Bei Profi- und Hobbygärtnern sind sie bestens bekannt: Geräte und Produkte von Gardena. Man ahnt es schon: Die Produktion eines so hochwertigen Gartengeräts ist entsprechend anspruchsvoll. In schnellem Takt fallen einzelne Teile des späteren Griffs aus der Spritzgussmaschine – hier geht es um Perfektion und jede Sekunde. Um schneller optimale Ergebnisse zu erzielen, setzt der Ulmer Gartengerätehersteller auf Spritzgießformen mit einem rötlich-glänzenden Geheimnis: Im Inneren der dünnsten Stellen leitet Kupfer die Wärme zügig zum nächstgelegenen Kühlkanal. Das Fertigungsverfahren dahinter ist die Metall-Pulver-Auftrag-Technologie (MPA) der Hermle Maschinenbau GmbH (HMG) aus Ottobrunn in Bayern. Mit der Anfrage eines neuen Werkzeugs – optimiert durch diese spezielle Technologie – wandte sich Gardena 2018 an S&S Werkzeugbau in Schlitz.
S&S ist bekannt für seine hohe Fertigungstiefe und das technologische Knowhow bei der Konstruktion und Fertigung von Spritzgießwerkzeugen mit 2-Komponenten-Indexplattentechnik, Drehtellern und Core-back-Technologie sowie bei der Entformung mit Schiebern und Ausschraubgetrieben. Der Betrieb hat sowohl die Konstrukteure im Haus als auch zahlreiche Spezialmaschinen, beispielsweise zum Tieflochbohren oder Laserschweißen und -beschriften. Der Werkzeugbauer stellt selber die Grafitelektroden für seine Senkerodiermaschinen her und hat mittlerweile vier Spritzgussmaschinen in seinem Technikum stehen, mit denen sein Team die Mehr-Kavitäten-Formen vor der Auslieferung testet. Pro Jahr verlassen etwa 90 Spritzgießformen die Fertigungshallen. Sie wiegen bis zu sechs Tonnen, haben bis zu 64 Kavitäten und erzeugen genarbte, erodierte oder hochglanzpolierte Sichtflächen.
Kupfer statt Kühlkanal
Beim Rundgang durch den 50-Personen-Betrieb reihen sich mehrere Hallen aneinander. Die Besichtigung endet im Büro des Geschäftsführers Harald Starch – den auf den ersten Blick schlichten Formkern auf dem Tisch, der für den Hohlraum im Zangengriff verantwortlich ist. Allerdings: Je filigraner hier die Geometrie ist, desto schwieriger das Wärmemanagement.
Exzellente Formen für komplexe Teile
Nur fünf Gehminuten vom Fachwerkhaus-dominierten Herzen der hessischen Kleinstadt Schlitz gründeten Heinz Starch und Walter Susemichel 1985 ihr Unternehmen S&S Werkzeugbau (www.sus-werkzeugbau.de). Seitdem entstehen hier Formen für die Massenproduktion komplexer Kunststoffteile. Der Maschinenpark wuchs, was im Jahr 2000 einen Umzug in größere Räumlichkeiten erforderte. Heute leitet Harald Starch das Familienunternehmen in zweiter Generation.
Die Alternative zu Kupfer sind dünne Kühlkanäle. Für konturfolgende Temperierkanäle lassen sich diese lasersintern oder vakuumschweißen. „Die Gefahr hierbei ist, dass die sehr engen Kühlkanäle mit der Zeit verstopfen. Um dies zu verhindern, ist eine regelmäßige Werkzeugreinigung erforderlich“, kommentiert Starch. Die MPA-Technologie bietet hier eine durchdachte Lösung: Kupfer führt aus den engen Bereichen die Wärme ab. Das Kupfersegment endet dort, wo Kühlkanäle ausreichenden Platz haben. Hier kann das Kühlwasser problemlos fließen.
Materialauftrag mit Überschall
Wie kommt das Kupfer nun in den Kern? HMG hat dafür auf Basis des Fünf-Achs-Fräszentrums C42U die MPA42 entwickelt, die nicht nur Material ab-, sondern auch auftragen kann. Wärme, Stickstoff, überhitzter Wasserdampf und eine Lavaldüse sind entscheidend dafür, dass das Metallpulver auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird und sich beim Auftreffen mit dem eingespannten Rohling verbindet. Die fünf Achsen des Bearbeitungszentrums richten den Pulverstrahl nahezu beliebig zum Bauteil aus und lassen so Kühlkanäle oder Kupfer-Inlays selbst auf gekrümmten Oberflächen entstehen. S&S erhält schließlich einen matten Kern.
*Wir erhalten filigrane Kerne mit optimaler Wärmeableitung*
„Die finale äußere Kontur fertigen wir dann hier“, berichtet Starch. Wichtig dafür sind die korrekten Daten. „Unsere Konstrukteure kennen ganz genau die Lage der Kupferfüllung. So erhalten wir filigrane Kerne mit optimaler Wärmeableitung.“
Von den 3D-Druck-Verfahren ist dem Geschäftsführer die MPA-Technologie am liebsten. Der Kern besteht – bis auf den Kupferanteil – aus demselben Material wie die restliche Form: aus Werkzeugstahl. „Wir haben damit eine Komponente mit denselben Eigenschaften und derselben Lebensdauer wie die Formkavität. Das funktioniert bei anderen additiven Verfahren nicht“, betont der Maschinenbau-Ingenieur. Dass Kupfer Wärme besser leitet ist bekannt. „Früher haben wir einfach ein Loch gebohrt und einen Kupferdraht reingepresst. Besonders flexibel – bezogen auf die Kontur und Form des Kühlbereichs – waren wir damit nicht“, gibt Starch zu.
