09/03/2010

CeraCon GmbH

S-FIT gibt die Richtung vor: Erste Serienanwendung der neuen Weichschaumtechnologie im Spritzgießwerkzeug von CeraCon im Luftleitsystem von Automobilen

Die benötigte Ausrüstung für S-FIT: Eine herkömmliche Spritz
Das Abdichten von Bauteilen gegenüber dem Einfluss von Wasser, Feuchtigkeit, Staub oder Schmutz stellt seit Jahrzehnten eine große Herausforderung an Hersteller aus den verschiedensten Branchen dar. Meistens müssen Elektroniken oder empfindliche Mechaniken geschützt werden, so z.B. Fahrzeugheckleuchten vor Spritzwasser, KFZ-Schlosskästen vor Regen oder Motorengehäuse von Bohrmaschinen gegen Bohrstaub. Aber auch Gebindedeckel von Farbeimern wollen gegen unerwünschten Materialaustritt abgedichtet sein.
Allen diesen verschiedenen Bauteilen ist gemein, dass sie in großer Stückzahl und deshalb in der Regel maschinell, mit Hilfe eines hohen Automationsgrades produziert werden. Es ist deshalb notwendig, dass auch das Aufbringen der Dichtung mindestens mit gleichem Automatisierungsgrad geschieht, um die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses zu erhalten. Zudem weisen von Hand eingebrachte Dichtschnüre oder Klebepads im Vergleich oft unzureichende Wirkungseigenschaften auf.
Seit nun schon 10 Jahren löst das Maschinenbau-Unternehmen CeraCon aus dem süddeutschen Weikersheim zusammen mit seinem Technologiepartner SUNSTAR aus Japan diese Aufgabenstellung erfolgreich für seine zahlreichen Kunden. Das einkomponentige FOAMPLY®-Prinzip von SUNSTAR arbeitet dabei auf denkbar einfache und deshalb verlässlichste Weise. Ein einkomponentiges Polyurethanmaterial, das in einer zähen, honigartigen Konsistenz vorliegt, wird über eine Hubkolbenpumpe in den FOAMPLY®-Schaumaufbereiter gefördert. Dort wird das Material mechanisch mit Luft befüllt, so dass am Ende ein feiner, homogener und formstabiler Schaum ausgetragen werden kann, der in seinen Wirkungseigenschaften seine manuell aufgebrachten Pendants weit übertrifft. Für den anschließenden Austragungsprozess galt bisher das sog. FIPFG (Formed in-place foam gaskets) Verfahren als die Ideallösung. Ein Roboter oder ein Achs-Handlingssystem führt dabei das Ventil, aus dem der Polyurethanschaum formstabil in Raupenform austritt und dabei direkt entlang von dreidimensionalen Geometrien auf Bauteile aufgetragen wird. Gleiches gilt für den Fall, dass das Schaumventil fest montiert ist und das Bauteil entlang der gewünschten Kontur darunter vorbei geführt wird. Die anschließende rasche Aushärtung des Schaummaterials unter ca. 80°C Temperatur zum sofortigen Einsatz der Bauteile bei vollständig hergestellten Rückstellkräften unterstützt die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses, denn unter entsprechendem Automatisierungsgrad lassen sich so Taktzeiten unter 5 sec. mühelos realisieren.
Vor einigen Jahr wurden die Ingenieure von CeraCon jedoch in einem Kundenprojekt vor die Aufgabe gestellt, die Aushärtezeiten des Schaums und mit ihr die Gesamttaktzeit des Auftragsprozesses noch weiter zu verringern. Es handelte sich dabei um die Beschäumung von B-Säulen-Kunststoffblenden für einen namhaften deutschen Automobilzulieferer. Man kam auf die Idee, die eben kunststoffgespritzten und damit noch warmen Blenden durch einen Roboter aus der Spritzgießanlage zu entnehmen und direkt dem Beschäumungsprozess zuzuführen. Die vorhandene Restwärme der Bauteile kam dabei gerade recht und verkürzte die Aushärtezeit des verwendeten Penguin Foam® Polyurethanmaterials nochmals entscheidend.
Diese Erfahrung ermunterte CeraCon noch einen Schritt weiter zu gehen: eine Analyse ergab, dass es sich bei rund 85% aller Kundenprojekte um Kunststoffbauteile handelt, die nach ihrem Spritzgieß-Herstellungsprozess abgedichtet werden sollen. Wenn vorhandene Wärme den Gesamtprozess so positiv beeinflusst, warum nicht gleich den Spritzgießprozess mit dem Schäumprozess innerhalb des Werkzeugs der Spritzgießanlage vereinen und das Bauteil komplett mit Weichschaumdichtung ausgeben? Zusammen mit Spezialisten der Demag Plastics Group wurde daraufhin das sog. S-FIT (Soft-foam injection moulding) Verfahren entwickelt. Damit war es nun erstmals möglich, weichelastische Polyurethanschaumdichtungen direkt am Spritzgussteil im Vollautomatikprozess einer Spritzgießmaschine zu produzieren. Als Basis dient eine beliebige, herkömmliche Einkomponenten-Spritzgießanlage in Verbindung mit dem externen Schaumaufbereiter FOAMPLY® in Form eines Beistellaggregats. Zur Formgebung für das thermoplastische Bauteil wie für die duroplastische Dichtungsschaumform wird auf bewährte Zweikomponenten-Werkzeugtechniken zurückgegriffen (Kernhub-, Wende-, Umsetzwerkzeuge etc.).
Das simple Verfahren bietet eine Reihe entscheidender Vorteile: Erstmals werden für echte Weichschaumdichtungen aus Polyurethan nahezu beliebige Dichtungsformgebungen und –oberflächenstrukturen möglich, die sich von der bisher statischen Raupenform des FIPFG-Verfahrens erheblich unterscheiden. Die Aushärtezeit des Schaumes liegt meist unter den Kühlzeiten der Thermoplastbauteile, was kurze Taktzeiten und hohe Ausbringungsmengen ermöglicht. Dieser wirtschaftliche Vorteil wird ergänzt durch geringen Platz- und Investitionsbedarf, denn weder Automatisierungs- noch Ofentechnik sind notwendig. Die Inbetriebnahme der Anlage ist selbst nach längeren Stillstandszeiten wie beispielsweise am Wochenende ohne nennenswerte Ausschussproduktion möglich.
Zur K 2007 wurde das neue, revolutionäre Verfahren auf dem Messestand von CeraCon erstmals der breiten Öffentlichkeit präsentiert und von einem bedeutenden Fachmagazin der Kunststoffszene zu einer der „TOP-Technologien der K 2007“ gewählt. Bestätigt wurde diese Meinung vom zahlreich anwesenden Fachpublikum, wodurch bereits Kontakte für erste Realisierungsprojekte geknüpft werden konnten.
Knapp 3 Jahre später wurde nun die erste S-FIT Serienanlage beim Spritzgussspezialisten und Automobilzulieferer FWB aus Pirmasens in Betrieb genommen. Dabei kam gleich eine weitere Spezialität von S-FIT gegenüber dem herkömmlichen FIPFG-Verfahren zum Tragen: Ein Grundträger aus PP wird vollständig mit Peguin Foam® Polyurethanschaum zu einer sogenannten Schichtungsklappe umspritzt. Dadurch ergab sich eine anspruchsvolle Aufgabe für den Bau des Serienwerkzeugs bei dem nahezu alle formgebenden Elemente mit Schaum benetzt werden. Auch für die Prozessführung der Schaumkomponente war der Schritt in die dritte Dimension eine Herausforderung. Lange Fließwege bei engen Querschnitten, kurze Prozesszeiten und eine filigrane Struktur des Bauteils waren die Aufgaben die es zu lösen galt.
Um den Anforderungen des 4+4-fach Werkzeugs und dem geplanten Prozess gerecht zu werden, wurde eine neuartige Generation des Schaumaufbereiters FOAMPLY® MX entwickelt. Die herausragenden Merkmale dieser Anlage sind die hohe Dosierleistung und die nochmals gesteigerte Präzision in der Dosiergenauigkeit. Dies wird durch den Einsatz von neuen servomotorisch angetriebenen Dosierkolbenpumpen realisiert. Mit dieser Maschinengeneration ist es nun möglich Materialausbringungen von bis zu 160 Gramm pro Sekunde zu realisieren.

In mehreren Versuchsreihen wurden Prozess und Bauteile auf Herz und Nieren getestet. Die hohen mechanischen und dynamischen Anforderungen werden durch die einzigartige Performance des 1K-PUR hervorragend erbracht. So muss die Dichtigkeit 60.000 Belastungszyklen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen standhalten. Eine Anforderung, die das Penguin Foam® Polyurethanmaterial von SUNSTAR am besten leisten kann, denn innerhalb einer Umgebungstemperatur von -40°C / +90°C liefert es immer gleiche Rückstellkräfte, unabhängig von der Verpressungsdauer. Diese Tatsache wurde innerhalb des Projektverlaufs immer wieder von FWB unterstrichen, denn kein anderes bisher eingesetztes Material lieferte laut seinen Angaben so gute Ergebnisse, wie das von SUNSTAR in Verbindung mit dem neuen S-FIT Verfahren von CeraCon.

Die Realisierung des Prototypen- und des Serienwerkzeugs wurde durch FWB hervorragend gelöst, der sich in diesem komplexen Umfeld als ein sehr innovativer und kompetenter Partner erwies. FWB ist nun in der Lage seinen ohnehin schon hoch integrierten Prozessen die S-FIT Technologie hinzuzufügen. Damit erweitert er sein Portfolio elektronischer Komponenten und umspritzten Metallkontakten in Kombination mit Spritzguss nun um die Wasserdichtheit durch die innovativste Dichtungstechnologie, die derzeit auf dem Markt erhältlich ist. Ein entscheidendes Merkmal, welches FWB ab sofort noch deutlicher von seinen Marktbegleitern unterscheidet.