Anwenderbericht Firma Goletz

Kühlen und Temperieren mit System

 

Nur durch die gezielt ausgelegte und integrierte Temperiertechnik von gwk ist es Kunststoffverarbeiter Walter Goletz gelungen, eine üblicherweise im Tiefziehprozess hergestellte Transportverpackung im Spritzgießverfahren wirtschaftlich zu fertigen: Die Kombination der kavitätsnah temperierten Werkzeugeinsätze Integrat 4D mit dem Mehrkreis-Temperiersystem Integrat Direct  verbesserte die Bauteilqualität und reduzierte die Zykluszeit, so dass sich die Investition binnen zehn Monaten amortisierte.

 

„Wir waren selbst die größten Skeptiker, als der Kunde mit der Idee auf uns zukam, eine bislang tiefgezogene Transportverpackung im Spritzgießverfahren herzustellen. Schließlich sind die Werkzeugkosten wesentlich höher. Doch, oh Wunder, es ist uns geglückt. Wir können das Tray kostengünstiger fertigen – und mit den Tiefziehern konkurrieren“, freut sich Hendrik Baukloh, Leiter Qualitätssicherung der Walter Goletz GmbH, Kierspe.

Wunder geschehen im Sauerland allerdings selten. Und auch in diesem Fall haben wohl eher harte Arbeit und eine gute Portion Tüftlergeist dazu geführt, dass der Wunsch des Kunden in Erfüllung ging. Konkret hatte der Kunde, ein großer Tier-1-Zulieferer der Automobilbranche, folgendes Anliegen: Er benötigte einen Ladungsträger für Abstandssensoren, die in Stoßstangen verschiedener Automobilhersteller verbaut werden. Diese Trays sollten sowohl für den abschließenden Reinigungs- und Lackierprozess als auch in der Folge für den weltweiten Transport gleichermaßen genutzt werden können, so dass die Sensoren nicht mehr umgeladen werden müssen.

Das heißt, die Trays müssen sowohl mit einem Deckel (der die nicht zu lackierenden Teile des Sensors abdeckt) als auch mit einer Vielzahl von Löchern versehen sein, damit das Wasser während des Reinigungs- und Lackierprozesses ablaufen kann. „Hier kann der Spritzguss schon ganz klar punkten: Denn bei Tiefziehteilen sind Löcher nur mittels relativ teurer Nacharbeit durch Bohren möglich. Wir aber können Löcher, sehr filigrane Strukturen und Hinterschneidungen problemlos im Werkzeug umsetzen. Insofern sind beim Spritzgießen völlig andere Formgebungen als beim Tiefziehen möglich“, erklärt Baukloh.

Gleichzeitig, so die Anforderung, muss die Elektronik der Sensoren vor der Feuchtigkeit hermetisch geschützt sein. Bei einem tiefgezogenen Tray würde man dafür eine Dichtlippe ankleben, gegen die sich das Bauteil beim Einlegen wasserdicht abdichtet. „Diese Dichtung kann durch den Klebeprozess bei der Entnahme der Sensoren leicht abreißen. Wir haben hingegen die Möglichkeit, durch das 2-K-Spritzgießen eine bombenfeste Verbindung zu realisieren“, so Baukloh.

 

Hohe Reproduzierbarkeit gefordert

Und schließlich gab es vom Automobilzulieferer noch eine dritte Anforderung: Das Tray muss in Roboterlinien einsetzbar sein – und somit sehr genau die vorgegebenen Maße einhalten. Baukloh: „Das ist für das Spritzgießen kein Problem. Allerding mussten wir sicherstellen, dass eine hohe Reproduzierbarkeit im Spritzgießprozess gegeben ist.“

Erste Erfahrungen mit dem Spritzgießen von Trays hatte man bei Walter Goletz bereits gesammelt: Seit ein paar Jahren fertigt das Unternehmen für einen anderen Kunden multifunktionale Transport-Trays für Autoschlüssel – und zwar in verschiedenen Farben, so dass der Zulieferer die Schlüssel den verschiedenen OEMs jeweils in einer anderen Tray-Farbe zur Verfügung stellen kann. „Das ist noch ein Vorteil gegenüber dem Tiefziehen. Denn da gibt es nur schwarz“, sagt Baukloh.

Somit waren die groben Rahmenbedingungen für das Tray gesetzt. „Ansonsten hatte der Kunde aber nur eine Skizze. Pläne oder gar Daten gab es nicht“, erinnert sich Ulrich Teetz, Projektleiter bei Walter Goletz. Insofern wurde das Tray zum Projekt für die Entwicklungsabteilung des Unternehmens – zunächst mit unbestimmtem Ausgang. „Dass dies ein Leuchtturm- und gleichzeitig ein Riesenprojekt für uns werden könnte, habe ich aber ziemlich schnell gemerkt. Und zwar, nachdem ich mich mit Carsten Schmidt und Ulrich Rosenberg von der gwk getroffen habe, um mit ihnen die Möglichkeiten der kavitätsnahen Temperierkanäle im Werkzeug zu besprechen. Denn ich ahnte schon, dass wir gwk brauchen, um eine möglichst kurze Zykluszeit und damit die Wirtschaftlichkeit des Projekts realisieren zu können“, so Baukloh. Rosenberg ist Leiter Werkzeugtechnik, Schmidt Leiter Verfahrenstechnik Spritzguss bei gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, Kierspe. Auch Schmidt erinnert sich gut an das damalige Treffen: „Das Tray war zu dem Zeitpunkt bereits mit den heute realisierten 36 Nestern mit tiefen Konturen projektiert. Für uns hieß das, dass die Kanäle für die Werkzeugkühlung um jedes dieser Nester zu legen waren, um das Tray letztlich möglichst dünnwandig und damit kostengünstig produzieren zu können. Das würde machbar, wenn auch keine leichte Aufgabe sein, so viel war klar.“

 

gwk war früh einbezogen in das Projekt

Die entscheidende Frage aber war für Baukloh: Würde man die von ihm angepeilte Zykluszeit mit Hilfe der kavitätsnah temperierten Werkzeugeinsätze Integrat 4D und dem Mehrkreis-Temperiersystem Integrat Direct erreichen können? Nach der verfahrenstechnischen Analyse gab es ein erneutes Treffen, bei dem beide Seiten die gewünschte beziehungsweise realisierbare Zykluszeit verdeckt auf ein Blatt Papier schrieben. „Und siehe da: Wir lagen gerade einmal 2 Sekunden auseinander, bei einer Zykluszeit von insgesamt 47 Sekunden ist das nicht viel,“ so Schmidt.

„Als ich das gwk-Technikum verließ, wusste ich, dass wir das Projekt umsetzen können“, so Baukloh. „Insofern bin ich froh, dass wir gwk zu einem so frühen Zeitpunkt ins Boot geholt haben. Über die kavitätsnahen Temperierkanäle im Werkzeug haben wir uns in der Vergangenheit immer mal wieder Gedanken gemacht, aber meist zu einem relativ späten Zeitpunkt, so dass gwk kaum eine Chance hatte, die Temperierkanäle sinnvoll unterzubringen.“

„Dieses Vorgehen war wie aus dem Lehrbuch, so konnten wir in enger Partnerschaft mit Walter Goletz die optimale Lösung entwickeln“, bestätigt Schmidt. Als der Startschuss gefallen war, ging es für die Projektverantwortlichen darum, das Werkzeug mit den von gwk kavitätsnah temperierten Werkzeugeinsätzen zu entwickeln, bevor es vom Goletz-eigenen Formenbau gebaut wurde. Das Ergebnis ist ein 2x2fach Werkzeug, in dem erst zwei Tray-Schalen als Hartkomponente aus ABS und anschließend die Weichkomponente aus TPE für die Abdichtung der Sensorelektronik angespritzt wird. Es verfügt über jeweils vier Heißkanäle zum Anspritzen, um die Kavitäten alle gleichmäßig zu füllen. Für jede Heißkanalbuchse wurde ein eigener Temperierkreis angelegt. Die komplexe Auslegung der kavitätsnah temperieren Werkzeugeinsätze und die Erstellung eines projektspezifischen Temperierkonzepts (siehe Kasten) übernahm gwk in enger Abstimmung mit den Verantwortlichen bei Walter Goletz.

 

Drei verschiedene Wassertemperaturen

Die unterschiedlichen Wassertemperaturen wurden gewählt, weil man nach dem Spritzgießen der Schale so viel Energie wie möglich vom Bauteil abführen will. „Andererseits muss die Schale vor dem Anspritzen der Weichkomponente in der zweiten Station eine bestimmte Temperatur aufweisen, damit sich die beiden Komponenten dauerhaft miteinander verbinden“, erläutert Schmidt. Da im Vorfeld nicht klar ist, welche Temperatur wann im Prozess existiert, sind die Temperaturen während des Spritzgießens steuer- und regelbar.

Dabei wurde lange diskutiert über die Zahl und Positionen der Auswerfer. Dem Kunststoffverarbeiter war dieser Punkt sehr wichtig, da die Wände des Trays bis zu 1,5 mm dünn sind und es sich deshalb beim Entformen aus dem Werkzeug leicht verziehen kann. Für gwk hieß das, dass die Temperierkanäle um diese Auswerfer herum gelegt werden mussten.

Wie komplex die Auslegung der Temperierkanäle ist, zeigt sich an diesen Zahlen: Insgesamt 10 m Kanäle, 68 Umlenkungen und diverse Steiger sind in einem der acht Werkzeugeinsätze verbaut, um alle 36 Nester des Trays gleichmäßig abkühlen zu können. „Wir haben das Bauteil sozusagen komplett in Wasser gelegt. Da ist im Grunde mehr Wasser drin als Stahl. Manchmal habe ich mich schon gefragt, ob wir genügend Stahl im Werkzeug haben. Erst durch die kavitätsnah temperierten Werkzeugeinsätze in Kombination mit dem Mehrkreis-Temperiersystem konnten wir das Projekt überhaupt erst wirtschaftlich und auch technisch realisieren“, erklärt Teetz.

 

8 Sekunden Zeiteinsparung

Alle Beteiligten sind sich nach einem halben Jahr Produktion einig: Die Mühe hat sich gelohnt: Auf einer umgebauten 2K-Spritzgießmaschine von Krauss Maffei mit 8.000 kN Schließkraft wird Walter Goletz in diesem Jahr rund 950.000 dieser Trays produzieren.

Der wichtigste technische Gesichtspunkt ist die leichte, schnelle und problemlose Entformung der Trays aus dem Werkzeug. Wirtschaftlich ist das Projekt für Walter Goletz, da die Zykluszeit aktuell bei gerade einmal 47 s liegt, 31 s davon entfallen auf die Gesamtkühlzeit. „Ohne gwk Integrat 4D wären wir auf eine Gesamtkühlzeit von 39 Sekunden und damit 55 s Zykluszeit gekommen“, ist sich Baukloh sicher. 8 s beziehungsweise 25% Zeitersparnis stehen also unterm Strich.

Dass jede Sekunde Zeiteinsparung für das Unternehmen bares Geld Wert ist, zeigt die Berechnung der Projektverantwortlichen: Bei einer Stückzahl von 950.000 Trays und somit 475.000 Schuss im 2-fach Werkzeug spart Walter Goletz 59.000 EUR an Maschinenstunden im Jahr ein; beziehungsweise Goletz kann in dieser Zeit mehr Trays produzieren. Bei Investitionskosten von 52.000 EUR in die kavitätsnah temperierten Werkzeugeinsätze mit dem Mehrkreis-Temperiersystem hat sich die Technik innerhalb von zehn Monaten amortisiert. Das Ergebnis entspricht der im Vorfeld erstellten gwk-Projektstudie, somit liegen Goletz und gwk gemeinsam auf Erfolgskurs in diesem Projekt“, freut sich Baukloh.

 

Integriertes Kühlkonzept bis hin zur Gebäudetechnik

Ein optimale Grundlage für die Integration der Temperierung hat Walter Goletz 2008 mit dem Neubau der Fertigungsstätte gelegt: Damals wurde eine zentrale Kühlanlage mit Wärmerückgewinnung und Wasseraufbereitung – ebenfalls von gwk – installiert, um die Produktion so effizient wie möglich zu gestalten. Die Wasseraufbereitungsanlage ist in diesem Projekt ebenfalls von Vorteil, wie Schmidt erläutert: „Für die vielen Bögen würde eine herkömmliche Wasserqualität ein Problem darstellen. Es käme zu Verstopfungen der Kühlkanäle an diesen Stellen, so dass immer wieder mechanische Reinigungen notwendig wären.“ Mittels der Installation einer energiesparenden Kühlanlage wurden die Stromkosten um über 100.000 EUR pro Jahr gesenkt. Weiteres Ziel war die Wärmerückgewinnung: Goletz verzichtete auf eine Heizanlage und nutzt stattdessen die Abwärme von Produktionsmaschinen und Peripherie, was einer weiteren jährlichen Einsparung von über 20.000 EUR entspricht. Aufgrund der immensen Energieeinsparungen trägt sich die Gesamtinvestition bereits nach 21 Monaten.

Diese Investition hat sich laut Baukloh gelohnt, denn nicht einmal im kalten Winter 2011/2012 brauchte man eine Heizung im Gebäude: „Irgendwo hinten im Eck ist ein Gashahn für den Anschluss ans öffentliche Gasnetz installiert. Darauf haben die Stadtwerke damals gedrängt, weil sich dort niemand vorstellen konnte, dass wir tatsächlich komplett ohne Gas auskommen. Aber genutzt haben wir ihn noch nie. Auch hier hat sich die damals erstellte gwk-Projektstudie als richtig erwiesen. Jetzt haben wir das komplette gwk-System im Einsatz. Alle Komponenten innerhalb des Systems sind perfekt aufeinander abgestimmt, und somit haben wir den richtigen und leistungsstarken Partner zum Thema Kühlung und Temperierung.“

 

 

Walter Goletz GmbH, D-58566 Kierspe, www.goletz-gmbh.de

gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, D-58540 Meinerzhagen, www.gwk.com

 

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