Perfekt gegossen und sicher entformt
Zahnstangengetriebe für optimalen Spritzguss
Die Fischer Werkzeug- und Formenbau GmbH fertigt Spritzguss-, Stanzund Biegewerkzeuge für Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen. Bei den Spritzgusswerkzeugen für die Produktion von Kleber-Kartuschen verbaute man bisher als Entformungseinrichtung einen hydraulisch angetriebenen Abstreifer. Da dieser aufgrund von Leckagen öfter ausfiel, setzt das Unternehmen seit einiger Zeit auf einen elektrischen Antrieb mit hochpräzisen Zahnstangengetrieben von Leantechnik.
Den Zweikomponenten-Hochleistungsmörtel FIS V von Fischer kennen viele Handwerker aus ihrem Alltag. Mit ihm lassen sich schwere Lasten wie Vordächer, Konsolen oder Markisen an den verschiedensten Untergründen befestigen. Was aber kaum einer weiß: Fischer produziert nicht nur den Mörtel, sondern auch die dazugehörige Kunststoff-Kartusche im eigenen Werk. Dazu wird ein Spritzgusswerkzeug benötigt, wie es viele Unternehmen der Kunststoff verarbeitenden Industrie von speziellen Werkzeug- und Formenbauern beziehen. Die Fischerwerke verfügen für die Fertigung dieser Werkzeuge über eine eigene Abteilung, die seit 2015 als Fischer Werkzeug- und Formenbau GmbH selbstständig am Markt agiert. Rund 120 Mitarbeiter produzieren nicht nur Spezialwerkzeuge für die fischer Unternehmensgruppe, sondern auch für zahlreiche Kunden aus den verschiedensten Branchen wie z. B. der Medizintechnik, der Konsumgüter- und der Automobil-Industrie sowie der Elektrotechnik.
Bisheriger Antrieb für Abstreiferplatte war fehleranfällig
Die Werkzeuge für die Fertigung der Kunststoff-Kartuschen für den 2K-Hochleistungsmörtel verfügen wie alle Spritzgusswerkzeuge über eine sogenannte Abstreiferplatte. Sie schiebt das fertig ausgehärtete Kunststoffteil über den sogenannten Formkern des Werkzeugs hinaus, sodass es von diesem abfallen und mit einem Förderband abtransportiert oder von einer Handling-Einheit abgestapelt werden kann. Bisher verwendete Fischer für die Abstreifer-Platten einen hydraulischen Antrieb. Das hatte aber einen großen Nachteil: „Es gab immer wieder Leckagen“, berichtet Markus Schillinger, Lieferantenmanager bei der fischer Werkzeug- und Formenbau GmbH. „Dabei wurden nicht nur die Kartuschenrohlinge durch Hydraulik-Öl verunreinigt, sondern auch die Maschine.“Die Folge war, dass etliche Kartuschenrohlinge entsorgt werden mussten. Kosten entstanden zudem durch den Ausfall der Werkzeuge: „Da wir die HydraulikZylinder jedes Mal austauschen mussten, kam es zu Stillständen in der Fertigung. Das hat sich natürlich negativ auf die Produktionskosten für die Kartuschen ausgewirkt“, so Schillinger.
Zahnstangengetriebe ersetzen die Hydraulik
Bei Fischer suchte man deshalb mit Hochdruck nach einer Lösung. Eine Konstrukteurin wurde damit beauftragt, für die Abstreiferplatte einen elektrischen Antrieb auf Basis eines Servomotors zu konzipieren. Darüber hinaus musste eine Alternative für die bisherige hydraulische Führung der Abstreifer-Platte gefunden werden. Im Zuge der Recherchen wurden Markus Schillinger und seine Kollegen auf die Leantechnik AG aufmerksam, einen Spezialisten für hochgenaue Zahnstangenhubgetriebe aus dem nordrhein-westfälischen Oberhausen. „Wir
haben dann Kontakt aufgenommen und gemeinsam mit den Ingenieuren dort überlegt, welche Zahnstangengetriebe sich für unsere Anwendung eignen und wie man sie am besten mit dem Elektromotor verbindet“, erinnert sich der Ingenieur.
Um das herauszufinden, sahen sich Leantechnik-Ingenieur Lukas Piofczyk und seine Kollegen die Anwendung im Detail an. Schnell stand fest, dass je Spritzgießwerkzeug zwei Zahnstangengetriebe nötig sein würden, um die Abstreiferplatte präzise und absolut synchron über die Formkerne des Werkzeugs hinausschieben zu können. Dies ist nötig, da andernfalls die Bauteile der Kartusche aneinander schaben würden.
Hochgenau und sehr robust – die Lifgo-Zahnstangengetriebe
Lukas Piofczyk empfahl den Werkzeugbauern für diese Aufgabe die robusten Lifgo-Zahnstangengetriebe von Leantechnik. Sie verfügen über eine Vierfach
Rollenführung und gewährleisten deshalb die erforderliche hohe Positioniergenauigkeit. Die Zahnstangengetriebe wurden für Anwendungen entwickelt, in denen schnelle und präzise Hubbewegungen ausgeführt werden müssen. Durch ihre vierfach-rollengeführte lineare Zahnstange können diese Getriebe hohe Quer- und Hubkräfte von bis zu 25.000 N aufnehmen (Lifgo 5.4), erzeugen zugleich aber nur geringe Laufgeräusche. Die Zahnstangengetriebe gibt es in vier Baugrößen und in sechs verschiedenen Ausführungen. Das Modell mit einfacher Zahnstange lässt sich zum Lifgo linear umbauen und kann dann in Anwendungen mit besonders langen Verfahrwegen eingesetzt werden. Die Variante Lifgo doppel verfügt über zwei parallel laufende Zahnstangen und ist für Handling-Aufgaben konzipiert, die mithilfe von Zentrier- oder Greiferbewegungen ausgeführt werden. Mit dem Lifgo linear doppel wiederum können Greif- und Zentrierbewegungen in Anwendungen mit langen Verfahrwegen bewältigt werden. Das Lifgo SVZ ist mit einer schrägen Verzahnung ausgestattet, was einen flüsterleisen Betrieb ermöglicht. In der Ausführung Lifgo Excenter kann das Zahnflankenspiel sogar individuell eingestellt werden.
Entformungsprozess erfordert hohe Hubkraft
Für die Führung der Abstreiferplatte wählten die Leantechnik-Ingenieure zwei Zahnstangengetriebe in der Größe
Lifgo 5.3 mit einer Hubkraft von 15.900 N und einem Drehmoment von 477 Nm. Um die Abstreiferplatte zu bewegen, sind diese großen Kräfte zwar nicht erforderlich; denn sie wiegt lediglich einige Hundert Gramm. Sie werden aber benötigt, um die ausgehärteten Kartuschenteile vom Spritzgießwerkzeug zu entformen. Der Grund: Durch das Schrumpfen im Fertigungsprozess haften die Kunststoffteile sehr gut an den Formkernen und müssen daher mit entsprechend hohem Druck von diesen abgestreift werden.
Die Zahnstangengetriebe sind dafür ideal, da sie nicht nur eine große Hubkraft haben, sondern auch hohe Querkräfte aufnehmen. Ein weiteres Plus der Getriebe ist ihre gute Hitzebeständigkeit: Sie halten selbst Umgebungstemperaturen von bis zu +80 °C im Inneren des Werkzeugs problemlos stand. „Das Wichtigste war für uns aber die hohe Genauigkeit der Zahnstangenhubgetriebe“, berichtet Markus Schillinger. Er ist froh, diese Lösung gefunden zu haben, „denn erst die Lifgo-Getriebe haben es uns ermöglicht, auf Hydraulik als Antriebstechnik zu verzichten“.
Werkzeuge sind in fünf Jahren nicht einmal ausgefallen
Seit mehr als fünf Jahren setzen die Fischerwerke jetzt schon die Spritzgießwerkzeuge mit den integrierten Leantechnik- Zahnstangengetrieben ein, ohne dass es einen Ausfall gegeben hat. Die Werkzeugbauer sind deshalb mit der Leistung der Getriebe sehr zufrieden und wollen sie in Zukunft auch in Werkzeugen für externe Kunden verbauen. ( anm) ■