Der komplette Leitfaden zum Heißkanalsystem

Im aktuellen globalen Umfeld müssen Formenbauer und Spritzgießer nach Wegen suchen, um Kosten zu minimieren und die Produktionszeit zu verkürzen. Denn sie möchten im Markt wettbewerbsfähig bleiben. Anbieter von Heißkanalsystemen bieten eine große Vielfalt an Lösungen, um diesem Phänomen zu begegnen. Damit sollen Wettbewerbsdruck überwunden und gleichzeitig die Anforderungen der Kunden erfüllt werden. In diesem Bereich reicht das Spektrum jedoch von vorgefertigten über konfigurierbare bis hin zu vollständig kundenspezifischen Systemen. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, zu bestimmen, welcher Heißkanal den Bedarf deckt und am kosteneffizientesten ist. Bei einer so großen Auswahl stellt sich die Frage: Wie finden wir das richtige System für eine Form?

Dieser Blogbeitrag bietet umfassende Informationen zu den heute erhältlichen Heißkanalsystemen. Er behandelt die Merkmale und Vorteile des Heißkanalsystems, worauf bei der Auswahl eines Heißkanals zu achten ist, und vieles mehr.

1. Was ist ein Heißkanalsystem?

Ein Heißkanalsystem ist ein Angussystem, das aus einer Baugruppe beheizter Komponenten für Kunststoff-Spritzgießformen besteht und die Kunststoffschmelze von den Maschinendüsen in die Kavitäten der Formen leitet. Die Formkavitäten sind die geformten Bereiche, in denen die Kunststoffschmelze ihre Form erhält.

2. Vorteile des Heißkanalsystems

Das Heißkanalsystem bietet seinen Anwendern eine große Vielfalt an Vorteilen. Daher ist der Heißkanal zunehmend zur bevorzugten Angusstechnologie beim Spritzgießen von Thermoplasten geworden. Obwohl die Nachfrage nach dem Kaltkanal weiterhin bestehen wird, sind die Vorteile des Heißkanals in der Industrie beeindruckend. Dazu gehören:

• Flexibilität im Design
• Verbesserung der Effizienz des Spritzgießsystems
• Ausgewogene Schmelzeführung
• Automatisierung des Spritzgießens
• Optimale Teilequalität
• Senkung der Verarbeitungskosten
• Verkürzung der Zykluszeit
• Entfall des Angusssystems

2.1 Flexibilität im Design

Einer der größten Vorteile eines Heißkanals ist die Designflexibilität. Die Möglichkeit, eine Vielzahl von Punkten am Bauteil zu positionieren, macht den Heißkanal interessant und erstrebenswert. Der Heißkanal ermöglicht es, den Anguss an der für die Bauteilästhetik und eine optimale Füllung günstigsten Stelle zu platzieren. Dies ist durch den Einsatz von Heißkanalnadelverschluss, Seitenanguss oder Nadelverschluss möglich. Diese vom Heißkanal gebotene Flexibilität erstreckt sich auch auf die Form. Sie zeigt sich darin, dass die Flexibilität bei der Angussposition zur Kühlung, zur Optimierung der Kavitätenausrichtung und zur Vereinfachung der Form beiträgt.

2.2 Verbesserung der Effizienz des Spritzgießsystems

Der Start von Heißkanalformen ist im Allgemeinen einfach. Denn es gibt keine erstarrten Angusskanäle, die nach jedem unvollständigen Schuss entfernt werden müssen, bis ein vollständiger Formschuss erreicht ist. Interessant ist auch, dass die Form betriebsbereit ist, sobald das System die Betriebstemperatur erreicht hat. Eine Effizienzsteigerung ergibt sich zudem, weil ein niedrigerer Einspritzdruck erforderlich ist. Dies trägt dazu bei, die Formdurchbiegung und die Aufspannplattendurchbiegung zu verringern und auch den durch Komponentenbewegungen verursachten Verschleiß zu reduzieren.

2.3 Ausgewogene Schmelzeführung

Der Heißkanal bietet auch einen Strömungsvorteil, da die Schmelzekanäle in getrennten, extern beheizten Verteilerblöcken liegen. Diese Kanäle sind gut von den umgebenden Formplatten isoliert. Im Vergleich zur Kaltkanalplatte kann der heiße Verteiler mit Strömungskanälen auf mehreren Ebenen ausgelegt werden. Dies trägt dazu bei, dass das Harz von der Düse zu jeder Kavität über die gleiche Länge fließt. Diese Strömung gewährleistet gleiche Kanalprofile und -durchmesser, die gleiche Anzahl an Richtungswechseln, gleiche Wärmespeicherung und gleichen Druckverlust. Im Wesentlichen erreicht der Kunststoff jede Kavität mit derselben thermischen Vorgeschichte und demselben Druck, unabhängig von ihrer Anzahl. Diese integrierte Druck- und Temperaturregelung ist vorteilhaft für Harze mit engen Verarbeitungsfenstern.

2.4 Automatisierung des Spritzgießens

Aufgrund des Bedarfs an präzisen, gratfreien Kunststoffteilen tragen Heißkanäle auch zur Automatisierung des Spritzgießens bei. Dies ergibt sich aus ihren Vorteilen bei automatisierten Prozessen. Es gibt keine Angusskanäle, die sich in den Formmechanismen verfangen könnten, hinzu kommt die Maßhaltigkeit der Teile. Vor diesem Hintergrund automatisieren immer mehr Branchen ihre Kunststoffmontage und ihr Spritzgießen.

2.5 Optimale Teilequalität

Der Wegfall des Kaltkanals sorgt für bessere Nachdruck- und Füllbedingungen. Wenn das Plastik durch den alten Anguss fließt, geht Wärme an die Formplatten verloren. Das führt zu einem Druckabfall, der unvollständig gefüllte Teile und Einfallstellen zur Folge hat. Im Gegensatz dazu hilft der Heißkanal, ein Schmelzefließgleichgewicht bei konstanter Temperatur von der Düse bis zum Anschnitt aufrechtzuerhalten, um die Kavitäten zu füllen und zu verdichten. Im Wesentlichen ermöglicht er Anwendern, hochpräzise und austauschbare Kavitäten zu nutzen, um Maßhaltigkeit und Genauigkeit zu erreichen. Sollte jedoch eine Kavität beschädigt werden oder außerhalb der Spezifikation liegen, ist es einfacher, die Produktion fehlerhafter Teile in dieser Kavität zu stoppen oder die Wärme zu ihrer Heißkanaldüse zu reduzieren.

2.6 Abzug der Bearbeitungskosten

Der Heißkanal mag zwar zur Kostenintensität der Form beitragen, ist auf lange Sicht jedoch wirtschaftlich. Dies zeigt sich an der Verringerung des Kunststoffabfalls während der Verarbeitung und der Reduzierung der Zykluszeit. Daraus ergibt sich eine Produktivitätssteigerung.

2.7 Reduzierung der Zykluszeit

In den meisten Fällen beträgt die Dichte des Kaltkanals etwa die Hälfte des gesamten Schussgewichts. Sein Querschnitt ist in der Regel deutlich dicker als die Wandstärke des Formteils. Der Wegfall des Kaltkanals und die Verwendung eines Heißkanals tragen zur Verkürzung der Zykluszeit bei. Denn die Kühlzeit wird durch den dicksten Querschnitt bestimmt. Außerdem spart der Heißkanal Zeit bei der Einspritzzeit und der Rückförderung der Schnecke, da das Schussvolumen kleiner ist.

2.8 Wegfall des Angusses

In der Branche werden die Materialien bei steigenden Einkaufskosten immer anspruchsvoller. Dadurch wird das Gegenstück des Heißkanals (der Kaltkanal) zu teurem Ausschuss. In medizinischen Anwendungen ist es wichtig zu wissen, dass der abfallende Anguss nicht wiederverwendet werden kann. Dies ist auf die Kosten des Mahlens zurückzuführen, das laut und staubig sein kann, auf Lagerkosten und vieles mehr. Betrachtet man Formprozesse mit hoher Kavitätenzahl, so stellen Ausschuss und Wiedermahlen ein großes Problem dar. Die Verwendung von Heißkanälen hat dazu beigetragen, die Probleme mit dem Wiedermahlen und den Kosten zu beseitigen, da kein Anguss anfällt.

3. Nachteile des Heißkanalsystems

Das Heißkanalsystem bietet zwar eine Vielzahl erheblicher Vorteile gegenüber Kaltkanalsystemen, doch Formanwender müssen auch die Nachteile von Heißkanalsystemen kennen. Dies hilft ihnen, sich vor der Wahl des richtigen Angusssystems für ihre Projekte fundiert zu entscheiden. Zusammengefasst gehören zu den Nachteilen von Heißkanalsystemen:

• Komplexität von Betrieb & Wartung
• Hohe Anforderungen an die Ausrüstung
• Erhöhte Kosten
• Thermische Kontraktion und Expansion
• Abbau temperaturempfindlicher Harze

3.1 Komplexität von Betrieb & Wartung

Betrieb und Wartung des Heißkanals sind komplex. Aufgrund dieser Komplexität kann der Heißkanal bei fehlender Sorgfalt leicht beschädigt werden. Dies kann zu einem großen wirtschaftlichen Verlust für das Unternehmen führen. Ebenso kann es bei neuen Heißkanal-Anwendern eine Weile dauern, bis sie die Erfahrung für eine ordnungsgemäße Wartung und Bedienung erlangt haben.

3.2 Hohe Anforderungen an die Ausrüstung

Die Anforderungen an die Verwendung eines Heißkanals sind hoch. Die Heißkanalform erfordert Präzisionsbearbeitungsmaschinen sowohl in der Abstimmung als auch in der Integration. Werden die Anforderungen nicht bestmöglich erfüllt, können die Komponenten während der Produktion ernsthafte Probleme entwickeln. Ist beispielsweise die Kunststoffdichtung fehlerhaft, läuft die Kunststoffschmelze über und beschädigt die Heißkanalkomponenten. Ein weiteres Beispiel: Wenn Düse und Anschnitt nicht richtig positioniert sind, wirkt sich dies negativ auf die Produktqualität aus.

3.3 Erhöhte Kosten

Kostenmäßig sind Heißkanalkomponenten teuer. Dies wiederum führt zu einem deutlichen Anstieg der allgemeinen Kosten für den Kauf der Heißkanalform. Zudem kann die Verwendung eines Heißkanals bei geringer Produktionsrate Ihres Unternehmens unnötig oder unwirtschaftlich sein. In Entwicklungsländern wird der Einsatz von Heißkanalsystemen aufgrund der hohen Kosten stark beeinträchtigt.

3.4 Thermische Kontraktion und Expansion

Es gibt verschiedene Heißkanalsysteme mit unterschiedlichen Designs. Bei einigen dieser Heißkanäle treten thermische Kontraktion und Expansion auf. Dies ist auf die während der Verarbeitung ständig erzeugte Wärme zurückzuführen. Auch die während der Produktion entstehende Wärmestrahlung kann schwer zu kontrollieren sein.

3.5 Abbau temperaturempfindlicher Harze

Die Verwendung eines Heißkanalsystems für temperaturempfindliche Harze kann zusätzliche Sorgfalt und große Fachkenntnis erfordern. Wird nicht ordnungsgemäß darauf geachtet, können Nutzer mit Materialabbau konfrontiert werden. Der Abbau kann sich in Form einer sichtbaren Farbveränderung oder so komplex wie einer Vernetzung der Molekülkette äußern.

4. Arten von Heißkanalsystemen

Das Heißkanalsystem existiert in zwei gängigen Formen: dem vollständigen Heißkanal und dem Halb-Heißkanal.

4.1 Vollständiger Heißkanal (offener Heißkanal)

Der vollständige Heißkanal ist einfach und ermöglicht großes Kunststoff-Spritzgießen. Diese Art von Heißkanal ist bei hochpräzisen Formen sehr gefragt. Einer der Gründe für seine weite Verbreitung ist seine einfache Struktur und seine leichte Montage.

4.2 Halb-Heißkanal (Nadelverschluss-Typ, Ventilanschnitt-Typ)

Der Nadelverschluss-Heißkanal hilft, den Kunststofffluss in den Formhohlraum zu steuern. Dies geschieht durch mechanische Absperrstifte, die es der Düse des Heißkanals ermöglichen, an der Spitze zu öffnen und zu schließen. Durch die Fähigkeit, den Materialfluss zu steuern, ergibt sich eine bessere Produktion von Kunststoffteilen und ein schnellerer Zyklus. Die Verwendung von Ventilanschnitten ermöglicht eine Automatisierung für einen schnelleren Formanlauf, verhindert Fadenziehen und Tropfen der Schmelze an den Anschnitten und eröffnet ein breiteres Verarbeitungsfenster.

5. Der Aufbau des Heißkanalsystems

Es gibt viele Designs von Heißkanalsystemen von einer Vielzahl von Unternehmen. Unabhängig vom Design gibt es gemeinsame Bauteile, die allen Heißkanalsystemen in der Industrie eigen sind. Dazu gehören:

• Heißkanaldüsen
• Die Verteilerblöcke
• Temperaturregler
• Durchflussregelung
• Anschlüsse

5.1 Heißkanaldüse

Die Heißkanaldüsen werden so gefertigt, dass sie mit dem Formhohlraum verbunden werden. Diese Düsen können in einen Unterverteiler münden, der in den Formhohlraum führt, oder direkt in das Teil einspritzen. Die folgenden Arten von Heißkanaldüsen gibt es:

• Die Gewindedüsen
• Die Einzel-Nadelverschlussdüsen
• Die Stützringdüsen
• Die Angussbuchsen

5.2 Die Verteilerblöcke

Die Verteilerblöcke werden als die Vorrichtungen bezeichnet, die die Heißkanaldüsen halten. Sie leiten die Kunststoffschmelze von den Verteilerbuchsen direkt zu den jeweiligen Düsenanschnitten. Die Verteilerblöcke gibt es in verschiedenen Standardformen und sie können auch nach Spezifikation gefertigt werden. Zum Beispiel gibt es Verteilerblöcke für die Stützringdüse, die Gewindedüse und viele mehr.

5.3 Temperaturregler

Der Heißkanal-Temperaturregler bietet zusätzliche Flexibilität beim Wechsel zwischen Heißkanälen. Er liefert vollständiges Diagnosefeedback mit einem hohen Maß an Kontrolle über einen weiten Temperaturbereich. Bei den meisten Geräten kann am Heißkanal-Temperaturregler eine Bereitschaftstemperatur eingestellt werden. Dieses Gerät senkt außerdem automatisch die Temperatur, wenn es zu einer Unterbrechung im Spritzgießzyklus kommt. Diese Funktionalität ist wichtig, um den Abbau von Materialien durch Überhitzung bei Zyklusunterbrechungen zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil des Temperaturreglers ist, dass er Änderungen der Temperatureinstellungen während des Prozesses aufzeichnen kann. Dadurch kann der Spritzgießbetrieb jederzeit nach ISO-Standard erfolgen. Schließlich kann der Regler mehrere Spritzgießrezepte abrufen, um einen schnellen Formaufbau zu ermöglichen.

5.4 Durchflussregelung

Die Durchflussregelung als Teil des Heißkanalsystems nutzt die Ventiltechnologie, um den Fluss des geschmolzenen Kunststoffs durch die Düsen zu steuern. Es gibt verschiedene patentierte Durchflussregelungsstandards, während einige nach Spezifikation gefertigt werden.

5.5 Anschlüsse

Der Zweck der Anschlüsse im Heißkanalsystem besteht darin, dem System seine Funktionalität zu verleihen. Dazu gehören Thermoelement-, Pneumatik-, Elektro-, Hydraulik- und Kühlmittelanschlüsse.

6. So funktioniert ein Heißkanalsystem

Heißkanalformen bestehen aus zwei Platten, die mit einem Verteilersystem beheizt werden. Die Aufgabe des Verteilers ist es, eine gleichbleibende Temperatur aufrechtzuerhalten. Dies geschieht, indem der geschmolzene Thermoplast in den Angusskanälen auf derselben Temperatur wie der Heizzylinder gehalten wird. Anschließend wird der geschmolzene Kunststoff von den beheizten Angusskanälen zur Düse gefördert. Diese Düsen füllen dann die Kernform, um das endgültige Teil oder die endgültige Form zu bilden.

Das beheizte System ist in einer separaten Platte eingeschlossen, die während des Spritzgießzyklus stationär bleibt. Dann öffnet sich die Kernformplatte und gibt das fertig geformte Teil ohne anhaftende Angüsse frei.

7. Wichtige Punkte bei der Auswahl eines Heißkanalsystems

Sobald die Entscheidung ansteht, ein Heißkanalsystem in ein Werkzeug zu integrieren, stellt sich die Frage, worauf dabei zu achten ist. Bei der Vielzahl unabhängiger Hersteller und Lieferanten sind Typ und Auswahl der Systeme nahezu unüberschaubar geworden. Das einzige gemeinsame Merkmal ist daher der Begriff „Heißkanal“.

Um alle Effizienzvorteile beim Spritzgießen zu nutzen, ist es wichtig zu wissen, dass ein Heißkanal mit verschiedenen Optionen erhältlich ist. Die beste Option für ein Werkzeug muss präzise gewählt werden, um eine höhere Produktivität zu erreichen. Daher sollten Sie bei der Auswahl eines Heißkanalsystems Folgendes beachten.

• Dienstleister: Vergewissern Sie sich vor der Auswahl eines Heißkanalsystems, dass der Lieferant Produktservice, Unterstützung bei der Inbetriebnahme und Schulungen anbietet.
• Eine komplette Heißkanalbaugruppe: Finden Sie heraus, ob der Heißkanal als „Bolt-on-System“ montiert und getestet geliefert wird oder ob die Lieferung nur aus einzelnen zu montierenden Komponenten besteht. Das ist sehr wichtig, denn bei montierter Lieferung entstehen keine zusätzlichen Kosten für die Montage der Komponenten. Ist dies nicht der Fall, benötigen Sie die Dienste eines Experten für die Montage der Komponenten.
• Produktspektrum: Stellen Sie sicher, dass die Lieferanten ein umfangreiches Düsensortiment mit Heißspitzen, Seiteneinspritzungen, Mehrfachspitzen, Nadelverschlussdüsen, Heißangüssen und vielem mehr anbieten. Diese Designflexibilität hilft, das optimale System für Spritzgießanwendungen zu erreichen.
• Fachkompetenz: Suchen Sie Lieferanten mit umfassender Erfahrung in Werkzeugen und Werkzeuganwendungen. Aufgrund dieser Fachkompetenz bietet der Lieferant Beratung zur Positionierung des Angusses unter Berücksichtigung möglicher Teileorientierungen. Dies hilft Ihnen, optimales Füllen und Nachdrücken, Angussfestigkeit, Angusskühlung und mehr zu erreichen.
• Harzprüfung: Prüfen Sie, ob eine Harzprüfung oder eine F&E-Einrichtung verfügbar ist. Dies unterstützt den OEM oder Werkzeugbauer dabei, den perfekten Heißkanalsystemtyp, die Düsen, die Anwendungsparameter und die Harze auszuwählen.
• Ausgewogener Harzfluss: Stellen Sie sicher, dass der Lieferant Kanalbemessung, Fließanalyse und Designkompetenz anbietet. Dies ist wichtig, um ein mechanisch und thermisch ausgewogenes Heißkanalsystem zu schaffen. Das bedeutet, dass das System groß genug sein muss, um einen geringen relativen Druckabfall zu gewährleisten, ohne eine zu lange Verweilzeit zu verursachen.
• Schmelzekanäle: Stellen Sie sicher, dass der Verteiler gereinigt werden kann, wenn das System mit zersetztem Harz gefüllt ist. Achten Sie außerdem darauf, dass die Kanäle glatt und ohne scharfe Ecken oder Totzonen, sondern mit abgerundeten Ecken ausgelegt sind. Dies gewährleistet einen freien Harzfluss im System.
• Isolierung: Stellen Sie sicher, dass die Düsen- und Verteilerbaugruppen gut isoliert sind, um Wärmeverluste und übermäßigen Stromverbrauch zu vermeiden.
• Robustheit oder Langlebigkeit der Platten: Stellen Sie sicher, dass die Heißkanalplatten aus einem massiven Block aus vorvergütetem Edelstahl gefertigt sind. Dies trägt zu Langlebigkeit und Robustheit für maximale Abstützung rund um den Verteiler bei. Außerdem ergibt sich daraus eine minimale Durchbiegung bei hoher Schließkraft und hohen Einspritzdrücken. Nicht zuletzt gewährleistet dies eine lange Lebensdauer bei minimalem Wartungsaufwand.
• Einfache Wartung: Prüfen Sie, ob die Angüsse leicht gereinigt werden können. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Teile bei Verschleiß einfach ausgetauscht werden können, etwa Düsenspitzen, Heizbänder, Thermoelemente, ein Ventilsystem und vieles mehr.

8. Heißkanal vs. Kaltkanal – was ist der Unterschied?

Der Heißkanal und der Kaltkanal unterscheiden sich voneinander. Um beide zu unterscheiden, ziehen wir ihre jeweiligen Vor- und Nachteile zum Vergleich heran. Dazu gehören:

• Ein Heißkanal erfordert in der Regel kein manuelles Entfernen von überschüssigem Kunststoff, während beim Kaltkanal ein zusätzliches Entfernen erforderlich ist
• Der Heißkanal weist kürzere Zykluszeiten auf als das Kaltkanalsystem
• Beim Heißkanalsystem entfallen das Mahlen und Recyceln von Kunststoffabfällen nach jedem Zyklus, während beim Kaltkanal recycelt werden muss
• Der Heißkanal hat eine schnellere Produktionszeit als der Kaltkanal
• Das Heißkanalsystem ist teurer als das Kaltkanalsystem
• Heißkanalsysteme erfordern zusätzliche externe und interne Wärmequellen
• Das Heißkanalsystem verursacht aufgrund seiner Komplexität höhere Wartungskosten als der Kaltkanal

9. Heißkanal – häufig gestellte Fragen

Zusammenfassung

Nachdem wir das Heißkanalsystem näher beleuchtet haben, zeigt sich, dass es die Gesamteffizienz beim Spritzgießen steigert. Dies wird durch die Reduzierung von Energiekosten, Zykluszeit, Arbeitsaufwand und Materialkosten und mehr erreicht. Es trägt außerdem zur Verbesserung der Qualität der gefertigten Teile bei, was mehr Flexibilität in Spritzgießanwendungen ermöglicht.

Zusammenfassend bietet das Heißkanalsystem eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber seinem Gegenstück – dem Kaltkanalsystem. Und es sollte ein zentraler Aspekt sein, wenn Sie ein Werkzeug für eine Thermoplast-Spritzgussanwendung spezifizieren. Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen und Beratung zum Heißkanalsystem.