Die Schließkraft beim Spritzguss

Als Schließkraft wird im Spritzguss die Kraft bezeichnet, die die Werkzeughälften aneinander presst. Da die maximale Höhe der Schließkraft u.a. über die Größe von Werkzeug und Bauteil entscheidet, dient sie als wichtige Kenngröße zur Einordnung von Spritzgießmaschinen. Die Schließkraft wird in Kilonewton (kN) angegeben.

Viele Komponenten beim Spritzguss

Viele Komponenten und Stellgrößen wirken beim Spritzguss zusammen, bis perfekte Bauteile in großer Zahl hergestellt werden können. Es braucht eine gediegene Ausbildung und jahrelange Erfahrung, bis man die Zusammenhänge all dieser Stellgrößen so verinnerlicht hat, dass ein fehlerfreier Ablauf von der Bedarfsbeschreibung des Kunden bis zur Auslieferung der Bestellung möglich wird. An anderer Stelle haben wir bereits über den grundsätzlichen Aufbau der Spritzgießmaschine berichtet.

Aufbau der Spritzgießmaschine


Die Vorgänge und Einheiten in der Spritzgießmaschine

Zum besseren Verständnis für den Laien haben wir die Beschreibung dieser Vorgänge stark vereinfacht dargestellt. Die Fachleute unter unseren Lesern mögen uns das nachsehen.

Plastifiziereinheit

Einfach zusammengefasst werden Kunststoffe meist in Granulatform in verflüssigtem Zustand über eine Schnecke in die Kavität, also das sogenannte Werkzeug gespritzt. Der dafür zuständige Teil der Spritzgießmaschine wird als Plastifiziereinheit bezeichnet und besteht aus der besagten Schnecke, dem Plastifizierzylinder, dem Einfülltrichter sowie einer Heizung und einer Kühlung. Die Schecke unterliegt bei ihrer Arbeit der Abschabung und Weiterleitung des schmelzenden Granulats durch den Zylinder hohen Torsions- und abrasiven Kräften und besteht daher z.B. aus durchgehärtetem Kaltarbeitsstahl.

Spritzeinheit und Werkzeug

Die Spritzeinheit wird mit einem Servomotor auf eine hohe Drehzahl beschleunigt und bringt mit genau berechneter Kraft und Dosierung das geschmolzene Granulat in das Werkzeug ein. Das Werkzeug bildet mit einer unteren und oberen Hälfte die Hohlform, die dem Bauteil oder Werkstück während des Abkühlens (oder bei bestimmten Kunststoffen der Vulkanisation) seine genaue Form gibt. Die Herstellung des Werkzeugs ist der aufwendigste und kostspieligste Prozess beim Spritzguss, da der Aufbau, verschiedene Komponenten und die beabsichtige Funktionsweise des Bauteils eine beliebige Komplexität annehmen können. Die Konstruktion und Herstellung des Werkzeugs ist daher ein ganz eigener Prozess im Spritzguss.

Schließeinheit und Auswerfereinheit

Das Werkzeug wird in der sogenannten Schließeinheit aufgespannt, d.h. meist werden die Aufspannplatten des Werkzeugs an den Aufspannplatten der Schließeinheit festgeschraubt. Die Schließeinheit ist der sozusagen mächtigste Teil der Spritzgießmaschine. Hier wird mit der Schließkraft der Druck aufgebaut, der die beiden Hälften des Werkzeugs aneinander presst. Diese Schließkraft kann entweder hydraulisch oder elektromechanisch hergestellt werden. Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile. So erreicht die Hydraulik eine höhere Schließkraft, während die Elektromechanik schnellere Vorgänge ermöglicht. Dafür ist sie teurer in der Anschaffung, während für die Hydraulik ein zusätzliches Hydraulikaggregat samt Hydrauliköl benötigt wird. Nachdem die Werkzeughälften aneinander gepresst worden sind, wird die Schließeinheit mechanisch per Kniehebel oder hydro-mechanisch per Zuhalte-Zylinder verriegelt. Nach Beendigung des Zyklus wird das Spritzteil mit der hydraulisch angetriebenen Auswerfereinheit aus dem Werkzeug ausgeworfen.


Schließkraft vs. Zuhaltekraft

Während die Schließkraft die Kraft von z.B. 100 Tonnen, also ca. 980 Kilonewton bezeichnet, mit der die Schließeinheit die Werkzeughälften schließt, ist während des Spritzguss-Verfahrens eine weitere Kraft erforderlich, damit das Vorhaben gelingt. Die eingespritzten Kunststoffe entwickelt je nach Art und Verfahren eine eigene Kraft, einen Druck, der gegen den oberen und unteren Teil des Werkzeugs erzeugt wird. Dieser Druck wird als Werkzeugauftriebskraft bezeichnet. Das Werkzeug muss also zugehalten werden. Die sogenannte Zuhaltekraft muss immer etwas höher sein als die eingesetzte Schließkraft.

Als Faustregel gelten 10%, jedoch wird in einem Unternehmen wie der Stocker Kunststoff GmbH sicher nicht mit Faustregeln gearbeitet. Schließkraft und Zuhaltekraft sind regulierbar und müssen je nach Kunststoff und Werkzeug genau justiert werden. Wenn die Schließkraft zu hoch eingestellt ist, steigt nicht nur der Energieverbrauch dramatisch an, sondern das Werkzeug an sich ist gefährdet. Wenn die Zuhaltekraft zu hoch eingestellt ist, kann das Auswirkungen auf Komponenten wie den maximalen Innendruck des Werkzeugs, die Verdichtunsgrate und die Abkühlrate haben.

Außerdem sind mit einer zu hohen Zuhaltekraft Schäden an den Einsätzen des Werkzeugs oder der Verschluss der Kanäle zur Entlüftung möglich. Bei der Berechnung der exakt benötigten Zuhaltekraft muss der unterschiedliche hohe Werkzeuginnendruck in der Nähe des Angusses und am Ende der Hohlform hinzugezogen werden. Außerdem bildet das Gewicht des Spritzteils einen wichtigen Faktor. Da alle Vorgänge beim Spritzgießen sich immer innerhalb gewisser Toleranzgrößen abspielen, spielt die Zuhaltekraft immer dann eine Rolle, wenn die kritischen Maße für ein Bauteil im oberen oder unteren Toleranzbereich liegen.