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Aspekte der Mehrkomponententechnik - Provvido

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ISSN: 1863-4699

Im Fokus: Klebstoffe

Dynamische

Entwicklung 14

Automotive Chemie

Langlebigkeit und

Wirtschaftlichkeit 16

Standzeit erhöht,

Problemstellen beseitigt 24

TRIALOG DER DICHTUNGS- UND KLEBETECHNIK 04-2010 | € 8,50


22 | AUTOMOTIVE

Einfache Rechnung

Aspekte der Mehrkomponententechnik »1 Zylinderabdeckung

BE- UND VERARBEITUNG – Die Mehrkomponententechnik

setzt seit vielen Jahren

immer wieder neue Impulse in der Verarbeitung

von Kunststoffen. Höherwertige

Teile, Funktionsintegration und Stückkostensenkung

sind die Schlagworte, die die

Technik immer wieder neu beflügeln. Wertschöpfung

ist das zentrale Thema dieser

Technik.

An den Hochpreisstandorten Europas mit ho -

hen Qualitätsansprüchen bietet die Mehrkomponententechnik

(MK) zahlreiche Antworten

in punkto Kundenorientierung und

für die Herausforderungen der Zukunft. Im

Fokus stehen dazu drei Ansatzpunkte für

die Verantwortlichen in der Produktion: Praxisgerechte

Werkzeugtechnik, hochwertige

und flexible Maschinentechnik und sinnvolle

Verfahrens- und Materialkombinationen.

Praxisgerechte Werkzeugtechnik

Der europäische Werkzeugbau macht große

Fortschritte bei seinen Angeboten für die

MK-Praxis. Werkzeugpioniere und -experten

der Mehrkomponententechnik vernetzen

zunehmend Wissen von Verfahrensoptionen,

Materialkombinationen und Methoden

der Werkzeugkonstruktion. Ziel ist es praxisgerechte

Formen anzubieten, die hinsichtlich

Verfügbarkeit, Stückkosten und funktionaler

Wertigkeit, klassischen 1K-Werkzeugen überlegen

sind. Für den Verarbeiter ein wichtiger

Impuls zur Wertschöpfung und Wettbewerbsabgrenzung.

Zum Einsatz kommen klassische Drehwerkzeuge

mit Stationentaktung, Würfelwerkzeuge

(Wendeplattentechnik), Indexplattenwerkzeuge

oder Mehrstationenanlagen, um einige

zu nennen. Das Verfahren bedingt die Vorreiterrolle

der Werkzeugtechnik. Bei der

Wahl des Partners aus dem Werkzeugbau

lohnt sich ein Blick in die Referenzlisten des

Unternehmens. Bedingt durch die Komplexität

bis Serienanlauf muss der Werkzeugpartner

verstehen, was die Produktion genau

vom Teil erwartet. Das Stichwort ist hier

Stückkostendegression. Bei neuen Teilen

04 | 2010

lohnt sich die Kalkulation von klassischen

1K-Teilen plus Montagen versus automatisierten

2K-Teilen. Fast immer hat die Mehrkomponenten-Strategie

trotz Investition in

Werkzeuge, Maschinen und Wissen Vorteile:

Günstigere Stückkosten, verbesserte

Medienbeständigkeit und Funktionalität.

Hochwertige und flexible Maschinentechnik

Die für den Einsatz gewählte Werkzeugtechnik

stellt spezifische Anforderungen an die

Maschinentechnik:


aggregaten in Parallel- oder Winkelstellung

(auch als Beistellaggregate)

einheit

und seitlich stehenden Spritzeinheiten

ren

Spritzaggregaten, die es ermöglichen,

die einzelnen Komponenten nacheinander,

ineinander oder intermittierend einzuspritzen

schinen.

Horizontalmaschinen haben dabei die größte

Marktbedeutung, aber auch Maschinen

mit einer Düse und mehreren Aggregaten

haben zunehmend Gewicht. Die anderen

Maschinen bieten sich für Sonderanwendungen

an (z.B. Mehrfarbentechnik). Jedes

Teil stellt bestimmte Anforderungen an die

zum Einsatz kommende Technik von Werkzeug

und Maschine: Die Vielfalt der möglichen

Lösungen verdeutlichen wir daher

exemplarisch an konkreten Anwendungen.

Praxisbeispiel 1: Zylinderabdeckung

Aufgabenstellung war es für eine Zylinderabdeckung

im Motorraum eine hohe Temperaturbeständigkeit

(< 225 ºC) sicher zu

stellen »1. Die Wahl fiel auf ein Polyamid PA

6.6. mit 50% GF von DuPont für den Grundkörper

(Hauptkomponente, Gewicht 220 g).

Für die Dichtfunktion wurde ein Hochleistungs-Kautschuk

Vamac Aum als Anspritzkomponente

bestimmt. Das 3-Takt-Drehwerkzeug

wurde über eine konventionelle

Spritzgießmaschinen Billion 150T angespritzt

(Hauptkomponente) und vertikal auf der

Maschine eine Gummispritzeinheit von REP

International installiert. Die vollständige Integration

in die Maschinensteuerung erlaubt

die erforderliche Überwachung und

Steuerung des Prozesses. Die Zykluszeit für

dieses Teil liegt bei unter 60 s. Das dreistufige

Drehwerkzeug ermöglicht diese kurze

Zykluszeit durch effektive und konturnahe

Wärmeableitung der Einspritzvolumen in

der Kavität.

Praxisbeispiel 2: Lüfterklappe

»2 Gummiabdichtung

an einer Lüfterklappe

Für dieses 50 g schwere Teil (Lüfterklappe

der automobilen Innenraumbelüftung) ergab

sich ein PA 6.6. mit 30% GF ergänzt

durch eine Gummiabdichtung an der Aussenkontur

»2. Die eingesetzte Maschinentechnik

ist eine elektrische Select H150/260

– 150T (1.500kN) »3, bei der das Spritzaggregat

für die Gummikomponente klassisch

auf dem Aggregat für die Hauptkomponente

in Huckepack-Stellung sitzt. Eingespritzt

wird sequenziell über eine Düse. Die Plastifiziereinheit

für das Gummi ist eine spezielle

Entwicklung von Billion, welches schonen-

de Materialhomogenisierung bei hohen

Temperaturen in kürzeren Zyklen ermöglicht.

Konstruktiv zeichnet die Plastifiziereinheit

eine 3-Zonen-Schnecke mit Rückstromsperre

aus, bei sehr niedriger Kom -

pression und niedriger Scherung des Materials.

Die Anordnung der Heizbänder erlaubt

eine sehr kontrollierte Temperierung

beim Aufschmelzen.

Praxisbeispiel 3: Flüssiges Silikon LSR

Für LSR-Anwendungen (Hochtemperatur

bis 170 ºC) kommen Sonderkomponenten

zum Einsatz: Hydraulische 2K-Beschickung,

pneumatische Nadel-Verschlussdüse, ein

besonderes LSR-Schneckenspitzendesign

und eine LSR-Förderschnecke. Die Förderschnecke

ist wie folgt zu charakterisieren:

Kein Druck oder keine Schubspannung,

ein L/D-Verhältnis 17 und ein hinterer Verschluss.

Die Zylinderkühlung wird von 5 bis

30 ºC kontrolliert.


Verfahrens- und Materialkombinationen

Für die kundenorientierte Anwendungstechnik

stehen sinnvolle Materialkombinationen,

die auf Erfahrung der Fertigung basieren

und das Know-how der Rohstoffindustrie

nutzen, im Zentrum der Beratung. Prozesstauglichkeit,

Verträglichkeit und Adhäsion

der Materialien sind zwingend für eine praxisgerechte

und kostenvorteilige Lösung. Je

nach Anforderungen an das Teil sind vier

Paarungen der Ausgangspunkt der Suche

im Detail:


oder TPE)




Compound = Faser-Matrix-Werkstoff – oft

auf Polyesterharzbasis)

Die Fähigkeit des Maschinenbauers diese

Möglichkeiten aus dem Baukasten zu bedienen

oder sogar Maschinen, die flexibel

umrüstbar sind, ergeben die wesentlichen

Kriterien zur Beurteilung des Maschinenlieferanten.

Dabei ist klar, Maschinenlösungen

umfassend, praxistauglich und kompetent

in der Überspritztechnik, der Multi-Einspritztechnik

oder der Sandwich-Technik anbieten

zu können.

Billion bietet hier einige Optionen durch

Wahl der spezifischen Aggregate oder auch

Schnecken, schnell von einer Paarung auf

eine andere umzuschalten. So kann eine

Maschine mit den gleichen Antrieben durch

unkomplizierten Tausch der oberen Plastifizierung

für ganz andere Anwendungen wei-

ter genutzt werden. Nur so wird die mögliche

Flexibilität in der Fertigung in ein positives

Betriebsergebnis umgesetzt.

Potenziale bei der Energieeffizienz

Der Paradigmenwechsel im Übergang von

hydraulischer Maschinentechnik auf elektrische

Maschinentechnik geht auch an der

Mehrkomponententechnik nicht spurlos

vorbei. Im Gegenteil, bei der Neuinvestition

sollte sehr genau kalkuliert werden, ob der

Verarbeiter nicht besser auf die elektrische

Karte setzt. Dazu sollte man sich ein paar

Relationen im Energieverbrauch vergegenwärtigen:

Ein moderner Wäschetrockner

verbraucht ca. 4.490 W, ein Haartrockner

ca. 2.300 W – eine 500 kN Spritzgießmaschine

dagegen (Select H80-50T) rund

1.040 W. Der Grund für die vergleichsweise

niedrige Energieaufnahme liegt in den Antrieben,

die sehr schonend mit der Energie

umgehen, denn die E-Motoren verbrauchen

nur während der Bewegung Energie.

Der Stromverbrauch gegenüber einer hydraulischen

Lösung sinkt – je nach Anwendung

zwischen 30 und 70%. Zudem sind

keine Ölfilter zu wechseln, es gibt kein Ölmanagement

und keinen Wasserverbrauch

für die Ölkühlung. Auch haben die Maschinen

einen geringerer Geräuschpegel von

< 65 dB. Präzisionsverhalten und Prozesssicherheit

des klassischen Kniehebels in

der Krafteinleitung oder auch Leistungsreserven

in der Düsenanpresskraft sorgen für

weniger Ausschuss und bessere Qualitäten.

Die Bandbreite der Select-Baureihe von

500 bis 6.000 kN deckt ohnehin die mit

dem elektrischen Konzept erreichbaren Anwendungen

vollständig ab.

Kosten im Vergleich

Bezogen auf eine vergleichbare hydrauli sche

Maschine Hercule H470-140T (1.400 kN)

gegen eine elektrische Select H470-125T

ergeben sich beim Kauf rund 18% Mehrkosten

für die elektrische Maschine selbst.

Auch bei den Maschinen-Fixkosten (Verzinsung,

Abschreibung, Stellflächenmiete) ist

mit rd. 15% höheren Kosten pro Jahr zur

rechnen. Bei der Betrachtung der Energiekosten

stehen bei der hydraulischen Maschine

16.130 €/a, 6.594 €/a bei der

elek trischen Maschinen gegenüber – eine

Einsparung von knapp 60%. Veranschlagt

man noch Maschinenkühlungsaufwand,

Wartung und Instandhaltung so landet

man bei Maschinenkosten pro Stunde von

8,20 €/h (hydraulisch) gegenüber 6,66 €/h

(elektrisch). Das Einsparpotenzial dieser

elektrischen Maschine liegt bei rund

8.417 €/a.

»3 Elektrische Systeme

wie die Select H150/260 –

150T bieten gegenüber

hydraulischen Systemen

deutliche Kostenvorteile

AUTOMOTIVE | 23

Diese Effekte sollen an einer konkreten

Mehrkomponentenanwendung verdeut -

licht werden: Das Vergleichsteil ist ein 2K-

Food-Container-Deckel mit zwei Kavitäten.

Das Gewicht der Hauptkomponente liegt

bei 40,8 g und 10,8 g für die Anspritzung

(Brutto 51,6 g), bei einer Zykluszeit von

12 s. Betrachtet man den Energieeffizienzkoeffizienten

für das verarbeitete kg Kunststoff,

so verbraucht die hydraulische Maschine

1,47 kWh/kg, die elektrische Select

0,54 kWh/kg. Dies entspricht einer Stromeinsparung

von 63,3%. Bei angesetzten

5.400 Betriebsstunden p.a. und einem

Energiepreis von 0,092 €/kW) entspricht

dies 7.449 € pro Jahr. Der Vergleich lohnt

sich wirklich.

FAKTEN FÜR KONSTRUKTEURE


Funktionsintegration und Mehrfarbendesign

FAKTEN FÜR EINKÄUFER


sich im Vergleich zu hydraulischen

rd. 60% der Betriebskosten sparen.

Somit amortisieren sich diese

Systeme trotz höherer Anschaffungskosten

schneller

FAKTEN FÜR QUALITÄTSMANAGER


höhere Prozesssicherheit sowie

Leistungsreserven in der Düsenanpresskraft

sorgen bei elektrischen

Systemen für weniger Ausschuss

und bessere Qualitäten

Billion Kunststofftechnik GmbH

www.billion-kunststtechnik.de

von Dipl.-Ing. (FH) Jörg Wittgrebe,

Geschäftsführer

04 | 2010

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