Dreistufiges Konzept erleichtert das Spritzgießen in reinen Räumen

Außer der Herstellung medizintechnischer Teile wird das Spritzgießen unter Reinraumbedingungen zunehmend auch zur Oberflächendekoration von Fahrzeugteilen durch Folienhinterspritzen angewandt....

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Außer der Herstellung medizintechnischer Teile wird das Spritzgießen unter Reinraumbedingungen zunehmend auch zur Oberflächendekoration von Fahrzeugteilen durch Folienhinterspritzen angewandt. Modulare Reinraumkonzepte ermöglichen dabei den Einstieg in Fertigungssysteme mit hohen Ansprüchen an Reinheit und Sauberkeit.Viele Bereiche der heutigen Technik erfordern eine besonders reine Produktionsumgebung. Das gilt nicht nur in Unternehmen der Medizintechnik. Auch optische Kunststoffteile und Klarsichtteile sowie mikromechanische Baugruppen müssen häufig bereits beim Spritzgießen gegen Verunreinigungen geschützt werden. Nur so lassen sich hygienische Standards einhalten und auch Ausschuss minimieren. Weitere Anwendungen finden sich bei Teilen mit anspruchsvollen Oberflächen, die weiter veredelt werden sollen.Es stellt sich die Frage, was eigentlich ,,rein" ist und wie man diese ,,Reinheit" auf eine konkrete Produktionsumgebung übertragen kann. Ganz allgemein sollen Reinräume Fertigungsschritte unter Bedingungen ermöglichen, die einen schädigenden Einfluss auf die herzustellenden Teile aufgrund von Verunreinigungen ausschließen.Internationale Richtlinien regeln ReinheitsanforderungenEntscheidend für die Zulassung einer Fertigung für ein bestimmtes Produkt ist deshalb die Spezifizierung der Reinraumklasse. Die Technik zur Gewährleistung eines Reinraums ist in internationalen Richtlinien definiert. Die Reinraumtechnik unterbricht den Transport von Verunreinigungen auf dem Luftweg durch eine konstante Strömung gereinigter Luft. Je nach Reinheitsklasse muss sie auch sonstigen Verunreinigungen durch Bediener, Arbeits- und Betriebsmittel mit Maßnahmen ausschließen. Deshalb müssen Maschinenbediener teiweise Reinraumkleidung tragen. Gegebenenfalls ist auch der Einbau von Luftschleusen erforderlich.Der Reinheitsgrad der Luft wird bestimmt von den Verunreinigungen, die sie enthält und die in der Regel als Partikelkonzentration gemessen werden. Für die Definition von Reinheitsklassen sind der Federal Standard 209 und die VDI-Richtlinie 2083 grundlegend (Tabelle): Je niedriger die Zahl der Reinheitsklasse, desto geringer ist die zulässige Partikelkonzentration pro Kubikmeter Luft und desto sauberer ist die Arbeitsumgebung an der Maschine. So sind zum Beispiel in der Reinraumklasse 3 höchstens 103 Partikel, in der Reinraumklasse 6 höchstens 106 Partikel pro Kubikfuß Luft zugelassen. Bei medizinischen Produkten oder Lebensmitteln ist eventuell darüber hinaus auch die Konzentration an gewissen biologisch aktiven Substanzen limitiert.Weil die Reinraumtechnik sehr aufwendig und damit teuer werden kann, ist für den Aufbau eines Reinraumsystems eine qualifizierte Planung erforderlich. So umfasst das modulare Reinraumkonzept der Demag Ergotech GmbH, Schwaig, für ihre Spritzgießmaschinen drei Standard-Systemlösungen für unterschiedliche industrielle Anwendungen: das Laminar-Flow-Element direkt über dem Werkzeug-Einbauraum, das Reinraumzelt mit Deckenkonstruktion und die vollständig gekapselte Reinraumkabine für höchste Ansprüche an Reinheit und Sauberkeit.Bereits für die Basisanforderungen einer Reinraumfertigung sind die Ergotech-Maschinen gut gerüstet: Umfangreiche Analysen der Strömungsverhältnisse in den Spritzgießmaschinen belegen, dass eine durchgängig verwirbelungsfreie, laminare Luftströmung den Werkzeugbereich sicher von Verschmutzungen frei hält und damit ein Entformen der Spritzgießteile unter Reinraumbedingungen ermöglicht. In Ausnahmefällen und bei extrem hohen Reinheitsanforderungen kann es unter Umständen notwendig sein, die Bohrlöcher in den Werkzeugaufspannplatten zu verschließen. Damit wird sichergestellt, dass jede Quelle für Verschmutzungen und Strömungsverwirbelungen ausgeschaltet ist.Der preisgünstigste Einstieg in die Reinraumtechnik ist die Montage eines Laminar-Flow-Systems direkt über dem Werkzeugbereich der Spritzgießmaschine. Die gereinigte Luft strömtvon oben gleichmäßig über das Werkzeug nach unten aus der Maschine heraus. Mit dem Laminar-Flow-Element wird die Reinraumklasse 6 nach DIN 2083 erreicht. Sie ist ausreichend für die Produktion relativ einfacher Pharma- und Lebensmittelverpackungen sowie optischer Kunststoffteile. Das Laminar-Flow-Element bietet sich auch dort für Anwendungen an, wo es beim Spritzgießen von Standardformteilen zu Reinheitsproblemen in Form von Staubanhaftungen kommt.Reinraumzelt für Werkzeug und komplette SchließeinheitEine flexible Lösung für anspruchsvollere Fertigungsaufgaben bietet das Reinraumzelt, in dessen Dach so genannte Laminar-Flow-Aggregate integriert sind. Je nach Platzbedarf um die Spritzgießmaschine herum lässt sich das Zelt mit Deckenelementen sehr variabel gestalten. Die Deckenelemente haben eine Größe von 1 m 3 1 m. Das Zelt wird mit einer Dichtlippe an der festen Werkzeugaufspannplatte der Spritzgießmaschine angeschlossen und reicht über den gesamten Bewegungsbereich der Schließeinheit. In Abhängigkeit von der Zelthöhe wird der laminare Luftstrom von einem oder zwei Laminar-Flow-Aggregaten geliefert.Um eine noch bessere Isolation des Arbeitsbereichs zu gewährleisten, umströmt ein Teil der Luft auch die beiden Maschinentüren. Die robusten, wartungsfreien Ventilationssysteme arbeiten besonders leise und zuverlässig. Sie verfügen über ein zweistufiges Filtersystem aus Grob- und Hochleistungsschwebstoff-Filter. Um für einen geregelten Abtransport der Luft aus dem Zelt zu sorgen, sind an den strömungstechnisch günstigsten Stellen schmale Austrittsöffnungen in der Zeltbahn vorgesehen. Sie sind so bemessen, dass sich trotz der Öffnung eine deutliche Isolierwirkung durch konstant ausströmende Luft ergibt. Deshalb lassen sich mit dem Laminar-Flow-Zelt die wesentlich besseren Reinheitsklassen 4 und 5 nach DIN 2083 erreichen. Dieser Reinheitsgrad ist für die Fertigung der meisten medizinischen Kunststoffteile, aller Lebensmittelverpackungen sowie medizintechnischer Teile ausreichend.Vor allem zum Spritzgießen von hoch sensiblen medizinischen und mikromechanischen Teilen ist das Reinraumzelt nicht ungenügend. Hier muss der Werkzeugbereich der Maschine in einer festen, hermetisch abgeschlossenen Kabine eingeschlossen sein. Die Systemelemente einer solchen Reinraumkabine lassen sich ebenfalls nach individuellen Bedürfnissen zusammensetzen. Zur Weiterverarbeitung oder Verpackung der Spritzgießteile unter Reinraumbedingungen kann die Kabine zum Beispiel um einen Arbeitsraum und eine Personenschleuse erweitert werden.Zahlreiche Praxisbeispiele belegen die Verbreitung von Spritzgießmaschinen bei der Fertigung in reinen Räumen, zum Beispiel der Ergotech-Maschinen. Sie werden nicht nur zur Reinraumfertigung medizintechnischer Kunststoffteile verwendet, sondern auch manche Automobilzulieferer kommen nicht mehr ohne Reinraum aus.So arbeitet beim deutschen Medizintechnikhersteller Wilden, Regensburg, die Spritzgießmaschine Ergotech 150 im Reinraum der Klasse 3. Das Bedienpersonal hat nur mit spezieller Schutzkleidung Zutritt zum Fertigungsraum. Ein Reinraumzelt um die Spritzgießmaschine verhindert den Zutritt verunreinigter Luft. Die Formteile werden unter der Maschine gesammelt und vor Verlassen des Reinraums sicher verpackt, um eine nachfolgende Verunreinigung auszuschließen. Die Qualität der Luft im Reinraumzelt wird über Partikelzähler und die Messung der Luftkeime kontinuierlich überprüft.Ein britischer Automobilzulieferer hat kürzlich die Produktion von Frontscheinwerfern mit Kunststoff-Streuscheiben aufgenommen: Drei Spritzgießmaschinen von Demag Ergotech stellen im Reinraum Streuscheiben aus Polycarbonat und Reflektorgehäuse her. Die Streuscheiben werden anschließend kratzfest beschichtet und die Reflektoren metallisiert. Die reine Umgebung sorgt dafür, dass keine Schmutzpartikel an den Streuscheiben anhaften, bevor sie im Sprühverfahren mit einer Grundierung versehen werden. Nach deren Aushärtung in einem Ofen erfolgt die Metallisierung, bevor nach einer erneuten Lackierung die schützende Oberfläche in einem zweiten Ofen aushärtet.