Werner Wirth
So gelingt Geräteminiaturisierung durch Vollverguss
Wie lässt sich ein Gerät auf möglichst kleinem Bauraum realisieren? Werner Wirth und der Komponentenhersteller Refco zeigen das anhand eines Projekts, der Entwicklung einer der kleinsten Kondensatpumpen am Markt – realisiert mit Vollverguss per Hotmelt Moulding.
Das Schweizer Unternehmen Refco ist spezialisiert auf Komponenten für die Kälte- und Klimatechnik und fertigt unter anderem Vakuumpumpen für Klimaanlagen. Eine der jüngsten Entwicklungen ist die Kondensatpumpe »Vamp-F« mit integriertem Reservoir und optischem Niveausensor. Sie sollte funktional auf das Wesentliche reduziert sein – und kleiner als alle anderen Pumpen am Markt. Größenvorgabe: maximal 26 Millimeter.
Schnell waren drei Elemente definiert, über die diese Miniaturisierung zu erreichen war. Zunächst wurde die enthaltene Membranpumpe mit kleiner Bauhöhe in Auftrag gegeben. Dann wurde mit der optischen Füllstandsmessung per Licht eine platzsparende Sensoriklösung gefunden. Das dritte Element war die Größe des Endprodukts. Um die Größenvorgabe einzuhalten, hat man auf ein Gehäuse verzichtet.
Durch die Fertigung der Kondensatpumpe im Vollverguss per Hotmelt Moulding ergeben sich mehrere Vorteile: Neben einer kompakten Baugröße auch die nötige Dichtheit sowie ein zeitsparender Fertigungsprozess.
Extrudertechnologie
Unter den kontaktierten Lieferanten entschied sich Refco für Werner Wirth. Das in Hamburg ansässige Unternehmen entwickelt und fertigt Produkte und Systeme rund um die Verbindungstechnik und den Komponentenschutz. Dabei begleitet es seine Kunden von der ersten Idee bis zur Serienfertigung. Im Bereich Hotmelt Moulding zählt das Familienunternehmen zu Europas Marktführern.
Hotmelt Moulding ist ein Spritzgussverfahren, das im Niederdruck erfolgt. Es ist schonend, formgebend und vor allem für hohe Stückzahlen geeignet. Mit ihm lassen sich Verschlüsse für Gehäuse fertigen. Das Verfahren ermöglicht aber auch, elektronische Baugruppen direkt in eine Werkzeugform einzusetzen und zu vergießen. Diese Variante erspart die Konstruktion, Fertigung und Montage sowie den Größenbedarf eines Gehäuses. Im Mittelpunkt der Entwicklung steht hierbei die Erstellung des Formwerkzeugs, das einen auf das Produkt abgestimmten Vergussprozess ermöglicht.
Checkliste am Anfang des Projekts
Am Anfang steht bei Werner Wirth eine Checkliste, um die Rahmenbedingungen des Projekts zu bestimmen. Sie klärt Fragen zum Produkt und zum Fertigungsprozess des Kunden. Zum Beispiel: Unter welchen Temperaturen wird das Endprodukt eingesetzt? Erfährt es Einflüsse durch Feuchtigkeit, Vibrationen oder Reinigungschemikalien? Welche Stückzahlen sind geplant? Welche Stückzahlen sind nötig, um den kundeneigenen Arbeitsfluss aufrechtzuerhalten?
Auf dieser Basis erstellt das Unternehmen eine Machbarkeitsanalyse, die darlegt, welche Werkzeug- und Maschinengröße für die geplanten Fertigungsmengen erforderlich ist.
Mit dem Bau des Prototypenwerkzeugs beginnt dann der eigentliche Entwicklungsprozess. Hier stellte die Kondensatpumpe »Vamp-F« für die Beteiligten eine große Herausforderung für den Vollverguss dar. Auch wenn sie auf das Wesentliche reduziert wurde, besteht die Baugruppe aus so vielen Einzelteilen, dass der Verguss nicht trivial ist: Membranpumpe, Leistungselektronik, Kondensator, Netzteil und Sensor – das alles an seinem Platz zu halten, wenn es vom einfließenden Kunststoff umflossen wird, erfordert Know-how.
Entwicklung und Qualifizierung
Im Kern waren es drei Punkte, die am Ende für die Lösung maßgeblich waren.
- Werner Wirth änderte sein Werkzeugkonzept. Damit verschob sich die Stelle, an der der polymere Werkstoff eingespritzt wird. Der Druck, der vom Kunststofffluss auf die Anordnung der Einzelteile ausgeübt wird, verringerte sich.
- Refco änderte außerdem die Anordnung seiner Baugruppe. Dadurch wurden die Einzelteile lagestabiler und konnten funktionserhaltend vergossen werden.
- Zudem änderte Refco die Materialien innerhalb der Baugruppe. So hielt die Baugruppe vollständig den Temperaturen des Hotmelt-Verfahrens von etwa 200 °C stand.
Nach zwei Jahren Entwicklungs- und Qualifizierungszeit standen Werkzeug, Vergussmaterial und die Fertigungsmaschine fest.
Je Spritzvorgang: vier Produkte gleichzeitig
Die neue Maschine fertigt seit 2024 am Refco-Hauptsitz in Hitzkirch. Zwei Formwerkzeuge sind darin verbaut. Jedes Werkzeug enthält vier Formen, in die die Elektronikbaugruppe jeweils eingesetzt wird.
Zunächst erfolgt in zwei Formen ein Vorverguss, um die Baugruppe zu fixieren. Anschließend erhalten diese Formen ihren Endverguss, während in den zwei übrigen Formen der nächste Vollverguss durchgeführt wird. Insgesamt werden damit je Spritzvorgang vier Pumpen fertiggestellt!
Für die Vergussmasse werden 50 Kilogramm eines polymeren Werkstoffs in der Maschine bevorratet. Dieser wird zunächst durch einen Trockenofen geführt, um ihn zu entfeuchten und eine gleichbleibende Fertigungsqualität sicherzustellen. Von dort gelangt das Material in den Extruder, wo es erwärmt, verflüssigt und über jeweils vier Düsen ins Werkzeug gespritzt wird.
Werkzeug und Maschinensteuerung stammen von Werner Wirth. Die Anlage entstand zusammen mit einem Sondermaschinenbauer und wurde genau auf das Formwerkzeug abgestimmt.
Übrigens: Nach der Produktvorstellung Ende 2024 wurde die Pumpe »Vamp-F« innerhalb weniger Wochen so oft verkauft, dass nicht genug produziert werden konnte. Eine zweite Maschine ist bereits bestellt.
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