Spritzgießen

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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, beziehungsweise die Formmasse, 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. Selbst bei einfachen Werkzeugen ist die Schwelle der Wirtschaftlichkeit erst bei einigen tausend Teilen erreicht. Dafür können die Werkzeuge, abhängig von der verwendeten Formmasse, für die Herstellung von bis zu einigen Millionen Teile verwendet werden.

Inhaltsverzeichnis 1 Verfahren 2 Die Plastifiziereinheit (Plastification unit) 2.1 Die Schnecke 2.2 Der Plastifizierzylinder 2.3 Der Einfülltrichter 2.4 Heizung 2.5 Kühlung 2.6 Vorgänge im Plastifizierzylinder 2.7 Antrieb des Plastifizierzylinders 3 Schließeinheit (Clambing unit) 3.1 Hydraulische Schließeinheit 3.2 Gegenüberstellung Mechanische/ Hydraulische Schließeinheit 3.3 Elektromechanische Schließeinheit und Maschine 3.4 Verriegelungsarten der Schließeinheit 4 Die Spritzeinheit (Injection unit) 5 Aufspannung von Werkzeugen 6 Auswerfereinheit 7 Das Werkzeug 8 Wikilinks 9 Weblinks

[Bearbeiten] Verfahren

Folgende spezielle Spritzgießverfahren werden angewandt

• Thermoplast-Spritzgießen
• Thermoplast-Schaumgießen (TSG)
• Elastomer-Spritzgießen
• Duroplast-Spritzgießen
• Mehrkomponenten-Spritzgießen
• In-Mold-Verfahren
• Pulverspritzgießen
• Gasinnendruck-Spritzgießen (GID)
• Gashinterdruck-Verfahren (GHD)
• Wasserinnendruck-Spritzgießen (WID)
• Schmelzkern-Spritzgießen
• Spritzprägen
• Spritzblasen
• CardaFlex-Verfahren
• Transfer-Spritzgießen
• Insert-Spritzgießen

Eine Spritzgussmaschine besteht aus drei Baueinheiten und den Werkzeugen:

[Bearbeiten] Die Plastifiziereinheit (Plastification unit)

[Bearbeiten] Die Schnecke

Schneckenbelastungen

• Torsion = Verdrehung(beim Dosieren)
• Verschleiß (Durch Glasfasern, Gesteinsmehl)
• Temperaturbelastung(Einzug = Kühlung;Düse = Heizung)
• Korrosion (Feuchtigkeit im Material;HCl bei PVC Verarbeitung ->Schnecke verzieht sich)

Schneckenwerkstoff

• ist aus Nitrierstahl mit σB = 1000 N/mm²
• ist Oberflächengehärtet
• mit Chrom legiert
• kann mit Titannitrit oder Hartmetallen (z.B. Vanadium-Carbid)beschichtet sein

Schneckenspiel: Zwischen Schnecke und Zylinder fließt die Formmasse und schmiert. Deshalb darf die Schnecke nur kurze Zeit „trocken“ laufen.

[Bearbeiten] Der Plastifizierzylinder

Belastungen wie bei der Schnecke, jedoch fast keine Torsion

Werkstoff

• Aus Nitrierstahl, aber härter als die Schnecke, da:
• Die Schnecke leichter zu wechseln ist
• Ungleich harte Werkstoffe neigen weniger zum Kaltverschweißen(Fressen)

[Bearbeiten] Der Einfülltrichter

Anforderungen

• Absperrbar durch einen Schieber
• Entleerbar
• Füllstandsanzeige
• Evtl. Metallabscheider(Magnet) mit Sieb
• Evtl. Aufnahmen für Farbmisch- und Dosiergeräte

Trichter Arten

• Für Pulverige Formmassen (rieseln schlecht)

• Trichter mit elektromagnetischen Vibratoren
• Trichter mit Rührwerk

• Für Luftfeuchtigkeitsaufnehmende Kunststoffe (z.B. PC, PA, PET)

• Heizbarer Trichter
• Direkt vom Thermolift in die Plastifiziereinheit fördern
• Direkte Montage des Trockners auf der Maschine

• Für nicht rieselfähige Formmassen

• Trichter mit Stopfvorrichtung

[Bearbeiten] Heizung

• Dient zur Unterstützung des Aufschmelzens der Formmassen
• mit Heizbändern für Thermoplaste
• mit Flüssigkeitstemperierung für vernetzbare Kunststoffe

[Bearbeiten] Kühlung

• Im Einzugsbereich mit Wasser, um Propfen- oder Brückenbildung zu Vermeiden
• Über den Gesamten Zylinder mit Luft, um die Temperatur konstanter zu halten (selten)

[Bearbeiten] Vorgänge im Plastifizierzylinder

Fördern der Formmassen bei Wandhaftenden Thermoplasten

• Die Oberfläche der Schnecke hat eine kleinere Reibung als die Zylinderoberfläche, sonst dreht sich die Formmasse auf der Stelle.
• Die Schnecke schabt das geschmolzene Material vom Zylinder, dabei wird es vermischt (homogenisiert). Zusätzlich wird noch Staudruck zum Homogenisieren benötigt.
• Die Formmasse darf in der Einzugszone nicht aufschmelzen, sonst wird die Reibung am Zylinder kleiner und es entstehen Brücken (siehe oben). Deshalb wird der Tragkörper mit Wasser gekühlt.
• Um die Reibung am Zylinder zusätzlich zu erhöhen verwendet man auch genutete Zylinder

[Bearbeiten] Antrieb des Plastifizierzylinders

Der Plastifizierzylinder kann wie die Schließeinheit elektromechanisch oder hydraulisch angetrieben werden.

[Bearbeiten] Schließeinheit (Clambing unit)

[Bearbeiten] Hydraulische Schließeinheit

Sie besteht aus 2 Einheiten

• der Formschlusshydraulik (Großer Weg / Kleine Kraft)
• der Zuhaltehydraulik (Kleiner Weg / Große Kraft)

Kraftarten

• Schließkraft - Schließt und Öffnet das Werkzeug
• Zuhaltekraft - Kraft, die das Werkzeug gegen Einspritzen und Nachdrücken zuhält (= Hochdruck)

[Bearbeiten] Gegenüberstellung Mechanische/ Hydraulische Schließeinheit

Vorteile der Hydraulik

• Werkzeughöheneinstellung ist nicht nötig
• Genauer einstellbare Drücke

Nachteile der Hydraulik

• Sind lauter
• Höherer Energiebedarf, da große Ölmengen bewegt werden Starke Erwärmung bei kurzen Zyklen
• Leckageverluste

[Bearbeiten] Elektromechanische Schließeinheit und Maschine

• arbeitet mit Servomotoren, die z.B. über Kugelumlaufspindeln oder Rollengewindetriebe den Kniehebel, die Schnecke, den Auswerfer usw. antreiben

Vorteile

• Ist leiser
• Geringer Energiebedarf bei langen Zyklen
• Schnellere Bewegungen
• Kein Hydrauliköl (Ölwechsel) Nachteile

Nachteile

• Zuhaltekraft von Kugelgewindetrieben ist relativ begrenzt (Dieser vermeindliche Nachteil kann jedoch durch den Einsatz teurerer Rollengewindetriebe weitgehend eliminiert werden.)
• Aufwendige und ungenaue Druckmessung
• Teuerer in der Anschaffung
• Teuerer Strom durch Stromspitzen beim anfahren

[Bearbeiten] Verriegelungsarten der Schließeinheit

Mechanische 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

[Bearbeiten] Die Spritzeinheit (Injection unit)

Einspritzachse

• kennzeichnend für Spritzeinheiten sind der elektrische Antrieb der Einspritzachse
• bei der Einspritzbewegung wird die hohe Drehzahl des Servomotors mittels eines Gewindetriebes direkt und hochdynamisch in die lineare Bewegung umgesetzt
• die Gewindespindeln sind mit einem speziellen Kühl-Schmier-System ausgestattet, das einen hohen Wirkungsgrad bei geringem Serviceaufwand und höchster Lebensdauer sichert.

Dosierachse

• die rotatorische Dosierbewegung wird über eine Getriebestufe und einen Gewindetrieb mit einem hohen Drehmoment umgesetzt

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 in erster Linie positiv auf den Energieverbrauch aus.

[Bearbeiten] Aufspannung von Werkzeugen

Die Aufspannung der Werkzeuge auf die Maschine erfolgt durch Verschraubung der Aufspannplatten des Werkzeugs an den Aufspannplatten der Maschine.

[Bearbeiten] Auswerfereinheit

Die Auswerfereinheit treibt die im Werkzeug integrierten Auswerfer an.

[Bearbeiten] Das Werkzeug

In Bezug auf das Einspritzverfahren werden folgende Werkzeugarten unterschieden:

• Heißkanalsystem
• Kaltkanalsystem
• Vorkammersystem

Der mechanische Aufbau des Werkzeuges, der in erster Linie der Entformbarkeit des Werkstückes und teilweise der besseren Ausnutzung der Spritzgiessmaschine angepasst ist, unterscheidet sich in:

• Abstreiferwerkzeug
• Schieberwerkzeug
• Backenwerkzeug
• Ausdrehwerkzeug
• Dreiplattenwerkzeug
• Fallkernwerkzeug
• Etagenwerkzeug

[Bearbeiten] Wikilinks

Commons: Spritzgießen – Bilder, Videos und/oder Audiodateien

[Bearbeiten] Weblinks

• Verfahren zur Gummiverarbeitung
• Portal für Kunststoffspritzguss und Formenbau
• Das Kunststoff Portal für die Kunststoffindustrie