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Der Spritzguss ist ein Urformverfahren, das in der Kunststoffverarbeitung am häufigsten verwendet wird.

Spritzguss

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Der Spritzguss ist ein Urformverfahren, das in der Kunststoffverarbeitung am häufigsten verwendet wird.

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Spritzguss

Der Spritzguss – mitunter auch als Spritzgussverfahren und Spritzgießen bezeichnet – ist ein Urformverfahren, das in der Kunststoffverarbeitung am häufigsten verwendet wird. Es erlaubt die vollautomatische Fertigung von Kunststoff-Formteilen. Zum Einsatz kommt dabei eine Spritzgießmaschine, die den entsprechenden Werkstoff plastifiziert respektive verflüssigt und anschließend unter Druck in ein Spritzgießwerkzeug einspritzt. Hierbei handelt es sich quasi um eine spezielle Form, in der die verwendeten Werkstoffe durch eine Vernetzungsreaktion oder durch Abkühlung wieder verfestigt werden. Nach dem Öffnen der Form bzw. des Spritzwerkzeugs können Sie dann das gespritzte Fertigteil entnehmen.

Die Oberflächenstruktur sowie die Form des fertigen Bauteils wird grundsätzlich vom Hohlraum des Werkzeugs bestimmt. Diese auszufüllende Hohlform stellt eine Kavität dar, die von einer Matrize und einem Kern gebildet wird. Der Spritzguss ermöglicht es Ihnen dabei Oberflächenstruktur und Form nahezu frei zu wählen. Insbesondere dank spezieller Spritzguss-Verfahrenstechniken können Sie neben glatten Oberflächen zum Beispiel auch Muster, Gravuren, Narbungen für berührungsfreundliche Flächen oder Farbeffekte generieren.

Da zudem der Spritzguss als explizit wirtschaftliches Verfahren gilt, hat sich das Spritzgießen zur weitestverbreiteten Methode zur Serienanfertigung bzw. zur Massenherstellung von Kunststoffteilen entwickelt. Die Bandbreite an herstellbaren Formteilen reicht dabei von Mikrozahnrädern für Uhren über Rechnertastaturen bis hin zu ganzen Surfbrettern oder auch einzelnen Segelboothälften. Prinzipiell können Sie mit dem Spritzguss Thermoplaste, Duroplaste sowie auch Elastomere anfertigen.

Was ist Spritzgießen?

Die drei im Spritzguss-Verfahren verwendeten Materialarten Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste werden mit verschiedenen Verfahrenstechniken bearbeitet. In wirtschaftlicher Hinsicht ist dabei vor allem das so bezeichnete Thermoplast-Spritzgießen von großer Bedeutung. Kein anderes Kunststoffverarbeitungsverfahren kommt so oft zum Einsatz wie das Spritzgießen von Thermoplasten. Von der reinen Funktionsweise her gibt es beim Thermoplast-Spritzguss allerdings keine gravierenden Unterschiede zu den Verfahren, die Duroplaste und Elastomere verarbeiten. Es kommt lediglich zu verfahrensspezifischen Betriebsparameter, wie zum Beispiel unterschiedliche Temperaturen während des Bearbeitungsprozesses. Zudem gibt es noch verschiedene Verfahren, die Modifikationen respektive Erweiterungen des Grundprozesses darstellen. 

Verwendet werden diese speziellen Methoden auszugsweise für folgende Anwendungen:

  • Mehrkomponenten-Spritzguss:
    Mit diesem Verfahren können Sie in nur einem Arbeitsgang Teile aus unterschiedlichen Kunststoffen herstellen.
  • In-Mold-Verfahren:
    Hierbei werden in die Form eingelegte Materialien hinterspritzt.
  • In-Mould-Decoration:
    Ermöglicht das Einlegen von bedruckten Folien in das Spritzwerkzeug; diese wird später entfernt, so dass lediglich die Farben auf dem Bauteil verbleiben.
  • Metallfolienhinterspritzen:
    Mit diesem Verfahren lassen sich Kunststoffteile mit Metallfolienüberzug fertigen.
  • Innendruck-Spritzgießen:
    Dies ist eine Fluidinjektionstechnik, bei der Wasser oder Gas zusätzlich injiziert wird. Nach dem Aushärten entweichen Wasser oder Gas dann wieder; zurück bleibt ein Hohlraum.
  • Gashinterdruck-Verfahren: Extra eingebrachtes Gas presst sich fest an die jeweils gegenüberliegende Wand. Dieses Verfahren wird für eine optimierte Oberflächenstruktur genutzt.
  • Schmelzkern-Spritzguss: Schafft mit niedrigschmelzendem Metall Hohlräume.
  • Pulverspritzgießen: Ermöglicht die Herstellung von Keramik- und Metallteilen.

Ausgehend vom Thermoplast-Spritzguss als quasi allgemeingültiger Verfahrensweg verfügt das Spritzgießen über einen diskontinuierlichen Charakter, der durch verschiedene, aber aufeinander aufbauende technologische Operationen im Kern bestimmt wird. Zwischen folgenden Arbeitsschritten wird hier unterschieden:

  • Plastifizieren: Verflüssigen des Werkstoffs.
  • Dosieren: Festlegen des Massevolumens.
  • Spritzen: Einspritzen der Masse.
  • Nachdrücken: Kompensation der Volumenschwindung.
  • Abkühlen: Einstellung der Kühlzeit.
  • Entformen: Das fertige Formteil wird „ausgeworfen“.

Wie funktioniert das Spritzguss Verfahren?

Um Ihnen einen generellen Überblick über die Abläufe und die einzelnen Arbeitsschritte zu bieten, haben wir die einzelnen Funktionsschritte detailliert skizziert:

1. Schritt: Plastifizieren

Ist beim Spritzguss vom Plastifizieren die Rede, geht es um das Überführen einer Formmasse aus Kunststoff in einen thermoplastischen Zustand. Dabei kommt es zu einer inneren Reibung oder auch zu einer äußeren Beheizung, bei dem der Kunststoff aufgeschmolzen wird. Die in der Regel rieselfähige Formmasse gelangt hier über den Fülltrichter in die Einfüllöffnung, die sich zwischen Zylindermantel und Schnecke befindet. Die Schnecke wird daraufhin vom integrierten Schneckenantrieb in Rotation versetzt. Die Formmasse wird dabei plastifiziert und komprimiert, bevor sie in den Schmelzraum geführt wird.

2. Schritt: Dosierung

Vor der eigentlichen Fertigung des Formteils, muss die einzuspritzende Masse bedarfsgerecht dosiert werden. Die richtige Dosierung wird erreicht, indem die rotierende Schnecke die Formmasse einzieht und sich dabei nach hinten zieht. Diese Bewegung nach hinten wirkt dann dem Staudruck entgegen. Dies ist ein entscheidender Vorgang, da auf diesem Wege das Plastifizieren der jeweiligen Formmasse verbessert wird. Die Rotation der Schnecke wird sofort an einer vorgewählten Position gestoppt, sobald sich die erforderliche Masse direkt vor der Schneckenspitze angesammelt hat.

3. Schritt: Spritzen bzw. Einspritzen

Das geschlossene Werkzeug bzw. die geschlossene Form verfügt über eine so bezeichnete Angussbuchse. Genau dorthin bewegt sich die Spritzeinheit, bis die Düse schließlich passgenau an dieser Buchse anliegt.

4. Schritt: Nachdrücken/Ausformen

Anschließend kühlt die Schmelze im Werkzeug ab und erstarrt, sobald der Gefrierpunkt erreicht ist. Dies hängt damit zusammen, dass das Werkzeug (maximal etwa 120°C) kälter ist als die Kunststoffmasse (maximal rund 300°C). Diese Abkühlung geht allerdings immer einher mit einer manchmal erheblichen Volumenschwindung. Diese wirkt sich negativ bzw. nachteilig auf die Oberflächenqualität sowie die Maßhaltigkeit des Werkstücks aus. Zur zumindest teilweisen Kompensation der Volumenschwindung, baut die Spritzguss-Maschine einen reduzierten Druck auf, der das Nachfließen von Material erlaubt. Durch dieses Nachdrücken kann dann die Schwindung entsprechend ausgeglichen werden. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis der Ausguss erstarrt ist, also der Siegelpunkt erreicht worden ist.

5. Schritt: Abkühlen

Erst wenn der Nachdruck abgeschaltet wurde, startet die einstellbare Kühlzeit. Während des Kühlvorgangs, wird die Schnecke wieder zurückgeführt, um die nächste Dosierung vorzunehmen. Die Schnecke übernimmt dabei wieder die Aufgabe, entsprechendes Material für einen neuen Spritzzyklus zu fördern. Das Material sammelt sich an der Schneckenspitze. Ist die Dosierung erfolgt, trennt sich die Spritzeinheit von der Düse ab.

6. Schritt: Entformen

Ist der Kühlvorgang abgeschlossen, wird das Formteil via integriertem Auswerfsystem entformt. Dabei schließt das Werkzeug wieder und die Düse bewegt sich erneut an das geschlossene Werkzeug. Eine anschließende Endbearbeitung an den gefertigten Bau- bzw. Formteilen entfällt in den meisten Fällen. Da zudem angefallene Materialabfälle, wie zum Beispiel Angüsse, direkt wieder neu verwendet werden können, ist beim Spritzguss Wirtschaftlichkeit gewährleistet. In der Regel können rund 20 Prozent Regranulat dem Ausgangsmaterial erneut beigefügt werden.

Spritzguss: Vorteile auf einen Blick

Insgesamt offenbart der Spritzguss eine Vielzahl an Vorteilen. Wir haben die wesentlichen Vorzüge für Sie noch einmal komprimiert zusammengefasst:

  • Schnell arbeitendes Verfahren.
  • Prädestiniert für das Erstellen von Präzisionsteilen.
  • Exakte Herstellung auch von extrem kleinen Komponenten.
  • Eine Nachbearbeitung ist in der Regel nicht notwendig; schneller Abschluss der Produktion.
  • Ein einmal hergestelltes Werkzeug kann immer wieder verwendet werden.
  • Materialabfälle lassen sich wieder neu verwenden.
  • Nach Installation aller Komponenten läuft das Spritzguss-Verfahren automatisiert ab.
  • Das Spritzguss-Verfahren bietet eine hohe Wirtschaftlichkeit.

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