Werkzeug- und Formenbau Drei hybride Kunststoffprodukte aus einem Spritzgießwerkzeug

Autor / Redakteur: Volker Gogoll / Peter Königsreuther

Im modernen Fahrzeugbau tendiert das Geschäft in Richtung höherer Variantenvielfalt. Damit man aber nicht für jede einzelne Type eine eigenes Fertigungssystem braucht, sollte man auf pfiffige Spezialisten vertrauen. Hier ein Beispiel.

Firmen zum Thema

Drei Kunststoffprodukte in nur einem Werkzeug spritzgießen? Wie das klappen kann, zeigen die Spezialisten von Mayweg Kunststoff-Technik mit einem ausgeklügelten Werkzeugsystem.
Drei Kunststoffprodukte in nur einem Werkzeug spritzgießen? Wie das klappen kann, zeigen die Spezialisten von Mayweg Kunststoff-Technik mit einem ausgeklügelten Werkzeugsystem.
(Bild: Mayweg)

Speziell wenn es um Neuwerkzeuge geht, sowie mit Blick auf die komplette Fertigungsumgebung, schlummern oft Optimierungspotenziale, die, so man sie auszuschöpfen versteht, Fertigungsprozesse verschlanken und Stückkosten senken können. Beim Kunststoffspezialisten Mayweg gehören Optimierungsbestrebungen zum täglich Brot. Ein Fakt, der So stellte das Entwicklungsprojekt für die Serienfertigung eines Gangwahlhebels für eine plattformbezogene Pkw-Serie - zu fertigen in Hybridbauweise - auf den ersten Blick keine große Aufgabe dar. Beschäftigt man sich näher mit den technischen Anforderungen des Auftraggebers, entpuppt sich das Funktionsbauteil zur einer großen Herausforderung.

Diese Hürden mussten genommen werden

Der Kern des konstruierten Gangwahlhebels muss zwingend aus einem Metallrohr bestehen, das die auftretende mechanische Belastung, erzeugt durch außergewöhnliche Bewegungen des Hebels, in den Schaltprozessen sicher abfängt. Der Clou dabei ist, dass es für die plattformbezogene Serie insgesamt drei funktionsidentische Varianten mit unterschiedlich langen Metallrohreinlegern gibt, die mit Kunststoff umspritzt werden müssen. Auch ist für die drei Varianten ein funktionales Kugelgelenk in den Gangwahlhebel integriert. In diesen hochkomplexen Bauteilen sind außerdem Rastnasen verbaut, die bei Betätigung Signale auslösen, um mit der Fahrzeugsteuerung zu kommunizieren. Und grundsätzlich mussten dabei die aktuell geltenden Sicherheitsbestimmungen für jedes Bauteil eingehalten werden.

Nicht unerhebliche Einsparchancen winken

Im Vorfeld hat sich Andreas Meyer, Technischer Leiter von Mayweg, Gedanken über die Umsetzung des Projektes gemacht: „Die zündende Idee kam mir beim wiederholten Lesen der Kundenanforderungen, weil mir ein Problem so lange keine Ruhe lässt, bis ich eine machbare Lösung gefunden habe.“ Sein Ziel hatte er technisch sehr hoch gesteckt: in einem Zyklus, mit nur einem Werkzeug, sollten sämtliche technische Anforderungen an das Hybridbauteil erfüllt werden. Eine konstruktive Lösung musste also her, in der die drei Bauteilvarianten mit jeweils differierenden Längen der Kernrohre umspritzt werden können. Meyer ergänzt: „Es galt eine zentrale technische Frage zu beantworten: Wie bekomme ich die Anforderungen des Kunden an beide Geometrien möglichst gut abgedeckt?“

Die nötigen Voraussetzungen dafür zu schaffen, sind schon mit einem herkömmlichen 1-K-Verfahren schwierig umzusetzen, so Meyer. Aber mit der angedachten Lösung werden auch die Kosten für zwei Werkzeuge eingespart und die Bauteilvarianten können auf einer Spritzgießmaschine produziert werden. Das spart Zeit, Investitionskosten und Kapazität. Auch im Hinblick auf die Automationssysteme, die sonst bereit gestellt werden müssten, versprach diese Lösung offensichtliche Vereinfachungen.

So hat es schließlich geklappt

Um das Bauteil mit nur einem Spritzgießwerkzeug fertigen zu können, musste zuvor eine Konstruktion entwickelt werden, welche die drei unterschiedlichen Bauteillängen mit einem unterschiedlichen plattformbezogenen Höhenversatz von jeweils 20 mm möglich macht. Im Werkzeugkonzept wurde das über verschiebbare Formeinsätze gelöst. Sensoren überwachen verschiedene Bauteilpositionen, die letztlich erkennen, welche Länge des Rohlings aktuell im Werkzeug eingelegt ist. Um den Höhenversatz spritzgießtechnisch abbilden zu können, wurde statt eines Spritzgießvorgangs für das Umspritzen des jeweiligen Metalleinlegers ein zweistufiges Umspritzen definiert. Das aber verlangt eine sehr hohe Präzision, bei der die Toleranzen zwischen 0,02 und 0,05 mm liegen. Der Einspritzprozess ist bei jeder Bauteilvariante identisch. Um die unterschiedlichen Bauarten zu erhalten, wird der obere Bereich des Gangwahlhebels während der zweiten Ausführungsstufe des Umspritzens jeweils mit unterschiedlichem Dosiervolumen angesprochen.

Bildergalerie

Damit in der Praxis auch die geforderte Funktionalität besteht, wurde das Werkzeug „intelligent“ gemacht: Sensoren erfassen etwa den Forminnendruck bei jedem Zyklus, den Füllstand sowie den Füllprozess. Zusätzlich übernehmen zwei Sensoren in Nestnähe die Aufgabe der Detektion: Ermittelt wird, in welcher Position sich das zweite Nest befindet. Für die gewünschten Metallrohlinge werden dann die passenden Formeinsätze positioniert und die Höhe im Werkzeug entsprechend angepasst.

Millionenfertigung mit immensem Spareffekt

Als Material wird ein Polybutylenterephthalat (PBT) mit Glasfaserverstärkung sowie einem mineralischen Additiv verarbeitet. Für die konturnahe Temperierung wurden gesinterte Formeinsätze konstruiert, die eine gleichmäßige Temperaturabführung aus dem Werkzeug sicherstellen und parallel die Zykluszeit pro Schuss reduzieren. Eine Füllsimulation, durchgeführt mit der Cadmould-Software von Simcon, lieferte bereits in der Konstruktionsphase wichtige prozessrelevante Ergebnisse. Somit gelang es bereits vor Serienstart der Produktion den Verzug der Bauteile auszuschließen.

Andreas Meyer zieht ein positives Fazit des Projektes: „Wir konnten den Stückkostenpreis deutlich senken.“ Aktuell werden bei Mayweg im sauerländischen Halver 600.000 Bauteile in drei Varianten produziert. Weitere vier Millionen Gangwahlhebel werden in den nächsten Jahren das Werk verlassen.

(ID:45862353)