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TECHNOLOGIE Füllkritische Teile reproduzierbar herstellen activeFlowBalance vereinfacht die Prozessführung und steigert die Produktqualität Zur Vereinfachung von Spritzgießprozessen mit einem sensiblen Übergang von Spritz- auf Nachdruck bietet Sumitomo (SHI) Demag jetzt die Maschinenfunktion activeFlowBalance. Sie gleicht am Ende des Einspritzvorganges unterschiedliche Druckverhältnisse innerhalb einer Kavität oder zwischen mehreren Kavitäten eines Mehrfachwerkzeuges auf eine schonende Art und Weise aus. Damit lassen sich nun auch füllkritische Formteile, die bisher mit Unterfüllung, Gratbildung oder Verbrennungen zu kämpfen hatten und komplexe Einstellungen erforderten, in einem robusten Prozess herstellen. Bisher gibt es für den Einrichter zwei prinzipielle Möglichkeiten, auf die ungleichmäßige oder schwankende Balancierung von Kavitäten zu reagieren. Entweder wird solange eingespritzt, bis auch die letzte Kavität vollständig gefüllt ist. Dabei entstehen aber in den bereits gefüllten Kavitäten Druckspitzen, die zur Gratbildung führen können. Zudem erzeugen die verschiedenen Druckniveaus unterschiedliche Zustände in den einzelnen Kavitäten, was u.a. Eigenspannungen, Verzug und unterschiedliche Schwindung der Formteile nach sich ziehen kann. Darüber hinaus steigt die Schmelzefrontgeschwindigkeit in den nacheilenden Kavitäten sprunghaft an, sobald die erste Kavität gefüllt ist. Nicht selten entstehen dadurch Entlüftungsprobleme, die sich in Verbrennungen oder nicht voll ausgespritzten Teilen äußern. Alternativ dazu kann sofort bei Erreichen der volumetrischen Füllung der ersten Kavität auf Nachdruck umgeschaltet werden. Dieses Vorgehen vermeidet zwar die o.g. negativen Effekte, birgt aber das Risiko der Unterfüllung von Kavitäten. Auch hierbei führen die unterschiedlichen Druckverhältnisse zu entsprechenden Unterschieden im Gefüge der Teile. fest, bevor sie den Nachdruck aufbaut. Während dieser Phase entspannt sich die durch den Spritzdruck komprimierte Schmelze. Teilgefüllte Kavitäten, in denen ein geringerer Gegendruck als in bereits vollen Kavitäten herrscht, füllen sich dadurch stärker. Die Füllstände balancieren sich so auf natürliche Weise. Die Dauer des Druckausgleichs ist Teil der Nachdruckzeit und verlängert den Zyklus nicht. activeFlowBalance bietet insbeson - dere Vorteile beim Spritzgießen mit • Multikavitätenwerkzeugen mit Balancierungsproblemen • Werkzeugen mit instabilen Zuständen im Heißkanal • Werkzeugen mit Entlüftungsproblemen oder von • Formteilen mit Mehrfachanschnitten • Formteilen mit dünnwandigen Bereichen am Fließwegende • Formteilen, die im Verhältnis zum Angussgewicht sehr klein sind, • Formteilen aus Familienwerkzeugen und Tandem-Prozessen. Während es bisher für den Einrichter schwierig war, solche Prozesse sicher zu beherrschen, lässt sich activeFlowBalance denkbar einfach bedienen. Neben der Am Umschaltpunkt (oben) sind drei Kavitäten deutlich unterfüllt, während bereits nach nach 0,2 s activeFlowBalance Zeit (unten) in den Kavitäten ein ausgeglichener Füllstand bei ausgeglichenem Schmel - zedruck herrscht. Die neue Funktion activeFlowBalance stoppt den Schneckenvorschub am Ende des Einspritzvorganges und hält die Schneckenposition für eine definierte Zeit Am Umschaltpunkt ist das Gewicht und damit die Füllung in den einzelnen Kavitäten noch sehr unterschiedlich. Mit steigender activeFlowBalance-Zeit nimmt die Schwankungsbreite kontinuierlich ab, bis ein Optimum (optimale activeFlowBalance-Zeit) erreicht ist. 4
TECHNOLOGIE 0,67 Beispiel Kav. 31: Gewicht ohne aFB = 0,6501 g Gewicht mit aFB 0,3 s = 0,6542 g Gewicht mit aFB 0,5 s = 0,6592 g Plus 0,0091 g Plus 1,4 % Gewicht [g] 0,65 0,63 0,61 0,59 0,57 0,55 1 64 Kavität Nummer Füllstudie für ein 64-fach-Werkzeug für einen Klingenhalter: Die Gewichte der Formteile aus allen 64 Kavitäten sind mit activeFlowBalance deutlich gleichmäßiger. ohne aFB aFB 0,3 s aFB 0,5 s Beispiel Kav. 33: Gewicht ohne aFB = 0,5595 g Gewicht mit aFB 0,3 s = 0,5833 g Gewicht mit aFB 0,5 s = 0,6055 g Plus 0,0460 g Plus 7,6 % Die Gewichtszunahme durch activeFlowBalance ist in einer bereits gefüllten Kavität deutlich niedriger (Kav. 31 nur 1,4 %) als in einer noch stark unterfüllten Kavität (Kav. 33 mit 7,6 %). activeFlowBalance wirkt sich somit explizit positiv auf die nacheilenden Kavitäten aus. Aktivierung der Funktion sind nur der Umschaltpunkt sowie die Stillstandszeit der Schnecke anzupassen. Optional kann zudem über eine Rampe die Bremsgeschwindigkeit der Schnecke beeinflusst werden. Die optimalen Prozessparameter werden anhand einer Füllstudie ohne Nachdruck ermittelt. Die Wahl der Rampe ist vom Bauteil abhängig. Es gilt: je kürzer die Spritzzeit, desto schneller sollte in der Regel gebremst werden. Als Umschaltpunkt ist bei Multikavitätenwerkzeugen üblicherweise der Zeitpunkt zu wählen, an dem die erste Kavität volumetrisch gefüllt ist, selbst wenn nacheilende Kavitäten erst teilgefüllt sind. Zur Ermittlung der optimalen Zeitdauer für den Druckausgleich erhöht man die activeFlowBalance- Zeit in kleinen Schritten und vergleicht jeweils die Gewichte der Formteile aus den unterschiedlichen Kavitäten. Mit steigender Zeitdauer gleichen sich die Gewichte mehr und mehr an. Die optimale active- FlowBalance-Zeit ist erreicht, wenn bei einer weiteren Zeitverlängerung keine wesentliche Angleichung der Gewichte mehr zu beobachten ist. Erfahrungsgemäß ist dies ungefähr bei etwa 30 % der Einspritzzeit der Fall. Da der Druckabbau während der active- FlowBalance-Zeit bereits als Nachdruck wirkt, ist deren Dauer in die Nachdruckzeit einzuberechnen. Darüber hinaus kann häufig der Druck während der restlichen Nachdruckzeit im Vergleich zum Standardprozess reduziert werden. Der Einsatz von activeFlowBalance ist derzeit an den vollelektrischen Spritzgießmaschinen IntElect Smart möglich. Die wegweisende Funktion, die ein Alleinstellungsmerkmal von Sumitomo (SHI) Demag darstellt, kann an dieser Maschinenreihe auch problemlos nachgerüstet werden. Basis ist die hochpräzise activeDynamics-Antriebstechnik: Die Reaktionszeiten des Systems, seine hohe Dy namik und seine exakte Reproduzierbarkeit sind ausschlaggebend für die exakte Regelung der activeFlow- Balance-Funktion. • Autor Dipl.-Ing. (FH) Thomas Brettnich Leiter Technologieentwicklung Vorteile von activeFlowBalance • Vermeidung von Spritzdruckspitzen durch aktives Stoppen der Schneckenbewegung vor dem Ende des konventionellen Einspritzvorganges • Ausgleich der Druckverhältnisse im Formteil, dadurch weniger innere Spannungen und Verzug • Gleichmäßigere Eigenschaften, bessere Maßhaltigkeit, geringere Gewichtstoleranzen und verminderter Verzug durch gleichmäßigeres Druckniveau in allen Kavitäten • Keine Gratbildung durch Eliminierung von Spritzdruckspitzen • Keine Unterfüllungen: in konventionellen Verfahren müssen Umschaltpunkt und Nachdruck teilweise sehr knapp eingestellt werden, um Unterfüllungen zu vermeiden – hier stellt activeFlowBalance eine „Füllreserve“ bereit • Potenzial zur Reduzierung der Schließkraft durch niedrigeren maximalen Spritz- und Werkzeuginnendruck • Bessere Entlüftung des Werkzeugs durch mehr Entlüftungszeit wegen geringerer Fließfrontgeschwindigkeiten • Weniger Werkzeugverschleiß und längere Wartungsintervalle für das Werkzeug • Einfache und übersichtliche Bedienung: statt komplizierter Spritz- und Nachdruckprofile brauchen nur zwei Parameter eingestellt zu werden • Kein Rückfedern der Schnecke am Umschaltpunkt: keine plötzlichen Druckeinbrüche und Prozessschwankungen 5
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