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| Spritzgießen. Das Spritzgießen (oft umgangssprachlich auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bezeichnet) ist ein Urformverfahren, welches hauptsächlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird. Mit diesem Verfahren lassen sich wirtschaftlich direkt verwendbare Formteile in großer Stückzahl herstellen. Dazu wird mit einer Spritzgießmaschine der jeweilige Werkstoff, meist Kunststoff, in einer Spritzeinheit plastifiziert und in ein Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Der Hohlraum, die Kavität, des Werkzeugs bestimmt die Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Teils. Es sind heute Teile von wenigen Zehntel Gramm bis in den zweistelligen Kilogramm-Bereich herstellbar. Mit dem Spritzgießen lassen sich Gegenstände mit hoher Genauigkeit, wie zum Beispiel für die Feinwerktechnik, und/oder Massenprodukte in kurzer Zeit herstellen. Dabei kann die Oberfläche des Bauteiles nahezu frei gewählt werden. Glatte Oberflächen für optische Anwendungen, Narbungen für berührungsfreundliche Bereiche, Muster und Gravuren lassen sich herstellen. Das Spritzgussverfahren ist (fast nur) für größere Stückzahlen wirtschaftlich sinnvoll. Die Kosten für das Werkzeug machen einen großen Teil der notwendigen Investitionen aus. Dadurch ist selbst bei einfachen Werkzeugen die Schwelle der Wirtschaftlichkeit erst bei einigen tausend Teilen erreicht. Dafür können die Werkzeuge für die Herstellung von bis zu einigen Millionen Teilen verwendet werden. VerfahrenFolgende spezielle Spritzgießverfahren werden angewandt
Eine Spritzgussmaschine besteht aus drei Baueinheiten und den Werkzeugen: Die Plastifiziereinheit (Plastification unit)Die SchneckeSchneckenbelastungen
Schneckenwerkstoff
Schneckenspiel: Zwischen Schnecke und Zylinder fließt die Formmasse und schmiert. Deshalb darf die Schnecke nur kurze Zeit „trocken“ laufen. Schneckenprofil
Rückstromsperre verhindert das Rückströmen der Schmelze aus dem Schneckenvorraum beim Einspritzen
Der PlastifizierzylinderBelastungen wie bei der Schnecke, jedoch fast keine Torsion Werkstoff: Für unkritische Anwendungen aus Nitrierstahl, häufig jedoch geschleuderte Bimetallzylinder. Der Plastifizierzylinder ist härter als die Schnecke, da:
Der EinfülltrichterAnforderungen
Trichter-Arten
· Trichter mit elektromagnetischen Vibratoren · Trichter mit Rührwerk
· Heizbarer Trichter · Förderung direkt vom Thermolift in die Plastifiziereinheit · Direkte Montage des Trockners auf der Maschine
· Trichter mit Stopfvorrichtung Heizung
Kühlung
Vorgänge im PlastifizierzylinderFördern der Formmassen bei wandhaftenden Thermoplasten
Antrieb des PlastifizierzylindersDer Plastifizierzylinder kann wie die Schließeinheit elektromechanisch oder hydraulisch angetrieben werden. Schließeinheit (Clamping unit)Hydraulische SchließeinheitSie besteht aus 2 Einheiten
Kraftarten
Gegenüberstellung Mechanische/ Hydraulische SchließeinheitVorteile der Hydraulik
Nachteile der Hydraulik
Elektromechanische Schließeinheit und Maschine
Vorteile
Nachteile
Verriegelungsarten der SchließeinheitMechanische Verriegelung mit Kniehebel (formschlüssig): Das Werkzeug ist bei leicht abgeknicktem Kniehebel geschlossen. Der Restweg des Kniehebels erzeugt die Zuhaltekraft. Restweg = Holmdehnung Hydromechanische Verriegelung (formschlüssig) 1. Schließen des Werkzeugs mit dem Schließzylinder 2. Verriegeln der Schließeinheit 3. Aufbau der Zuhaltekraft mit dem Zuhaltezylinder Dabei wir die Werzeugauftriebskraft über das Rohr des Schließzylinders von der Verriegelung aufgenommen. Damit reichen kleinere Schließzylinder für große Maschinen Die Spritzeinheit (Injection unit)Einspritzachse
Dosierachse
Die Servomotoren der Einspritz- und Dosierachse sind flüssigkeitsgekühlt und mit einem Absolut-Wegmesssystem ausgestattet, so dass sich ein Referenzverfahren erübrigt. Einspritzregelung Die Schneckenbewegung ist kraft- und positionsgeregelt und damit hochdynamisch, genau und reproduzierbar. Durch die hohe Positioniergenauigkeit und die hochdynamische Beschleunigung in Verbindung mit der Lageregelung der Schneckenbewegung kann die Folgegenauigkeit bei den Spritzteilen positiv beeinflusst werden. Die Dosierbewegung ist drehzahl- und positionsgeregelt. Der elektrische Dosierantrieb wirkt sich bei vollelektrischen Maschinen in erster Linie positiv auf den Energieverbrauch aus. Aufspannung von WerkzeugenDie Aufspannung der Werkzeuge auf die Maschine erfolgt meist durch direkte Verschraubung der Aufspannplatten des Werkzeugs an den Aufspannplatten der Maschine oder mittels Spannpratzen. Ein anderes Verfahren ist die Befestigung der Werkzeuge durch elektrische Magnete. Dieses Verfahren ist jedoch nicht weit verbreitet und durch die geringeren Haltekräfte nur eingeschränkt verwendbar. Auswerfereinheit (Ejection unit)Die Auswerfereinheit ist meist ein Hydraulikzylinder, der die im Werkzeug integrierten Auswerfer antreibt. SpritzgießwerkzeugEin Spritzgießwerkzeug, auch Spritzgusswerkzeug genannt, ist ein Werkzeug aus mehreren Baugruppen und verschiedenen Einzelteilen, vorwiegend aus Stahl, das zur Herstellung großer Stückzahlen von Kunststoffteilen dient. Ein Spritzgießwerkzeug kann über eine oder zwei Trennebenen und mehrere Kavitäten mit Formkernen pro Trennebene verfügen, d. h. es können mehrere Kunststoffteile gleichzeitig in einer Form produziert werden. Werkzeuge mit zwei Trennebenen verfügen oft über einen zweiseitigen Steilgewindetrieb, der das schnelle, parallele Öffnen und Schließen der beiden Formebenen ermöglicht. Weitere Grundbestandteile von Spritzgießwerkzeugen sind: 1. Aufspannplatten zur Aufspannung des Werkzeugs auf die Spritzgießmaschine 2. Anguss 3. Kühlkreislauf 4. Auswerfereinheit Der Kunststoff wird mittels des Zylinders der Spritzgussmaschine mit hohem Druck durch die Zuführkanäle in die Kavitäten des Werkzeug eingespritzt, so dass die Luft entweicht. Durch spezielle Entlüftungskanäle in dem Formteil wird über einen Kühlkreislauf soweit abgekühlt, bis "entformt" werden kann. Die Dauer eines Spritzzyklus (Zeit zwischen zwei Entformungen) ist abhängig von Werkstückgröße und Kühldauer. Die Entformung erfolgt durch so genannte Auswerfer, wobei zur Entnahme der Formteile Entnahmeroboter eingesetzt werden können. Man unterscheidet unter anderem zwischen Kaltkanal- und Heißkanalwerkzeugen. Bei Kaltkanalsystemen härtet der Kunststoff im Anguss aus und wird nach dem Auswerfen des Formteiles abgetrennt. Heißkanalsysteme können über so genannte Nadelverschlusssysteme verfügen, bei dem die Einspritzdüse direkt nach dem Nachdrücken durch eine Verschlussnadel geschlossen wird. Mehrkomponenten-SpritzgießenBeim Mehrkomponenten-Verfahren gibt es verschiedene Arten des Spritzgießens, denen allen gemeinsam ist, dass Spritzgießmaschinen mit zwei oder auch mehreren Spritzeinheiten aber ggf. nur einer Schließeinheit benötigt werden. Die Spritzeinheiten müssen harmonierend arbeiten aber immer unabhängig voneinander steuerbar sein. Die Komponenten können durch eine Spezialdüse eingespritzt oder an verschiedenen Stellen ins Werkzeug eingebracht werden. Die Kunststoffe können unterschiedlich sein, sollten jedoch eine gewisse Haftung zueinander aufweisen wie PP/PE, PMMA/PS, CA/ABS und PC/ABS, sofern beim Fertigteil eine feste Verbindung der Komponenten untereinander notwendig ist. Bei Mehrkomponentenbauteilen in denen sich die einzelnen Teile untereinander bewegen sollen, z. B. Lüftungsauströmer im Auto oder Spielzeugfiguren, ist dies nicht erwünscht. Man unterscheidet prinzipiell folgende Mehrkomponenten-Verfahren: Mehrkomponenten-Verfahren mit scharf getrennten KomponentenHierbei entstehen Teile mit streng getrennten Komponenten-Bereichen. Dies wird herbeigeführt durch: TechnikA) UmsetztechnikUmsetzen des unfertigen Spritzlings in eine Werkzeugkavität mit Platz für die neue Komponente mit Hilfe eines Handlinggeräts, Roboters oder Bedienperson. Anwendung: Sichtscheiben in Gerätegehäuse B) Dreh-/VerschiebetechnikDrehen (Drehtechnik) oder Verschieben (Schiebetechnik) eines Werkzeugteils in eine neue Lage. (meist wird eine Werkzeughälfte gedreht/bewegt) Anwendung: Zahnbürsten (Drehen oder verschieben), Teile mit hartem Träger und weicher Oberfläche. Mehrfarbige Lichtscheiben von modernen Fahrzeugen. C) KernrückzugtechnikZurückziehen eines Kerns um Platz für die neu hinzukommende Komponente zu schaffen. Anwendung: Gerätegehäuse mit verschiedenfarbigen Bereichen. Meist ist die Teilgeometrie für die Auswahl der jeweiligen Technik bestimmend. Bezüglich der verwendeten Komponenten gibt es: VerfahrenMehrfarben-VerfahrenHierbei werden unterschiedliche Farben des gleichen Werkstoffs in einem Teil verarbeitet. Anwendung findet dies z. B. bei mehrfarbigen Autorückleuchten (A), Tastaturen (A, im Gegensatz zu bedruckten Tastaturen). Mehrkomponenten-VerfahrenHierbei werden unterschiedliche Werkstoffe wie z. B. bei Hart-Weich-Verbindungen in einem Teil verarbeitet. Beispiele sind Verschlusskappen mit angespritzten Weichdichtungen. Ein anderer Anwendungsfall ist die Herstellung von Baugruppen bei denen sich die einzelnen Komponenten untereinander bewegen können, beispielsweise beim Luftausströmer im Auto (IMA In Mould Assembling). Die bisherige aufwändige Montage der Einzelteile kann entfallen. Montage-VerfahrenDiese Technik ermöglicht die Herstellung von Spritzgussbauteilen mit Gelenkfunktion. Dabei werden bei der Verarbeitung vorwiegend nicht haftende Komponenten bevorzugt. Der Spielzeughersteller Playmobil bietet in diesem Bereich zahlreiche Anwendungsbeispiele. Mehrkomponenten-Verfahren mit verlaufenden KomponentenHierbei entstehen Teile mit ineinander verlaufenden Komponenten. Sandwich-VerfahrenHierbei entstehen meist Teile bei denen die im Innern liegende Komponente nicht sichtbar ist, weil sie vom Außenmaterial vollständig umhüllt wird. Typischerweise wird bei diesem Verfahren häufig Recyclingmaterial als unsichtbare Komponente eingesetzt. Das Innenmaterial kann auch schaumfähig sein. Als Außenhaut wird dann hochwertiges Material eingesetzt. Beim Sandwich-Spritzgießen wird der Quellfluss der Massen beim Einströmen in das Formnest genutzt. Die Schmelzen füllen die Höhlung vom Anschnitt her nacheinander. Die zuerst einströmende Formmasse legt sich kontinuierlich an die Wand, wohin sie zuletzt von der im Innern strömenden zweiten Komponente geschoben wird. Zwei Spritzeinheiten arbeiten auf einen Spritzkopf zusammen, der es je nach Steuern durch Ventile oder Mehrfach-Verschlussdüsen gestattet, die Massen aus allen Spritzeinheiten beliebig einströmen zu lassen. Der Quellfluss sorgt dafür, dass dieses vollständige einander Umhüllen der Komponenten bis zu den kleinsten Wanddicken einwandfrei gelingt. Der Anguss kann durch die erste Komponente versiegelt werden. MarmorierungFarbige
Kunstblumenblätter und künstlicher Schmuck sind Beispiele für
marmorierte Teile. Hierbei sind die wechselnden Komponenten (meist
handelt es sich um den gleichen Werkstoff jedoch in unterschiedlichen
Farben – es müssen aber auf jeden Fall gut verträgliche Werkstoffe
sein) auch an der Oberfläche sichtbar. Dies wird durch intermittierend
einsetzende Spritzaggregate erreicht. |
