Trockeneis macht die Werkzeuge blank

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Trockeneis macht die Werkzeuge blank

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Neue Fertigungsprozesse wie das Direct-Skinning beim Automobilzulieferer Fischer Automotive in Horb stellen hohe Anforderungen an Präzision und Verarbeitung. Die Reinigung der stark beanspruchten Maschinen und Werkzeuge erfolgt mit einem Trockeneis-Strahlgerät. Verschmutzungen werden dabei regelrecht abgesprengt.
Beim so genannten Direct-Skinning, das von Fischer Automotive mit entwickelt wurde, erfolgen Spritzguss und Oberflächengestaltung in einem Prozessschritt. Der kompakte Fertigungsprozess unterscheidet sich von herkömmlichen Verfahren durch eine bessere Qualität, kürzere Fertigungszeiten und geringere Kosten. Zudem ist beim Design des Bauteils ein größerer Gestaltungsspielraum gegeben. Mit dem Verfahren lassen sich haptisch angenehme, lederähnliche Oberflächen in verschiedenen Farben herstellen. Kratz- und Abriebfestigkeit, Chemikalien- und UV-Beständigkeit auch bei direkter Sonneneinstrahlung sowie eine hohe Lebensdauer sind die Vorteile der Bauteile, die mit dem neuen Verfahren hergestellt werden.
Der kompakte Fertigungsprozess sorgt zudem für kürzere Durchlaufzeiten und somit für eine flexible Belieferung der Kunden. Bei dem Verfahren, das eine weitere Oberflächenveredelung überflüssig macht, wird die Trägerkomponente aus Thermoplast wie üblich mit einer Spritzgießmaschine hergestellt. Anschließend wird das Teil jedoch nicht aus dem Werkzeug entnommen und für den nächsten Verfahrensschritt in eine andere Anlage gebracht. Vielmehr verbleibt es auf dem schließseitigen Werkzeugkern und wird sofort je nach Werkzeugkonzept per Schiebetisch, Drehteller oder Indexplatte in eine zweite Kavität gebracht. Dort wird das Dekormaterial (PUR) injiziert, das in der geschlossenen Form aushärtet.
Durch den kompakten One-Shot-Prozess in einer Anlage ist ein zweites Werkzeug überflüssig. Auch bisherige Zwischenschritte wie Transport und Reinigung gibt es nicht mehr. Risiken bei Prozesssicherheit und Qualität durch Verformung oder mangelnde Passgenauigkeit fallen ebenfalls unter den Tisch. Die Herstellungszeit ist kurz und die Wiederholgenauigkeit hoch. Beim Direct-Skinning werden die einzelnen Komponenten im Mischkopf der Maschine zusammengeschossen und zu PUR vermischt. Alle Ausgangsmaterialien werden in einem Produktionskreislauf geführt. So entstehen fein strukturierte Oberflächen auf den Kunststoffteilen. Vor jedem Schuss wird automatisch ein Trennmittel auf das Werkzeug beziehungsweise die Form gespritzt, um den Formungsprozess zu erleichtern.
Bei der Herstellung der Blenden entsteht feinster Kunststoffstaub, der sich auf den Werkzeugteilen ablagert. „Nach 150 Zyklen bei den schwarzen und 300 Zyklen bei den farbigen Teilen muss das Werkzeug gründlich gereinigt werden, um die einwandfreie Funktionsweise zu garantieren“, sagt Robert Hornberger, Abteilungsleiter Spritzguss bei Fischer Automotive. Daher erfolgt alle 2,5 h bei der Fertigung der schwarzen und alle 5 h bei der Fertigung der farbigen Blenden ein reinigungsbedingter Stopp. Da in der Regel in drei Schichten gearbeitet und pro Minute ein Teil gespritzt wird, sind je nach Produkt mehrere Reinigungszyklen pro Tag notwendig.
Die Automobilzulieferer aus Horb verwenden hierfür das Trockeneis-Strahlgerät IB 7/40 von Kärcher zum Reinigen der Kunststoffspritzguss-Werkzeuge mit ihren filigranen Flächen und Geometrien. Im Gerät werden Trockeneis-Pellets der Klasse 9 bei -79 °C in einen Druckluftstrom dosiert. Über eine Düse treffen die Pellets mit hoher Geschwindigkeit auf die Werkstückoberfläche und reinigen so die Verunreinigungen ab.
„Die Reinigung unserer Werkzeuge erfolgt schnell, sauber und rückstandsfrei“, erklärt Jürgen Hahn, Verfahrensmechaniker für Kunststoff und Kautschuk, der die Maschinen für das Direct-Skinning einrichtet und bedient. Das Modell von Kärcher beschleunigt das Eis derart, dass es beim Aufschlag auf die zu reinigende Fläche sublimiert. Um besser zwischen die aufgefahrenen Werkzeuge zu gelangen, setzt man so genannte Winkeldüsen von Kärcher ein. Darüber hinaus lässt sich die kompakte Strahlpistole gut im beengten Raum zwischen den Werkzeugen handhaben. „Mit den verschiedenen Düsen lassen sich alle Geometrien im Werkzeug reinigen“, weiß Jürgen Hahn. „Auch feinste Schmutzpartikel werden abgelöst und fallen herunter in den Bereich unterhalb der Maschine.“ Partikel, die sich dort ansammeln, werden mit der normalen Bodenreinigung der Produktionshalle entfernt. Und schnell geht es auch noch. Die Reinigung mit Trockeneis dauert rund 5 min. Ein Abkühlen und wieder Aufheizen der Form oder gar eine Demontage ist nicht notwendig. Nach der Reinigung kann der Produktionsprozess sofort wieder aufgenommen werden.
Dank seiner kompakten Bauweise lässt sich das 70 kg schwere Gerät auf zwei großen Rädern bequem durch die engen Gänge zwischen den Spritzgussmaschinen bewegen. Ein eingebauter Wasserabscheider entfeuchtet die Druckluft. Um ein Vereisen bei längeren Arbeitspausen zu vermeiden, kann der Behälter, der 18 kg Trockeneis fasst, auf Knopfdruck entleert werden. Kontrollleuchten zeigen den Status der Funktionen wie Druck, Spannung und Dosierung an.
Eisverbrauch und Druck sind von 15 bis 50 kg/h beziehungsweise 0,2 bis 1 MPa (2 bis 10 bar) variabel. Der verfestigte CO2-Schnee wird auf maximal Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Die Luftführung im Gerät ist strömungstechnisch so optimiert, dass wenig Druckluft ausreicht, um ein gutes Reinigungsergebnis zu erzielen. Die Druckluftmenge beträgt 2,5 m³/min bei Maximaldruck und liegt im Normalbetrieb bei 1,5 m³/min. Wenn die kalten Pellets auf die Verschmutzung treffen, bewirken die Temperaturdifferenz und die kinetische Energie, dass diese versprödet und aufbricht. Nachfolgende Partikel dringen in die Risse ein und sublimieren dort vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand. Diese Sublimation ist mit einer Volumenvergrößerung um den Faktor 700 verbunden. So werden auch mikroskopisch kleine Verschmutzungen regelrecht abgesprengt. Maschinen, Formen und Werkzeuge lassen sich auf diese Weise an Ort und Stelle reinigen. Eine Demontage ist in der Regel nicht erforderlich, was die Stillstandzeiten verkürzt. Da das Gerät zudem ohne Chemie arbeitet, müssen keine Abwässer entsorgt werden. Das Strahlmedium löst sich buchstäblich in Luft auf.
Die Variante IB 7/40 Classic des Trockeneis-Strahlgeräts ist standardmäßig mit einer elektrisch gesteuerten Strahlpistole ausgestattet. Zubehör wie Rund- und Flachstrahldüsen, Gabelschlüssel und Düsenfett sind in einer Werkzeugtasche griffbereit am Gerät untergebracht. Wahlweise sorgen ringförmig angeordnete LEDs an der Düse für eine gute Sicht auf das zu reinigende Objekt. Insgesamt sind in Horb drei Trockeneis-Strahlgeräte im Einsatz. Die Modelle werden genutzt zum Reinigen von Werkzeugen, aber auch bei der Säuberung von Lackierteilen. „Wir legen großen Wert darauf, dass unsere optimierten Prozesse eingehalten werden“, erklärt Robert Hornberger. „Nur so können wir wettbewerbsfähig produzieren.“
Dr. Klaus Fockenberg Fachjournalist in Waldenbuch
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