Ein Becher, der es ermöglicht zu trinken, ohne das Gefäß zu kippen. Und eine Silikon-Membrane, die die Flüssigkeit befördert: Das war die Ausgangssituation zweier Studenten der Medizintechnik, die mit einem […]
Ein Becher, der es ermöglicht zu trinken, ohne das Gefäß zu kippen. Und eine Silikon-Membrane, die die Flüssigkeit befördert: Das war die Ausgangssituation zweier Studenten der Medizintechnik, die mit einem Entwicklungs- und Produktionsauftrag auf Rico Elastomere Projecting, Thalheim (Österreich), zukamen. Die besondere Anforderung an das Produkt: Die Membrane sollte aus 1-Shore-Silikon mit einer Wanddicke von 0,1 mm gefertigt werden.
Die Membran ist Bestandteil des Trinkgefäßes Sippa home. (Abb.: Iuvas medical)
Sippa home ist ein Produkt des Münchner Unternehmens Iuvas. Es handelt sich um einen Trinkbecher, der es Menschen mit Bewegungseinschränkungen, Schluckstörungen oder Demenz ermöglicht, problemfrei zu trinken, ohne das Gefäß zu kippen. Das Herzstück der Erfindung ist eine hochelastische Membrane, die dem Abfall des Flüssigkeitspegels entgegenwirkt. Dadurch hat der Trinkende das Gefühl, immer aus einem vollen Glas zu trinken. Die Herstellung dieser Membrane übernahm der österreichische Spritzgieß-Experte und Werkzeugbauer Rico.
Von 1K auf 2K – Prototyp modifiziert
Rico-Kunde Iuvas verfügte bereits über einen ersten Silikon-Prototypen der Membrane. Die Tests des österreichischen Spritzgießers ergaben jedoch, dass mit der vorhandenen Geometrie und der Materialauswahl die technische Machbarkeit nicht sichergestellt werden konnte. Erst die Neuentwicklung einer Zweikomponentenlösung aus Silikon und Thermoplast im mechanischen Verbund brachte den Erfolg. Mittels einer Probeform und mehrerer Testreihen wurde der Spritzgießprozess validiert. „Weil die Membrane so dünn ist, konnten wir nicht mit Simulationen arbeiten – das würde bei dieser Wanddicke keinen Sinn ergeben“, beschreibt Rico-Projektleiter Josef Sorger die Herangehensweise.
Herausforderndes Material
Zeitgleich zur Bauteilmodifikation lieferten Materialtests wichtige Erkenntnisse. Auch für den Spritzgießprofi mit 25-jähriger Erfahrung war die Verarbeitung eines 1-shorigen Materials Neuland. Das verwendete, lebensmitteltaugliche Silikon folgt mit seiner wasserähnlichen Konsistenz anderen Parametern und machte die Verarbeitung sehr anspruchsvoll. „Es ist eine sehr spezielle Silikontype, die den Eigenschaften von Wasser ähnlicher ist, als andere. Wenn man aber weiß, wie das Material funktioniert, klappt die Verarbeitung einwandfrei“, bestätigt Sorger.
Werkzeugkonzept und Oberflächenbehandlung
Die 2K-Membran stellt ein anspruchsvolles Teil dar. (Foto: Rico)
Durch die niedrige Viskosität und Shore-Härte floss das Material im Rohzustand wie Wasser. Nach der Vernetzung war es sehr haftend und machte die Entformung extrem anspruchsvoll. Die Materialauswahl im Werkzeug und die Oberflächengestaltung der Kavitäten waren daher entscheidend, ohne dass man auf aufwändige Beschichtungen zurückgriff. Diese tendieren dazu sich zu lösen, was nachträgliche Wartungen und Nachbeschichtungen mit sich ziehen kann. Darüber hinaus erhöht sich das Prozess- und Werkzeug-Monitoring um weitere Dimensionen, die zusätzlichen Aufwand bedeuten. Der richtige Werkzeugstahl mit der exakten Behandlung und Oberflächenstruktur hatte für Rico deshalb oberste Priorität. Hier griff das Unternehmen auf die Expertise von Rico-Group-Member und Härterei-Spezialist HTR zurück.
Das Werkzeug wurde mit 2+2 Kavitäten und für das Transferverfahren ausgelegt, d.h. der gespritzte Thermoplast-Teil wird innerhalb des Werkzeuges mittels End-of-Arm-Tooling transferiert und für die Silikon-Umspritzung vorbereitet.
Herausfordernd war die Kombination aus niedrigviskosem Silikon, dem großen Durchmesser von 62 mm und die extrem dünne Wanddicke der Membrane mit 0,1 mm. Durch die direkte Anspritzung mittels Nadelverschlusssystem produziert Rico abfallfrei, mit einer ökonomischen Zykluszeit und garantiert eine reproduzierbare, vollautomatische und nachhaltig gesicherte Teilelieferung.
Temperaturführung oberste Prämisse
„Eine exakte Temperaturführung und ein perfekt ausbalanciertes Kaltkanalsystem sind hier nicht die Kür, sondern die Pflicht“, bestätigt Sorger. Die hohen Anforderungen an das Werkzeug und den Prozess erforderten eine perfekte Temperaturführung und ein ausgeklügeltes Vakuumsystem. Jede Änderung um einen sehr niedrigen Temperaturbereich hätte bereits eine Veränderung im Fließverhalten und der Reaktivität des Materials bedeutet. Auch das Tempern stellte eine Herausforderung dar. Insbesondere die Eigenschaften des speziellen LSR machten einige Vor-Tests notwendig um das Materialverhalten zu evaluieren.
Beim Hersteller Iuvas wird in zwei Varianten gearbeitet. Die Teile werden vom Spritzgießprozess direkt und kontrolliert dem Tempern zugeführt, danach automatisiert verpackt, d. h. entweder einzelverpackt oder in Kartons geschlichtet – je nach Kundenwunsch. Somit werden die 2K-Membrane human-touch-free in sauberster Produktionsumgebung hergestellt.
