Schäumen mit CellForm Mit Leichtigkeit wirtschaftlich

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1 Schäumen mit CellForm Mit Leichtigkeit wirtschaftlich Engineering Passion

2 2 CellForm-Technologie Daten und Fakten Daten und Fakten der CellForm-Technologie Anwendungsbereiche Elektro/Elektronik Automobil Elektro/Elektronik Infrastruktur/Bau Eigenschaft-/Verfahrensmatrix Eigenschaften Chemisches Schäumen Physikalisches Schäumen Einsatzgebiet Bauteile, vorwiegend mit dicken Wandstärken, kleine bis mittlere Stückzahlen. Einsatzgebiete sind z.b. Spielwaren, Nicht-Sichtteile für Haushaltsgeräte, Möbelindustrie oder Freizeitartikel Technische Bauteile, auch mit geringen Wandstärken, hohe Stückzahlen. Einsatzgebiete sind z.b. Bauteile in der Automobil-, Elektro- und Elektronikbranche. Zellstruktur + ++ Verwendung für Standardpolymere + + Verwendung für technische Polymere 0 ++ Prozessfenster Reproduzierbarkeit des Prozesses + Potentielle Gewichtsreduktion + ++ Dimensionsstabilität Oberflächenqualität Geringe Wandstärken (< 4 mm) Rückstände beim Schäumprozess +++ Gasdruck beim Schäumprozess + ++ Reduktion von benötigter Schließkraft + + Investitionskosten +++ Treibmittelkosten +++ geringere Performance, 0 neutrale Performance, + bessere Performance

3 3 Schäumen mit CellForm Mit Leichtigkeit wirtschaftlich Viele Automobil- und technische Teile lassen sich hervorragend aus geschäumten Kunststoffen herstellen, da diese die Vorteile Leichtigkeit, Dimensions stabilität und Funktionalität ideal kombinieren. Geschäumte Bauteile kommen der immer dringlicheren Forderung nach Ressourcenschonung in jeder Hinsicht nach. Mit seinen Maschinenkonzep ten deckt KraussMaffei die gesamte Bandbreite physikalischer und chemischer Schäumverfahren ab. Im umfassenden Maschinenportfolio steht für jede Anforderung die passende Lösung bereit. KraussMaffei ist zudem Systempartner für das von Trexel erfundene MuCell -Verfahren und bietet als eines der wenigen Unternehmen Verfahrensund Maschinentechnik aus einer Hand. Ihre Vorteile: Komplettlösungen aus einer Hand Verarbeitungs-Know-how inklusive Systempartner für MuCell alle gängigen physikalischen und chemischen Schäumverfahren verfügbar großes Produktportfolio an elektrischen und hydraulischen Spritzgießmaschinen für CellForm

4 CellForm-Technologie Vielseitige Anwendungen Getränke Chemisch geschäumte Kunststoffkorken mit Zellstruktur ähneln Naturkorken Automobil Leichte und verzugsarme geschäumte Automobilteile für geringen CO2-Ausstoss und einfache Montage

5 5 Freizeit Großflächige Teile für Sonnenliegen mit makelloser Oberfläche und geschäumtem Kern Haushalt Großflächige Gehäusebauteile für Hausgeräte aus geschäumten Thermoplasten zur Schallisolierung Bürobedarf Geschäumte Halterungen für Druckerpatronen, verzugsfrei und dimensionsstabil

6 6 CellForm-Technologie Wirtschaftliche Produktion CellForm kombiniert Gewichtsersparnis und Effizienz Für eine wirtschaftliche Produktion Geschäumtes Bauteil geschäumte Seele und kompakte Außenhaut bilden Einheit Beim Schäumen, oder CellForm-Verfahren, werden dem Rohmaterial bzw. der Schmelze Treibmittel in Form von Granulat oder Gas zu - geführt, um die Dichte des Kunststoffes zu reduzieren. Grundsätzlich unterscheidet man dabei zwischen chemischem und physikalischem Schäumen. Beim chemischen Schäumen wird ein Treibmittelgranulat dem Kunststoff beige mischt, das durch eine chemische Reaktion das Schäumen hervorruft. Beim physikalischen Schäumen hingegen wird ein Gas direkt in die Kunststoffschmelze eingebracht. Das physikalische Schäumen ist vorallem durch das MuCell -Verfahren, patentiert durch die Firma Trexel, bekannt. Beide Varianten ermöglichen eine Ver ringerung der Dichte und Eliminierung des Nachdrucks des Kunststoffs mit allen damit verbundenen Vorteilen: Schnellere Zyklen, weniger Materialverbrauch und bessere Formstabilität. CellForm bietet sich für viele Bauteile in allen Branchen und nahezu alle Thermoplaste an. Abhängig vom verwendeten Verfahren kommen die CellForm-Vorteile unterschiedlich zum Tragen.

7 7 Kürzere Zyklen Geschäumte Materialien weisen eine niedrigere Viskosität auf. Dadurch kann schneller eingespritzt werden und Masseund Werkzeugtemperatur können tendenziell niedriger eingestellt werden. Die Kühlzeit reduziert sich ebenfalls. Durch den Schäumprozess, beziehungsweise die Gasentladung in der Kavität, kann der Nachdruck damit signifikant verringert werden oder sogar komplett entfallen. Schnelleres Einspritzen, Entfallen des Nachdrucks und Reduzierung der Kühlzeit resultieren in Zykluszeiteinsparungen von bis zu 40 Prozent. Weniger Gewicht und weniger Material Der offensichtlichste Vorteil geschäumter Bauteile ist der reduzierte Material verbrauch und das minimierte Bauteilgewicht. Durch die reduzierte Dichte des Materials sind Einsparungen von 5 10 Prozent je nach Bauteil möglich, ohne die me chanischen Eigenschaften zu stark zu beeinträchtigen. In Abhängigkeit vom Bau - teil lassen sich bei geringerer mechanischer Beanspruchung auch Gewichtsreduktionen von mehr als 10 Prozent realisieren. Werden die Schäumverfahren bereits beim Bauteildesign berücksichtigt, können die Wandstärken und das Teilegewicht oft noch weiter reduziert werden. Das heißt, das Bauteildesign bestimmt das Gewicht. Höhere Dimensionsstabilität, weniger Verzug Der Schäumprozess, der den Nachdruck ersetzt, findet in der Kavität gleich - mäßig verteilt statt. Somit werden Einfallstellen minimiert und die Erstarrung der Schmelze findet unter sehr geringer Spannung statt. Ergebnis sind spannungsarme, verzugsfreie und maßgenaue Bauteile absolut reproduzierbar von Zyklus zu Zyklus. Reduzierte Schließkraft Dank der geringeren Viskosität und Eliminierung des Nachdrucks erfordern geschäumte Bauteile weniger Werkzeuginnendruck. Eine Reduzierung der Schließkraft von bis zu 40 Prozent ist durchaus realisierbar. Das bedeutet mehr Flexibilität, da die Bauteile auch auf Maschinen mit geringerer Schließkraft sicher be - trieben werden können. Ihre Vorteile: Kurze Zykluszeiten Geringes Bauteilgewicht und weniger Materialverbrauch Exzellente Dimensionsstabilität, wenig Verzug Reduzierte Schließkraft

8 8 CellForm-Technologie Chemisches Schäumen Chemisches Schäumen Homogene Treibmittelverteilung durch Schneckenkompetenz Schaumstruktur eines Bauteils durch chemisches Schäumen Beim chemischen Schäumen wird ein Treibmittelgranulat dem Kunststoffgranulat im Trichter zudosiert. Dabei muss das Treibmittel auf Basis des jeweiligen Thermoplasttypen so angepasst sein, dass eine definierte chemische Reaktion stattfinden kann. Durch die Wärmebildung während des Plastifizierens beginnt die Nukleierung und somit die Bildung von Gasbläschen. Der Schäumprozess findet in der Kavität statt, in der das Kunststoff-Treibmittel- Ge misch expandieren kann. Ein Nachdruck nach dem Einspritzen entfällt meist vollständig, da diese Aufgabe durch den Gasdruck erfüllt wird. Beim chemischen Schäumen platzen die Gasblasen an der Oberfläche auf. Resultat ist eine offene Zellstruktur. Chemisches Schäumen bietet sich vor allem für Bauteile mit Wand stärken größer als 4 mm an. Außerdem eignet sich das Verfahren, wenn Bauteile in geringen Stückzahlen hergestellt werden, da der Maschineninvest gegenüber dem physikalischem Schäumen geringer ist. Die Treibmittel können auf bestimmte Anforderungen eingestellt werden, so dass zum Beispiel bessere Oberflächen erzielt werden können. Meist kommen Thermoplaste mit niedrigeren Verarbeitungstemperaturen zum Einsatz, wie etwa Polyolefine oder Polystyrole.

9 9 Treibmitteldosierung Gerade bei der Zuführung von stark reaktiven Additiven, wie einem chemischen Treibmittel, ist eine homogene Verteilung in der Kunststoffschmelze essentiell. KraussMaffei bietet spezielle HPS-UN- Schnecken an, die eine extrem gleichmäßige Verteilung des Treibmittels ge währleisten und so hohe Prozesssicherheit und eine gleichbleibende Produktqualität sicherstellen. Für einen kosteneffektiven Austausch der Schnecken bietet KraussMaffei die HPS-M-Schnecken an. Diese Schnecken verfügen ebenfalls über ein exzellentes Mischverhalten und können im Unterschied zu HPS-UN- Schnecken jedoch in Standardzylindern eingesetzt werden. Ausrüstung für chemisches Schäumen Das chemische Schäumverfahren setzt eine gewisse Maschinenausstattung voraus. Ist diese erfüllt, können auch Bestandsmaschinen unter bestimmten Vorraussetzungen für das chemische Schäumverfahren nachgerüstet werden. Nötige Vorraussetzungen Druckspeicher für erhöhte Einspritzleistung HPS-UN oder HPS-M Schnecke Ausstattungspaket CellForm Aktive Staudruckregelung Sicherheitsrelevante Vorbereitungen Reduzierter Düsenanpressdruck während der Werkzeugbewegung Nadelverschlussdüse HSVN mit spezieller Überwachungsfunktion Aktive Staudrucküberwachung bei geöffneter Schutztür HPS-UN-Schnecken mit exzellentem Einmischverhalten eignen sich besonders für chemische Schäumverfahren

10 10 CellForm-Technologie Physikalisches Schäumen mit MuCell Physikalisches Schäumen mit MuCell Schneller Erfolg durch einen einzigen Systempartner Das MuCell -Verfahren ist das wohl bekannteste physikalische Schäumverfahren. Beim MuCell -Prozess wird in der Plastifizierung in die bereits vollkommen aufgeschmolzene Kunststoffmasse unter hohem Druck ein Treibmittelgas N2 oder CO2 injiziert. Der Gasanteil richtet sich nach dem jeweiligen Thermoplasttyp. Das Treibmittel liegt vor dem Zudosieren als sogenanntes super critical fluid (SCF) vor, einem besonderen Aggregatzustand mit der Inkompressibilität einer Flüssigkeit und der Lösungseigenschaft eines Gases. Dadurch geht das SCF mit der Thermoplastschmelze vollkommen in Lösung und bildet dort feinstverteilt ein Einphasensystem mit der Kunststoffschmelze. Der aktive Staudruck, in Verbindung mit MuCell auch MuCell Process Pressure (MPP) genannt, spielt eine wesentliche verfahrenstechnische Rolle. Er sorgt für die Bildung und Aufrechterhaltung des Einphasensystems, die Voraussetzung für die Löslichkeit des Gases in der Schmelze. Daher sind alle MuCell -Maschinen mit einer Verschlussdüse versehen. Das niedrigviskose Gemisch wird schnell eingespritzt. Durch einen rapiden Druckabfall im Werkzeug bilden sich Nukleierungskeime. Das Gas löst sich nun kontrolliert aus der Schmelze heraus, der entstehende Schäumdruck ersetzt den Nachdruck. Durch Druck und Temperatur kann dieser Prozess kontrolliert werden. Das MuCell -Schäumverfahren eignet sich besonders für Bauteile mit Wand dicken kleiner als 4 mm. Phasendiagramm typisches Schema der Zustandsphasen für ein Gasgemisch. fest flüssig überkritische Flüssigkeit gasförmig Druck Temperatur Stickstoff (N2) liegt wie andere Gase auch in einem definierten Druck-/Temperaturbereich als überkritische Flüssigkeit (SCF) vor. Diese wird in der Kunststoffschmelze vollständig gelöst und wird in der Kavität als Gas wieder freigesetzt.

11 ICF Injektor Vordere Rückstromsperre (RSP) Hintere RSP SCF- Interface- Kit 11 Vollständige Auflösung der SCF in der Schmelze Injektion der SCF Plastifizieren der Kunststoffschmelze SCF-Dosiersystem Schematischer Aufbau einer Plastifizierung mit MuCell -Ausstattung Im Bild sind die wichtigsten Kompo nenten der MuCell -Anlage dargestellt. Das Gas, meist N2, kann in Flaschen oder in einer Stickstoffanlage bereitgestellt werden. In der SCF-Dosiereinheit wird das Gas unter hohem Druck in den SCF- Zustand gebracht und zum Interface-Kit weitergeleitet. Das Interface-Kit reguliert den tatsächlich benötigten Massefluss zum Injektor. Der nicht benötigte Anteil wird über die Rückleitung zur Dosieranlage zurückgeführt. Das selbstoptimierende Regelungssystem von Trexel ermöglicht den vollautomatischen Prozess mit konstantem Massefluss und somit exakt gleichem Gasanteil von Schuss zu Schuss. Ein oder zwei Injektoren injizieren das SCF über den Plastifizierzylinder in die Schmelze. Die Ansteuerung erfolgt über ein zeit- oder weggesteuertes Signal. Eine zusätzliche Rückstromsperre im Mittelteil der Schnecke verhindert ein unerwünschtes Expandieren des Gas- Schmelze-Gemisches in Richtung Einzug. Die Maschinen-Verschlussdüse riegelt aus dem gleichen Grund die Schmelze nach vorne ab. Zukünftige Anlagen werden ohne Interface-Kit ausgestattet und werden mit einem integrierten kleineren Dosiersystem versehen. Die Regelung der Gasmenge erfolgt im neu entwickelten Dosiersystem. Ihre Vorteile: Aktive Staudruckregelung Sicherheitsrelevante Vorbereitungen Reduzierter Düsenanpressdruck während Werkzeugbewegung Nadelverschlussdüse HVSN mit spezieller Überwachungsfunktion Aktive Staudrucküberwachung bei geöffneter Schutztür Schnittstelle zu MuCell-Peripherie

12 12 CellForm-Technologie Technik im Detail Technik im Detail Spritzgießmaschine und MuCell Peripherie in perfekter Harmonie KraussMaffei Spritzgießmaschinen sind perfekt auf Trexel-Systemkomponenten abgestimmt

13 13 Alles aus einer Hand Das MuCell -Verfahren wird durch die Firma Trexel lizenziert. KraussMaffei setzt die MuCell -Technologie seit vielen Jahren erfolgreich ein und ist ein bedeutender Einzelabnehmer bei Trexel. Mit der weltweiten Autorisierung für den MuCell -Direktvertrieb wird diese Technologiekompetenz weiter hervorgehoben. Das bedeutet, Sie können Ihr MuCell - System direkt als Komplettsystem bei KraussMaffei ordern ohne Zusatzver ein - barungen mit Dritten und ohne Reibungsverluste im Projektverlauf und inklusive aller Nutzungsrechte. Absoluter Bedienkomfort Eine spezielle Schutztürüberwachung durch die MuCell -Steuerung erlaubt den Staudruck auch bei offener Schutztür aktiv zu halten. Die gasbeladene Schmelze wird nicht entlastet. Das hat den Vorteil, dass die Anfahrphase selbst sehr kurz und einfach verläuft. Somit erhöht sich die Verfügbarkeit der MuCell -Anlage bei gleichbleibend hoher Sicherheit für den Bediener. Plastifizierung optimiert für MuCell Die MuCell -Plastifizierung wird wie alle Plastifizierungen bei KraussMaffei selbst gefertigt und zwar komplett konform zu den Trexel-Richtlinien. Mit einem L/D-Verhältnis von 23 ermöglichen die Schnecken die zuverlässige Erzeugung des Einphasen systems aus Polymer/SCF. Ein Verschleißschutz sichert die hohe Lebensdauer der Schnecke und gewährleistet gleichbleibende Prozesse. Die Schnecken selbst verfügen über ein Intensivaufschmelzteil und eine nachgeschaltete Intensivmischzone. Der Plastifizierzone folgend ist im Zylinder der Gasinjektor (optional bis zu zwei Injektoren) installiert, der mit der SCF- Dosiereinheit verbunden ist. Eine zweite Rückstromsperre verhindert die vorzeitige Expansion des Gases im Zylinder Richtung Einfüllöffnung. Verschlusssystem für kontrollierte Bedingungen Die Einspritzeinheiten der Spritzgießmaschinen werden für Kaltkanal-Werk zeuge mit einer Nadelverschlussdüse ausgestattet. Eine verlängerte Eintauch tiefe dieser Düse gewährleistet zusätzlich ein konturnahes Verschließen und verhindert zuverlässig eine ungewollte Expansion im Kaltkanal. Alternativ dazu kann für Werkzeuge mit Nadelverschlussdüsen maschinenseitig eine Drehbolzenverschlussdüse eingesetzt werden. Totale Kontrolle durch Vollintegration in der MC6-Steuerung Alle Funktionen der Trexel-Steuerung sind in der KraussMaffei MC6-Maschinensteuerung komplett integriert. Auf eigenen MuCell -Seiten laufen alle Werte, wie Durchflussrate, Öffnungszeit der Injektoren, Drücke etc. zusammen. Die wichtigsten Prozessparameter können über Toleranzbänder überwacht werden. Dies ermöglicht die Einstellung und Überwachung des gesamten Spritzgießprozesses an zentraler Stelle und bietet zusätzliche Prozesssicherheit durch Vollintegration. Optionspaket MuCell stufenweise nachrüstbar Jede Neu-, aber auch jede Bestandsmaschine, kann mit geringem Aufwand für den Einsatz von MuCell vorbereitet bzw. nachgerüstet werden. Voraussetzungen dafür sind: Druckspeicher für erhöhte Einspritzleistung Aktive Staudruckregelung inklusive pv-regelung Reduzierte Düsenanpresskraft Düsenverschlussbetätigung während der Werkzeugbewegung Vorbereitung CellForm und MuCell : Schnittstelle zu MuCell -Peripherie Sicherheitsrelevante Vorbereitungen Nadelverschlussdüse HSVN mit zusätzlicher Überwachung Aktive Staudruckregelung bei geöffneter Schutztür Ausrüstungspaket MuCell : MuCell -Plastifizierung MuCell -Softwarepaket MuCell -Peripherie: MuCell -Gasdosieranlage (SCF-System) MuCell -Interface-Kit (Druckregelmodul, Injektor, Leitungen) Sämtliche Nutzungsrechte inklusive Ihre Vorteile: Komplettlösung aus einer Hand Keine Schnittstellenprobleme Alle Nutzungsrechte inklusive Plastifizierung speziell für MuCell optimiert Komplette Integration in MC6-Steuerung Dank der speziellen MuCell -Steuerung lassen sich alle Prozessparameter zentral über die MC6- Steuerung einstellen

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16 Schäumen mit CellForm Mit Leichtigkeit wirtschaftlich Viele Automobil- und technische Teile lassen sich hervorragend aus geschäumten Kunststoffen herstellen, da diese die Vorteile Leichtigkeit, Dimensions stabilität und Funktionalität ideal kombinieren. Geschäumte Bauteile kommen der immer dringlicheren Forderung nach Ressourcenschonung in jeder Hinsicht nach. Mit seinen Maschinenkonzep ten deckt KraussMaffei die gesamte Bandbreite physikalischer und chemischer Schäumverfahren ab. Im umfassenden Maschinenportfolio steht für jede Anforderung die passende Lösung bereit. KraussMaffei ist zudem Systempartner für das von Trexel erfundene MuCell -Verfahren und bietet als eines der wenigen Unternehmen Verfahrensund Maschinentechnik aus einer Hand WE. 1. Auflage 09/13. IMM 046 BR 09/2013 DE Technische Änderungen vorbehalten Gedruckt in der Bundesrepublik Deutschland.