Manchmal haben kleine Dinge eine große Wirkung: Gibt man beim Autofahren Gas, übermittelt ein Sensor die genaue Position des Gaspedals elektronisch an die Motorsteuerung. Das Fahrzeug beschleunigt dann entsprechend mehr oder weniger. Gaspedalsensoren mit dieser Induktivsensorik enthalten unter anderem Rotoren aus metallenen Leiterschleifen, eingefasst in Kunststoffträgern. FWB Kunststofftechnik aus Pirmasens fertigt diese münzgroßen Hybridteile mit einem Reel-to-Reel-Verfahren.
Exakte Abläufe sichern eine hohe Produktivität
Dieses automatisierte Folgeverbundspritzen vereint zwei Produktionsschritte in einer Maschine: die Bearbeitung eines dünnen Aluminiumbandes und die partielle Umspritzung bis hin zum fertigen Bauteil. Im Fertigungsprozess läuft das Aluminiumband mit vorgestanzten Rotoren in ein Mehrfachwerkzeug. Erst werden acht Rotoren in einem Rutsch mittels beweglicher Kerne beziehungsweise Schneidstempel komplett ausgestanzt. Danach werden die Stanzteile auf die zweite Ebene geschoben und mit Kunststoff umspritzt.
Es zählt zum Know-how und 45-jährigen Erfahrungsschatz der FWB-Spritzgießspezialisten, Werkzeuge für solche wirtschaftlichen und komplexen Prozesse selbst zu konstruieren und zu fertigen. „Zentrales Ziel dieser Aufgabe ist eine hohe Maßhaltigkeit und entsprechend präzise Positionierung der Teile im Werkzeug, um diese akkurat und sauber stanzen und dann umspritzen zu können“, erläutert Regis Marseu, Senior Tooling Expert bei FWB Kunststofftechnik. Dabei darf zum Beispiel auch kein Flitter vom Aluminiumstanzen später in das Kunststoffteil gelangen.
Kaltaufschweißungen mit Folgen: Ausschuss, Stillstände, Lieferverzug
Jedoch verlangte das Kompetenzfeld Aluminium an anderer Stelle mehr Aufmerksamkeit. Denn die schnellen Taktzeiten und der hohe Pressdruck beim Stanzen des adhäsiven Materials erhöhten die thermomechanische Belastung der Werkzeuge. Infolgedessen bildeten sich Kaltaufschweißungen auf Werkzeug-Komponenten. Kerne klemmten sich fest, reguläres Produzieren wurde immer schwieriger. „Alle acht Stunden mussten wir Kerne und Matrizen reinigen und dafür die Maschine eine halbe bis eine Stunde anhalten. Einmal pro Woche haben wir das Werkzeug komplett demontiert und gesäubert“, sagt Marseu. Die Folgen waren viel Ausschuss, Stillstände und Lieferverzögerungen. Gesucht wurde also eine gute Anwendung auch für den Kunden Forvia Hella, FWB-Mutterunternehmen und zugleich ein internationaler Automobilzulieferer, der unter anderem Gaspedalsensoren herstellt.
Auf der Suche nach Lösungsmöglichkeiten wurde der Oberflächenspezialist Oerlikon Balzers hinzugezogen. Michael Bilo, Key Account Manager Plastics, empfahl die kohlenstoffbasierte ta-C-Schicht Balinit Mayura, die mit ihrer Härte von 60 bis 70 GPa und einem geringen Reibwert (gegen Stahl trocken 0,1 bis 0,2) die Materialanhaftungen minimiert.
Schicht zum Bearbeiten von Nichteisenwerkstoffen
Diese Beschichtung hat Oerlikon Balzers speziell für die Bearbeitung von Nichteisenwerkstoffen entwickelt, beispielsweise Aluminiumlegierungen mit bis zu 12 % Silizium-Anteil, Kupferlegierungen wie Phosphor-Bronze oder Messing und Polymeren. Sie wird mittels Lichbogenverdampfen (Arc-PVD) aufgetragen und ist 0,3 μm dick. Beim Stanzen und Umformen, beispielsweise von Aluminium, kann sie die Adhäsionsneigung, die Grat- und die Flitterbildung verringern. Nebenbei sieht die Schicht auch schön aus, wenn sie in Regenbogenfarben schimmert. Zugleich kann die Schichtfarbe als Verschleißindikator verwendet werden.
Ein Vorschlag, der die Herausforderungen durch Kaltaufschweißungen beseitigen konnte. Allein die Behandlung der Kerne, inklusive einer Reduzierung der Schneidspalte zwischen Kernen und Einsätzen führte sofort zu besseren Ergebnissen: keine Kaltaufschweißungen mehr. Nach diesem Erfolg wurden auch andere Komponenten wie Einsätze, Matrizen und Führungshülsen mit Balinit Mayura beschichtet.
Zusätzlich wurden die beweglichen Teile auf der Auswerferseite des Werkzeugs mit der DLC-Schicht Balinit Dylyn beschichtet. Diese Schutzschicht wird mittels PACVD aufgetragen, während des PACVD-Prozesses wird eine chemische Reaktion durch die Plasmaanregung und Ionisation hervorgerufen. Ihre Schichthärte liegt bei 15 bis 25 GPa, sie kann sogar einen Reibungskoeffizienten von 0,05 erreichen (trocken gegen Stahl). Verwendet wird diese Schicht besonders im Maschinenbau, in der Kunststoffverarbeitung sowie in der Halbleiterindustrie.
Mit Balinit Mayura läuft die Produktion seit Monaten einwandfrei
Dank der neuen Beschichtung läuft die Produktion seit mehreren Monaten reibungslos. Bisher wurden etwa 360.000 Teile im 3-Schicht-Betrieb gefertigt. Für die Reinigung reicht nun alle 36 h der Einsatz einer Messingbürste. „Wir überlegen, das Intervall auf 48 h hochzusetzen“, berichtet Marseu, der an Oerlikon Balzers vor allem eines schätzt: „Wir können uns immer darauf verlassen, dass dieser Beschichtungspartner einen professionellen technischen Background für unser komplexes Geschäft mitbringt.“ FWB Kunststofftechnik zählt sich zu den führenden Unternehmen in Deutschland mit Spezial-Know-how für Stanz- und Spritzguss-Werkzeuge. Hier werden Kunststoffteile mit einem Schussgewicht von 2 bis 650 g hergestellt und teilweise vormontiert. Im Oerlikon Balzers-Zentrum Bielefeld wird bereits ein weiterer FWB-Werkzeugsatz für die Rotorenfertigung behandelt. Die dafür eingesetzte Variante von Balinit Mayura ist nur 0,3 μm dünn, hält aber die Produktion am Laufen.