Günther Heisskanaltechnik Nadelverschlusssystem balanciert kleine Schussgewichte für Disposables aus

Filigrane Konturen bei Disposables in kurzen Zykluszeiten dauerhaft prozesssicher zu gewährleisten, das war die Herausforderung bei der Werkzeugkonstruktion für einen medizinischen Arretiergriff mit umspritzter Injektionsnadel. Die Lösung: ein Familienwerkzeug mit elektrisch angetriebenem Nadelverschluss-Heißkanalsystem.

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Günther Heisskanaltechnik GmbH

• Hochkomplexes Familienwerkzeug für die Medizintechnik

• Spritzgießwerkzeug entsprechend GMP-Anforderungen und Qualitätsnorm DIN EN ISO 13485

• Prozesssichere und leicht zu reinigende Heißkanalsysteme

Das Medical Valley in der Metropolregion Nürnberg ist ein international führender Cluster für Medizintechnik, Medizin und Gesundheit. Mitten in dieser Region hat die Medwork GmbH im mittelfränkischen Höchstadt an der Aisch ihren Firmensitz. 1997 von Gerald Fischer als Endocomp gegründet, entwickelt, produziert und vertreibt Medwork heute rund 500 Artikel für die therapeutische Endoskopie. 90 Prozent der Artikel sind Disposables. Seit 2019 ist Medwork eine hundertprozentige Tochter der Fujifilm-Gruppe.

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Filigrane Konturen erfordern gut durchdachten Werkzeugbau

Da sich viele Medworkprodukte durch filigrane Konturen auszeichnen, kommt den Spritzgusswerkzeugen und deren Wartung große Bedeutung zu. Hierfür greift der Medizintechnikhersteller auf das Know-how von MBFZ Toolcraft in Georgensgmünd zurück. 1989 von Bernd Krebs in einer Garage in Schwabach gegründet, gibt es dort heute unter anderem einen Formenbau und eine Spritzgussabteilung für komplexe Bauteile von Marktführern aus der Medizintechnik und anderen Hochtechnologiebereichen. Fest verankert in der Unternehmensphilosophie ist die enge, partnerschaftliche Zusammenarbeit mit den Entwicklungsabteilungen von Kunden, Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Universitäten. Anton Meixner, Betriebsleiter am nahe Georgensgmünd gelegenen Standort Spalt, betont: „Wenn man bei der Entwicklung neuer Trendtechnologien direkt involviert ist, kann man gemeinsam mit den Partnern die beste Lösung erarbeiten. Viele unserer Bauteile sind Schlüsselkomponenten in komplexen Systemen mit höchsten Qualitätsanforderungen.“ Von der Idee über die Fertigung bis zum qualifizierten Teil könne MBFZ Toolcraft die ganze Prozesskette im Haus abdecken, was viele Vorteile bringe.

Familienwerkzeug für 2K-Arretiergriff

Der Toolcraft-Formenbau in Spalt ist auf den Werkzeug- und Formenbau für Klein- und Kleinstteile spezialisiert, vor allem im 2K-Bereich. Dazu merkt Meixner an: „Hochkomplexe Werkzeuge speziell für Mehrkomponenten-Anwendungen oder Familienwerkzeuge für die Medizintechnik fordern uns heraus, so zum Beispiel bei einem Familienwerkzeug für unseren Kunden Medwork, bei dem die Metallnadel in einem Arretiergriff mit Injektionsnadel umspritzt wurde.“ Der Werkzeugbau für medizinische Produkte aus Kunststoff unterscheide sich grundlegend vom Werkzeugbau in anderen Branchen wie Automotive oder optischer Industrie. Das liege weniger an spezifischen technischen Besonderheiten, sondern an der Risikobeurteilung der Werkzeuge und an deren Prozessfähigkeit. So müssen auch die verwendeten Spritzgießwerkzeuge den typischen Regularien der Medizintechnik entsprechen, wie etwa den GMP-Anforderungen oder der Qualitätsnorm DIN EN ISO 13485. Für solche Werkzeuge müssen Risikobetrachtungen durchgeführt und entsprechend dokumentiert werden. Dazu erklärt Meixner: „Der klassische Vorgang eines Projekts ist meist so, dass wir vom Kunden ein 3D-Modell erhalten anhand dessen wir Machbarkeit und Entformbarkeit bewerten. Wir bereiten die Teile dann kunststoffgerecht auf. Erst danach geht es nach Absprache mit dem Kunden in die Werkzeugkonstruktion. In der Medizinbranche liegt vorwiegend die komplette Werkzeugentwicklung in unserer Hand.“ Werner Endres, Projektleiter bei Toolcraft, ergänzt: „Die Entwicklung ist meist artikelbedingt. Denn das Werkzeug soll ja auch eine gewisse Standfestigkeit haben. Es nützt nichts, wenn das Produkt die filigransten Konturen hat, aber das Werkzeug oft gewartet werden muss.“ Das sei besonders bei Disposables zu beachten.

Auch auf die Zugänglichkeit zum Werkzeug und auf prozesssichere, leicht zu reinigende Heißkanalsysteme wird bei Toolcraft geachtet. Häufig brauchen Medizintechnikhersteller wie Medwork hoch-fachige Werkzeuge, die mit sehr schnellen Zykluszeiten gefahren werden. „Dies entsprechend den regulatorischen Anforderungen umzusetzen, ist sehr komplex und erfordert Partner mit Heißkanalerfahrung“, schließt Werner Endres an.

Nadelposition variabel und präzise einstellen

Da das Artikeldesign verändert wurde, musste unlängst das Werkzeug für besagten Arretiergriff von Grund auf neu konzipiert werden. „Im Zuge der Designänderung sollten zudem auch Funktionsände¬rungen durchgeführt werden. Da lag es auch nahe, die Werkzeugkonzeption so auszulegen, dass man Einsparungen hinsichtlich der Spritzzeiten erreicht“, so Endres. Damit ist das Familienwerkzeug ins Spiel gekommen. „Einzig das Ausbalancieren der unterschiedlichen Teilevolumen bereitete uns Probleme. Doch hier konnten die Spezialisten von Günther Heißkanaltechnik mit ihrem elektrischen Antrieb für Nadelverschluss-Heißkanalsysteme helfen“, blickt Endres zurück.

Denn um sichere Spritzprozesse zu gewährleisten, ist eine präzise und intelligente Ansteuerung der Nadelverschlusstechnik vonnöten. Hier bieten sich elektrisch angetriebene Nadelverschlusssysteme an, die eine variable und zugleich präzise Einstellung der Nadelposition und der Hublänge ermöglichen. Zudem bewirkt die Synchronität der Nadelbewegung eine große Genauigkeit bei der Reproduktion. „Ja, man kann hierbei die Nadel dementsprechend zeitversetzt öffnen und das Werkzeug so ausbalancieren, dass wirklich beide Teile gleichmäßig gefüllt werden“, bestätigt Meixner. „Günther Heisskanaltechnik hat dafür ein elektrisches Nadelverschluss-Heißkanalsystem im Programm, das mit einem Schrittmotor angesteuert wird. Der Schrittmotor Typ SMA 10 ermöglicht eine hohe Präzision, verbunden mit einem optimalen Kraft-Weg-Verhalten. Mit dem entsprechenden Steuergerät DPE ist eine präzise Nadelverschlusssteuerung gewährleistet. Zudem ist eine Nadeljustage im Bereich von einem Hundertstel Millimeter möglich.“

Für das Medwork-Werkzeug wurde eine Nadelverschlussdüse mit KA-Nadelführung mit „Blue Flow“-Heizung und zweigeteiltem Schaft ausgewählt. Endres sieht damit weitere Vorteile verbunden: „Das Nadelverschlusssystem und der elektrische Antrieb lassen sich einfach montieren und erfordern bei der Werkzeugkonstruktion keinen zusätzlichen Aufwand. Zudem ist das Nadelverschlusssystem mit dem Schrittmotor reinraumtauglich, was gerade bei Spritzgießwerkzeugen in der Medizintechnik gewünscht ist.“

Auf die Balancierung kommt es an

Kernpunkt des Medwork-Familienwerkzeugs war das Ausbalancieren der verschiedenen Teile mit unterschiedlichen Volumen. „Deshalb haben wir die Steuerung mit Temperatur- und Innendruckfühlern von Priamus gekoppelt. Das Ausbalancieren erfolgt nun über Temperaturfühler, die in jedem Teil am Fließwegende eingebaut sind. Erreicht die Schmelze die Fühler, wird über die Steuerung das Nadelventil zurückgenommen. Über den Innendruckfühler realisieren wir dann noch die Nachdruckumschaltung“, erklärt Meixner. „Das System der Temperatur- und Innendruckfühler hat auch den Vorteil, dass es hervorragend mit dem Nadelverschlusssystem von Günther Heisskanaltechnik zusammenarbeitet.“ Der Prozessablauf im Familienwerkzeug sieht vor, dass noch ein Rohrabschnitt aus einem Speicher in die Kavität eingelegt wird. Die Zuführung wird ebenso mit einer Sensorik überwacht. „Das Werkzeug läuft jetzt zur vollsten Zufriedenheit des Anwenders in einer Fertigungszelle des Kunden Medwork“, bringt Meixner das letztlich Entscheidende auf den Punkt.

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