HRSflow: Ausbalancierte Heißkanallösung für Familien-Werkzeuge - Mit FLEXflow in einem Schuss zu hochwertigen Kühlergrill-Elementen

Das Layout des Heißkanalsystems besteht aus zehn Anspritzpunkten mit Düsen der MA-Serie von HRSflow - (Bilder: HRSflow).

Der italienische Heißkanalspezialist HRSflow bietet mit der FLEXflow-Technologie eine Lösung für das Spritzgießen optisch hochwertiger Bauteile, wie sie vor allem die Automobilindustrie fordert. FLEXflow ist ein servomotorisch angetriebenes, feinfühlig regelbares Nadelverschlusssystem für Heißkanalsysteme. Das exakte Steuern des Schmelzeflusses jeder einzelnen Heißkanaldüse ermöglicht laut Anbieter auch bei Mehrfachanbindung und extrem unterschiedlichen Kavitätenvolumina eine sehr gleichmäßige Fließfront der Schmelze und eine homogene Druckverteilung. Der Kühlergrill aus dem HRSflow Testwerkzeug mit den Maßen 580 mm x 330 mm, einem Bauteilgewichtgewicht von 297 g und einer Wandstärke von 2 mm bis 3 mm wird anschließend verchromt und muss daher sehr hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität erfüllen. Diverse Automobilzulieferanten haben dieses Bauteil aus ABS und ABS/PC den Angaben zufolge auf ihren Chromanlagen positiv getestet. Erste Chromanwendungen sollen in Kürze in die Serie gehen.

Unterschiedliche Schussgewichte in einem Füllvorgang
Mit dem FLEXflow-Nadelverschlusssystem lassen sich selbst großflächige Formteile mit hochwertigen Oberflächen realisieren. Bei dem hierfür in der Regel eingesetzten Kaskadenspritzgießen ermöglichen die elektrisch angetriebenen Nadelverschlussdüsen das individuelle, sequenziell aufeinander abgestimmte präzise Öffnen und Schließen der Verschlussnadeln mit variabler Geschwindigkeit über die Hublänge. Dadurch lassen sich der Schmelzefluss über jeden Nadelverschluss und der Volumenstrom in der Kavität insgesamt exakt steuern. Durch das angepasste Öffnen der Nadeln werden der beim Kaskadenspritzgießen gefürchtete Druckabfall und die damit einhergehenden Druckabfallmarkierungen auf dem Formteil vermieden. Die Positionskontrolle der Nadel während des Einspritzvorgangs ermöglicht darüber hinaus eine unabhängige Druckregelung an jeder Verschlussnadel, wodurch die erforderliche Schrumpfung der Schmelze in jeder einzelnen Kavität schnell angepasst und somit eine kostenintensive Nacharbeitung des Werkzeugs diesbezüglich vermieden werden kann.

Zusammenfassende Darstellung des Spritzgießens eines verchrombaren Pkw-Frontgrills in einem Familienwerkzeug mit Zehnfach-Anbindung: Ohne Regelung des Schmelzeflusses werden die unterschiedlich großen Kavitäten sehr ungleichmäßig gefüllt (l.), geregelt mit FLEXflow hingegen alle Kavitäten in derselben Zeit (r.) – der Grill hat laut HRSflow komplett eine fehlerfreie Oberfläche, die sich bestens fürs Galvanisieren eignet.

Der spritzgegossene Kühlergrill wird in nur einem Schuss über zehn Anspritzpunkte mit Düsen der MA-Serie von HRSflow realisiert. Das Systemlayout besteht aus einem ausdrücklich nicht symmetrisch ausgelegten kompakten Verteiler. Die Volumina der Kavitäten für die einzelnen Formteilelemente des Kühlergrills haben ein Gewichtsverhältnis von 1:20 vom kleinsten bis zum größten Formnest mit 30 Prozent Dickenunterschied von dünner zu dicker. Die Einspritzzeit beträgt 2,9 s, die Haltezeit 6 s bei einer Heißkanaltemperatur von 255°C und einer Formtemperatur von 60°C.

Um die unterschiedlichen Schussgewichte mit den Anforderungen an verchrombare Teile und an Montagetoleranzen zu realisieren, wären für dieses hochwertige Bauteil im bisherigen Spritzgießverfahren unterschiedliche Werkzeuge notwendig. Ziel des Heißkanalsystem-Layouts war es, die Stärken der FLEXflow-Technologie anhand dieser Multikavitäten-Anwendung unter Beweis zu stellen. Nicola Pavan, Projektkoordinator bei HRSflow: „Um die Möglichkeiten der FLEXflow-Technologie zu zeigen, beabsichtigten wir die einzelnen Formelemente mit einem gleichzeitigen Öffnen der elektrisch angetriebenen Nadelverschlussdüsen und mit vorher festgelegter Öffnungshub-Einstellung zu füllen. Dabei wurde die Menge der eingespritzten Schmelze jeder einzelnen Düse genau gesteuert und durch das Ändern der Nadelhübe konnten wir den erforderlichen lokalen Druck erreichen. Dies ermöglichte eine Kontrolle der lokalen Durchflussrate und des jeweiligen Drucks. Das Familien-Werkzeuge lässt sich so einfach ausbalancieren und der Verzug kontrollieren, ohne Bauteile am Werkzeug oder Heißkanalsystem vornehmen zu müssen.“

Simulationsanalyse mit Moldex 3D

Optimale Hubeinstellungen für die Simulation (r.) und Druckregelung als Funktion Hub zu Durchflussrate des FLEXflow-Systems für einen generellen ABS-Blend (l.).

Eine Formfüllanalyse mit den Simulationsprogrammen Moldex 3D und Autodesk Moldflow errechnete die optimalen Parameter für jede einzelne der zehn Düsen des FLEXflow-Systems. Jede Nadel nimmt während des Einspritzvorganges eine vom Anwender frei zu programmierende Position ein. Je Öffnungs- und Schließschritt können bis zu acht Kontrollpunkte mit definierter Geschwindigkeit und Position festgelegt werden. Bis zu zwei Öffnen-Schließen-Zyklen sind pro Nadel programmierbar.

Vergleich zwischen realem Spritzgussvorgang und FLEXflow-Simulation. Der vorhergesagte Schmelzefluss stimmt sehr gut mit dem realen Spritzguss überein.

Die Simulationsanalyse und die Praxis zeigen eine sehr hohe Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Verlauf der Fließfront in den einzelnen Formnestern. „FLEXflow balanciert die unterschiedlichen Schussgewichte optimal aus und füllt die unterschiedlichen Teilevolumina aller Kavitäten in derselben Zeit und vermeidet Gratbildung, reduziert Verzug und erlaubt das Kontrollieren von Strömungslinien“, fasst Nicola Pavan zusammen. Mit der FLEXflow-Technologie lassen sich demnach nach einer kurzen Feinjustierung Bauteile ohne Oberflächenfehler, wie sie insbesondere bei Familienwerkzeugen auftreten können, realisieren. Dies soll auch die Ausschussquote des Spritzgießers gravierend senken. Die verzugskontrollierten Bauteile würden kaum eingefrorene Spannungen aufweisen, seien nicht überladen und sie seien optimal geeignet für den Verchromungsprozess.

Präzise Steuerung des Schmelzeflusses
Mit FLEXflow lassen sich die einzelnen Verschlussnadeln von aktuell bis zu 16 Heißkanaldüsen individuell ansteuern und unabhängig voneinander stufenweise präzise öffnen und schließen. Je Öffnungs- bzw. Schließschritt können bis zu acht Nadelpositionen mit einer Motorgenauigkeit von 10 µm festgelegt werden. Durch dieses sehr gezielte und exakte Positionieren und die Geschwindigkeitskontrolle der Verschlussnadeln soll auch eine sehr gleichmäßige Druckverteilung in der Werkzeugkavität und somit im gesamten Formteil erreicht werden. Mit dem dadurch nutzbaren deutlich vergrößerten Prozessfenster sinke gleichzeitig die erforderliche Schließkraft und sogar das Bauteilgewicht könne ohne Qualitätseinbuße reduziert werden. Im Automobilbau ermöglicht die FLEXflow-Technologie insbesondere Vorteile beim Spritzgießen großflächiger Exterieur- und Interieur-Bauteile wie Stoßfänger, Spoiler, Instrumententafelträger, Türinnenverkleidungen und Dachrahmen sowie von Teilen der Fahrzeugbeleuchtung und -verglasung, wie Scheiben für Scheinwerfer und Panoramadächer.

Weitere Informationen: www.hrsflow.com

HRSflow, San Polo di Piave, Italien

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