Fallstudie zum Stapelformverfahren: Hocheffiziente Herstellung von Eiscremedeckeln für zwei Produkte

Diese Form ist speziell konstruiert, um zwei unterschiedliche Produkte im selben Arbeitsgang herzustellen. Beide Produkte sind dünnwandige Verpackungskomponenten, die eine hochpräzise Befüllung erfordern, um Verzug und unvollständige Füllung zu vermeiden.

• Produkt 1: Quadratischer Eiscremedeckel (92 x 92 x 6,3 mm)
• Produkt 2: Rechteckiger Eiscremedeckel (78 x 117 x 6,3 mm)
• Wandstärke: 0,8 mm (beide Produkte)
• Kavitation: Insgesamt 14 Kavitäten (8-Kavitäten-Quadrat + 6-Kavitäten-Rechteck)

Brancheneinblick: Eine Wandstärke von 0,8 mm kennzeichnet dieses Verfahren als Dünnwand-Spritzguss. Es erfordert hohe Einspritzgeschwindigkeiten und -drücke, wodurch die strukturelle Integrität der Form und die Ausgewogenheit des Heißkanalsystems absolut entscheidend für die Dimensionsstabilität und gleichmäßige Kühlung sind.

Das Anguss-System nutzt ein ausgeklügeltes Heißkanalsystem, das für einen Tropfen pro Kavität konfiguriert ist. Da es sich um ein Stapelwerkzeug handelt, weist es zwei separate Trennlinien auf, die ein perfektes Zusammenspiel zweier separater Heißkanalsysteme erfordern.

Die größte technische Herausforderung bei dieser Form liegt in der Materialzufuhr. Die Kunststoffschmelze muss von der Maschinendüse über die erste Trennebene bis zur Mitte der Form transportiert werden, um Defekte und Druckverluste in allen 14 Kavitäten zu vermeiden.

Um dies zu erreichen, verwendet die Form ein spezielles Schmelzeübertragungssystem mit Stapelform (oft auch als ventilgesteuerte Angussleiste bezeichnet).

• Formöffnungszustand: Beim Öffnen der Form zum Auswerfen muss der Heißkanal an der ersten Trennebene physisch getrennt werden. Um ein Nachtropfen des Kunststoffs zu verhindern, schließt ein Präzisionsventilstift (pneumatisch oder hydraulisch) die Transferdüse sofort.
• Geschlossener Zustand der Form: Beim Schließen der Form spannen sich die primäre Transferdüse und die Empfangsdüse im zentralen Verteiler aufeinander und pressen sich gegeneinander. Die Ventilschieber öffnen sich gleichzeitig und bilden so einen durchgehenden, leckagefreien Schmelzekanal zur Versorgung der Heißkanalplatten der ersten und zweiten Trennlinie.

Erschwerend kommt hinzu, dass die erste Trennebene eine umgekehrte Formkonfiguration aufweist. Die A-Platte (Kavität) befindet sich hinter der B-Platte (Kern). Diese Anordnung ist strategisch gewählt, um den Schmelzetransfermechanismus und das kundenspezifische pneumatische Auswurfsystem auf der festen Plattenseite der Maschine unterzubringen.

Bei einem Stapelwerkzeug ist es für die Teilefreiheit und die Optimierung der Zykluszeit unerlässlich, dass sich beide Trennlinien gleichzeitig und gleichmäßig öffnen. Die Antriebskraft zum Öffnen wird durch den Standard-Öffnungshub der Spritzgießmaschine bereitgestellt, die Synchronisierung erfolgt jedoch durch ein robustes Zahnstangengetriebe, das an den Außenseiten des Werkzeugs montiert ist.

• Die obere Zahnstange: Sie ist seitlich an der Verteilerplatte (direkt hinter der oberen Spannplatte) befestigt und erstreckt sich bis zur A-Platte der zweiten Trennebene. Diese Zahnstange bleibt relativ zur festen Platte stationär.
• Die untere Zahnstange: An der Seite der unteren Klemmplatte befestigt und bis zur B-Platte der ersten Trennlinie reichend.
• Das Ritzel (Zahnrad): Es ist mittig zwischen den beiden Heißkanalplatten im mittleren Formblock montiert.

Während die Maschine die Form öffnet, bewegt sich die untere Spannplatte und zieht dabei die untere Zahnstange mit. Die untere Zahnstange zwingt das mittlere Zahnrad, sich gegen die feststehende obere Zahnstange zu drehen. Dieses mechanische Getriebe gewährleistet, dass sich der Mittelblock (mit der ersten Trennlinie-A-Platte, beiden Heißkanalplatten und der zweiten Trennlinie-A-Platte) mit genau der halben Geschwindigkeit und über die halbe Strecke der Hauptdrehplatte bewegt. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Trennlinie 1 und die Trennlinie 2 gleichzeitig öffnen und die Teile herausfallen können.

Da die Form auf einer Seite eine umgekehrte Anordnung und einen Mittelblock aufweist, können für die erste Trennebene keine herkömmlichen Auswerferstangen verwendet werden. Stattdessen verfügt die Form über ein vollständig unabhängiges, automatisiertes pneumatisches Auswerfsystem.

Auswurf der ersten Trennlinie: Pneumatikzylinder sind an der Ober- und Unterseite der oberen Spannplatte angebracht. Ihre Betätigungsstangen umgehen die festen Platten und sind direkt mit der B-Platte (Kern) der ersten Trennlinie verbunden. Während des Auswurfs werden diese Zylinder betätigt und drücken die B-Platte nach vorn, um die acht quadratischen Deckel abzulösen, die dann frei zu Boden fallen.

Auswurf der zweiten Trennlinie: Eine spiegelbildliche pneumatische Vorrichtung ist an der unteren Spannplatte angebracht. Zylinder drücken die zweite Trennlinie B (Kernplatte) gegen die sechs rechteckigen Deckel und ermöglichen so einen vollautomatischen Auswurf durch Schwerkraft.

Die Entwicklung einer Stapelform für Dünnwandverpackungen erfordert ein präzises Zusammenspiel von Polymerrheologie, mechanischer Kraftübertragung und Wärmemanagement. Durch die Integration eines dynamischen Schmelzetransferventilsystems, einer präzisen Zahnstangen-Synchronisationseinheit und einer kundenspezifischen pneumatischen Auswerfereinheit ermöglicht diese Form die kontinuierliche, hochproduktive Fertigung zweier unterschiedlicher Produkte auf kleinstem Raum. Diese Fallstudie demonstriert beispielhaft die höchste Effizienz moderner Spritzgießverfahren und führt zu reduzierten Teilekosten und maximalem ROI für Hersteller von Großverpackungen.