Groth Kunststofftechnik setzt zum Entformen komplexer Teile auf KNARR

Zum Entformen komplexer Hinterschnitte setzen Formenbauer in vielen Fällen auf Werkzeuge mit mehreren Ebenen, um Elemente, die der Entformungsrichtung im Weg sind, freizufahren. Beim Antrieb solcher Werkzeuglösungen verwenden die Formenbauer bei Groth in Vlotho die hochwertigen Klinkenzüge aus dem umfangreichen Programm ihres Normalienpartners KNARR.

Das Unternehmen Claus Groth im ostwestfälischen Vlotho ist bereits seit dem Jahr 1948 in der Fertigung komplexer und technisch hoch anspruchsvoller Spritzgießwerkzeuge aktiv. Darüber hinaus fertigen die Kunststoffspezialisten Spritzgießprodukte in der hauseigenen Spritzgießerei. Das familiengeführte Unternehmen ist verlässlicher Partner für seine Auftraggeber aus der Automobilindustrie, dem Maschinen- und Möbelbau sowie die Verkehrstechnik.

Dabei können die Produktionsexperten sehr flexibel auf die Anforderungen ihrer Auftraggeber eingehen – von nur einigen hundert Teilen im Jahr bis zu Stückzahlen von 2 Mio. reicht das Spektrum wirtschaftlicher Lösungen. „Wir bauen Spritzgießformen bis 800 x 600 mm Größe“, erklärt Jens Strate, Geschäftsführer des Unternehmens aus dem Lipper Bergland. „Unsere Spritzgießmaschinen arbeiten mit Schließkräften bis 300 t. Und seit mehr als 30 Jahren beliefern wir unsere Auftraggeber darüber hinaus auch mit Baugruppen oder Kunststoff-Metall-Verbindungen.“

Das Gros der Produkte
sind technische Teile

Jens Strate, Geschäftsführer bei Claus Groth: „Mit KNARR haben wir eine sehr partnerschaftliche Geschäftsbeziehung. Auf die hohe Qualität und Langlebigkeit können wir uns verlassen. Wir sind sicher, dass Verschleiß bei den Klinkenzügen so schnell keine Rolle spielen wird.“ – Bild: Pergler Media

Bei Groth arbeiten derzeit 32 Mitarbeiter. In der Fertigung betreuen sechs Fachkräfte pro Schicht die 20 Maschinen, die zweischichtig produzieren. Vier Fachkräfte sind im Werkzeugbau, fünf in der Montage. Für den Bereich Materialeingang und Lager sowie für den Versand sind jeweils zwei Mitarbeiter verantwortlich. Die übrigen Mitarbeiter verteilen sich unter anderem auf Vertrieb, Geschäftsleitung und Verwaltung. Für die Konstruktion setzen die Verantwortlichen auf bewährte feste externe Kräfte, und auch die Elektrodenfertigung erfolgt bei verlässlichen externen Partnern.

Der Werkzeugbau verarbeitet in der Regel die gängigen Werkzeugstähle, auch einsatzgehärtete Materialien, ab und zu auch Edelstahl. In der Regel bauen die Formexperten Werkzeuge mit vier oder acht Kavitäten, die als Dauerläufer ausgelegt sind und nahezu ausschließlich in der eigenen Spritzgießerei eingesetzt werden. Die Werkzeuge sind auf hohe Prozesssicherheit und Prozessstabilität ausgelegt und erfüllen hohe Qualitätsstandards. Bei den Toleranzen sind 10 µm oder weniger der Maßstab.

Das Gros der Spritzgießprodukte sind technische Teile, viele davon aus POM. Diese thermoplastischen Kunststoffe kommen nicht zuletzt aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, den niedrigen Reibwerten und der guten Dimensionsstabilität für die Herstellung von Präzisionsteilen zum Einsatz.– Bild: Pergler Media

Kreative Lösungen für komplexe Fertigungsaufgabe

Das Gros der Spritzgießprodukte sind technische Teile, viele davon aus Polyoxymethylenen (POM). Diese hochmolekularen teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffe kommen nicht zuletzt aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, den niedrigen Reibwerten und wegen ihrer guten Dimensionsstabilität in der Regel für die Herstellung von Präzisionsteilen zum Einsatz. Aber auch andere technische Kunststoffe werden in Vlotho in großem Umfang verarbeitet.

Für ihre Auftraggeber findet das Team um Strate oft kreative Lösungen. Speziell, wenn die Werkstücke über Geometrien verfügen, die hohe Ansprüche an die Spritzgießform und speziell ans Entformen stellen. Etwa, wenn komplexe Geometrien mit Hinterschnitten in Entformungsrichtung zu fertigen sind. Dann ist die Aufgabe, solche Teile schnell und schonend zu entformen, oft eine echte Herausforderung. In der Regel verwenden Werkzeug- und Formenbauer Schieber oder Backen, wenn Hinterschnitte, Rasten oder Durchbrüchen an Spritzgießteilen mit der konventionellen Formtrennung nicht zuverlässig entformt werden können.

Projekt mit drei verschiedenen Durchmessern

In einem aktuellen Projekt fertigen die Kunststoffspezialisten drei sehr ähnliche Teile für Fahrwerkskomponenten – sie unterscheiden sich lediglich in ihren Dimensionen. Die Durchmesser betragen 62, 67 und 68 mm.

Für diese Aufgabe bauten die Werkzeugmacher drei Vierfach-Werkzeuge mit mehreren Trennebenen, in denen jeweils vier Teile aus schwarzem POM mit identischem Durchmesser gleichzeitig gespritzt werden können. Noch ist offen, in welchen Stückzahlen der Auftraggeber die Teile abrufen wird – die Spritzerei bei Groth jedenfalls ist für die Serienproduktion bereit und zudem auch sehr gut gerüstet.

Entformung als Herausforderung

Die Fahrwerkskomponente aus schwarzem POM ist gekennzeichnet von tiefen Verrippungen und einigen Hinterschnitten. In einem Projekt sollen die Kunststoffexperten bei Groth diese Teile in drei verschiedenen Durchmessergrößen produzieren. – Bild: Pergler Media

„Diese Teile komplettieren wir anschließend in der Montage mit einem O-Ring aus weicherem, elastischem TPE-Material, der über Klebepunkte stabil im POM-Teil fixiert wird“, beschreibt Strate die zu fertigende Baugruppe. „Der O-Ring liegt am Metall des Fahrzeugs an und absorbiert die möglichen kleinen Relativbewegungen der Komponenten zueinander, die beispielsweise aufgrund von Vibrationen beim Fahren entstehen. So können unter anderem auch keine unerwünschten Geräusche entstehen.“

Eine Herausforderung beim Spritzgießen und anschließenden Entformen ist unter anderem die tiefe Verrippung der Produkte – aber eben auch Hinterschnitte, die bei einer klassischen Auf-Zu-Werkzeugauslegung nicht entformt werden könnten. „Diese Bereiche liegen teilweise in der Tiefe der Kavität der Spritzgießform“, skizziert Strate die Herausforderung für die Werkzeugbauer. „Wir haben uns daher entschlossen, die Hinterschnitte dieser Kunststoffprodukte mit Hilfe von Unterflurschiebern freizufahren. Zusätzlich muss zum Entformen auch ein innerer Kern gezogen werden.“

Die Teile kurz vor dem Auswerfen. Vor diesem Schritt müssen Hinterschnitte freigefahren und Kerne gezogen werden. Dazu wird die Platte auf der Düsenseite verfahren – der Spalt im Werkzeug rechts verdeutlicht den Verfahrweg vor der Öffnung an der Trennebene. – Bild: Pergler Media

Die Fahrwerkskomponenten können als freifallende Teile abgeführt werden oder definiert per Roboter entnommen werden – für beide Optionen ist Groth gut gerüstet. Hier montiert ein Mitarbeiter gerade den passenden Greifer. – Bild: Pergler Media

Sichere Entformung für komplexe Teile

Unterflurschieber sind Schieber, aber auch Kernzüge, die die Formenbauer unterhalb der Trennebene verbaut haben. Sie sorgen dafür, dass die Hinterschnitte kurz vor dem eigentlichen Öffnen der Form freigefahren werden. Gerade bei größer dimensionierten Werkzeugen werden Unterflurschieber oft mit hydraulischen Zylindern bewegt. Bei kleineren Formen ist diese Art des Antriebs aber zu aufwändig und auch zu fehleranfällig. Hier kommen in der Regel andere Varianten zum Einsatz.

„Eine bewährte Methode, speziell Unterflurschieber vor dem Entformen zu ziehen, ist der Antrieb über eine zusätzliche Platte im Werkzeug“, erläutert Strate. „Die wird bereits vor dem Öffnen der Trennebene angesteuert und sorgt mit der daraus resultierenden Bewegung dafür, dass die Schieber die Kunststoffteile freigeben. So können sie beim eigentlichen Öffnen der Form an der Trennebene leicht aus der düsenseitigen Formhälfte entformt werden.“

Zwei Klinkenzüge steuern die Bewegung

In der Spritzgießform entstehen pro Schuss vier identische Teile. Die Zykluszeiten liegen bei etwa 55 s. Die exakte Steuerung der beweglichen Platte erfolgt bei dem Projekt der drei Formen für die Fahrwerkskomponente über zwei Klinkenzüge, die jeweils oben und unten am Spritzgießwerkzeug mittig verbaut sind.

„Die beiden Klinkenzüge sorgen dafür, dass die Trennebene der Form zunächst geschlossen bleibt, bis die Platte, die die Unterflurschieber antreibt, ihre Endposition erreicht hat“, legt Strate den Ablauf dar. „Erst dann geben die beiden Klinkenzüge die Öffnung des Werkzeugs an der eigentlichen Formtrennebene frei, das Spritzgießteil wird düsenseitig entformt und schließlich an der Auswerferseite ausgestoßen und per Roboter entnommen.“

Die Komponenten der Klinkenzüge sind sauber verarbeitet und soweit möglich bereits vormontiert. Das erleichtert den Werkzeugbauern gerade in kritischen Einbausituationen die korrekte und schnelle Montage der Klinkenzüge am Werkzeug. – Bild: Pergler Media

Die Steuerplatte eines KNARR-Klinkenzugs. Gut erkennbar sind die Rasten, die dafür sorgen, dass die Zugleiste das Öffnen der Formtrennebene zum Entformen erst dann freigibt, wenn die Platte zur Steuerung der Kernzüge und Schieber ihre Endposition erreicht hat. – Bild: Pergler Media

KNARR hat exzellentes Standing im ostwestfälischen Raum

Die Klinkenzüge aller drei Werkzeuge stammen vom Normalienspezialisten KNARR aus dem hochfränkischen Helmbrechts. Die Ursprünge von KNARR lagen in der Auswerfertechnik. In diesem Bereich ist man weiterhin führend, hat sein Portfolio inzwischen aber zum Vollsortimenter erweitert und hat insbesondere auch im ostwestfälischen Raum zahlreiche Anwender überzeugen können.

„Zu unserem Normalienpartner KNARR haben wir seit Jahren eine sehr partnerschaftliche Geschäftsbeziehung“, betont Strate. „Da spielt auch der gute Draht zum Außendienst eine wichtige Rolle, vor allem aber die hohe Qualität und Langlebigkeit aller Komponenten. Darauf können wir uns verlassen. Wir können sicher sein, dass Verschleiß bei den Klinkenzügen so schnell keine Rolle spielen wird.“

Schnell und unkompliziert in der Installation

Für die exakte Steuerung der Bewegungsabläufe bei diesem Werkzeug sind die hochwertigen Klinkenzüge von KNARR der wesentliche Faktor. Die kompakte, bereits ab Hersteller vormontierte Einheit ermöglicht den Formenbauern eine schnelle und unkomplizierte Installation an der Spritzgießform. Je nach Einsatzart gibt es die Steuerungselemente sowohl in einer aufgesetzten und verstifteten Version als auch in einer vertieft eingesetzten Variante. Die Verantwortlichen bei Groth entschieden sich bei diesen drei Werkzeugen für die aufgesetzte Lösung.

In der Produktentwicklung bei KNARR haben die Entwickler viel Wert auf sinnvolle Einbaumaße und eine praxisnahe Festlegung der Standardgrößen gelegt. Steuerplatte und Zugleiste konfiguriert KNARR auf Anwenderwunsch in der Länge und mit den für die Montage erforderlichen Bohrungen. In den Standardgrößen liefert der Normalienhersteller die Klinkenzüge also komplett einbaufertig.

Individuelle Konfiguration der Komponenten

Alle Komponenten wurden gemeinsam verpackt und montagefertig an die Werkzeugbauer geliefert. Der von Groth beauftragte externe Konstrukteur holte sich auf dem Portal von KNARR die 3D-Daten der Standardklinkenzüge und passte diese exakt auf die Anwendung an. Die Zerspaner bei Groth kürzten dann die Zugleiste aus nitriertem 1.2312 auf die richtige Länge, übernahmen auch die exakte Abstimmung.

„In der Verarbeitung wird klar, dass KNARR hier hochwertige Komponenten liefert – man hat bei der Arbeit ein gutes Gefühl“, erklärt Strate. „Man spürt die Qualität. Das gilt sowohl fürs Material als auch für die saubere Verarbeitung. Und auch die mitgelieferten Daten passen exakt. Dazu kommt das einfache Handling in der Montage – da die Baugruppe bereits vormontiert ist, entfällt bei KNARR das sonst mühsame Zusammenpuzzeln eines ‚Klinkenzug-Bausatzes‘.“

Claus Groth GmbH Innovative Kunststofftechnik
Die Claus Groth GmbH ist seit dem Jahr 1948 in der Herstellung technisch hoch anspruchsvoller Spritzgießwerkzeuge sowie der Serienfertigung von Spritzgießprodukten aktiv. Die mehr als 75-jährige Erfahrung im Spritzguss und im Werkzeugbau machen das familiengeführte Unternehmen zum zuverlässigen Partner für Unternehmen aus der Automobilindustrie, dem Maschinen- und Möbelbau sowie aus der Verkehrstechnik. Das Unternehmen verspricht seinen Auftraggebern höchstmögliche Flexibilität nicht nur im Bereich der Entwicklung und beim Werkzeugbau, sondern auch in der Fertigung und dem Auftragsvolumen. Ob man einige Hundert Teile im Jahr benötigt oder 2 Mio. Bauteile, das Unternehmen verspricht für jedes Volumen eine wirtschaftliche Lösung an. Seit mehr als 30 Jahren auch in den Bereichen Baugruppen oder Kunststoff-Metall-Verbindungen.

Hochwertige Komponenten sichern optimale Funktion

Mit aufeinander abgestimmten Materialien und beschichteten Komponenten garantiert KNARR einen geringen Verschleiß der Klinkenzüge, optimierte Standzeiten und damit einen deutlich reduzierten Wartungsaufwand. Das schnelle Öffnen und Schließen der Spritzgießform in einer rein mechanisch angetriebenen Werkzeuglösung ermöglicht darüber hinaus die Minimierung der Zykluszeit. Ein Rastsystem am Klinkenzug, das die Zwischenplatte positionstreu verriegelt und so mögliche Kollisionen ausschließt, sorgt für einen stabilen Produktionsablauf.

„Auf die hohe Qualität der Normalien, die Lieferfähigkeit und die professionelle Beratung können wir uns bei unserem Normalienpartner KNARR verlassen“, zieht Strate Bilanz. „Wir beziehen zwar auch Material von anderen Lieferanten, aber speziell bei unseren kleineren Werkzeugen ist KNARR als Komplettlieferant gesetzt. Da wissen wir, dass sicher alles passt – wir fühlen uns bei unserem Normalienpartner gut aufgehoben.“

Klinkenzug
Der Klinkenzug ist ein rein mechanisches Steuerelement. Er steuert beim Öffnen einer Spritzgießform zum Entformen der Kunststoffprodukte den Bewegungsablauf der einzelnen Werkzeugplatten. Mit einem stabilen Rastsystem für die Klinkenzüge unterstützt KNARR eine hohe Prozessstabilität beim Anwender – der Klinkenzug verriegelt die Zwischenplatte absolut positionstreu. Kollisionen sind dabei systembedingt ausgeschlossen. Speziell für Montage und Demontage ist es ein großer Vorteil, dass KNARR das Innenleben des Klinkengehäuses fest integriert hat – es kann nicht unbeabsichtigt herausfallen und muss nicht erst „zusammengebastelt“ werden. Ein großer Vorteil gerade bei komplexen Montagesituationen.

Sichere Lösung für Unterflurschieber
Es gibt höchst unterschiedliche Lösungen, Schieber und Kernzüge in Spritzgießwerkzeuge zu bewegen. Angefangen beim direkten Antrieb über Hydraulikzylinder oder Servoantriebe bis hin zu rein mechanischen Varianten. Sinnvoll insbesondere bei kleineren Werkzeugen sind Lösungen, bei denen der Öffnungshub der Spritzgießmaschine zum Ziehen dieser Elemente genutzt wird. Der Antrieb kann dabei über eine zusätzliche bewegliche Platte im Spritzgießwerkzeug erfolgen. Die Steuerung der Bewegung einer derartigen Platte ist eine Aufgabe, die ein Klinkenzug perfekt lösen kann. Diese Funktion, die eine zusätzliche Werkzeugebene schafft, nutzt einen über die Konfiguration des Klinkenzugs definierbaren Teil der Öffnungsbewegung der Spritzgießmaschine, um zunächst die Platte und damit Schieber und Kernzüge zu bewegen. So ist das Kunststoffteil in Entformungsrichtung freigefahren. Erst nach diesem ersten Teil der Verfahrbewegung gibt der Klinkenzug die vollständige Öffnung der Form in der eigentlichen Trennebene frei, das Teil kann entformt werden.

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