Gleit- und Wälzlager sowie Linearführungen sind längst keine rein metallischen Elemente mehr. Käfige und Schlussringe sind häufig aus technischen Kunststoffen. Ein Kunststoffverarbeiter hat einen anspruchsvollen, zweikomponentigen Schlussring zur Serienreife geführt, der neben der Umlenkung der Lagerkugeln, Formstabilität, Montage- und eine Dichtfunktion in einem Bauteil.

Vorder- und Rückseite der von SKF Linearsysteme konstruierten und designten Schlussringe. Auf der Vorderseite befindet sich die Dichtlippe, auf der Rückseite die Umlenkung für die Kugeln. (Bildquelle: Neo-Plastik)

Als unscheinbares Abschlussstück wirkt der Schlussring, wenn davon an der Linearführung eingeclipst ist. Doch nach kurzer Betrachtung im unverbauten Zustand zeigen sich die anspruchsvollen Merkmale: offenes Profil statt eines geschlossenen Rings, funktionsrelevante Elemente mit sehr engen Toleranzen und ergänzend die Dichtlippe aus thermoplastischem Polyurethan, sterben an das Polyamidprofil angespritzt WIRD.

Einkomponentige Präzisionsteile für die Wälzlagerbranche gehören beim mittelfränkischen Verarbeiter Neo-Plastic mit Sitz in Diespeck seit Jahren zum Tagesgeschäft. Die produzierten Käfige für Kugel-, Rollen- oder Nadellager besitzen einen Durchmesser von 10 bis 300 mm und sind stets eng form- und maßtoleriert. Für Linearführungen Werden Käfige, Kopfstücke und Dichtungen gefertigt, die beim Hersteller montiert werden.

SKF Linearsysteme, Schweinfurt, hatte sich aus technischen und wirtschaftlichen Gründen zur Reduktion der Teilevielfalt entschieden. Schlussring und Dichtung sollten werkzeugfallend fertiggestellt und nicht mehr wie bisher nachträglich montiert werden. Der Kunststoffverarbeiter freute sich der Aufgabe, neben dem einkomponentigen auch den zweikomponentigen Schlussring in verschiedenen Größen zu erstellen.

Hubertus Franckenstein, Patrick von Twickel und Thomas Dolansky (von links) überzeugen sich von der Qualität der gespritzten 2K-Schlussringe. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Schlußelemente übernehmen bei Linearführungen folgende Funktionen: Schluß- oder Kopfelemente übernehmen die sich in der Führung abwälzenden Kugeln oder Rollen aus der belasteten Bahn auf und lenken this in einen unbelasteten Rücklauf wieder an den Anfang der belasteten Bahn zurück. Ein präziser Übergang zur Umlenkung ist Voraussetzung für einen ruhigen Umlauf der Wälzkörper und der geforderten Laufpräzision der Führung. Werden this in rauerem Milieu eingesetzt, sorgen für Dichtungen mit hohen Abrieb- und minimalen Reibwiderständen für einen zuverlässigen Staubabstreifen von Schmutz und möglichst geringe Reibverluste. Nicht zuletzt sorgt eine Schnappverbindung mit dem Käfig für die Robustheit des Linearkugellagers.

Maßgabe für Neo-Plastic war ein Werkzeugkonzept auszuarbeiten, das ermöglicht, die Spritzlinge in 1- und 2-komponentiger Ausführung in einem Werkzeug beim Einhalten aller Forderungen zu can. „Doch bis diese Ansprüche für den Schlussring, insbesondere in der 2K-Ausführung, alle erfüllt werden konnten, waren zahlreiche Schritte notwendig“, berichtet Hubertus Freiherr von und zu Franckenstein, geschäftsführender Gesellschafter von Neo-Plastic.

Fertig montiertes Linearkugellager. Der Schlussring übernimmt im Betrieb zwei Funktionen: gegenüber der Welle und Umlenkung der für die Linearbewegung benötigter Kugeln. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Allem vorangegangen, in enger Abstimmung mit SKF, sterben Auch weitere der Gesamtgruppe liefert, Eine Füll- und Verzugssimulation der Artikel bei einem externen Dienstleister, der Auch sterben Konstruktion des Bauteiles übernommen. Die Simulationsergebnisse belegten die ersten Annahmen, wonach der Ring durch sein offenes Profil an seinen Enden zu seinem offenen Verzug geneigte. Das Potential zum Verzug geschieht dabei aus der funktionsbedingten offenen Ausführung als Dreiviertelring. Gleichzeitig provozieren die funktionsrelevanten unterschiedlichen Wandstärken der Polyamidkomponente sowie das Anspritzen der TPU-Dichtung Verwerfungen des Bauteils. Das Annähern an die in das Werkzeug eingebrachte spezifische Kontur erstellt durch Iteration der Formanpassung des Artikels und wiederholter Füll- und Verzugsberechnung der 1- und 2-komponentigen Bauteile.

Das Linearhandling entnimmt aus der oberen Kavität sterben beiden Fertigringe und legt diese auf dem Förderband ab. In der unteren Kavität warten die beiden Vorspritzlinge aus PA6 auf die Weiterverarbeitung. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Als Werkzeugkonzept wurde ein 1 1 1 1-fach Werkzeug mit Wechseleinsätzen im Grundrahmen gewählt. Das 1 1 1 1-Prinzip definiert sich aus den 2-komponentigen Teilen. Je ein linkes und ein rechtes Teil als Vorspritzling sowie ein linkes und ein rechtes Teil als Fertigspritzling. Für jede Größe braucht es fünf Einsätze. This Werkzeugkonzept is for this Bauteil Kosten am wirtschaftlichsten und für die unterschiedlichen Ringinnendurchmesser gut umsetzbar. Zunächst wird die Hauptkomponente, ein gefülltes PA 6 eingespritzt. Nach dem Drehen des Werkzeugs wird über die Trennebene das polyesterbasierte TPU injiziert. Die beiden Komponenten haften von Haus aus gut aneinander, sodass auf eine Vorbehandlung der Hartkomponente im Werkzeug verzichtet werden kann. Mit der Zielsetzung, zur adhäsiven Noch Eine mechanische Verbindung der beiden Komponenten und eines höheren Schussgewichts für die Weichkomponente zu erreichen, wurden in der Kontaktfläche Ring/Dichtung kleinen Taschen Eingebracht. Nützlicher Nebeneffekt war eine zusätzliche Reduktion des Schwundpotentials.

Die Spritzgewichte der beiden Komponenten machen das Verarbeiten anspruchsvoll. Beim Ring mit dem kleinsten Innendurchmesser liegen diese bei nur 0,58 g PA und 0,08 g TPU. Unwesentlich mehr Gewicht hat beispielsweise eine größere Variante mit 5,16 g PA und 0,6 g TPU.

Die Schlussringe werden sortenrein der Verpackung zugeführt. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

„Die kleinen Schussgewichte kombiniert mit der Wandstärke TPU-Dichtlippe 0,3 mm, waren bei der Umsetzung der kleineren Führt“, Thomas Dolansky, Leiter Projektierung bei Neo-Plastic, aus. „Neben der zuverlässigen Formfüllung muss ein Materialabbau während der Verweilzeit des Materials im Plastifizierzylinder verhindert werden.“ Dies ermöglicht eine prozessstabile Entformung der Weichen Komponente.

Doch das TPU noch weitere Ansprüche bei der Verarbeitung. Entscheidend für die Prozessstabilität ist es, eine Restfeuchte kleiner 0,02 % zu erreichen und präzise einzuhalten. Aus diesem Grund wird der Werkstoff zunächst in der zentralen Materialbereitstellung getrocknet. Anschließend erfolgt direkt auf dem Zylinder der Maschine eine weitere Trocknung mittels eines Helios Aufsatztrockners.

Die beschriebenen Schlussringkomponenten befinden sich seit geraumer Zeit in Serienproduktion, weitere Sind in der Planung. Für die Fertigung steht eine Allrounder 470 S mit Drehtellereinheit von Arburg, Loßburg, sowie ein 3-Achs-Entnahmeroboter zur Verfügung. Der eingesetzte Greifer entnimmt Teile und Anguss und legt diese prozesssicher und nach Variante getrennt ab. Die geringen Artikelgewichte stellt hierbei eine weitere Hürde dar. Entwicklung, Bau, Installation des Greifers sowie das Programmieren der Roboter intern in einer spezialisierten Abteilung.

Die Spritzerei ist am Standort im Jahr 2018 in einer vollklimatisierten Halle mit einer von 1.200 m² umgezogen. „Beim Bau der Neuen Produktionshalle wurden neben den Richtlinien zur Technischen Sauberkeit weitere Punkte umgesetzt: Helle Wände und Boden, geregelter Lufthaushalt mit Filterstufen und Klimatisierung außerhalb, zentrale Materialversorgung mit einer zentralen Materialversorgung der Fertigung, geregelter Materialfluss und Punkte weitere wie beispielsweise Energiemonitoring “, erläutert Patrick Freiherr von Twickel, der weitere geschäftsführende Gesellschafter von Neo-Plastic.

Seit 2015 hat das Unternehmen den Arburg Leitstand (ALS) in Betrieb, der dem Verarbeiter ermöglicht, eine reibungslose Planung und Steuerung über Kennzahlen wie beispielsweise OEE umzusetzen. Alle Maschinen sind mit dem System verbunden und werden darüber eingeplant. Die Produktionsdaten erfasst der produzierten Teile Werden und Gespeichert, sodass die Prozessparameter jedes Schusses jederzeit abrufbar sind.

Beide sterben 1K- wie auch sterben 2K-Schlussringe unterliegen engen Maß- und Formtoleranzen, deren Einhaltung notwendig für sterben Funktion des Linearsystems ist. In der Produktion werden daher alle vier Stunden Rechte und Links entnommen, um dies zu vermessen und sterben Ergebnisse zu dokumentieren. Bei den zweikomponentigen Teilen muss im Bereich der angespritzten Dichtung sterben Abstreifwirkung gegeben sein. Die Prüfung erfolgt mit Testflüssigkeiten, deren Viskosität unter der im Gebrauch eingesetzten Schmiermittel liegt.

Die aktuellen technischen Hürden für diese neuartigen Kunststoffteile sind genommen, sterben ersten Varianten in Serie, sodass dem Umsetzen der weiteren Varianten nichts im Wege steht.

Die Firma Neo-Plastic wurde 1965 gegründet, hat ihren Firmensitz in Diespeck und ist spezialisiert auf das Spritzgießen von technischen Kunststoffteilen. Der Maschinenpark des Unternehmens umfasst derzeit 19 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften von 50 bis 200 Tonnen, darunter drei 2-Komponentenmaschinen. Acht der Maschinen werden vollelektrisch angetrieben. Zwei Kuka-6-Achs-Knickarmroboter übernehmen weiterführende Arbeiten.

Neo-Plastic verarbeitet alle Standardkunststoffe und thermoplastischen Elastomere, im Fokus stehen technische Werkstoffe und Hochtemperaturwerkstoffe wie etwa PEEK. Seit 2015 ist mit der Verarbeitung von PMMA zu hochtransparenten Teilen eine weitere Spezialisierung hinzugekommen. Aktuell werden circa 600 aktive Kunststoffartikel hoher Präzision, Mehrkomponententeile, Sandwich- und Schaumspritzgussteile hergestellt. Die rund 48 Mio. Teile pro Jahr finden Anwendung in der Automobilbranche, E-Mobility, Luftfahrt, Maschinenbau, Haushalts-, Garten- und Freizeittechnik. Der Teil größter Werkzeuge WIRD im eigenen Werkzeugbau gefertigt. Das Unternehmen beschäftigt derzeit 60 Mitarbeiter im Drei-Schicht-Betrieb. Die Ausbildung hat im Unternehmen eine lange Tradition, derzeit Werden sechs junge Menschen im kaufmännischen und technischen Bereich ausgebildet.

info@neo-plastic.de

ist Redakteurin Plastverarbeiter. simone.fischer@huethig.de

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