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Insertanwendungen sind eine der Spezialitäten von Vernay, einem weltweit führenden Hersteller von Fluidsystemen für unter anderem automobile Anwendungen. „Durch einen hohen Funktionsintegrationsgrad erzielen wir mit Ventilbaugruppen und Metall/Kunststoff-Verbundteilen eine deutlich höhere Wertschöpfung als mit Vollgummiprodukten“, sagt Martin Reef, Global Automotive Business Unit Manager von Vernay. Am niederländischen Standort machen die Insertanwendungen 70 Prozent des Umsatzes aus. Innerhalb der Vernay-Gruppe mit Stammsitz in Atlanta, USA ist Oldenzaal das Leitwerk für diese Technologien. Zu den größten Kunden gehört Bosch mit seinen Tochterunternehmen und Joint Ventures.

Prozessintegration: Vom Rohmaterial bis zur Versandverpackung

Die Ankerplatten sind ein zentrales Funktionselement im Pkw. Sie müssen nicht nur zuverlässig abdichten, sondern gleichzeitig Aufpralldämpfungseigenschaften besitzen. Diese Doppelfunktionalität ist mit bloßem Auge zu erkennen. Die hellrote Silikontype im Zentrum der Ankerplatte wurde unter dem Gesichtspunkt der optimalen Dichtung entwickelt, die dunkelrote im Randbereich unter dem Gesichtspunkt der optimalen Dämpfung. Um beide Festsilikonmaterialien in einem Arbeitsgang auf einer Maschine zu verarbeiten, kommt eine vertikale Engel insert 80V/80V/100 combi HTV Spritzgießmaschine zum Einsatz. Die Anlage ist für eine Kapazität von 2,2 Mio. Ankerplatten pro Jahr ausgelegt. Sie wird von montags sechs Uhr bis samstags sechs Uhr im Dreischichtbetrieb ausgelastet.
Die Herausforderung für den Spritzgießmaschinenbauer Engel bestand bei dieser Anwendung darin, eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit mit maximaler Präzision unter einen Hut zu bringen. „Die gewünschten Eigenschaften der Silikonkomponenten stellen sich nur in einem sehr engen Prozessfenster ein“, betont Wim Veelders, Advanced Process Development Engineer bei Vernay in Oldenzaal. „Der Vulkanisationsgrad hat eine Toleranz von maximal einem Prozent. Deshalb benötigen wir eine sehr stabile Anlagentechnik.“ Vier Faktoren entscheiden über die Bauteilqualität: die Dosierkonstanz, die Temperatur, der Druck und die Zykluszeit. Ausschuss ist nicht nur teuer, sondern gefährdet auch die Lieferfähigkeit. „Wir produzieren just-in-time und müssen uns deshalb auf die Anlagentechnik voll und ganz verlassen können“, so Veelders. „Mit der Engel insert Spritzgießmaschine können wir den Prozess exakt kontrollieren und steuern.“
Für niedrige Stückkosten sorgt der besonders hohe Integrationsgrad der Fertigungszelle. Die Rohmaterialien werden ohne Zwischenlagerung direkt an die Fertigungszelle geliefert, die Metallinserts werden in einer Sprühanlage, die neben der Spritzgießmaschine steht, mit Haftmittel vorbehandelt, danach ins Werkzeug eingelegt und umspritzt. Nach dem Spritzgieß- und Vulkanisationsprozess prüfen die beiden Mitarbeiter an der Anlage die Qualität jeder einzelnen Ankerplatte, verpacken die Fertigteile 2000-Stück-weise in Kartons und stapeln diese versandfertig auf Paletten.

Drehteller spart Zeit, Energie und Kosten

Die Spritzgießmaschine arbeitet mit einem 16-fach-Drehtellerwerkzeug mit zwei Stationen. „Gegenüber anderen Silikonanwendungen im Haus stellt das einen deutlichen Effizienzgewinn dar“, berichtet Veelders. „Die Maschine muss nicht auf den Operator warten, da sämtliche Handlingschritte außerhalb der Schließeinheit durchgeführt werden.“ Während des Spritzgießens und Ausvulkanisierens entnehmen die Mitarbeiter die Fertigteile und bestücken die außen positionierte Werkzeughälfte neu mit Inserts. Dies geschieht manuell. Eine Automatisierung wäre zwar möglich, würde aber in diesem Fall keinen zusätzlichen Effizienzgewinn bringen. Die Zykluszeiten sind für das Handling sowie die vor- und nachgelagerten Arbeitsschritte ausreichend.
Gleichzeitig erhöht der Drehteller die Prozesskonstanz und Energieeffizienz. Denn je länger das Werkzeug offen steht – zum Beispiel zum Bestücken mit Inserts – desto größer ist das Risiko, dass es zu Schwankungen der Rohmaterialqualität, des Vulkanisationsgrads und der Temperatur kommt.
Da die beiden Silikonmaterialien mit unterschiedlichen Schussvolumina verarbeitet werden, kommen zwei unabhängig voneinander arbeitende Spritzaggregate – jeweils ausgestattet mit einer Stopfvorrichtung – zum Einsatz. Diese platzierte der Maschinenbauer auf besonders kompakter Fläche parallel zueinander oberhalb der Schließeinheit. „Uns war es sehr wichtig, mit Engel einen Partner zu haben, der auch im Elastomerbereich viel Erfahrung in der Mehrkomponententechnik mitbringt“, so Veelders. „Denn für uns handelt es sich bei diesem Projekt um die erste Zwei-Komponenten-Anlage.“

Türöffner zu neuen Produkten und Anwendungen

Da Bosch in Waiblingen die Ankerplatten schon länger auf zwei baugleichen Anlagen von Engel fertigt, konnte Vernay eine bereits optimierte Produktionszelle in Betrieb nehmen. Weiterentwicklungen fokussieren sich jetzt auf Prozessverbesserungen und Materialoptimierungen. Im zentralen Materialentwicklungslabor von Vernay in Yellow Springs, Ohio, USA, befassen sich ganze Abteilungen mit der Gummi-Mischungstechnologie sowie dem Vulkanisationsprozess. „Unsere Stärke besteht darin, für jede Anwendung den optimalen Kompromiss zwischen den funktionellen Anforderungen sowie der Vulkanisationszeit und -temperatur zu finden“, so Reef. „Dafür betrachten wir das Design und die Prozesse stets ganzheitlich und bündeln in unseren Entwicklungsteams das Know-how aus verschiedenen Bereichen.“

Der Werkzeugstahl ist für den optimalen Prozesspunkt ebenso wichtig wie das Vulkanisationsverfahren. So ist auch die neue von Engel auf seinem Symposium im Juni 2012 vorgestellte UV-Vulkanisationstechnologie schon im Fokus der Vernay-Entwickler. „Für die Zukunft könnte diese Technologie für uns interessant sein“, sagt Martin Reef. Schnelle Entscheidungen sind in der Elastomerindustrie eher die Ausnahme denn die Regel. Die Lebenszyklen von Dichtungsprodukten umspannen zwischen vier und 20 Jahren. Optimierungsideen finden frühestens in der nächsten Produktgeneration Beachtung. Vor allem wenn es sich um sicherheitsrelevante Komponenten im Automobil handelt, ist die Hemmschwelle, auf neue Verfahren oder Materialien zu wechseln, groß. Zukunftspotenzial sehen die Niederländer deshalb vor allem in der Entwicklung ganz neuer Produkte und Anwendungen. Die Zwei-Komponenten-Verarbeitungszelle hat ihnen hierfür eine weitere Tür aufgestoßen.

UV-Licht für die Mehrkomponententechnik

Mit einem neuen Verfahren für die Vulkanisation von Silikonen bei niedrigen Temperaturen eröffnet Engel Austria der Mehrkomponententechnik neue Chancen. Während Silikonkautschuke für die Vernetzung herkömmlich hohe Temperaturen benötigen, vulkanisieren neue Silikontypen durch Bestrahlung mit Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich bei Raumtemperatur. Dies ermöglicht die Kombination von Silikonen im Zwei- und Mehrkomponentenspritzguss mit einer breiten Palette an Thermoplasten. Auch temperaturempfindliche Materialien wie Polypropylen lassen sich jetzt in einem Arbeitsschritt gemeinsam mit Silikon verarbeiten. Voraussetzung dafür sind lichtdurchlässige Kavitäteneinsätze im Spritzgießwerkzeug, wie sie von Engel-Partner Elmet, Oftering, Österreich, entwickelt wurden. Weitere Vorteile der UV-Vulkanisation sind kürzere Zykluszeiten und eine höhere Energieeffizienz der Silikonverarbeitung.

Über den Autor

Susanne Zinckgraf, Manager Public Relations, Engel Austria, Schwertberg, Österreich