Ein kompaktes Etagenwerkzeug, das der Heißkanalspezialist Oerlikon HRSflow für das Spritzgießen dünnwandiger Verpackungen entwickelt hat, ist für hohe Fülldrücke ausgelegt und mit Düsen der neuen Xd-Serie ausgestattet.

Das neue kompakte Etagenwerkzeug (zum Patent angemeldet) ist mit Düsen der Xd-Serie ausgestattet und wurde für die Herstellung dünnwandiger Verpackungen entwickelt.

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Heißkanalsysteme

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

 Heißkanallösungen für dünnwandige Verpackungen

Der Nadelverschlusszylinder HEM benötigt keine Kühlung und ist in zwei Baugrößen für die Direct-Flo-Heißkanalserien von Incoe erhältlich.

Kompakt und ohne Kühlung – der Nadelverschlusszylinder vom Typ HEM für betriebsbereite und vormontierte Komplett-Heißkanalsysteme.

Ausgeklügeltes Wärmemanagement

Die Mayer GmbH Kunststofftechnik und Formenbau hat sich einen Namen als zuverlässiger Partner für hochwertige Lösungen in der Kunststoffverarbeitung und Lackiertechnik gemacht. Mit dem Heißkanalspezialisten FDU Hotrunner hat das Unternehmen zuletzt einige sensible Projekte gemeinsam umgesetzt.

3-fach-Heißkanalsystem für eine Automobilanwendung mit der Breitschlitzdüse FDU Maxi SLS.

Hohe Produktivität für sicherheitsrelevante Bauteile

Günther Heisskanaltechnik legte seine Aufmerksamkeit bei der Entwicklung der Mehrfachdüse Oktaflow zur seitlichen Anspritzung auf eine praxisgerechte Möglichkeit, mit einem einteiligen Formeinsatz zu arbeiten.

Pipettier-Prozesse sind im Labor allgegenwärtig, ob bei der Probenpräparation, beim Erstellen von Verdünnungsreihen oder beim Hinzufügen von Reagenzien. Hier ist höchste maßliche Präzision gefragt.

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Heißkanalsystem mit Mehrfachdüsen zur seitlichen Anspritzung

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Medizinprodukte

Medizintechnik

Acht mal acht Pipetten auf einen Schuss

Bei Einhaltung einer geringen Scherbelastung und eines homogenen Temperaturprofils lassen sich TPE-Kork-Compounds prozessstabil und ohne nennenswerte Verfärbungen verarbeiten.

Wie prozesssicher lässt sich die Kombination TPE und Kork mit einem Nadelverschluss-Heißkanalsystem verarbeiten? Diese Frage stand im Mittelpunkt einer Versuchsreihe.

Verarbeitung eines TPE-Kork-Compounds im Heißkanalsystem

Thermoplastische Elastomere

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Compound

Biokunststoffe

Naturkork zum Spritzgießen

Bei den Günther Technologietage 2023 ging es mitunter recht stürmisch zu – wortwörtlich. Doch Teilnehmer und Referenten wussten sich zu helfen.

Das längste „Heißkanal-Bankett“ der Branche entstand –wetterbedingt – Ende Juni in Frankenberg bei Günther.

Heißkanaltechnik

Messtechnik

Messung von Umgebung (Klima)

Das längste „Heißkanal-Bankett“ Deutschlands

Eine Fallstudie belegt die Vorteile der FDU-Heißkanaltechnik im Vergleich zum konventionellen Heißkanal. Konkrete Zahlen zur Kostenkalkulation am Beispiel des BSH-Basisträgers.

Blick in die Produktion des BSH-Basisträgers.

Normalien und Heißkanaltechnik

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Konstruktionsbegleitende Kalkulation

Software

Flach schlägt rund

Neben zukunftsweisenden Anwendungen im Automobilbereich stellt Oerlikon HRSflow auf der Fakuma 2023 Technologien und Projekte für die Verpackungsindustrie in den Mittelpunkt.

Multikavitätensysteme, ausgestattet mit der neuen Vf-Düsenserie, ermöglichen sehr kurze Zykluszeiten von 2,2 bis 3,5 s.

kunststoffe-international.com

Heißkanalsysteme mit einem Plus an Nachhaltigkeit

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

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

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Werkzeugtemperatursensoren

Sensoren / Messwertaufnehmer

Industrieroboter

Spritzgießmaschinen

Gegenläufige Rotation

Die Heißkanalspezialisten Thermoplay und Männer sowie in Teilen auch Synventive stellen ihren Kunden nun einen gemeinsamen Ansprechpartner mit umfassender Expertise und eine zentral gelegene, serviceorientierte Infrastruktur zur Verfügung.

Aufgrund seiner strategischen Lage in der D-A-CH-Region lassen sich die Service-Kapazitäten der Heißkanal-Spezialisten von Thermoplay und der Männer Group am Standort Bahlingen bündeln

Temperiergeräte

Gießanlagen

Temperiertechnik

Werkzeugwechselsysteme, Spritzgieß

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Dynamische / variotherme Temperierung

Thermoplay D-A-CH künftig durch Männer Group betreut

Das Spritzgießwerkzeug bestimmt maßgeblich die finale Bauteilqualität und die Produktivität des Prozesses. Neben der durchdachten Auslegung des Bauteils gehören dazu auch eine pfiffige Werkzeugtechnik, eine ausgefeilte Schmelzeführung sowie eine effiziente und homogene Abfuhr der Schmelzewärme.

Innovationen in der Werkzeugtechnik erhöhen Qualität und Produktivität

Kunststoffverarbeitung allgemein

Kunststoffverarbeitung

Formen- und Werkzeugbau

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Technisch versiert für die Zukunft

Hasco hot runner bietet mit dem additiv gefertigten „Streamrunner“ neue Möglichkeiten in der Heißkanaltechnik. Auf Basis simulationsgestützter Analysen entwickeln Spezialisten individuelle Lösungen für spezifische Aufgabenstellungen.

Der Streamrunner überzeugt durch Kompaktheit und hohe Freiheitsgrade

Spritzgießen (KU)

Additive Fertigung

Streamrunner von Hasco eröffnet neuen Gestaltungsfreiraum

Eine in Europa einzigartige Fertigungslösung für den Klappdeckel einer Feuchttuch-Spenderbox umfasst eine Spritzgießzelle mit einem 12+12-fach Etagenwerkzeug, vollautomatischer Etikettierung und Formteilentnahme sowie einer optischen Produktkontrolle.

Vor der Verlagerung an den Produktionsstandort erfolgten umfangreiche Funktionstests und die finale Abmusterung im Technikum des Werkzeugbauers roth. Beim Endkunden ist das Werkzeug gerade 4 mm kleiner als die lichte Weite zwischen den Maschinenholmen 

Vollautomatisierte Fertigungslinie mit Etagenwerkzeug und In-Mold Labeling

Preisgekrönte Verpackungslösung  steigert die Produktivität

Neue Untersuchung zu dieser wichtigen, oft unterschätzten Kenngröße im Spritzgießprozess

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. Das näherungsweise Auslesen der Kompression aus pvT-Diagrammen ist hingegen zu ungenau. Eine wissenschaftliche Studienarbeit nähert sich der Thematik nun systematisch an.

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.

Die Kompression als prozessbeeinflussende Kennzahl zur Auslegung des Spritzgießwerkzeugs und Heißkanalsystems sowie in der Folge auch zur Bestimmung der optimalen Größe von Maschine und Spritzeinheit wird oft nicht genügend beachtet. Zur Absicherung und Kontrolle der getroffenen Entscheidungen in diesen Bereichen fehlen zudem verlässliche Berechnungsgrundlagen. Meist werden nicht einmal die für jeden Kunststoff spezifischen Kompressionswerte, die das Verhalten der Kunststoffe im Zusammenspiel von Druck (p), spezifischem Volumen (v) und Temperatur (T) beschreiben, aus den vorliegenden gängigen pvT-Diagrammen verwendet.

Die Kompression des Kunststoffs hat allerdings konkrete Auswirkungen auf die Auslegung der Spritzeinheit – vor allem bei Heißkanalsystemen mit großem Schmelzevolumen, bezogen auf das Formteilgewicht. Dies gilt zum Beispiel für Würfelwerkzeuge, aber auch beim Mikrospritzgießen. Die Größe der Spritzeinheit lässt sich bei der Auslegung allein durch die Berechnung des Schussgewichts nicht immer korrekt bestimmen. Näherungsweise lautet der Ansatz: Für kleinere Bauteile, also bei Werkzeugen mit Mehrfach-Kavitäten und großen Heißkanälen, muss die Spritzeinheit nach der Berechnung der Kompression meist größer gewählt werden.

Aktuell findet dagegen nur eine sehr pauschale Auslegung der Spritzeinheiten aufgrund von Erfahrungswerten statt. Wird die Kompression hingegen vor der Spezifikation der Maschine berechnet, können Maschinen- und Spritzeinheitengröße exakter bestimmt werden, was letzten Endes auch wirtschaftliche Auswirkungen haben kann.

Zusammenhang zwischen berechneter Kompression und Maschinenauslegung

Eine Bachelor-Thesis [1] widmet sich diesem Fragenkomplex im Detail. Da das Thema nicht nur die Maschinenhersteller, sondern auch die Werkzeughersteller beschäftigt, waren mit Arburg, Männer und Priamus drei Unternehmen (Tabelle 1) am Entstehen der Arbeit beteiligt. Um wissenschaftlich fundierte Ergebnissen erlangen zu können, mussten die wichtigsten Komponenten des Spritzgießprozesses – Spritzeinheit, Maschinendüse, Heißkanalsystem sowie die Kavitäten des Werkzeugs, in diesem Fall ein eigens dafür gebautes Probewerkzeug (Bild 1) – zusammen betrachtet werden. Die weitere Vorgehensweise kombinierte empirische und theoretische Aspekte.

Um herauszufinden, welche Auswirkungen die Berechnung der Schmelzekompression auf die physische Auslegung der Maschinenkomponenten hat, wurden Versuche zur praktischen Ermittlung der Kompression in der Kunststoffschmelze durchgeführt und die Ergebnisse mit den errechneten Werten dieser Größe verglichen. Mit anderen Worten: Muss diesen Ergebnissen folgend die Spritzeinheit anders dimensioniert werden, als wenn sie bei der Auslegung allein über die Summe der Formteilgewichte berechnet wurde?

Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei verschiedene Ansätze zur pvT-Berechnung einzelner Kunststoffe betrachtet (siehe Infokasten). Diese bringen verschiedene Koeffizienten in die Berechnung der Kompression ein. Dazu wurde ein Tool entwickelt, das anhand der pvT-Ansätze die Kompression unterschiedlicher Kunststoffe in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Volumen aus der konkreten Anwendung errechnet und damit das Gesamtergebnis weitaus exakter werden ließ. In das Tool sind alle drei Ansätze implementiert. Da jedoch für jedes Material nur die Koeffizienten von einem pvT-Ansatz hinterlegt sind, fließt in die Berechnung der Kompression auch immer nur ein Ansatz ein.

 Berechnungsgrundlagen und  Versuchsreihen

Die Versuchsreihen zur Festlegung der Kompression wurden auf einer hybriden Spritzgießmaschine (Typ: Allrounder 470 H; Hersteller: Arburg) mit 1000 kN Schließkraft, lagegeregelter Schnecke, Hydraulikspeicher und servoelektrischer Dosierfunktion gefahren (Bild 2). Hinzu kam ein Achtfach-Versuchswerkzeug für Prüfstäbe (Polar-Form Werkzeugbau GmbH, Lahr) mit einem Heißkanalsystem von Männer (Bild 1). Hier bestand die Möglichkeit, den Heißkanal zwischen einem Achtfach- und einen Vierfach-Verteiler umzurüsten, um verschiedene Prozesse abbilden zu können. Als Materialien kamen verschiedene amorphe ebenso wie teilkristalline Thermoplaste zum Einsatz.

Um die Kompression bestimmen zu können, werden unter anderem die genauen Druck- und Temperaturverhältnisse der Kunststoffschmelze benötigt. Diese Parameter wurden an unterschiedlichen Positionen der Prozesskette, von der Spritzeinheit bis ins Spritzgießwerkzeug, gemessen. Hierfür wurden insgesamt 29 Druck- und Temperatursensoren verwendet, davon waren mehrere Drucksensoren im Heißkanalsystem verbaut.

Zur sensorischen Überwachung des Prozesses und zur Prozessdatenerfassung diente das System Fillcontrol von Priamus. Es wurden praktische Versuche zur Bestimmung der Kompression der Schmelze mit unterschiedlichen Plastifizierkomponenten umgesetzt. Die Massetemperaturen wurden je nach Materialdatenblatt angepasst.

Ergebnisse aus dem Vergleich  zwischen Theorie und Praxis

Die Versuche und Berechnungen haben die Abhängigkeit zwischen Kompression und Volumen bestätigt. Es gilt: Je höher der Druck, die Temperatur und das Volumen, desto höher die Kompression. Der Vergleich zwischen der praktisch ermittelten und der berechneten Kompression ergab eine Abweichung der Werte von unter einem Prozent, im Fall von Polystyrol (PS) konkret 0,37 % (Bild 3). Die genauen Werte unterscheiden sich von Material zu Material geringfügig, grundsätzlich ist die Abweichung aber immer so gering.

Als Fazit lässt sich festhalten, dass eine Methodik zur Berechnung der Kompression bei der Auslegung von Spritzgussteilen, Mehrfach-Werkzeugen und Heißkanälen und damit auch bei der Auslegung von Plastifizierkomponenten und Maschinentypen so effizient hilft, dass hier die Genauigkeit für eine wirtschaftliche Auslegung und Leistungsauswahl steigt. Das heißt letztlich, dass diese Formulierung sich bestätigen lässt: Es muss tatsächlich öfter ein größeres Volumen berücksichtigt werden als jenes, das bei der Auslegung allein auf Basis des Schussgewichts berechnet wird.

Konkrete Hilfe durch  anwendungstechnische Beratung

Obwohl die bisherigen Erfahrungen durch die Auslegungsmethode bestätigt wurden, hat es bereits eine konkrete Auswirkung der wissenschaftlichen Bestimmung der Schmelzekompression in der anwendungstechnischen Beratung bei Arburg gegeben: Sind Formteil-, Werkzeug- und Heißkanalauslegung des Kunden bekannt, wird bei der Maschinenauslegung die Kompression mit betrachtet. Damit kann vor dem Kauf die Maschinen-Hardware noch genauer auf den individuellen Prozess abgestimmt und auf diese Weise hoch wirtschaftlich investiert und produziert werden.

[1] Meder, I.: Erstellung einer Methodik zur Bestimmung von Kompression in der Kunststoffschmelze, bezogen auf Heißkanalsystem und Kavität. Bachelor-Thesis, Hochschule Aalen – Technik und Wirtschaft, Fakultät Maschinenbau und Werkstofftechnik, Aalen 2018

ARBURG GmbH + Co KG  

https://www.arburg.com

Otto Männer GmbH  

https://www.maenner-group.com

PRIAMUS SYSTEM TECHNOLOGIES branch of Barnes Group Suisse Industries LLC 

https://www.priamus.com

Ausgabenartikel

Tabelle 1. An dem Projekt beteiligte Unternehmen

Bild 1. Untersuchungen zur Schmelzekompression dienen als Grundlage für eine fundierte Auslegung von Heißkanal, Spritzeinheit und Maschinengröße. Hier das verwendete Versuchswerkzeug 

Bild 2. Hybride Spritzgießmaschine Allrounder 470 H

Bild 3. Einflüsse des pvT-Diagramms: Der Vergleich der praktisch ermittelten mit der theoretischen Kompression von PS ergibt eine Abweichung von 0,37 %

Name - Hauptartikel

Um das spezifische Volumen bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck berechnen zu können, gibt es unterschiedliche pvT-Ansätze. Diese bringen verschiedene Koeffizienten in die Berechnung ein:

<ul><li>Renner-Ansatz: 4 Koeffizienten für amorphes und 7 Koeffizienten für teilkristallines Material [2]</li><li>IKV-Ansatz: 13 Koeffizienten [2]</li><li>2-Domänen-Tait-Ansatz: 13 Koeffizienten [2]</li></ul>

Der IKV- und der 2-Domänen-Tait-Ansatz betrachten den Feststoff- und Schmelzebereich mit jeweils eigenen Koeffizienten. Somit ist nicht gewährleistet, dass die daraus resultierenden Kurven sauber ineinander übergehen. Der Renner-Ansatz hingegen sorgt aufgrund seiner Formulierung dafür, dass am Übergangspunkt von Schmelze zu Feststoff kein Sprung auftreten kann. Außerdem ist der Renner-Ansatz auch für faserverstärkte Kunststoffe anwendbar. Er ist nur im Simulationsprogramm Cadmould (Anbieter: simcon kunststofftechnische Software GmbH, Würselen) implementiert. Rohstoffhersteller stellen am häufigsten 2-Domänen-Tait-Koeffizienten bereit.

B. Eng. Inna Meder arbeitet in der anwendungstechnischen Beratung der Arburg GmbH + Co KG, Loßburg.