Die präzise Alternative beim Kunststoffspritzguß
Endkunden aus dem Pharma- und Gesundheitssektor sind treu, aber anspruchsvoll. Davon weiß man bei Zahoransky, einem international tätigen Komplettanbieter im Bereich Maschinenbau, Spritzgießund Automatisierungstechnik mit 900 Mitarbeitern in weltweit sech
Spritzgusswerkzeuge und -formen, zum Beispiel für Zahnbürsten und pharmazeutische Produkte werden projektbezogen hergestellt, oft in Kleinserien oder als Einzelstücke. Zum Öffnen und Schließen der Nadelverschlussdüsen, als Abstreifeinheit oder zur Bewegung der Schiebereinheiten werden bislang, auch aus Preisgründen, hydraulische oder pneumatische Antriebe verwendet. Doch für den Pharma- und Gesundheitsbereich war man schon seit geraumer Zeit auf der Suche nach Alternativen: Kräfte und Geschwindigkeiten müssen programmier- und regelbar sein, Prozesse muss man dokumentieren und später nachverfolgen können. „Das ,Klick-Klack-Auf-Zu´ der Pneumatik erfüllt diese Ansprüche oft nicht“, erläutert Jürgen Schulz, Konstruktionsleiter bei Zahoransky Automation & Molds GmbH in Freiburg.
Ein erster Versuch mit einem elektrischen Stellzylinder Typ Tritex des Herstellers Exlar war erfolgreich: Die Signale der Spritzgussmaschine wurden im eingebauten Controller verarbeitet und gingen an den ebenfalls im Gehäuse integrierten Antrieb, um die Kunststoffmasse kontrolliert in die Form zu drücken. Dabei fiel auf, dass es nicht nur auf Kraft und Präzision, sondern auch auf den Platzbedarf in der Maschine ankommt: Viel größer als Hydraulik- oder Pneumatikzylinder dürfen die Geräte nicht sein, denn für Neukonstruktionen gibt´s bei diesen kleinen Serien schlicht kein Budget. Daher blieb man bei EXLAR, da hier sowohl der speziell entwickelte, laufruhige und langlebige Antrieb als auch der an jeden Controllertyp anpassbare Drehgeber neben dem patentierten Rollengewindetrieb der Kolbenstange im Gehäuse Platz finden. Auch das Thema Wärmeabgabe und Wärmeempfindlichkeit ist bei den „heißen Seiten“– den düsenseitigen Werkzeughälften der Spritzgussformen – wichtig. Durch seine spezielle „T-LAM“-Wicklung hält sich die Wärmeabgabe des Motors in Grenzen und die Energie wird fast komplett in Kraft umgesetzt. Gemäß den jeweiligen technischen Anforderungen lassen sich die Zyklenintervalle, Geschwindigkeiten und Hübe so steuern und programmieren, dass es auf eine auch ökonomisch „saubere Lösung“hinausläuft, wie Jürgen Schulz weiter ausführt: Kosten für die dauernde Unterhaltung hydraulischer oder pneumatischer Systeme entfallen, Energie wird nur verbraucht, wenn tatsächlich gearbeitet wird, und die bei hydraulischen Zylindern stets mitschwingende Angst vor Leckagen – die ist weg.
Nachdem Zahoransky mit Exlar Tritex Erfahrungen gewonnen hatte, ist man nun mit Stellzylindern des Typs Exlar GSX30 in die Serie gegangen: Elektrischerseits wurden die Zylinder an die bei Zahoransky verwendeten Bosch Indradrive-Frequenzumrichter angepasst, mechanisch wurde auf die Frontplattenlösung zurückgegriffen. Ein Exlar-Zylinder mit knapp 6 kN Dauerkraft ersetzt jetzt zwei Hydraulikzylinder bei einer Abstreifereinheit. Der Vorteil liegt hier vor allem in der genauen Steuerung, die beim hydraulischen Zylinder vorher nicht möglich war. Auch dieses System funktioniert, weswegen Exlar nun auch in eine Umkonstruktion einbezogen wurde: Eine von Zahoransky neu entwickelte Vorrichtung zum schnellen Wechsel von Modellvarianten umfasst nun statt der vier ursprünglich vorgesehenen Pneumatikzylinder wieder ein Exlar GSX30. Man will, schon aus Gründen der kostengünstigen Lagerhaltung, möglichst bei einer Standardgröße bleiben, sagt Jürgen Schulz und verspricht sich von dieser Lösung Vorteile:
„Da Zahoransky viele Kunden im Pharmabereich hat, sind elektrische Antriebe im Reinraum natürlich eine ‚saubere Lösung‘. Der GSX 30 passt auf Grund der Baugröße gut zu unseren Baukästen der pneumatischen und hydraulischen Antriebe. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, den Antrieb sowohl in unsere eigene Steuerung integrieren zu können als auch die Steuerung der Spritzgießmaschine ohne großen Aufwand verwenden zu können. Dies gibt uns ein größtmögliches Maß an Flexibilität.“( anm) ■
Außer den Verbindungswellen der Reihen WDS, WDE und WD-VA bietet Jakob Antriebstechnik noch eine weitere Standardbaureihe und kundenspezifische Lösung für die Überbrückung großer Achsabstände an: Die auf Elastomerkupplungen der
Reihe EKH basierende Reihe EKHZ. Der Einsatzbereich der Reihe EKHZ liegt hauptsächlich in Anwendungen mit mittleren Betriebsdrehzahlen.
Sie deckt einen Drehmomentbereich von 20 bis 1600 Nm ab und erlaubt maximale Drehzahlen von 3500 U/ min bei der minimalen Länge von 50 cm. Sie eignet sich für Wellendurchmesser von 10 bis 100 mm. Allgemein beträgt die erreichbare maximale Länge der Reihe EKHZ drei Meter. Die Reihe EKHZ erlaubt es, Schwingungen effizient abzubauen. Der Grad der Schwingungsdämpfung lässt sich durch die Shorehärte der Ausgleichselemente anpassen. Die verwendeten Kunststoffsterne bieten zwei Vorteile: auch ohne Halbschalenausführung lassen sich die Kupplungen, da steckbar, einfach montieren. Zudem wirkt der Kunststoff thermisch und elektrisch isolierend. Aufgrund der Eigenschaften des verwendeten Materials können diese Kupplungen nur bis 90°C eingesetzt werden, wobei sich das zulässige Übertragungsdrehmoment mit zunehmender Temperatur reduziert.