TechNews. Sumitomo (SHI) Demag. Schaltbare Rückstromsperre activelock für höchste Präzision und Reproduzierbarkeit

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1 Sumitomo (SHI) Demag Schaltbare Rückstromsperre activelock für höchste Präzision und Reproduzierbarkeit Effizienz ist die Basis für eine wettbewerbsfähige Produktion. Dazu zählen neben der Energieeffizienz auch die Aspekte Verfügbarkeit der Maschine/Produktionszelle und Minimierung von Ausschuss. Mit der schaltbaren Rückstromsperre (RSP) activelock steht Ihnen ein starkes Instrument zur Verbesserung von Präzision und Reproduzierbarkeit ihrer Prozesse und damit zur Minimierung des Ausschusses und zur Steigerung der Effizienz zur Verfügung. In modernen, hochpräzisen Anwendungen ist das Schließverhalten der RSP häufig die Ursache für Schwankungen von Massepolster, Schussgewicht und damit der Qualität der Produkte. Insbesondere bei Teilen mit hohen Anforderungen z.b. an Maßhaltigkeit, Gewichtskonstanz sowie weitere Qualitätsmerkmale sind die Prozessfenster häufig so klein, dass minimale Abweichungen des Schussgewichts zu Ausschuss führen. Moderne vollelektrische Maschinen arbeiten problemlos in solch kleinen Prozessfenstern. Zur Schwachstelle wird dabei immer häufiger die RSP. Zu Beginn der Einspritzphase sind Ring-oder Kugelrückstromsperren offen. Durch das Einspritzen baut sich im Schneckenvorraum ein Druck auf, der das Rückschlag-Element (Ring oder Kugel(n)) nach hinten schiebt. Im hinteren Anschlag des Rückschlag- Elementes ist die RSP verschlossen. Bis dahin fließt während des Einspritzvorgangs Schmelze durch die offene RSP zurück. Grenzen herkömmlicher Systeme Plastifiziervorgang Einspritzvorgang Herkömmliche RSP's, egal ob Ring- oder Kugelrückstromsperren, funktionieren nach dem gleichen Prinzip: Standard RSP Beim Plastifizieren befindet sich das Rückschlag-Element in vorderer Position und gibt damit einen oder mehrere Schmelzekanäle frei. Der aufgeschmolzene Kunststoff wird durch die Rotation der Schnecke nach vorne bewegt und kann durch die Schmelzekanäle vor die RSP, in den Schneckenvorraum fließen. Am Ende des Dosiervorganges wird häufig ein Schneckenrückzug vollzogen, um den Druck der Schmelze im Schneckenvorraum zu reduzieren (Dekompression). Die Dekompression hilft bei herkömmlichen Systemen auch das Schließverhalten der RSP zu verbessern und ist deshalb in der Regel notwendig um eine gute Prozesskonstanz zu erreichen. Solange die beschriebenen Abläufe immer gleich ablaufen, ist eine gute Reproduzierbarkeit auch mit konventionellen Systemen ohne weiteres gegeben. Allerdings gibt es zahlreiche Einflüsse, die das Schließverhalten der RSP beeinflussen können. Dazu zählen beispielsweise schwankende Schmelzeviskositäten aufgrund von Chargen- oder auch Temperaturschwankungen des Materials. Auch Schwankungen der Werkzeug- oder Heißkanaltemperatur können zu unterschiedlichem Aufbau des Gegendrucks und damit zu schwankendem Schließverhalten führen. Insgesamt haben herkömmliche Systeme den Nachteil, dass das Schließen der RSP ein passiver Vorgang ist, der nicht direkt, sondern nur indirekt beispielsweise durch die Wahl der Dekompression und der Einspritzgeschwindigkeit beeinflusst werden kann. Schwankendes Schließverhalten der RSP wirkt sich immer direkt auf das Schussgewicht und damit die Qualität der Teile aus.

2 Prinzip der neuen activelock Beim Plastifizieren ist die RSP aufgrund der Rotation der Schnecke im geöffneten Zustand. Die Schmelzekanäle sind offen und das Material fließt durch die RSP in den Schneckenvorraum. Am Ende des Dosiervorganges kann optional eine Dekompression mit geschlossener RSP stattfinden. Durch eine Drehung der Schnecke in die entgegen gesetzte Richtung wird die RSP nach dem activelock Dosieren verschlossen. Dieser Vorgang kann auch (zusätzlich) kurz vor dem Einspritzen (nochmals) stattfinden. Die Schmelzekanäle der RSP werden durch das Zurückdrehen komplett und zuverlässig geschlossen. Die RSP ist während des gesamten Einspritzvorganges komplett geschlossen. Das Schließverhalten ist somit ein aktiv beeinflussbarer Vorgang, der isoliert von anderen Prozessschritten stattfindet. Einsatzbereiche der neuen activelock Die activelock steht bei Markteinführung für Schneckendurchmesser von 14mm bis zu 35mm zur Verfügung. Eingesetzt werden kann sie auf allen Maschinen des Typs IntElect smart. Die typischen Einsatzgebiete sind Anwendungen mit höchsten Anforderungen an die Präzision und Prozesskonstanz. Diese liegen häufig im Elektronik und Medizinbereich. Eine besondere Stärke dieser Technologie sind auch Anwendungen, bei denen mit sehr kleinen Hubauslastungen produziert wird, sowie Anwendungen, die keinen Schneckenrückzug nach dem Dosieren erlauben. Diese Einsatzgebiete bestimmen auch die verfügbaren Größen der aktiven RSP. Üblicherweise arbeitet man in den genannten Anwendungsgebieten aufgrund der hohen Anforderungen an die Präzision mit Werkzeugen, die nur wenige Kavitäten haben. Dies ist auch einer der Hauptgründe für die Limitierung der activelock auf den Schneckendurchmesserbereich von 14 bis 35 mm. Ein weiterer Grund ist, dass der negative Einfluss des Schaltverhaltens von konventionellen RSP's, mit zunehmendem Schneckendurchmesser abnimmt. Das folgende Diagramm zeigt das Schaltspiel im Verhältnis zum Schneckendurchmesser. Es ist deutlich erkennbar, dass der Einfluss des Schaltspiels bei den üblichen Einspritzhüben größerer Schneckendurchmesser abnimmt. RSP offen RSP geschlossen Plastifiziervorgang Einspritzvorgang Schneckendurchmesser [mm] Hub des Sperrrings im Verhältnis zum üblichen Schneckenhub

3 Grenzen der activelock Die Technologie der per Rotation verschließbaren RSP ist von Sumitomo bereits seit einigen Jahren patentiert. Es sind bereits mehrere Tausend schaltbare RSP's auf vollelektrischen Sumitomo-Maschinen im Einsatz. Um die Eigenschaften der schaltbaren RSP optimal nutzen zu können, sind einige Randbedingungen zu beachten. Die Kosten für die activelock liegen über den Kosten für eine Standard-RSP. Dies liegt unter anderem daran, dass die mechanischen Belastungen für die RSP höher sind. Aus diesem Grund kommen hoch legierte und teilweise auch pulvermetallurgische Stähle zum Einsatz, die den auftretenden Belastungen standhalten und den Verschleiß minimieren. Das besondere Design sorgt außerdem für größeren Aufwand bei der Fertigung der activelock. Die aufwändige Bearbeitung trägt damit ebenfalls zu höheren Herstellkosten bei. Die optimierten Fließquerschnitte halten die zusätzliche Belastung für die verarbeiteten Kunststoffe gering. Dennoch sind auch für die Kunststoffe einige Randbedingungen einzuhalten. activelock ist in vielen Anwendungsgebieten einsetzbar. Genauere Informationen erhalten Sie durch Ihre Sumitomo (SHI) Demag Ansprechpartner aus Vertrieb und Technik. Einfache Bedienung der activelock Eine zusätzliche Bildseite der NC5-Steuerung ermöglicht eine benutzerfreundliche Bedienung. Die Anwender haben lediglich drei Werte einzugeben: Den Drehwinkel Die Drehgeschwindigkeit Den Zeitpunkt des Schließvorgangs Um optimale Ergebnisse zu erreichen, ist es dennoch notwendig, sich mit den Eigenschaften der activelock näher zu beschäftigen. In zahlreichen verfahrenstechnischen Tests konnten beispielsweise folgende einfache Grundregeln für die drei Variablen ermittelt werden: Drehwinkel im Bereich von 120 zeigen für die meisten Kunststoffe die besten Ergebnisse Materialien mit Glasfaseranteil profitieren von schnelleren Schließbewegungen und größeren Schließwinkeln ( ) Verzögerungszeit [s] Geschwindigkeit [U/min] Drehwinkel [ ] Drehzeit [s] Bildseite activelock activelock activelock Schließvorgang nach Dosieren Schließvorgang vor Einspritzen Direktes Schließen nach dem Dosiervorgang führt in der Regel zu optimalen Ergebnissen. Bei sehr zähen Materialien sowie Materialien mit Glasfaseranteil ist eine zusätzliche Schließbewegung vor dem Einspritzen empfehlenswert. Generell ist bei niedrigviskosen (leichtfließenden) Materialien eine schnelle Schließbewegung, bei hochviskosen (zähfließenden) Materialien eher eine langsame Schließbewegung vorteilhaft. Austauschbarkeit mit herkömmlichen RSP's activelock ist grundsätzlich problemlos mit herkömmlichen RSP's austauschbar. Die Einbaumaße und das Anschlussgewinde sind identisch zu den bisher bei Sumitomo-Demag eingesetzten RSP's. Ausnahme bildet die RSP mit Ø 14 mm.

4 Nachweis der Funktionsfähigkeit Zum Nachweis der Funktionsfähigkeit wurde in einem Testzylinder eine zusätzliche Bohrung für einen Drucksensor eingebracht. Mit diesem konnte das Schließverhalten verschiedener RSP's analysiert werden. Wird während der Einspritzphase hinter der RSP (in Richtung Einfüllzone) ein Druck gemessen, so ist davon auszugehen, dass die RSP nicht vollständig geschlossen ist und noch Material durch die geöffnete RSP nach hinten verloren geht. Versuchsaufbau 1. Ziel Messung der Druckverhältnisse während des Einspritzens hinter der RSP 2. Aufbau Bohrung für einen zusätzlichen Drucksensor hinter der RSP 3. Resultat Genaue Kenntnisse über das Schließverhalten der Rückstromsprerre Material: PA 6.6 Rote Kurve: Spritz- und Staudruck Blaue Kurve: Druck am zusätzlichen Drucksensor hinter der RSP Schmelzedruck [bar] Zeit Spider 8_1 [s] Druckspitze hinter der RSP aufgrund von Schmelzerückfluß während des Einspritzens Zeit Spider8_1 [s] Kein Druckaufbau hinter der RSP Die Grafik zeigt die Druckverhältnisse zweier identischer Zyklen mit zwei verschiedenen RSP's.

5 Testergebnisse Neben dem tausendfachen Einsatz der schaltbaren RSP in Asien wurden vor der Markteinführung auch in Europa zahlreiche Tests durchgeführt. Dazu gehören beispielsweise ein Dauertest mit über 3 Millionen Druckspitzen für eine RSP, verschiedene verfahrenstechnische Tests mit diversen Kunststoffen, Feldtests bei ausgewählten Kunden, Messeanwendungen, Kundenversuche usw. Generelle Aussage ist, dass die activelock bei korrekter Bedienung zum Teil erhebliche Verbesserungen im Bezug auf Prozesskonstanz und Präzision bietet. Einige ausgewählte Ergebnisse für typische Anwendungen: 1. 8-fach Steckergehäuse auf IntElect smart 160/ mit active Lock 40mm (Fakuma 2009) Material: PBT GF-20% Glasfasern Schussgewicht: 42,0 g Zykluszeit: 15 s Probengröße: je 50 Schuss Verbesserung von Gewichts- und Massepolsterkonstanz RSP Schussgewicht Massepolster Absolut Streuung Streuung Absolut Streuung [g] [g] [%] [cm] [cm] Standard RSP 42,094 0,037 0,09 6,485 0,190 activelock 42,035 0,017 0,04 4,719 0,087 Veränderung zur Standard RSP in % -54 % -54 %

6 2. Vergleichsversuch Kugellagerkäfig auf IntElect smart mit Standard-RSP und activelock Ø 25 mm Material: Besonderheit: PA 6.6 mit 25% Glasfasern sehr kleiner Spritzhub Füllzeit, Dosierzeit sec Massepolster cm³ Dosierzeit Füllzeit Massepolster Füllzeit, Dosierzeit sec Massepolster cm³ Dosierzeit Füllzeit Massepolster Schußgewicht: 3,2g Taktzeit: 5,2 sec Schnecke 25 mm: L:D=20:1 Material PA66 GF25 sw. ohne Mahlgut Schußgewicht: 3,2g Taktzeit: 5,2 sec Schnecke 25 mm: L:D=20:1 Material PA66 GF25 sw. ohne Mahlgut Standard RSP Schuß activelock Schuß 3. Micro-Anwendung Planetenträger auf IntElect smart 50/ mit activelock 14mm Material: Besonderheit: Hostaform (POM) sehr kleiner Spritzhub Planetenträger RSP Teilegewicht (4 Kavitäten) Absolut Streuung Standardabweichung [g] [g] [g] Standard RSP 0,0552 0,0016 0, activelock 0,0556 0,0011 0, Veränderung zur Standard RSP in % -31,3-52,7 Schußgewicht [g] Standard RSP Schaltbare RSP Schuß activelock - Die technologische Innovation im Bereich des Präzisionsspritzgusses Juli 2011 Dipl.-Ing. (FH) Simon Geltinger Technologieentwicklung Plastifizierung simon.geltinger@dpg.com