Verdeckte (Schmelze-)Verbindungen

Verdeckte Verbindungen (Verbindungen, die für den Maschinenbediener bzw. -einrichter nicht direkt einsehbar sind), die in der Heißkanaltechnik eingesetzt werden, bergen immer die Gefahr auftretender Schmelzeleckagen. Um diese überspritzten Heißkanäle wieder „flott zu bekommen“ ist eine aufwändige Angelegenheit – Demontage, thermische und mechanische Reinigung, erneute Montage. Nicht selten sind diese Reinigungen auch mit dem kompletten Ersatz der elektrischen Widerstands-heizungen verbunden.

Bei den Heißkanal- und 2K-Sandwich-Zwischenplatten von A&E Produktionstechnik ist die form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen der Werkzeugangießbuchse und der Heißkanaldüse nach dem Werkzeugeinbau ebenfalls verdeckt.

Da die Heißkanäle in den A&E-Zwischenplatten, um unterschiedlich tiefe Lagen der Werkzeugangießbuchsen einfach zu erreichen, einen Hub ausführen können, wird vom Maschineneinrichter eine besonders hohe Sorgfalt verlangt, diese Verbindung leckagefrei einzustellen.

Als einfaches Hilfsmittel wird dem Kunden eine einstellbare Konturschablone mitgeliefert.

Somit kann vor Werkzeugeinbau überprüft werden, ob die Heißkanaldüse ohne Bauteilkollision sicher die Werkzeugangießbuchse erreicht.

Bei Heißkanal- und 2K-Sandwich-Zwischenplatten, bei denen die Düsenanpreßkraft zur Werkzeugangießbuchse in der Stahlplatte erzeugt wird, kann die exakte Düsenposition an der Düsenverstelleinrichtung abgelesen werden.

Als ein weiteres Hilfsmittel an dieser Stelle Schmelzeleckagen zu vermeiden, setzt A&E einen Sensor der irischen Firma Airtect ein. Dieser Sensor besteht aus einem luftdurchströmten Kapillarröhrchen und einer Auswerteelektronik. Das Kapillarröhrchen wird in unmittelbarer Nähe der Schmelzebohrung der Düse angebracht.

Tritt Schmelze aus der Verbindung Werkzeugangießbuchse-Heißkanaldüse aus, steigt der Druck der ausströmenden Luft in dem Kapillarröhrchen. Diese Druckänderung wird von der Sensor-Elektronik erfasst und es wird ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt. Das Signal kann aber auch über eine entsprechende Schnittstelle in der Maschinensteuerung weiterverarbeitet werden, um beispielsweise einen Alarm oder eine Fehlermeldung auslösen.

Entwicklung innovativer Spritzgießtechnologien

Automatisierung und Entwicklung innovativer Spritzgießtechnologien aus Expertenhand
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A&E wie Automatisierung und Entwicklung oder auch Absatz und Effizienz. Die A&E Produktionstechnik GmbH aus Dresden bietet Beides. Bereits seit 2002 entwickelt, produziert und vertreibt das sächsische Unternehmen flexible Einspritzlösungen für Ein- sowie Mehrkomponenten- und für Vertikalspritzgießmaschinen. Hauptschwerpunkt der Entwicklungsarbeit liegt auf der Steigerung der Effizienz und der kostensparenden Flexibilisierung von Ein- sowie Mehrkomponenten- und Vertikalspritzgießmaschinen. Eine der innovativsten Technologien des Unternehmens sind die A&E-Sandwich-Platten. Sie ermöglichen es Kunststoffverarbeitern, ihre Spritzgießmaschinen kostengünstig auf das Sandwich-Spritzgießverfahren umzurüsten und so zum Beispiel die gesetzlichen Vorgaben der EU und der Bundesregierung durch den Einsatz von Rezyklaten einzuhalten. Der Vorteil: Sie müssen sich nicht mit den klassischen Problemen auseinandersetzen, die bei der gesetzlich geforderten Wiederverwendung von Altkunststoffen auftreten, z. B. die Verschlechterung der Eigenschaften durch die Verwendung von Altkunststoffen. Beim Sandwich-Spritzgießverfahren werden Sekundärrohstoffe, d. h. Kunststoffe, die bereits mindestens einmal entsorgt wurden, zur Herstellung neuer Produkte genutzt – in diesem Fall Formteile aus Kunststoff. Hier werden die Altkunststoffe im Inneren des Formteils „versteckt“, ohne dass sich die Eigenschaften des Formteils durch den Altkunststoff verschlechtern. Voraussetzung ist die Begleitung der Verarbeitung von Rezyklaten im Sandwich-Verfahren durch Fachleute. Das Sandwich-Verfahren beschränkt sich aber nicht nur diese Anwendung. Es ist beispielsweise auch möglich, das Kernmaterial aufzuschäumen – ideal für Leichtbauanwendungen.

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Effiziente Nutzung

Mehr Effizienz und/oder Flexibilität bei der Nutzung von Spritzgießmaschinen bieten die Heißkanal-Zwischenplatten von A&E. Das Prinzip ist einfach. Heißkanäle in Zwischenplatten verbinden die Düsen der Spritzeinheiten mit den Werkzeugangießbuchsen, wenn deren Positionen verschieden sind. Aufgrund der sicheren, einstellbaren kraftschlüssigen Verbindung der Werkzeugangießbuchse zur Heißkanaldüse wird höchste Leckagesicherheit geboten. Die Heißkanäle sind in den Zwischenplatten verschiebbar gelagert, um unterschiedliche Positionen der Werkzeugangießbuchsen in Bezug zur Aufspannfläche zu erreichen. Über eine Stelleinrichtung wird die Anlagekraft der Heißkanaldüse zur Werkzeugangießbuchse erzeugt. Die Anlagekraft zur Werkzeugangießbuchse ist unabhängig von der Maschine stufenlos einstellbar und kann permanent oder zyklisch wirken.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Durch die Nutzung der Heißkanal-Zwischenplatten ist kein Maschinen- und/oder Werkzeugumbau notwendig, wenn die Positionen/Lagen der Düsen der Spritzeinheiten nicht mit denen der Werkzeuge übereinstimmen.

Die Heißkanal-Platten können genauso einfach, wie bei einem herkömmlichen Werkzeugeinbau und -ausbau montiert bzw. demontiert werden. Tritt ein Servicefall ein, kann der Heißkanal einfach aus der Stahlplatte demontiert und gewartet werden. Das reduziert die Ausfallzeiten sowie die Kosten auch bei einem häufigen Wechsel des Werkzeugs und steigert die Standzeiten. Zusätzlich können Sensoren, z. B. zur Überwachung der Düsenanlagekraft, eingebunden und die Spritzgießmaschine um zusätzliche Spritzgießsonderverfahren erweitert werden.

Die Anpassung an die Kundenmaschine und die Fertigung der Heißkanal-Zwischenplatten von A&E erfolgt auftragsbezogen. Sie eignen sich somit für 1K-, 2K- und auch für Vertikal-Maschinen

Ein Team aus kompetenten Ingenieuren, Ingenieurinnen, Technikern und Technikerinnen erarbeitet für Ihre Maschinen-Werkzeug- und Prozess-Anpassungen wirtschaftliche Lösungen und nimmt diese auch auf Ihren Maschinen in Betrieb. A&E steht für Applikationen und Entwicklungen für die Kunststoffverarbeitung und beweist seit fast zwei Jahrzehnten eine hohe Qualität in der Produktion, Zuverlässigkeit und Innovation. Mehr Effizienz und höherer Absatz mit den Technologien aus Sachsen.

Altkunststoffe neuen Anwendungen zuführen

A&E Sandwichplatte

Kunststoffverarbeiter müssen zukünftig für oder in ihren Kunststoffprodukten einen Anteil Altkunststoffe (Rezyklate = Mahlgut, Re-Granulate) einsetzen. Das sind gesetzliche Vorgaben der EU und der Bundesregierung. Um diese Vorgaben erfüllen zu können, sind eine Vielzahl von Maßnahmen erforderlich. Um Altkunststoffe weiterzuverwenden, zu recyceln, gibt es mehrere Technologien:

  • mechanisches Recycling, d. h. Thermoplaste wieder aufschmelzen und im Spritzgießen und/oder mit Extrusion wieder zu neuen Produkten verarbeiten
  • chemisches Recycling, d. h. Altkunststoffe werden durch chemische Verfahren in ihre Bestandteile (Molekülketten) zerlegt. Dabei erfolgt eine Trennung von „Fremdbestandteilen“. Die Molekülketten werden dann wieder in weiteren chemischen Prozessen zu neuen Kunststoffen.
  • thermisches Recycling, d. h. Verbrennen, Nutzung der Verbrennungswärme. Diese Technologie ist angesichts des Klimawandels nicht mehr praktikabel, da bei der Verbrennung auch CO2 entsteht.

Natürlich ist es möglich, die alten Formteile zu zerkleinern, wieder aufzuschmelzen und sofort neue Formteile im Spritzgießen herzustellen. Das wird auch in großem Umfang gemacht und ist Stand der Technik, aber dies ist nicht mit allen Altkunststoffen so einfach. Altkunststoffe sind meist verschmutzt und bestehen oft aus mehreren verschiedenen Kunststoffen. Darüber hinaus verschlechtern sich durch die erneute Verarbeitung bestimmte Eigenschaften (mechanische Festigkeitswerte).

Ebenfalls problematisch ist beim Kunststoff-Recycling das Erfassen der Altkunststoffe. Um Altkunststoffe wirtschaftlich nutzen zu können müssen diese:

  • sortenrein sein,
  • frei von Verunreinigungen und Fremdkörpern (Steinchen, Glas, Keramik…),
  • in genügenden Mengen sicher verfügbar sein,
  • durch die erneute Verarbeitung nicht in größerem Maße schlechtere Eigenschaften aufweisen.

Bei den herkömmlichen Altkunststoffen kommen aber Millionen Tonnen verschiedener Kunststoffe zusammen. Verschiedene Altkunststoffe können damit nicht direkt wieder zu neuen Teilen verarbeitet werden.

Sandwich-Verfahren: wirtschaftliche Verarbeitung von Altkunststoffen

Das Sandwich-Verfahren (Coinjektion/coinjection) bietet für die Verarbeitung von Altkunststoffen eine Lösung – das Sandwich-Spritzgießen, das für die Produktion von Formteilen aus Kunststoff angewendet wird. Beim Sandwich-Verfahren werden die Altkunststoffe im Inneren des Formteils „versteckt“, ohne dass sich die Eigenschaften des Formteils durch den Altkunststoff verschlechtern. Altkunststoffe auf diese Art zu verarbeiten, ist somit eine Möglichkeit des mechanischen Recyclings.

Der heiße und flüssige Kunststoff wird in ein temperiertes Werkzeug eingespritzt, kühlt dort ab und härtet aus. Dem Spritzgießen von Thermoplasten liegt der Quellflusseffekt zugrunde: Die Kunststoffschmelze fließt in der Werkzeug-Kavität (formbildender Hohlraum) vom Anspritzpunkt bis zum Fließwegende durch bereits erstarrte Schmelze. Diese bildet die Formteiloberfläche („Haut“). Wird während des Einspritzens – während der Formfüllung – auf einen anderen Schmelze-Typ gewechselt, z. B. es wird Schmelze aus Rezyklat eingespritzt, verbleibt diese im Kern des Formteils, umgeben von einer „Haut“ aus z. B. neuem Kunststoff.

Je nach Formteilgeometrie und verwendeten Thermoplast-Typen ermöglicht das Verfahren das Einspritzen von bis zu 60 % Kernmaterial, beispielsweise Rezyklat/Altkunststoffe, ins Innere der Formteile. Der Altkunststoff ist dann nicht mehr sichtbar (siehe Abb. 1 rot) und die Eigenschaften dieser Teile unterscheiden sich nicht von denen, die aus 100 % Neumaterial gespritzt werden. Die Natur hält dafür ein gutes Beispiel bereit. Die Knochen von Vögeln bestehen beispielsweise aus einer kompakten Oberfläche (Haut), sind aber im Inneren weitestgehend hohl. Die Natur hat hier förmlich „Leichtbau“ betrieben. Das Gewicht wird reduziert, überflüssiges Material weggelassen. Die mechanischen Belastungen werden nur durch die kompakte Haut übertragen, nicht durch das Innere. Beim Sandwich-Spritzgießen wird also „überflüssiges“ Material im Inneren durch die Altkunststoffe ersetzt.

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Abb. 1: Sandwich-Spritzgießen – prinzipieller Verfahrensablauf (Einspritzreihenfolge von links nach rechts)

Wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Kunststoff mit dem Sandwich-Verfahren

 Durch die Verwendung von Altkunststoffen bietet das Sandwich-Spritzgießen einen wirtschaftlichen Vorteil: Rezyklate sind nicht so teuer wie Neumaterial. Das kommt dem Unternehmen zugute. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ist der Umweltaspekt. Altkunststoffe werden auf diese Weise einer neuen Verwendung zugeführt und die Umweltbelastung reduziert. Die Anwendung des Verfahrens beschränkt sich nicht auf neue Formteile. Auch bereits produzierte Formteile können auf die Herstellung mit diesem Verfahren umgestellt werden. Voraussetzungen für das Sandwich-Spritzgießen ist das Maschinen- und Prozess-Know-how, Zwei-Komponenten-Spritzgießmaschinen und Kaltkanal-Stangenguss-Werkzeuge.

Beste Lösung aus Experten-Hand

A&E Produktionstechnik GmbH bietet dafür seit 2002 die entsprechende Düsentechnik und das Prozess-Know-how sowohl für neue als auch für bereits in Produktion befindliche Maschinen an. 2K-Sandwich-Einheiten, die in verschiedenen „Gehäusen“ eingebaut werden, sind Bestandteil dieser Produktfamilie. 2K-Sandwich-Einheit steht für Zwei-Komponenten-Sandwich-Düsen bzw. -Ventile, mit denen das Sandwich-Spritzgieß-verfahren (Coinjektion) auf Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen durchgeführt werden kann. Unser Team mit kompetenten Ingenieuren, Ingenieurinnen, Technikern und Technikerinnen erarbeitet für Ihre Maschinen-Werkzeug- und Prozess-Anpassungen wirtschaftliche Lösungen und nimmt diese auch auf Ihren Maschinen in Betrieb. A&E steht für Applikationen und Entwicklungen für die Kunststoffverarbeitung und beweist seit fast zwei Jahrzehnten eine hohe Qualität in der Produktion, Zuverlässigkeit und Innovation.