oberen Bereich mäandernd angebracht und läuft das Rohr ansonsten linear hinunter, ist also keine Spiralheizung herkömmlicher Art. Glittenberg dazu: „Durch das im Aufbau verwirklichte Zwiebelprinzip bekommen wir im Vergleich zu marktüblichen mehrteiligen Düsen im Inneren ein sehr homogenes Temperaturprofil. Das heißt, wir nutzen die gestalterischen Möglichkeiten des 3D-Drucks, um die Monolith-Düsen exakt an die Vorgaben und Prozesse der Kunden anzupassen.“ Dies sei insbesondere bei technisch anspruchsvoll zu verarbeitenden Kunststoffen von Vorteil.

Hier kommen wir zu der spannenden Frage, wie diese Anpassung im Einzelfall funktioniert. „Der Kunde muss uns dazu ein paar mehr Informationen abstellen als das bisher der Fall ist. Wenn man eine Düse ideal anpassen will, muss man etwas über den Prozess wissen, also benötigen wir eine Spritzgießsimulation“, so Glittenberg. Zudem werde jedes Heißkanalsystem wärmetechnisch mit Ansys berechnet, sodass am Ende ein voll parametrisches CAD-Modell der Düse vorliege. Glittenberg weiter: „Das Düseninnere wird aus Algorithmen, die wir selbst entwickelt haben, aufgebaut, indem wir zum Beispiel Parameter wie Einspritzgeschwindigkeit und -zeit, Werkzeugtemperatur, Kunststofftyp, Schussgewicht, Schergeschwindigkeiten und Kristallisationspunkte eingeben. Sollten Anwender hier nicht über die notwendigen Daten verfügen, schlagen wir Prozessparameter für die Konfiguration der Düse selbstverständlich vor.“

Jede Düse kommt nach dem 3D-Druck auf den Prüfstand, dann werden die berechneten Temperaturen in mehreren Heizzyklen real nachgemessen. Der Clou: „So nehmen wir mit jedem System Datenpunkte auf – je größer die Punktewolke wird, desto genauer können wir neue Düsen auslegen“, erklärt Glittenberg. Das Raster wird mit jedem Erfahrungswert also immer feiner.

Bis zu 35 Prozent geringerer Energieverbrauch

Die hexagonale Bauweise ermöglicht ein geringes Gewicht der Düsen bei gleichzeitig hoher Steifigkeit. Dies sorgt, in Kombination mit dem integrierten Isolations- und Wärmeleitsystem, nicht nur für eine sehr schnelle Regelbarkeit (dazu später mehr), sondern auch für eine enorme Reduktion des Energieverbrauchs. So spricht Glittenberg bei der installierten elektrischen Leistung je nach Anwendung und Einsatzbereich von Einsparungen bis zu 35 % im Produktionseinsatz gegenüber konventionellen Heißkanaldüsen.

Einen weiteren Vorteil für den Anwender bietet die auf den Schaft gedruckte bewegliche Befestigungsmutter. Monolith-Düsen lassen sich dadurch ohne Abkabeln demontieren und beliebig rotatorisch ausrichten. So können die Schmelzeaustritte frei positioniert werden. Durch Ausrichtung der 3D-gedruckten Düsen kann somit eine noch gleichmäßigere Füllung bei Vielfach-Heißkanalsystemen oder eine Orientierung passend zu einem Unterverteiler ermöglicht werden.

Seitliche Anspritzung  im Hosentaschenformat

Und die Entwicklung bleibt nicht stehen. Nur wenige Monate nach der Monolith-Premiere erweitert Witosa sein Portfolio um 3D-gedruckte Düsen auch für Heißkanalsysteme mit seitlicher Anspritzung. Als mehrteilige konventionelle Düsen hat Witosa diesen Typ schon länger im Programm. Vorteil: „Bei Bauteilen, die man ansonsten auf kleine Unterverteiler mit Tunnelanguss anspritzen müsste, kann man sich auf diese Weise die Unterverteiler sparen. Das rechnet sich angesichts der derzeit hohen Rohstoff- und Energiekosten vor allem in hochfachigen Systemen mit großen Ausbringmengen“, so Glittenberg. Ab sofort bietet das Unternehmen hiervon zwei Varianten an: zum einen das sogenannte Linearsystem für kleine bis mittlere Schussgewichte von 10 bis 80 g pro Düse und zum anderen das XS-System für sehr kleine Gewichte von 0,1 bis 10 g. Beide haben bereits einige Pilotanwendungen bei Kunden durchlaufen.

Im Gegensatz zu manchen Wettbewerbsprodukten mit passiv beheizten Spitzen – diese sogenannten Euterdüsen ziehen ihre Wärme aus dem Verteiler – seien die Monolith-Düsen vollwertige Düsen mit Heizung und Fühler, die seitlich in den Verteiler eingeschraubt würden. Damit sei jeder Anspritzpunkt auch bei seitlicher Anbindung definiert regelbar. Doch die Umsetzung war nicht trivial: „Das XS-System hat uns einiges Kopfzerbrechen bereitet. Denn die Düse muss eine gewisse Länge haben im Verhältnis zum Abstand zur Mitte des Verteilers, damit sich die Ausdehnung des Verteilerbalkens beim Aufheizen kompensieren lässt und die Düse sich nicht zu stark verbiegt. Ansonsten würde unten das Gewinde abbrechen“, fasst Glittenberg die Schwierigkeiten zusammen. Die Lösung: Im Inneren des kleinen Verteilers wird ein spritzdichtes Längenausgleichselement platziert.

Das System sei zum Beispiel prädestiniert für die Fertigung von Kleinstelektrosteckern in großen Mengen. Wie „klein“ es dabei zugeht, zeigt dieser Wert: „Wenn wir unsere kürzesten Düsen verwenden, beträgt der Abstand von Spitze zu Spitze auf gegenüberliegenden Seiten nur 62 mm. Das XS-System passt im Prinzip in jede Hosentasche. Auch wenn das Futter dabei reißt“, sagt Glittenberg mit einem Lachen.

Für alle Monolith-Systeme, so auch für die seitliche Anspritzung, gewährt Witosa eine Garantie von einer Million Schuss auf Verschleiß, sofern ein Glasfaseranteil von 30 % in den verarbeiteten Kunststoffen nicht überschritten wird. Im Verschleißfall lässt sich eine Düsenspitze einfach nachdrucken und das System somit zuverlässig und mit geringen Kosten über eine lange Lebensdauer betreiben.

Einmal sozusagen in Geberlaune, kündigt Glittenberg noch eine weitere Neuheit an: Bereits ab Ende Februar wird Witosa drei Heißkanalregelgeräte anbieten:

<ul><li>den Folienregler R6 für bis zu zwölf Zonen (Bedienung mit Folientastatur),</li><li>den Touchscreenregler R7 für bis zu 36 Zonen (Tischgerät mit Display zum Ausklappen) und</li><li>den Turmregler R8 für 42 bis 120 Zonen.</li></ul>

Die Idee dahinter: „Wir haben uns intensiv mit dem Thema Energieeinsparung beschäftigt. Die Monolith-Düsen sind aufgrund ihrer Bauweise und der integrierten Hohlräume sehr leicht. Zudem liegen Heizung und Thermofühler in der Spitze sehr dicht beieinander. Das heißt, die Düsen reagieren auf einen Heizimpuls sehr schnell. Dafür braucht man entsprechende Regelalgorithmen, sprich: einen guten PID-Regler, und deshalb haben wir zusammen mit der Firma Feller Engineering diese Geräteserie entwickelt“, erläutert Glittenberg. Die Düsen seien mit den am Markt erhältlichen Regelgeräten zwar grundsätzlich fahrbar, wenn man das Optimum erreichen wolle, sei der Einsatz einer geschwindigkeitsangepassten Regeltechnik jedoch sinnvoll.

Und wie geht es weiter, auf dem Weg zur Leitmesse K 2022 im Oktober? „Wir haben dieses Jahr allerhand vor. Bei der Entwicklung der Monolith-Düse sind uns noch andere Ideen gekommen, was sich mit 3D-Druck machen lässt“, so der Witosa-Chef. „Wir sind uns sicher, das ist die Zukunft: Es wird immer weniger Stangenware geben und sehr viel mehr individuelle Lösungen. Dafür ist 3D-Druck aufgrund der enormen Freiheitsgrade prädestiniert.“

Witosa GmbH Heisskanalsysteme  

https://www.witosa.de

Ausgabenartikel KU02-22

In rund 24 Stunden ist ein Baujob mit bis zu 30 Düsen in der SLM-Maschine abgearbeitet.

Witosa-Geschäftsführer Torsten Glittenberg: „Wir haben dieses Jahr noch viel vor.“

8-fach-Ausführung des XS-Systems für die seitliche Anspritzung mit sehr kleinen Schussgewichten.

Die neuen Heißkanalregler sind jeweils in verschiedenen Ausbaustufen verfügbar.