K -News vom 28.09.2010

Hengst kombiniert Wasserinjektionstechnik für multifunktionales V-Raummodul


Hengst entwickelte das komplexe Bauteil V-Raummodul für den Motorraum der V6-Otto-Motorbaureihe von AUDI und substituiert damit ein Sandgussteil. Kunststofftechnisches Herzstück bildet ein stark umgelenkter, asymmetrischer Y-Kanal als Medienleitung aus Polyamid (PA), integriert in einem Ölnebelabscheider-Multifunktionsmodul. Zum Einsatz kommt für den Y-Kanal ein kombiniertes GIT-WIT-Spritzgießverfahren, mit vorgelagertem kompressiblen Medium zwischen Schmelz- und Wasserfließfront, unter der Bezeichnung CIT (Combinated Injection Technology) von PME fluidtec.

Als Material der Deckelkomponente des V-Raummoduls wählte Hengst ein modifiziertes PA66 GF30 aus. Der Y-Kanal des Bauteils hat einen mittleren Innendurchmesser von ca. 25 mm. Toleranzen im Zehntelmillimeterbereich sind reproduzierbar zu realisieren. Zur Kanalbildung wird WIT mit vorgelagerter Blase eines kompressiblen Mediums zwischen der Schmelze- und der Wasserfließfront eingesetzt. Die Hohlraumbildung erfolgt durch exakt kontrolliertes Verdrängen der Materialschmelze. Das Verfahren zählt mit zu den komplexesten Prozessen bei der Verarbeitung von Polyamiden. Die komplexe Geometrie des Y-Kanal ergab diese Verfahrenskombination für eine wirtschaftliche Prozesslösung. Herausforderungen sind die Sicherstellung von kurzen Zykluszeiten, bei gleichzeitig optimaler Wandungsstärkenverteilung, der Verhinderung einer Innenwanddoppelbildung und ein absolut verzugsfreien Bauteil, welches hinsichtlich Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit dokumentierbar ist.


Einsatz einer druckabhängigen Volumenstromregelung


Das CIT-Verfahren erfordert impulsgenaue Injektionstechniken für den asymmetrischen Y-Kanal. Hengst setzt dabei auf die prozesssichere Injektorentechnik, sowie die druckabhängigen Volumenstromregelung von PME fluidtec für einen zuverlässigen, reproduzierbaren Prozess mit geringen Ausschussraten. Als WIT-Modul setzt Hengst ein PME WIT-PowerModul mit integriertem GIT-Modul ein. Das PME-PowerModul verfügt über zwei servoangetriebene Hochleistungspumpen, einen Prozesswassertank mit integrierter Filtertechnik, eine druckunabhängige Volumenstromregelung, einen Abwassertank mit integriertem Filtersystem, einem 8-fach Hydraulikaggregat mit getrennter Druck- und Geschwindigkeitseinstellung, eine Hochdruck-GIT-Moduleinheit  und eine leistungsstarke SPS-Steuerung mit einem für die Visualisierung eigenentwickelten Betriebssystem. Über einen Flachbildschirm mit Touchscreen-Oberfläche erfolgt die bedienfreundliche und transparente Einstellung aller Prozessgrößen durch den Verarbeiter.


Neue BDE

Eine bessere Transparenz des Prozesses erlaubt die neu eingesetzte Betriebsdatenerfassung (BDE) von PME fluidtec. Die BDE erfasst alle Prozessdaten, wie Drücke und Volumina an Stufenwechseln, als auch alle Endschaltersignale von mechanischen Funktionen wie Schiebern, Absperrungen, Heißkanal-Verschlussnadeln und Injektoren, damit der Prozess optimal überwacht werden kann. Durch das Festlegen sinnvoller Grenzwerte und nach weitergehender Analyse des Prozesses, ist es geplant, den Ausschuss zukünftig automatisch zu separieren und/oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen außerhalb der Toleranz auch die Maschine anzuhalten. Die Werte werden in Balkendiagrammen aufgezeichnet, wobei Grün „ok“ bedeutet, Gelb ist die enge Toleranz und Rot steht für ein n.-i.-O-Teil. Jedes Teil erhält im Archiv der BDE eine automatisch vergebene Kennung. Neben der Gutteile-/Schlechtteil-Erkennung ist die BDE ein fast unverzichtbares Werkzeug geworden, um über einen längeren Zeitraum prozessrelevante Daten aufzuzeichnen, auszuwerten und sukzessive den Prozess zu optimieren und zu dokumentieren.


Die komplexe Baugruppe V-Raummodul mit Multizyklon für AUDI V6 Motoren

In enger Zusammenarbeit mit AUDI hat Hengst für die V6-Otto-Motorbaureihe ein multifunktionales Kunststoffmodul entwickelt, das im V-Raum des Motorblocks unterhalb der Sauganlage montiert wird. Aufgabe war es, ein hochintegriertes Bauteil auf kleinstem Bauraum zu schaffen bei gleichzeitiger Reduktion von Schnittstellen. Hengst substituierte mit dieser Komponente ein Sandgussteil-System.
In diesem Modul sind fünf Funktionen platzsparend zusammengefasst: Kurbelgehäuseabdeckung, Freiformkanäle zur Kühlmittelverteilung, verkleinertes Kurbelgehäusedruckregelventil, Kurbelgehäuse Be- und Entlüftungssystem sowie Feinölabscheidung mit Multizyklon und Druckbegrenzungsventil. Für den Einsatz mit glykolhaltigen Stoffen und Motoröl bei Temperaturspitzen bis zu 160°C mussten entsprechende Kunststoffmaterialien modifiziert werden. Medienbeständigkeit und Druckresistenz runden das Anforderungsprofil ab.
Die Kurbelgehäuseabdeckung mit integrierten Kanälen zur Kühlmittelverteilung wird durch den Einsatz einer neuen 3D-Technologie werkzeugfallend mit großen Querschnitten, glatten Innenwänden und kurzen Fertigungszeiten hergestellt. Mit dieser „Grundplatte" werden die Komponenten des Entlüftungssystems druckdicht verbunden.
Das Entlüftungsgas wird aus den beiden Zylinderkopfhauben entnommen und nach der Reinigung von feinsten Öltröpfchen im leistungsstarken Multizyklon mit Druckbegrenzungsventil, über das einfriersichere Druckregelventil wieder der Verbrennung zugeführt.
Die ursprünglich erforderlichen Verbindungsleitungen, Kupplungsstücke, Abdichtungen und Befestigungselemente entfallen.
Für das Bauteil werden die Fertigungsverfahren WIT (Wasserinjektionstechnik), GIT (Gasinjektionstechnik) mit vorgelegter Gasblase (=CIT Combinated Injection Technology), Spritzgießen, verschiedenste Fügetechnologien und Montageprozesse angewandt.


Hintergrund: Hengst
Das Unternehmen Hengst stellt seit Gründung im Jahre 1958 moderne Filter-Systeme und Motorenkomponenten her. Tradition und Innovation stehen miteinander in Einklang und machen das Unternehmen zum gefragten Entwicklungspartner und anerkannten Systemlieferanten für die Automobil- und Motorenindustrie.
Hengst produziert gleichermaßen für die Erstausrüstung, wie auch für den weltweiten Ersatzteilmarkt, nach höchsten Qualitätsstandards und ist als Serienlieferant der internationalen Automobilindustrie etabliert. Führend ist das Unternehmen zudem in den Bereichen Kurbelgehäuseentlüftung, Öl-, Kraftstoff-, Luft- und Innenraumluftfiltration sowie in der Konstruktion komplexer Fluidmanagementmodule.
In der Industrie- und Umwelttechnik werden außerdem maßgeschneiderte Lösungen für nahezu alle filtrationstechnischen Anwendungen entwickelt. Hengst operiert weltweit: Neben dem Stammsitz in Deutschland gehören zum Unternehmen eigenständige Gesellschaften in Brasilien, China und den USA, die an acht Standorten produzierten. Das Unternehmen erzielte mit rund 2.000 Mitarbeitern in 2009 einen Umsatz von 210 Mio. EUR.


Hintergrund: PME
Das Kerngeschäft der PME fluidtec ist die Entwicklung, Prozessunterstützung und Herstellung von Komponenten und Anlagen für das fluidunterstützte Spritzgießen mittels Innendrucktechnik. In der Wasserinjektionstechnik (WIT) wird Wasser als Medium eingesetzt, in der Gasinjektionstechnik (GIT) überwiegend Stickstoff (N2).
Darüber hinaus bietet PME fluidtec auch Anlagen für kombinierte Lösungen – CIT (Combinated Injection Technology) an, bei der in einem Werkzeug sowohl GIT- als auch WIT-Prozesse ablaufen. Ein neues Feld ist die Projektil-Injektions-Technologie (PIT) zur optimalen Hohlraumausbildung mit dünnen Wandstärken z.B. bei Medienleitungen. Mit dieser Bandbreite der Fluidtechnologie legt PMEfluidtec großen Wert auf eine umfassende analytische Beratung zur optimalen Verfahrensberatung zwischen GIT, WIT, CIT und PIT. Als weiteres Standbein baut PME fluidtec eigene Stickstoffgeneratoren, kombiniert mit Hochdruckverdichtereinheiten, die in Kombination mit den eigenen Regelmodulen Energie effizienter als herkömmliche Systeme anwenden.
PME liefert die Hardware-Komponenten, wie Prozesseinheiten und Injektoren, und bietet seinen Kunden anwendungstechnische Dienstleistungen bis hin zum serienreifen Produkt. Im Projektmanagement unterstützt PME die Verarbeiter bei Werkzeugauslegung, Füllsimulationen, Materialwahl und Automationslösungen.
Zusätzlich bietet PME fluidtec heute den Kunden die Möglichkeit der Kleinserienfertigung und Abmusterungen bis zur Serienreife an.
Modulare und hochwertige Prozesseinheiten bis hin zu Mehrkavitätenanwendungen bilden das weltweit herausragende Know-how des Unternehmens. PME sieht sich als Treiber und Vorreiter der zukunftsweisenden Wasserinjektionstechnik. Über 100 Anwendungen auf dem Markt innerhalb von 10 Jahren stehen für die Bedeutung von PMEfluidtec für das fluidgestützte Spritzgießen in WIT und GIT.



Maßarbeit mit CIT: Asymmetrischer Y-Kanal



Röntgenbild des Y-Kanals: Dr.-Ing. Andreas Dworog (Hengst GmbH & Co. KG): „Die
gleichmäßigen Wanddicken und der saubere Räumprozess sowie die komplexe
Kanalgeometrie sind sehr gut abgebildet. Ferner sind die Masseanhäufungen und
Geometrieelemente (dunkler) in der Nähe des Kanals erkennbar. Solche Bereiche
neigen bei der GIT zum Durchbrechen. Ein Durchbruch oder sogenannte Fingereffekte
beim Räumprozess sind bei der Funktion des Bauteils absolut unzulässig und müssen
prozessseitig ausgeschlossen werden.“



Entwicklungsteam bei Hengst: Projektingenieur Burkhard Vorweck und Dr.-Ing. Andreas Dworog (v. l.n.r.)



Prozesstransparenz bei Hengst: Bildschirmseite der neuen BDE von PME


Kontakt:
PME - fluidtec GmbH
Gewerbestraße 3
D-77966 Kappel-Grafenhausen
www.pme-fluidtec.de

 




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