Lektion 2.1UrformenKapitel 2 · Formen von Kunststoffen und Gummi

Spritzgießen

Schmelze, in eine geschlossene Stahlform gepresst

Beim Spritzgießen wird Kunststoffgranulat geschmolzen und die Schmelze in eine geschlossene Stahlform gepresst, wo sie zu einem fertigen Teil abkühlt. Flaschenverschlüsse, Spielzeugbausteine, Handyhüllen und Autoarmaturenbretter entstehen alle so. Sobald die Form existiert, kostet jedes weitere Teil sehr wenig, weshalb die meisten Kunststoffgegenstände um Sie herum spritzgegossen sind.

Foto: The robotic engineer1, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Spritzgießmaschine · Querschnitt, 6 SchritteDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten. Bild B zeigt dieselbe Form einen Moment später, geöffnet, um das Teil freizugeben.

Spritzgießen in einer Minute, von MecMade

So funktioniert es

Zuführen. Kunststoffgranulat (rohe Kunststoffkörner von einigen Millimetern Größe) fällt aus dem Trichter in den Zylinder, ein beheiztes Stahlrohr.
Schmelzen. Eine drehende Schnecke zieht das Granulat nach vorn. Reibung der Schnecke und Wärme der Heizbänder schmelzen es, und die Schmelze sammelt sich vor der Schneckenspitze.
Zuhalten. Die Schließeinheit schließt die beiden Formhälften und hält sie mit zehn bis tausenden Tonnen Kraft zu. Das verhindert, dass Schmelze an der Trennebene (der Fuge zwischen den Hälften) austritt.
Einspritzen und nachdrücken. Die Schnecke hört auf zu drehen und fährt wie ein Kolben nach vorn. Schmelze schießt durch die Düse und den Angusskanal (den Zuführkanal) in die Kavität (den teilförmigen Hohlraum). Die Schnecke drückt weiter, um zusätzlichen Kunststoff nachzudrücken, während das Teil schrumpft.
Kühlen. Wasser, das durch Kanäle im Stahl strömt, führt die Wärme ab, bis das Teil fest ist. Das ist meist der längste Schritt. Währenddessen dreht sich die Schnecke wieder, um den nächsten Schuss vorzubereiten.
Öffnen und auswerfen. Die bewegliche Hälfte fährt zurück. Auswerferstifte drücken das Teil samt Anguss vom Kern (der Stahlerhebung, die die Innenseite formt). Die Form schließt, und der Zyklus wiederholt sich.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Thermoplaste (Kunststoffe, die bei jedem Erwärmen weich werden) wie Polypropylen, ABS, Nylon und Polycarbonat; auch einige Duroplaste und Flüssigsilikon
Typische Teile: Verschlüsse, Spielzeugbausteine, Elektronikgehäuse, Autoinnenraumteile, Spritzen, Kämme
Bauteilgröße: Von unter einem Gramm bis zu Autostoßfängern von mehreren Kilogramm
Präzision: Meist etwa ±0,05 bis ±0,1 mm; enger bei kleinen Präzisionsteilen
Oberfläche: Kopiert die Form: von Spiegelglanz bis zu lederartiger Struktur, ohne Nacharbeit
Geeignete Losgröße: Tausende bis Millionen identischer Teile
Werkzeug- und Maschinenkosten: Formen von einigen tausend Dollar (einfach, Aluminium) bis weit über 100.000 Dollar (groß, viele Kavitäten, gehärteter Stahl); Maschinen von zehntausenden bis über eine Million Dollar
Geschwindigkeit: Meist 10–60 s pro Zyklus; dünne Verschlüsse in wenigen Sekunden, oft viele Teile pro Schuss

Stärken und Grenzen

Stärken

Sehr niedrige Kosten pro Teil, sobald die Form bezahlt ist
Schnell, automatisiert und gut reproduzierbar
Komplexe Formen, Schnappverbindungen, Gewinde und feine Details in einem Schuss
Riesige Auswahl an Kunststoffen, Farben und Strukturen

Grenzen

Die Form ist teuer und braucht oft Wochen zur Herstellung
Eine Konstruktionsänderung bedeutet, die Stahlform zu überarbeiten oder neu zu bauen
Die Wände müssen recht dünn und gleichmäßig sein (oft etwa 1–4 mm), sonst verziehen sich Teile und zeigen Einfallstellen (kleine Dellen über dicken Stellen)
Hinterschneidungen (Merkmale, die das Teil in der Form verriegeln würden) brauchen verschiebbare Formteile, die Kosten verursachen

Wo es eingesetzt wird

VerpackungFlaschenverschlüsse, Deckel, dünnwandige Lebensmittelbecher
KonsumgüterSpielzeugbausteine, Küchenhelfer, Gerätegehäuse
AutomobilbauArmaturenbretter, Türverkleidungen, Stoßfänger, Leuchtengehäuse, Clips
MedizinSpritzen, Pipettenspitzen, Inhalatorgehäuse
ElektronikHandy- und Laptopgehäuse, Steckverbinder, Tasten und Knöpfe

So erkennen Sie es

Eine feine Linie um das Teil, wo die beiden Formhälften aufeinandertrafen (die Trennlinie).
Kleine runde Spuren, leicht erhaben oder vertieft, von Auswerferstiften auf der verdeckten Seite.
Ein kleiner Nippel oder eine Narbe, wo der Kunststoff eintrat (die Anschnittmarke).
Dünne Wände gleichmäßiger Dicke mit Rippen (dünnen Versteifungswänden) und eingeformter Beschriftung wie einem Recyclingsymbol oder einem Datumsrad.

Im Vergleich mit

Umspritzen und Zweikomponenten-Spritzguss2.2dieselbe Maschine, aber ein zweiter Werkstoff wird auf oder um den ersten gespritzt.Blasformen2.3erzeugt Hohlteile wie Flaschen, indem weicher Kunststoff gegen eine Form aufgeblasen wird, statt eine massive Kavität zu füllen.Druckguss1.4dasselbe Prinzip mit geschmolzenem Metall statt Kunststoff.

Ansehen

tronicarts · Die ganze Maschine und ein kompletter Zyklus als 3D-Animation

Autodesk · Eine fünfminütige Erklärung mit Geschichte und Alltagsbeispielen

ARBURGofficial · Eine echte Presse füllt bei hoher Geschwindigkeit 72 Kavitäten pro Schuss

Ian Collier (How It's Made excerpt) · Wie die Stahlform selbst bearbeitet und poliert wird

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Spritzgießen — echte Formen, darunter eine LEGO-Steinform und eine Form mit Seitenschiebern
Wikipedia: Spritzgießmaschine — eine offene Form in einer Presse und eine große Presse mit Roboter
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Schmelzen, unter Druck einspritzen, abkühlen, auswerfen: ein Teil alle paar Sekunden bis zu einer Minute.
Die Form ist der große Kostenfaktor und jedes Teil ist billig, daher lohnt es sich bei hohen Stückzahlen.
Gute Konstruktionen nutzen dünne, gleichmäßige Wände, eine leichte Formschräge (Verjüngung) und möglichst wenige Hinterschneidungen.