Technika gorących kanałów BlueFlow® do produkcji mikroczęści

Specjalnością firmy Weißer+Grieshaber są ekstremalnie cienkościenne wyroby o filigranowych strukturach. W pilotowym zastosowaniu nowych dysz gorącokanałowych BlueFlow® firmy Günther Heisskanaltechnik GmbH firma ta uzyskała stabilniejszy i kosztowo efektywniejszy proces produkcji precyzyjnych filtrów – części składowej samochodowych systemów bezpieczeństwa.

Już w roku 2009 zakład przetwórstwa tworzyw sztucznych Weißer+Grießhaber z Mönchweiler otrzymał za swój „bezpośrednio wtryskiwany filtr“ nagrodę za innowację w ramach programu wspomagania działalności innowacyjnej w przemysłowych i rzemieślniczych zakładach średniej wielkości. Po raz pierwszy w tych precyzyjnych częściach dla przemysłu motoryzacyjnego „tkanina na sitko“ oraz oprawa z gwintem były produkowane czystą metodą wtryskową w jednej operacji wtrysku. Metoda ta zastąpiła dotychczas stosowana metodę, w której istniejąca „tkanina na sitko“ z metalu lub tworzywa sztucznego była obtryskiwana w celu uzyskania części gotowej do montażu. Zmiana technologii wytwarzania przyniosła nadzwyczajną obniżkę kosztów: obniżyły się one w zależności od wyrobu o 60 do 80 procent. Od tego czasu zakład produkuje filtry w licznych wariantach, także dla innych branż, w ilościach o kilkudziesięciu tysięcy do dziesiątków milionów sztuk.

Takie filtry z poliamidu o masie około 0,1 g stosowane są na przykład w systemach ABS i ESP do odfiltrowywania także najmniejszych cząsteczek z cieczy hamulcowej w celu zagwarantowania ich poprawnego funkcjonowania. Grubości nitek od 0,10 do 0,15 mm oraz wielkości oczka do 0,07 mm nie można rozpoznać gołym okiem. W związku z tym wielkość gratu musi być bardzo mała i nie może przekraczać 5 mikrometrów.

Okrągłe pięć lat prac badawczo – rozwojowych poświęciła firma Weißer+Grießhaber na opracowanie technologii filtra bezpośrednio wtryskiwanego. Dotyczyło to przede wszystkim budowy formy; do dnia dzisiejszego narzędzia są stale doskonalone. Zasadniczy wpływ na jakość i stabilność procesu przetwórstwa ma między innymi technika gorących kanałów wraz z techniką sterowania jak również dobranie odpowiednich parametrów. Mając to na względzie w procesie ciągłego doskonalenia technologii podjęto decyzję o zastosowaniu, jeszcze przed wprowadzeniem jej na rynek, nowej techniki grzewczej BlueFlow, opracowanej i wytwarzanej w firmie Günther Heisskanaltechnik w celu jej przetestowania i oceny uzyskanych wyników. „Pierwszym ewidentnym wynikiem zastosowania nowych dysz", mówi kierownik zbytu i zarządzania projektami w firmie Weißer+Grießhaber, pan Siegfried Kaiser, „był w porównaniu ze stosowanymi wcześniej – zaliczanymi również do zaawansowanych technologii — systemami gorących kanałów znacznie niższy poziom temperatury i ciśnienia. Stosowane w procesie okno temperatur będzie znacznie mniejsze, średni poziom temperatury będzie niższy i stabilniejszy."

Zmniejsza to to nie tylko obciążenie formy lecz także znacznie skraca czas przestojów. Kolejny przynajmniej tak samo ważny aspekt: wyższe temperatury i ciśnienia doprowadzały wcześniej czasami do nieakceptowalnych uszkodzeń materiału i w rezultacie do braków. Oprócz tego nie zawsze można było wypełnić wszystkie gniazda 8-io gniazdowej formy a udział braków osiągał do dwupozycyjnych wartości. Teraz problemy te już nie występują: z systemem gorących kanałów firmy GÜNTHER wypełniane są wszystkie gniazda a udział braków obniżył się do wartości poniżej 1 %. Uzyskano również znaczną poprawę jakości punktu wlewu.
Kolejny aspekt zaobserwowany w praktyce: dzięki szybkiemu nagrzewaniu i stabilnemu poziomowi temperatury – temperatura dysz i wartości zadane dla wszystkich ośmiu dysz są teraz na tym samym poziomie – możliwy jest zarówno bezproblemowy rozruch narzędzia, jak i jego ponowne uruchomienie po awarii. Również to istotnie przyczynia się do redukcji kosztów wytwarzania i wzrostu pewności procesowej.

Technika dysz gorącokanałowych BlueFlow
Kluczowym elementem nowych dysz są grubowarstwowe elementy grzejne opracowane przez firmę Günther i partnera projektowego Instytut Technologii oraz Systemów Ceramicznych Fraunhofera, Drezno. Na tuleję ze stali szlachetnej nanoszona jest metodą sitodruku, w warunkach pomieszczenia czystego, warstwa dielektryka oraz ścieżki przewodu grzewczego, które są następnie wypalane. Warstwa kryjąca izoluje i zabezpiecza element grzejny przed wpływami zewnętrznymi. W porównaniu z konwencjonalnymi grzałkami z korpusem mosiężnym nowe grzałki grubowarstwowe są bardziej filigranowe i mają mniejszą średnicę zewnętrzną. Najważniejszą zaletą niebieskiej grzałki grubowarstwowej jest to, że ścieżki grzejne można umieścić bliżej materiału, a także to, że nowa technologia pozwala na nanoszenie ścieżek grzejnych o różnej szerokości (i dzięki temu wpływaniu na wielkość oddawanej mocy) i ich precyzyjne, bardziej elastyczne pozycjonowanie, dzięki czemu uzyskuje się znacznie dokładniejszy rozkład mocy na całej długości rury grzewczej. Dzięki temu można na przykład łatwiej niż kiedykolwiek uzyskać wysoką koncentrację mocy w przedniej części dyszy.

Grubość całego elementu grzejnego wynosi tylko około 1 milimetr. W porównaniu z konwencjonalnymi grzałkami z korpusem mosiężnym nowe grzałki grubowarstwowe są bardziej filigranowe i mają mniejszą średnicę zewnętrzną. Oprócz tego elementy grzejne wyróżnia wysoka wytrzymałość napięciowa i to że nie są one higroskopijne. Dzięki temu wyeliminowano stosowane dotychczas powszechnie powolne nagrzewanie do 100 °C z następnym wygrzewaniem w celu kompletnego usunięcia pary wodnej z systemów gorących kanałów.

Liczby pod kreską
Generalnie nowa technologia BlueFlow® jest zgodna z dotychczasowymi systemami dysz gorącokanałowych, co umożliwia w zasadzie przezbrojenie starych form. Niewiele wyższe koszty inwestycyjne w zastosowaniach firmy Weißer+Grießhaber kompensowane są bezpośrednimi oszczędnościami oraz wzrostem pewności procesowej:

• Krótsze przestoje dzięki szybszemu i bezproblemowemu rozruchowi, również po awariach.
• Mniejsze do 30 procent zużycie energii dzięki niższemu poziomowi temperatury przetwórstwa.
• Zdecydowanie mniejsza liczba braków dzięki lepszemu prowadzeniu temperatury w dyszy, niższej temperaturze przetwórstwa i niższemu ciśnieniu. Dzięki niższemu ciśnieniu możliwe jest także przejście na mniejszą wtryskarkę i dalsze zmniejszenie kosztów.
• Stabilniejszy proces z mniejszą liczbą przestojów i odpowiednio większą ilością wyprodukowanych części.
• Dysze minimalizują stratę ciepła nie tylko ze względu na ich mniejsze wymiary zewnętrzne. Dzielona obudowa częściowa (trzpień) (Patent DE 412 70 36 udzielony 4.5.1995) wykonana ze stali w tylnej części oraz ze stopu tytanu o małej przewodności cieplnej w przedniej części gwarantuje małą stratę ciepła.

Oprócz tego w konstrukcji nowych narzędzi można wykorzystać również inne właściwości nowej technologii grzania jak np. mniejszą średnicę trzpienia w porównaniu ze standardowymi systemami. Umożliwia to realizację mniejszych rozstawów gniazd oraz konstrukcję mniejszych form lub zwiększenie wielokrotności formy z odpowiednimi efektami racjonalizacyjnymi.

Pan Siegfried Kaiser reasumuje: „Dla tego zastosowania nie mamy jeszcze dokładnej kalkulacji kosztu jednostkowego. Jednak system zamortyzował się po niecałym pół roku."

Gorące kanały High-tech
Od momentu założenia w 1983 roku firma Günther Heißkanaltechnik GmbH zajmuje się prowadzi prace badawczo - rozwojowe, konstruuje i produkuje innowacyjne dysze gorącokanałowe, systemy gorących kanałów jak również uzupełniającą technikę do wymagających zastosowań. Dzisiaj asortyment dostaw obejmuje od precyzyjnych, standardowych systemów gorących kanałów po dedykowane rozwiązania specjalne powstające w ścisłej współpracy z klientami. Przedsiębiorstwo zarządzane przez założyciela i właściciela pana Herberta Günthera i panią Siegrid Sommer produkuje gorące kanały wyłącznie w zakładzie we Frankenbergu (Północna Hesja). Klientami firmy są zakłady z takich branż jak technika medyczna, przemysł motoryzacyjny, elektrotechniczny i elektroniczny, opakowaniowy i dóbr konsumpcyjnych. Filie w Austrii, Chinach i USA jak również przedstawicielstwa w następnych 24 krajach obsługują klien-tów na odpowiednich rynkach krajowych.