Erhöhter Ausstoß trotz längerer Zykluszeit

Leistungsanstieg mit Tandemwerkzeug für technische Spritzgießteile. Die Steigerung der Produktionsleistung - das heißt die in einem Zeitintervall erzeugte Menge an Formteilen aus Kunststoff - ist...

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Leistungsanstieg mit Tandemwerkzeug für technische SpritzgießteileDie Steigerung der Produktionsleistung - das heißt die in einem Zeitintervall erzeugte Menge an Formteilen aus Kunststoff - ist immer gleich zu setzen mit der Reduzierung der Herstellungskosten. Eine vorteilhafte Möglichkeit, die Produktion zu steigern, ist die Verwendung von Etagenwerkzeugen, bei denen die Formteilmenge mit einer weiteren Trennebene verdoppelt wird. Lohnenswerte Anwendungsbereiche für diese Werkzeuge sind insbesondere Verpackungsartikel und flache Bauteile, die in Großserien hergestellt werden. Bei Etagenwerkzeugen sind die Kavitäten in Schließrichtung in mehreren Trennebenen hintereinander angeordnet. Sie werden mit einem Schuss gleichzeitig gefüllt und nach dem Öffnen des Werkzeugs gleichzeitig entformt. Um mit den Etagenwerkzeugen spritzgießen zu können, werden oft Sondermaschinen zum Spritzgießen der Formteile verwendet. Ein wesentlicher Grund dafür ist der Öffnungshub der Werkzeugschließeinheit, der groß genug zum Öffnen beider Trennebenen sein muss, damit die Kunststoffteile sicher entformt werden. Geht man von zwei Trennebenen im Etagenwerkzeug aus, hat das Spritzgießaggregat die Dosiermasse für die zweifache Bauteilmenge zu plastifizieren. Standardmaschinen sind weiterhin verwendbarDiese beiden Randbedingungen verhindern oft den Gebrauch von Etagenwerkzeugen für die Herstellung technischer Spritzgießteile. Eine Sonder-Spritzgießmaschine mit langem Öffungshub und hoher Plastifizierleistung setzt hohe Investitionskosten voraus und arbeitet deshalb nur immer dann wirtschaftlich, wenn sie kontinuierlich entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit ausgelastet ist.Im Unterschied zu Etagenwerkzeugen haben Tandemwerkzeuge zwar ebenfalls zwei Trennebenen, doch öffnen sich diese nicht gleichzeitig, sondern zyklisch abwechselnd [1]. Bei jedem Einspritzvorgang wird lediglich eine Trennebene gefüllt, die erst im übernächsten Zyklus geöffnet und entformt wird (Bild 1). Aufgrund dieser Arbeitsweise lassen sich zum Spritzgießen technischer Teile Werkzeuge mit zwei Trennebenen verwenden. Natürlich ist die Einbauhöhe solcher Werkzeuge groß, der Öffnungshub entspricht aber nur dem eines Standardwerkzeugs. Sofern die Einbauhöhe und der Öffnungshub nicht die maximale Öffnungsweite der Schließeinheit übersteigen, kann ein solches Tandemwerkzeug zum Spritzgießen eingesetzt werden. Auch bei der Einspritzeinheit sind keine zusätzlichen Anpassungen erforderlich, denn es werden jeweils nur die Kavitäten einer Trennebene gefüllt.Der Schließkraftbedarf einer Spritzgießmaschine ergibt sich aus dem Schmelzedruck innerhalb der Werkzeugkavität und der projizierten Formtieffläche, also dem Schattenwurf des Formteils in Richtung der Achse der Werkzeugbewegung. Während des Spritzgießzyklus ist nur für einen sehr kurzen Moment diese Kraft erforderlich. In der Nachdruckphase fällt der Schließkraftbedarf rasch ab. Grund dafür sind die großen Druckunterschiede in der Schmelze - zwischen dem Formeninnendruck angussnah und angussfern (Bild 2).Mit dem Ende der Nachdruckphase ist in den meisten Fällen keine Werkzeugschließkraft mehr erforderlich. Das Verriegelungssystem eines Tandemwerkzeugs muss deshalb in erster Linie während der Öffnungsbewegung die zweite Trennebene geschlossen halten. Weiterhin hat das Verriegelungssystem auch bei erhöhter Öffnungskraft wirksam zu sein. Eine zweckmäßige Dimensionierung ist, dass das Verriegelungssystem 10% der Schließkraft auch bei geöffneter Form in der verriegelten Ebene hält.Mit der Tandemtechnik ergeben sich unmittelbar zwei Vorteile:- Der Formteilausstoß lässt sich auch bei kurzen Kühlzeiten um 50% steigern, wobei dieselbe Maschine zum Einsatz kommt. - Die Totzeiten der Maschine (Maschine kühlt nur) können eliminiert werden.Beide Vorteile lassen sich am Beispiel einer Gehäuseproduktion mit einem 4fach-Werkzeug und einer Spritzgießmaschine mit 1200 kN Schließkraft verdeutlichen: Mit einer Zykluszeit von 12,7 s werden 1133 Kunststoffteile in der Stunde spritzgegossen. Die Zyklusdauer schließt eine Totzeit von 3 s ein, die aus der Differenz aus Kühlzeit und Dosierzeit hervorgeht.Verlängerte Kühldauer steigert FormteilqualitätAls Alternative könnte man die 1200-kN-Spritzgießmaschine mit einem 4+4fach-Werkzeug ausrüsten. Der jeweilige Zyklusablauf für diesen Fall ist in Bild 3 dargestellt. Es wird eine Zykluszeit von 16,4 s erreicht. Somit ist beim Tandemwerkzeug zwar die Zyklusdauer länger, dafür werden aber auch acht Spritzgießteile in einem Zyklus hergestellt. Das entspricht 1756 Teilen in der Stunde. Die Produktionsleistung steigt damit um 55%. Aus der Berechnung der Herstellungskosten ergibt sich eine Einsparung von 14%.Beachtenswert ist, dass die wirklichen Kühlzeiten beim Tandemwerkzeug länger sind. Ein wesentlicher Grund dafür liegt darin, dass die jeweilige Trennebene erst dann öffnen kann, wenn in der zweiten Trennebene der Einspritz- und Nachdruckvorgang abgeschlossen ist.Daraus ergibt sich eine Qualitätsverbesserung, weil die Formteile kälter aus der Spritzgießmaschine ausgeworfen werden.Bemerkenswert ist ebenfalls, dass die Tandemtechnik auch bei dünnwandigen Bauteilen Vorteile hat. Insbesondere betrifft dies die Kühldauer, die nicht mehr zykluszeitbestimmend ist. Damit reduziert sich der Kostenaufwand für das Kühlsystem. Das wirkt sich kostenmindernd auf die Herstellung der Bauteile aus. Literatur[1] Steinbring, F.: Entwicklung eines Tandemwerkzeugs. Diplomarbeit FH Bielefeld 2001.