Gasinnendruck-Spritzgießen bietet Optimierungspotenzial

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Engel entschied sich deshalb für die Inertisierung mit Stickstoff, die bereits bei vielen industriellen Verfahren zum Einsatz kommt. Beim Spritzgießen wird sie bisher jedoch nur selten angewendet und bei der Gasinnendrucktechnik ist sie völlig neu. Indem Sauerstoff durch die Inertisierung aus der Spritzgießform entfernt wird, reduzieren sich die durch Oxidation gebildeten Verschmutzungen deutlich. Dies wiederum minimiert die Stillstandszeiten sowie den Verschleiß an der Spritzgießform, den Dichtungen, den Schläuchen und den Gasinjektoren.

Kürzere Stillstandszeiten beim Gasinnendruck-Spritzgießen aufgrund der Inertisierung

Die kürzeren Stillstandszeiten aufgrund der Inertisierung sind als Bestandteil von GID plus im Vergleich zur herkömmlichen Gasinnendrucktechnik ein entscheidender Vorteil des weiterentwickelten Verfahrens. Bei Engel laufen die Spritzgießprozesse kontinuierlich, also 24 Stunden am Tag und fünf bis sechs Tage in der Woche. Mit der Inertisierung wurde die wartungsbedingte Stillstandzeit je nach Kunststoff und Produkt von über 18 Stunden bis auf 1 Stunde pro Woche verkürzt.

Die Weiterentwicklung GID plus lässt sich – je nach Kunststoff und Anforderungen an den Spritzgießprozess – entweder mit Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff oder in Kombination mit beiden Gasen anwenden. Werden beim herkömmlichen GID-Verfahren mit Stickstoff keine zu langen Zykluszeiten erzielt, kann bei der Umstellung ein Gaswechsel entfallen. CO₂ kommt besonders bei Spritzgießteilen zur Anwendung, bei denen größere Wärmemengen abgeführt werden müssen oder der Einbau eines zweiten Injektors nicht möglich ist. Für CO₂ sprechen die deutlich höhere Gasdichte bei den vorhandenen Prozessbedingungen und die höhere spezifische Wärmekapazität, sodass die Wärme effizienter abgeleitet wird. CO₂ stellt so auch eine Alternative zum Wasserinnendruck-Verfahren (WID) dar. Engel testet derzeit die von Linde neu entwickelte CO₂-Technik. Die Ergebnisse sind vielversprechend.

Vor- und nachgeschaltete Schritte auf höhere Zyklusraten umgestellt

Innenkühlung und Inertisierung machen üblicherweise getrennte oder zusätzliche Gasöffnungen erforderlich: Die Innenkühlung benötigt einen zusätzlichen Gasinjektor und die Inertisierung der Werkzeugkavität eine Öffnung oder einen zweiten Injektor, sodass die Luft aus der Kavität entweichen kann. Neben der Innenkühlung und der Inertisierung ist die Optimierung des Gesamtprozesses inklusive der Nutzung von CO₂ für GID der letzte wichtige Schritt, um das Potenzial des weiterentwickelten Verfahrens GID plus voll ausschöpfen zu können. Dazu wurde die Maximator GmbH, Nordhausen, Spezialist für Hochdrucktechnik und GID-Gerätetechnik, ins Projekt geholt. Zusammen mit Linde hat Maximator die dafür erforderlichen Geräte entwickelt.

Die höheren Zyklusraten, die das weiterentwickelte Verfahren GID plus ermöglicht, sind mit den vorangegangenen und nachstehenden Produktionsschritten abzugleichen. Diese Herausforderung war bei Engel unproblematisch: Die Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschinen sind in der Lage, die Schmelze in der gewünschten Menge an die Einspritzeinheit zu liefern. Am anderen Ende der Spritzgießmaschinen wurden die Roboter so umgerüstet und programmiert, dass sie die höheren Ausstoßraten der Maschine bewältigen können. Potenzielle Schwachstellen wurden aufgespürt, deren Ursache identifiziert und beseitigt mit dem Ziel, die Qualität der Spritzgießteile zu optimieren bei maximal erreichbarer Produktionsgeschwindigkeit.

Das Anwendungsbeispiel der Engel Formenbau und Spritzguss GmbH zeigt: Die Veränderungen und Investitionen, die erforderlich sind, um ein herkömmliches GID-Verfahren zu modernisieren, zahlen sich rasch aus. Werden Maßnahmen wie Innenkühlung mit Stickstoff oder CO₂ sowie die Inertisierung der Werkzeugkavität umgesetzt und der Produktionsprozess auf die Umstellungen abgestimmt, kommt es zur Qualitäts- und Produktivitätssteigerung (Bild 4).

* Dipl.-Ing. Andreas Praller ist im Bereich Kunststoff in der Linde Gas Division der Linde AG für anwendungstechnische Entwicklungen technischer Gase verantwortlich.

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