Werkzeugbau-Fokus: „virtuelle Indexbewegung“ durch Kernzug

Mehrkomponenten-Bauteile werden häufig über Drehteller-, Index- oder Würfelkonzepte realisiert. Diese Lösungen sind etabliert, können jedoch – abhängig von Bauteil, Kavitätenzahl und Anlagenlayout – zusätzlichen Bauraum und konstruktive Komplexität mit sich bringen. DOMINO verfolgt einen anderen Ansatz: Die zweite Komponente entsteht in situ in der geschlossenen Form. Die dafür nötige „Indexlogik“ wird durch Werkzeugbewegungen erzeugt, nicht durch eine Dreh- oder Indexbewegung des Formteils.

Im Werkzeug wird die Volumenfreigabe für die zweite Komponente über ein zweistufiges Kernzugkonzept realisiert: Zunächst erfolgt ein Rückzug über die komplette Formteilgeometrie, anschließend werden stift- bzw. bauteilspezifische Bewegungen ausgeführt. Aus Sicht des Werkzeugbaus ist damit klar: Wiederholgenauigkeit, Führung/Abstützung sowie ein belastbares Verschleiß- und Servicekonzept sind integrale Bestandteile der Prozessfähigkeit – denn die Bewegungen bilden den funktionalen Kern des 2K-Prinzips.

Additiver Heißkanal: Freiheitsgrade nutzen – Schnittstellen beherrschen

Im Projekt wurde der additive Heißkanal so ausgelegt, dass sehr kompakte Stichmaße und komplexe, räumlich verschlungene Kanalführungen möglich werden. Damit verlagert sich ein Teil der Engineering-Aufgaben: Neben Layout und Thermik ist die Oberflächen- und Nachbearbeitungsstrategie entscheidend, um Kanaloberflächen mindestens auf dem Niveau gebohrter bzw. polierter Kanäle zu erreichen.

Gerade bei dichtem Packaging (Plattenpakete, Temperierung, Montagewege) ist ein klares Schnittstellenkonzept zwischen Heißkanal- und Werkzeugpaket entscheidend – von Dichtflächen über Toleranzketten bis zur Wartungszugänglichkeit.

Kompaktheit: Zielbild im Vergleich zum Drehtellerkonzept

Aus Werkzeugbau-Sicht eröffnet der Verzicht auf eine Index-/Drehbewegung konstruktive Freiheitsgrade für einen kompakteren Werkzeugaufbau. Im Projekt DOMINO wurde der Vergleich zu einem Drehtellerkonzept so bewertet, dass sich – abhängig von Bauteilgeometrie, Kavitätenlayout und Anlagenkonzept – eine deutlich kompaktere Ausführung realisieren lässt, in der Zielbetrachtung bis hin zu einer etwa halbierten Werkzeuggröße. Die konkrete Baugrößenwirkung ist dabei stets an die jeweiligen Randbedingungen der Anwendung gekoppelt.

Anwendungsbeispiel: Domino-Spielsteine als Demonstrator

Als Demonstrator wurde eine 32-fach-Anwendung für Domino-Spielsteine realisiert. Im Rahmen des Demonstratorbetriebs lag die Zykluszeit bei rund 60 Sekunden (abhängig von Material, Prozessfenster und Anlagenkonfiguration). Für den Werkzeugbau ist dieses Beispiel vor allem deshalb interessant, weil es die 2K-Logik ohne Drehen mit hoher Kavitätenzahl und einem sehr kompakten Heißkanal-/Mechanik-Package kombiniert.

Fazit

DOMINO steht für einen Werkzeugbau-Ansatz, der die Multikomponenten-Fertigung über ein zweistufiges Kernzugsystem und einen additiv gefertigten Heißkanal so integriert, dass zusätzliche Index-/Drehbewegungen entfallen können. Der technische Mehrwert liegt dabei weniger in einzelnen Komponenten als im abgestimmten Gesamtsystem aus Mechanik, Thermik, Sequenzierung und Servicekonzept.

Halle 1/C61

Internationale Präsenz – von Lahr in die Welt

Als Entwickler und Hersteller hochpräziser Werkzeuge für die Spritzgießtechnik hat POLAR-FORM den Weg von einem regionalen Spezialisten zu einem global agierenden Unternehmen geschafft. Geschäftsführer Dieter Göppert erklärt dazu: 

„Wir sind fest in der Region verwurzelt, aber unsere internationale Ausrichtung ist der Schlüssel zu unserem globalen Erfolg. Sie stärkt unsere Wettbewerbsfähigkeit und macht uns zu einem attraktiven Partner weltweit.“

Kooperationen, Messen und Partnerschaften

Innovation muss gesehen werden. Deshalb ist POLAR-FORM regelmäßig auf führenden Fachmessen vertreten – wie der Moulding-Expo in Stuttgart und der K-Messe in Düsseldorf, der weltweit größten Kunststoffmesse. Hier präsentiert das Unternehmen gemeinsam mit Partnern wie der Universität Kassel neueste Forschungsprojekte und knüpft wertvolle internationale Partnerschaften. 

Durch enge Kooperationen mit der Hochschule Offenburg und weiteren Bildungseinrichtungen positioniert sich POLAR-FORM als treibende Kraft für Innovation und Forschung.

Engagement für Bildung und Vielfalt

POLAR-FORM setzt auf die Förderung junger Talente und bietet vielfältige Karrieremöglichkeiten für Auszubildende aus allen sozialen und kulturellen Hintergründen. Im Rahmen von Berufsinfomessen und Projekten wie „JobXpedition“, „GirlsDay“ und der Praktikumswoche ermöglicht das Unternehmen Schülerinnen und Schülern, spannende Einblicke in eine zukunftsorientierte Branche zu gewinnen. Die Förderung von Vielfalt und die Integration neuer Ideen sind nicht nur ein fester Bestandteil der Unternehmenskultur, sondern auch ein Schlüssel zu nachhaltigem Erfolg.

Zudem ist POLAR-FORM stolz darauf, Bildungspartner der Verbundschule und der Friedrichschule in Lahr zu sein. Diese Partnerschaften stärken die Zusammenarbeit mit regionalen Schulen und fördern die berufliche Orientierung und Entwicklung junger Menschen in der Region.

Gelebte Nachhaltigkeit – Verantwortung für die Zukunft

Für POLAR-FORM ist Nachhaltigkeit mehr als nur ein Trend: Das Unternehmen setzt auf umweltfreundliche Projekte wie die Produktion von Kleiderbügeln aus recyceltem Kunststoff und Holzfasern sowie die Verwendung von Kunststoffgranulat aus alten Fischernetzen. Darüber hinaus sorgt eine Photovoltaikanlage auf dem Firmengelände für die nachhaltige Stromversorgung, während E-Autos als Geschäftsfahrzeuge eingesetzt werden, um den CO2-Ausstoß zu minimieren. „Nachhaltigkeit ist ein zentraler Bestandteil unserer Unternehmenskultur und wir setzen alles daran, aktiv zum Schutz unserer Umwelt beizutragen“, betonen die Geschäftsführer Johannes Pollaert und Dieter Göppert.

Loyalität und soziales Engagement

Treue und Zusammenhalt werden bei POLAR-FORM großgeschrieben. In diesem Jahr feiert das Unternehmen 220 Jahre Mitarbeiterloyalität, mit Jubiläen von 10 bis 30 Jahren. Wir sind stolz, ein so starkes Team zu haben – ein Team, das das Unternehmen prägt und voranbringt. Diese Treue macht ein starkes Unternehmen aus. Daher möchten wir uns bei jedem einzelnen Mitarbeiter herzlich bedanken für den Einsatz und das Engagement, das sie täglich in unsere gemeinsame Erfolgsgeschichte einbringen.

Zudem engagiert sich POLAR-FORM stark für die Region, unter anderem als Sponsor des Lions Club Lahr-Ortenau, des Fördervereins „Kinder unterm Regenbogen“ und des Kiju Ortenauer Kinder- und Jugendhospizdienstes. Besonders hervorzuheben ist die Unterstützung des Benefizkonzerts des Lions Clubs, bei dem Musicalstar Sabrina Weckerling Spenden für soziale Zwecke sammelt.

Der Blick in die Zukunft

POLAR-FORM ist stolz auf das, was erreicht wurde, blickt jedoch stets nach vorne. „Unsere kontinuierliche Weiterentwicklung und unser Engagement für eine nachhaltige Zukunft sind ebenso wichtig wie unsere partnerschaftlichen Beziehungen zu Hochschulen, Universitäten und sozialen Organisationen“, erklärt Dieter Göppert.

Werden Sie Teil der Erfolgsgeschichte

POLAR-FORM ist auf Wachstumskurs und sucht engagierte Talente, die mit Innovation und Nachhaltigkeit die Zukunft gestalten wollen. Weitere Informationen über Karrieremöglichkeiten und das Unternehmen finden Sie auf unserer Website: ]https://www.polar-form.de/
 

Bei der Drehdurchführung handelt es sich um ein Maschinenelement, das die Schnittstelle zwischen stationären Versorgungsleitungen und rotierenden Maschinenteilen bildet. Sie dient dem Ein- und Ausführen verschiedenster Medien in das rotierende Maschinenteil. Sie wird vorwiegend im Bereich der Indexplattentechnologie für Mehrkomponenten-Spritzgießwerkzeuge verwendet.

Die Drehdurchführung besteht aus einem feststehenden Stator und einem rotierenden Rotor. Über den Stator wird ein Medium in den Rotor geleitet. Der Rotor ist wiederum mit der Drehwelle des Werkzeuges verbunden. Zu den verwendeten Medien zählen Fluide wie z.B. Wasser, Thermoöle, sowie gasförmige Stoffe auch im Vakuum oder Unterdruck.

Was ist das Besondere an der Drehdurchführung von Polar-Form?

In der Drehdurchführung können mehrere gegeneinander abgedichtete Kreisläufe (parallel oder in Reihe) mit unterschiedlichen Medien abgebildet werden. Da die Mediendurchführung eine Rotation von 360 Grad gestattet, können deshalb die Fluide ohne Unterbrechung oder Rückführung an die drehbare Indexplatte des Werkzeuges übergeben werden (Endlosdrehen ohne Schleppkette).

Als Standardtemperatur gelten Anwendungen bis zu 120°C, aber für Sonderanwendungen im Hochtemperaturbereich sind sogar Temperaturen bis zu 180°C erreichbar.

POLAR-FORM  hat die Drehdurchführung als Normteil / Standardteil konzipiert und eignet sich damit zur einfachen Implementierung/ Verwendung bei Werkzeugen im Bereich der Indexplattentechnologie. Somit sind Individuallösungen bei Werkzeugkonstruktionen zur Medienübergabe nicht mehr zwingend notwendig.

Die Drehdurchführung kann von Polar-Form einzeln, auch ohne Werkzeug, erworben werden und ermöglicht demnach auch eine schnelle Ersatzteillieferung im Bedarfsfall.

Drehteller und Drehantrieb

Zusätzlich zur Drehdurchführung stellt Polar-Form für seine Kunden selbstverständlich auch die entsprechenden Drehteller und Drehantriebe her. Diese kommen bei Mehrkomponenten-Spritzgießwerkzeugen zum Einsatz. Mit mehr als 1.100 ausgelieferten Drehtellern gilt Polar-Form als einer der Marktführer.

Drehantriebe finden bei Spritzgießwerkzeugen, die mit einer Indexplatte ausgestattet sind, Verwendung. Diese Antriebe sind dafür zuständig, dass nur ein Teil (Indexplatte) von einem Spritzgießwerkzeug gedreht wird. Durch diese Drehung wird das vorgespritzte Kunststoffteil (erste Komponente) in die nächste Station (zweite Komponente) transportiert.

Die Polar-Form Werkzeugbau GmbH aus Lahr berät Sie gern individuell über einen möglichen Einsatz dieser Technologie. Nähere Informationen kann man aber auch schon auf der Webseite des Unternehmens finden:

https://www.polar-form.de/

Überall dort, wo hohe Elastizität zum einen und Stabilität zum anderen in einem Bauteil vereint werden müssen, kommen verstärkt Thermoplaste in Kombination mit LSR-Werkstoffen zum Einsatz. Diese bieten ein nahezu identisches gummimechanisches Verhalten über einen großen Temperaturbereich und weisen zudem eine hohe Alterungsbeständigkeit auf. Grund genug für den Werkzeugbauer Polar-Form und den Heißkanalhersteller Ewikon, gemeinsam ein anspruchsvolles Demonstrationswerkzeug für den Einsatz auf Fachmessen zu bauen. Der Hersteller von LSR-Spritzgießwerkzeugen und Drehtellertechnik war für die Konzeption und den Bau des Zweikomponenten-Indexplattenwerkzeugs verantwortlich, für die Angusstechnik Ewikon. Mit dessen Kaltkanalsystem Coolshot ist es möglich, Heiß- und Kaltkanalsysteme zu kombinieren, wodurch solche Anwendungen bedient werden können.

Hohe Ansprüche an die Fertigungspräzision

Das Zweikomponentenspritzgießen mit einer Materialkombination aus Thermoplast und Silikon stellt aufgrund der unterschiedlichen Materialcharakteristika und Verarbeitungsparameter spezielle Ansprüche an den Werkzeugbau. Aufgrund der stark unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen der beiden Komponenten ist eine exakte thermische Trennung und Temperierung der jeweiligen Werkzeugbereiche erforderlich. Weiterhin stellen LSR-Anwendungen generell höchste Ansprüche an die Fertigungspräzision, denn das sehr niedrigviskose Material erfordert eine perfekte Dichtheit der Kavitäten, um eine Gratbildung auszuschließen. Daher integrierte der Werkzeugbauer aus dem Schwarzwald eine leistungsfähige Evakuierung für die LSR-Kavitäten und legte das Werkzeug für genaue Spaltmaße und hohe Plattenparallelität besonders steif aus. Speziell in den Übergangsbereichen der Thermoplastkomponente zur LSR-Komponente war eine exakte Tuschierung erforderlich, um ein Überspritzen durch die LSR-Komponente zu verhindern. Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen wurden zudem hochwarmfeste und härtbare Stähle für den Werkzeugaufbau verwendet. Da das Vernetzen der LSR-Komponente mit hohen Temperaturen direkt in der Kavität erfolgt, musste die Materialexpansion in diesem Bereich bei der Werkzeugauslegung berücksichtigt werden.

Der Spatel besteht aus einem stabilen Handgriff aus PBT mit Daumenmulde, der mit zwei LSR-Elementen komplettiert wird. Diese weisen stark unterschiedliche Schussgewichte auf. Im vorderen Bereich wird der Griff mit der Wischlippe mit einem Schussgewicht von 20,3 g umspritzt, während die Daumenmulde für einen sicheren Griff ebenfalls mit einer LSR-Schicht ausgekleidet wird. Das Schussgewicht beträgt hier nur 0,4 g. Um die Formstabilität des Griffs während des Umspritzens in der heißen LSR-Kavität zu gewährleisten, fiel die Entscheidung, das Material mit 30 % Glasfaser zu verstärken.

Deshalb ist die thermische Trennung wichtig

Im ersten Arbeitsgang wird der Haltegriff aus PBT in der oberen Werkzeughälfte angespritzt. In dieser Sektion ist das Werkzeug auf 90 °C temperiert. Nachdem die rotierende Indexplatte den Vorspritzling in die zweite Kavität umgesetzt hat, werden die Wischlippe und die Grifffläche in der Daumenmulde aus LSR angespritzt. Beide Bereiche müssen thermisch exakt voneinander getrennt werden, um die Prozesssicherheit zu gewährleisten. Während die Vorspritzkavität fluidisch auf 90 °C temperiert wird, ist in den Fertigspritzkavitäten eine homogene Temperatur von 180 °C erforderlich, um ein vollständiges und schnelles Vernetzen der LSR-Komponente sicherzustellen. Dafür integrierte Polar-Form elektrische Heizungen, die über ein separates Regelgerät gesteuert werden.

So sind Heiß- und Kaltkanaltechnik kombiniert

Für die stehende Seite des Werkzeugs lieferte Ewikon die komplette Formhälfte mit fertig integriertem und verdrahtetem Heiß- und Kaltkanalsystem, beides in Nadelverschlussausführung. Der Antrieb der Verschlussnadeln erfolgt in beiden Bereichen mit elektrischen Linear-Servomotoren, die über ein gemeinsames Motion-Control-Steuersystem bewegt werden. Neben der hochpräzisen Positionierung der Nadeln erlaubt das System das individuelle Einrichten der Prozessparameter wie Öffnungszeitpunkt, Öffnungsweg und Öffnungsgeschwindigkeit für jeden Antrieb. Während im Heißkanalbereich eine zylindrische Nadel eingesetzt wird, sind die Nadeln im Coolshot System konisch ausgeführt, um eine perfekte Abdichtung im Kavitätenbereich sicherzustellen.

Der Aufbau beider Systeme erfolgte auf einer gemeinsamen Aufspannplatte. Im oberen Bereich befindet sich der Heißkanal für das Anspritzen des PBT-Griffs. Die Schmelzezuführung übernimmt hier ein vertikales Spritzaggregat, das an der Oberseite der Form andockt. Angespritzt wird in der Daumenmulde des Griffs. Das Coolshot-Kaltkanalsystem ist im unteren Bereich der Formhälfte angeordnet und wird horizontal gespeist. Die Anspritzung der LSR-Elemente erfolgt über zwei wassergekühlte Kaltkanaldüsen. Um bei den unterschiedlichen Schussvolumina eine gleichzeitige Füllung beider Kavitäten zu ermöglichen, öffnen die Verschlussnadeln hier unterschiedlich weit sowie mit Zeitversatz. Hier konnte mithilfe der Motion-Control-Steuertechnik eine perfekte Feinabstimmung im laufenden Prozess vorgenommen werden. Für eine saubere thermische Trennung beider Bereiche wurden die Plattenaufbauten der Heißkanal- und Kaltkanalsektion durch einen Isolierspalt sowie durch Dämmplatten voneinander separiert. Das Coolshot-System verfügt darüber hinaus über eine zusätzliche stirnseitig angebrachte Dämmplatte, um den Kaltkanal gegenüber der heißen Kavitätenseite zu isolieren. Weiterhin sorgen die spezielle Geometrie und Materialauswahl der Kaltkanaldüsen für einen optimalen thermischen Übergang im Anschnittbereich. Dies ermöglicht ein schnelles Vernetzen der LSR-Komponente in der Kavität und verhindert gleichzeitig eine partielle Vernetzung im Kaltkanal durch Wärmeübertragung in die Düse.

Die Abmusterung und finale Abstimmung des Werkzeugs fanden beim Werkzeugbauer im eigenen Technikum statt. Durch entsprechende maschinelle Ausstattung besteht hier die Möglichkeit, auch komplexe Mehrkomponentenwerkzeuge bis zur Serienreife abzustimmen. Bei den diesjährigen Arburg-Technologietagen wurde das Werkzeug zum ersten Mal im praktischen Einsatz mit automatisierter Teileentnahme gezeigt. In Kooperation mit Arburg wird das Werkzeug in Zukunft auf diversen Fachmessen präsentiert. Auf der Fakuma wird das Werkzeug am Stand von Arburg in einem leicht abgewandelten Prozess mit temperfreiem LSR zu sehen sein. Das zweite LSR-Element in der Daumenmulde entfällt hier.

Für eine saubere thermische Trennung beider Bereiche wurden die Plattenaufbauten der Heißkanal- und Kaltkanalsektion durch einen Isolierspalt sowie durch Dämmplatten voneinander separiert. Das Coolshot-System verfügt darüber hinaus über eine zusätzliche stirnseitig angebrachte Dämmplatte, um den Kaltkanal gegenüber der heißen Kavitätenseite zu isolieren. Weiterhin sorgen die spezielle Geometrie und Materialauswahl der Kaltkanaldüsen für einen optimalen thermischen Übergang im Anschnittbereich. Dies ermöglicht ein schnelles Vernetzen der LSR-Komponente in der Kavität und verhindert gleichzeitig eine partielle Vernetzung im Kaltkanal durch Wärmeübertragung in die Düse.

Die Abmusterung und finale Abstimmung des Werkzeugs fanden beim Werkzeugbauer im eigenen Technikum statt. Durch entsprechende maschinelle Ausstattung besteht hier die Möglichkeit, auch komplexe Mehrkomponentenwerkzeuge bis zur Serienreife abzustimmen. Bei den diesjährigen Arburg-Technologietagen wurde das Werkzeug zum ersten Mal im praktischen Einsatz mit automatisierter Teileentnahme gezeigt. In Kooperation mit Arburg wird das Werkzeug in Zukunft auf diversen Fachmessen präsentiert. Auf der Fakuma wird das Werkzeug am Stand von Arburg in einem leicht abgewandelten Prozess mit temperfreiem LSR zu sehen sein. Das zweite LSR-Element in der Daumenmulde entfällt hier.

Autor: Henning Becker, Leiter Marketing bei Ewikon Heißkanalsysteme

Ewikon, Frankenberg
info@ewikon.com
Halle/Stand A2/2203

Polar-Form Werkzeugbau, Lahr
info@polar-form.de
Halle/Stand B3/3012

Die Drehtellertechnik gehört demzufolge zur Mehrkomponententechnologie. Hier werden zwei unterschiedliche Kavitätengeometrien auf der Düsenseite in das Spritzgießwerkzeug implementiert. Die Auswerferseite besitzt bei allen Kavitäten die gleiche Formgeometrie. Mittels Drehteller wird die komplette Werkzeughälfte im Standard um 180° gedreht.

Die Vorteile dieser Technologie ergeben sich durch ein relativ einfaches Werkzeugkonzept.

Abgestimmt auf das Werkzeuggewicht der Auswerferseite wird mit dem passenden Drehtellertyp die schnellstmögliche Drehzeit erzielt. Folien oder Metallteile lassen sich mühelos einlegen  und bieten damit außerdem auch optimale Voraussetzungen für eine chemische Verbindung zwischen erster und zweiter Komponente.

Betriebstemperatur bis 180°C möglich

POLAR-FORM – Standard-Drehteller haben eine maximale Betriebstemperatur bis 120°C. Die Polar-Form Werkzeugbau GmbH ist einer der wenigen Anbieter dieser Technologie im Hochtemperaturbereich, die eine Betriebstemperatur bis 180°C erreichen kann. Dies wird durch eigenes Know-How ermöglicht und dem Kundenwunsch entsprechend angepasst. Die Funktionsweise zu herkömmlichen Temperierkreisläufen unterscheidet sich kaum. Sinnvoll ist diese Technologie beispielsweise, wenn speziell geforderte Werkstoffe höhere Werkzeugtemperaturen beim Spritzgießen benötigen.

In unserer technischen Auslegung ist die hohe Positioniergenauigkeit auch bei der Hochtemperaturlösung berücksichtigt. Durch das bewährte Indexierungssystem ist es gewährleistet.

Anforderungen für den erhöhten Temperaturbereich

Um in diesem Temperaturbereich arbeiten zu können, sind zusätzliche Anforderungen zu beachten, wie spezielle Dichtungsmaterialien und ein geeignetes Schmierkonzept mit entsprechenden Schmierstoffen.

Forschung und Entwicklung hat bei POLAR-FORM einen hohen Stellenwert. Nachhaltigkeit, technischer Fortschritt und Innovationen sind für das wirtschaftliche Wachstum und Wettbewerbsfähigkeit die Grundlage.

Fortschritt bedeutet für POLAR-FORM, voran zu schreiten, an die Zukunft zu denken und den stetigen Wandel besser meistern zu können. Innovation heißt für die Firma, ihren angestammten Kernkompetenzen auszuweiten, das Kundenproblem nicht nur technologisch, sondern ganzheitlich zu lösen.

POLAR-FORM hat das Leistungsangebot so umgestaltet, dass die Kunden eine ganze Palette produktbegleitender Dienstleistungen ergänzend zum Industrieprodukt erhalten. Produkt und produktbegleitende Leistungen bilden in ihrer Verbindung eine neue Qualität der Problemlösung.

Hochschulen und Wirtschaft arbeiten bereits an vielen Stellen und partnerschaftlich in der Forschung zusammen. Daraus erwachsen Vorteile für alle Beteiligten. So ermöglichen Forschungskooperationen den Unternehmen, mit Innovationen neue Märkte zu erschließen.

Auf den Punkt gebracht

„Wirtschaft und Wissenschaft, das ist nicht zwangsläufig ein gutes Duo, denn in der Realität treffen zwei Kulturen mit ganz unterschiedlichen Interessen aufeinander. Nicht selten mit unterschiedlicher Sprache, unterschiedlichem Selbstverständnis und völlig unterschiedlichen Zielen. Kooperationen sollten immer zu einem Win-Win-Ergebnis führen. Und bei POLAR-FORM haben wir einige erfolgreiche Beispiele.“ So bringt es Herr Dieter Göppert, einer der Geschäftsführer und Vertriebsleiter von POLAR-FORM, auf den Punkt und möchte mit den folgenden drei Projektbeispielen seine Erfahrung beweisen:

1. Projekt DraKo

Hier ermöglicht die neu entwickelte Technologie Bedienelemente mit Touch-Bedienung und LED-Beleuchtung in einem Formteil drahtlos mit Energie zu versorgen und an übergeordnete Systeme anzubinden. Die notwendige Elektronik wird hierfür auf einer Folie platziert und anschließend mit Kunststoff umspritzt, der einen Schutz für die empfindlichen Komponenten bietet. Die Eingabe des Benutzers auf dem Bedienfeld wird innerhalb des Bauteils verarbeitet und drahtlos übermittelt. Eine hohe Flexibilität in der Formgeometrie und bei der gestalterischen Auslegung wird durch die Verwendung einer Folie ermöglicht. Durch die Anwendung von High Pressure Forming zur Verformung der Folien kann zudem sichergestellt werden, dass alle Bedien­ und Beleuchtungselemente reproduzierbar an der richtigen Stelle sitzen. Darüber hinaus bietet die Anwendung einer vorderseitigen Dekorfolie die Möglichkeit eines optisch und haptisch hochwertig anmutenden Formteils. Die Technologie entstand in Zusammenarbeit mit der POLAR-FORM Werkzeugbau GmbH, der Pröll GmbH, der Niebling GmbH, Lehrstuhl für Elektronische Schaltungstechnik an der Ruhr-Universität Bochum und der gemeinnützigen KIMW Forschungs-GmbH.

2. Projekt MekoMed

Für das hier beschriebene Projekt hat sich ein fünf Teilnehmer  autarkes Forschungskonsortium (Karlsruher Institut für Technologie (KIT), B.Braun Melsungen AG, Universität Kassel, Ewikon Heißkanalsysteme GmbH, POLAR-FORM Werkzeugbau GmbH und Freudenberg Medical Europe GmbH) auf eine komplexe Anwendung fokussiert: eine elastomere Infusionspumpe aus Flüssigsilikonkautschuk (LSR) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Dabei ist es von Bedeutung, dass die geometrischen Toleranzen des Bauteils und die Haftung zwischen der Hart- und Weichkomponente strenge Spezifikationen einhalten – auch nach der Sterilisation.

Ziel war es, ein Mehrkomponenten-Spritzgussteil nicht nur technisch, sondern auch regulatorisch zur Marktreife zu führen. Dabei wurde insbesondere die Frage gelöst, wie eine temperaturvernetzende LSR-Type einen Standardthermoplast überspritzen könnte. Für dieses Projekt wurde ein spezielles hybrides Heiß-/Kaltkanalsystem entwickelt. Dabei müssen innerhalb eines Werkzeugsystems je zwei Kavitäten mit ABS und mit LSR versorgt werden. Zur Verteilung der ABS-Schmelze verfügt das Werkzeug über einen Heißkanal und zur Verteilung des Silikonkautschuks über einen Kaltkanal. Die Temperatur des Heißkanals wird über eine separate Steuerung geregelt, der Kaltkanal ist direkt an die Kaltwasserversorgung der Maschine angeschlossen. Das Werkzeug verfügt in der Summe über 17 Temperierkreisläufe, deren Temperaturen während der Versuche unterschiedlich gewählt werden konnten. Vier Temperiergeräte waren an dem Werkzeug angeschlossen.

Die Formeinsätze der LSR-Kavitäten werden während des Aufheizprozesses induktiv beheizt. Diese Heizung wird mit dem heißen Wasser aus dem Vorratsbehälter des Variothermiegeräts unterstützt. Nach dem Vernetzen des Silikons wird das Werkzeug mit temperiertem Wasser über die Wechseltemperierung gekühlt.

Weitere vom Konsortium in Eigenregie beleuchtete Technologiefelder waren die Haftungsaktivierung mittels UV-Strahlung oder das Einbringen von Hinterschnitten in das Bauteil, wodurch später Peripheriekomponenten assembliert werden konnten. Auch die variotherme Kombination der fluidischen Kühlung mit einer induktiven Werkzeugheizung war initial nicht geplant und ergab sich über die Projektlaufzeit. Die Designverifikation am Bauteil fiel divergent aus. Tests, wie Berstdrucktes und Zytotoxizitätsuntersuchung wurden mit überraschend gutem Ergebnis bestanden. Auch lieferte der Flussratentest zum konventionellen Spritzgießprozess vergleichbare Ergebnisse, allerdings bleibt die Herausforderung, die Zykluszeit deutlich zu verkürzen. 

3. Intelligente Kavität

Für viele Anwendungen wird eine extrem konsistente Formteilqualität auch solcher Kleinteile gefordert, die wegen wirtschaftlicher Faktoren in Werkzeugen mit hoher Kavitätenzahl und bei extrem kurzen Zykluszeiten gefertigt werden. Um diese Vorgänge zu verbessern, manuelle Eingriffe zu vermeiden und den Ausschuss von Formteilen zu verringern, wurde in diesem Projekt eine intelligente Kavität entwickelt. Ein werkzeugseitig energieautarkes und kabelloses Gesamtsystem mit einer eigenen Sensortechnologie und einer Regelung, die in Abhängigkeit des Werkzeuginnendrucks in je zwei Kavitäten direkt die Parameter der Spritzgießmaschine über OPC/UA in die richtige Richtung zur optimalen Innendruckkurve regelt. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der POLAR-FORM Werkzeugbau GmbH, der Hochschule Offenburg und endiio Engineering GmbH entwickelt.

Wie kann eine solche Partnerschaft entstehen

Grundvoraussetzung für solche Partnerschaften ist zunächst immer die Beteiligung und Pflege an bestehenden Netzwerken der Branche. Wenn Projekte initiiert werden, entspringen sie in der Regel aus bereits bestehenden Partnerschaften.

Wenn es also eine innovative Idee gibt, wird sie mit den potentiellen Partnern in gemeinsamen Terminen ausgereift und dann in Form eines Antrags formuliert. Diese Anträge werden dann meistens durch Förderberater erstellt und ausformuliert.

Ist das Projekt bewilligt und es gibt es mehrere Projektpartner, werden nach dem Start, die im Antrag formulierten Arbeitspakete von jedem Projektpartner, aber natürlich auch gemeinsam, abgearbeitet.

Bei den Projekten „DraKo“ und „MekoMed“ wurde POLAR-FORM direkt angefragt, da sich das Unternehmen schon vorher als möglicher Projektpartner angeboten hatte. Die Projektpartner kannten die Fachkenntnisse von  POLAR-FORM im Bereich der IML-Werkzeugen und der Mehrkomponenten-LSR-Thermoplast-Technologie bereits und wollten somit die Erfahrungen der Firma im Ablauf von Förderprojekten nutzen. Ohne das kontinuierliche Engagement des POLAR-FORM-Teams wäre der Erfolg der Projekte in dieser Form kaum möglich gewesen.

Bei dem Projekt „Intelligente Kavität“ war der Ablauf ein anderer und die Idee entstand aufgrund der bestehenden engen Zusammenarbeit mit der Hochschule Offenburg.

POLAR-FORM stellt sich für innovative und interessante Ideen gern als Projektpartner zur Verfügung. Sollten Sie diese haben, zögern Sie nicht, sich mit dem Lahrer Unternehmen in Verbindung zu setzen.

https://www.polar-form.de/

Diese Fassetten zu kombinieren und aus jeder das Mögliche herauszuholen, war die Aufgabenstellung eines Werkzeugprojektes, welches sich im Jahr 2022 für den Werkzeugbauer Polar-Form in Lahr umzusetzen galt. Ein aus drei Werkzeugen bestehendes Gesamtprojekt für den australischen Kunststoffverarbeiter vereinte den klassischen  Ein-Komponentenspritzguss, Zwei-Komponentenspritzguss sowie Montagespritzguss für die Fertigung einer Baugruppe für Förderanlagen beziehungsweise Transportsysteme. Hierbei werden Achsen im Ein-Komponentenspritzguss und Rollen im Zwei-Komponentenspritzguss vorgefertigt. Nachgelagert in das dritte Werkzeug eingelegt und im Montagespritzgussverfahren zu einer Baugruppe verbunden. Die Technik des Zwei-Komponenten Rollen-Werkzeuges soll auf Grund seiner Umsetzung nachfolgend näher beleuchtet werden.

Zielsetzung

Die Zielsetzung bestand darin, einen bestehenden Artikel, welcher bisher mit zwei separaten Werkzeugen auf unterschiedlichen Spritzgießmaschinen hergestellt wurde, in einem vollautomatisierten Prozess durch ein Zwei-Komponentenwerkzeug anzufertigen.

Hierdurch können nachgelagerte Prozesse eingespart, der Teilepreis gesenkt und durch einen vollautomatisierten Prozess die Ausbringungsmenge gesteigert werden.

Absicht war es, das zu konstruierende Werkzeug durch eine einfache Bau- und Funktionsweise zu realisieren. Durch geringen Verschleiß, eine hohe Standzeit sowie die einfache Austauschbarkeit der einzelnen formgebenden Elemente sollten außerdem ein kosteneffizienter und wartungsarmer Betrieb des Werkzeuges ermöglicht werden.

Um den Projektinvest so gering wie möglich zu halten, war das Ziel, eine kompakte und  kleinstmögliche Baugröße des Werkzeugs zu erreichen um es auf einer klassischen Standard-Spritzgussmaschine, einer ARBURG 630S, prozesssicher zu betreiben.

Eine Lösung wurde gefunden

Die Lösung entwickelte sich in mehreren Engineering-Sitzungen zu einer Kombination aus Indexplatten-, und Würfeltechnologie. Die Indexplattentechnologie sorgte für die geringe Aufbauhöhe des Werkzeuges, während die Würfeltechnologie für vier zykluszeitminimierende werkzeugseitige Stationen sorgt. So werden Station eins und drei zum aktiven Einspritzen der beiden Komponenten verwendet. Vorgespritzt wird ein POM, fertiggespritzt ein TPU beziehungsweise in einer weiteren Variante der Rolle ein TPE. Eine chemische Bindung zwischen der Vor- und den Fertigspritzkomponenten war nicht vollumfänglich gegeben, weswegen artikelseitig durch eine entsprechende geometrische Gestaltung des Vorspritzlings eine physikalische Verbindung geschaffen wurde.

Beide Komponenten wurden mit einem hydraulisch 24+24-fach Nadelverschlusssystem der Firma MoldMasters angusslos verarbeitet. Zwischen beiden Spritzstationen liegen mit den Würfelposition zwei und vier zykluszeitverkürzende Kühlstation. Hier verweilten die Spritzlinge jeweils einen Spritzyklus vor Ihrem Weitertransport beziehungsweise dem Ausstoßen aus dem Werkzeug. Letzteres erfolgt mittels eines pneumatisch gesteuerten Abstreifrechens parallel zur hydraulischen Vorwärtsbewegung der Indexplatte und beansprucht somit keine zusätzliche Zykluszeit. Resultierend aus diesen Maßnahmen ließ sich eine Gesamtzykluszeit von unter 25 Sekunden erzielen, welche eine Teileproduktion von 85.000 Rollen am Tag ermöglicht.

Für die Drehbewegung des im Indexrahmen aufgehängten Würfels wurde eine Kombination aus hydraulisch mechanischer Lösung verwendet. Hintergrund für diese Entscheidungen waren der spätere Einsatzort des Werkzeuges, sowie die reduzierte Störungsanfälligkeit einer mechanischen Lösung.

Ergänzt wird die Prozesssicherheit durch einen komplett durch Lichtschranken beziehungsweise Sensoren überwachten Werkzeugablauf, welcher auch nach einem ungeplanten Stopp einen sicheren Weiterbetrieb des Werkzeuges ermöglicht.

Auf das erste Jubiläum wurde gleich am ersten Arbeitstag in 2024 angestoßen. Thomas Müller wurde für seine 20-jährige Zugehörigkeit als Projektleiter geehrt. Mit seiner hohen Erfahrung im Projektmanagement gehört Müller zu den zuverlässigsten und loyalsten Mitarbeiter der Polar-Form.

In einem 14tägigen Abstand wurden im Februar zwei Mitarbeiter mit jeweils 30 Jahre Betriebszugehörigkeit geehrt. Am 01. Februar 2024 feierte Volker Wihler sein 30-jähriges Dienstjubiläum als Werkzeugmechaniker und am 14. Februar Volker Beckmann ebenso als Werkzeugmechaniker. An beiden Tagen wurde mit den jeweiligen Mitarbeitern auf die lange Betriebszugehörigkeit angestoßen.  „Wir wissen diese Loyalität sehr zu schätzen und bedanken uns herzlich bei den Jubilaren“, so Dieter Göppert (Geschäftsführer der Polar-Form) bei der Ehrung, die er zusammen mit Johannes Pollaert (Gründer und Geschäftsführer der Polar-Form) und Dietmar Klötzle (Prokurist + Fertigungsleiter) vornahm. Klötzle attestierte Wihler eine hohe Fachkompetenz im Bereich Zerspannungstechnik und lobte ihn für seine Flexibilität und Einsatzbereitschaft. „Herr Beckmann ist ein äußerst zuverlässiger und engagierter Mitarbeiter“, lobte Klötzle. Der Fertigungsleiter bescheinigte Beckmann Einsatzbereitschaft und ebenso eine hohe Fachkompetenz im Bereich Zerspannungstechnik. „Wir, die Geschäftsführung, fühlen uns durch diese lange Zugehörigkeit der Mitarbeiter geehrt. Herr Wihler und Herr Beckmann haben Polar-Form mit aufgebaut und vieles zum Fortschritt und der Weiterentwicklung der Polar-Form beigetragen.“, betonte Johannes Pollaert.

In der heutigen Zeit sei es für viele kaum vorstellbar, mehr als 20 Jahre lang in einem Betrieb tätig zu sein, teilen die Verantwortlichen mit. Bei Polar-Form hätten dies gleich mehrere Jubilare geschafft. Zusätzlich zu einer Geldzahlung werden alle Jubilare mit Begleitung zu einem gemeinsamen Abendessen mit den Geschäftsführern eingeladen.