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Spritzguss

PET Spritzguss

In unserem Blog über Spritzgussverfahren haben wir uns in gewisser Weise schon mit dem PET beschäftigt. Das Polyethylenterephthalat gehört nämlich zu den Thermoplasten. Und wenn Sie sich näher mit dem Spritzgießen der Thermoplasten beschäftigen möchten, empfehlen wir Ihnen diesen Blogbeitrag dazu. Generell über die Thermoplasten haben wir auch schon hier geschrieben. Warum die Thermoplaste so interessant sind, dass wir so häufig darüber schreiben? Das ist kein Wunder, schließlich bilden die Thermoplaste sozusagen das Rückgrat im Kunststoffspritzguss. Mit den Thermoplasten als früh entdeckte Kunststoffe begann das Spritzgießen seine unaufhaltsame Karriere als eines der wichtigsten Produktionsverfahren in der Geschichte.

Thermoplast Spritzgiessen

Geschichte des Polyethylenterephthalat

Schon 1941 wurde z.B. das PET erfunden, wenn das Patent wegen des Krieges zunächst auch geheim gehalten werden musste. Später erlangten die Fasern aus diesem Material weltweite Verwendung, nämlich als Trevira, Dacron oder Diolen. Viele unserer Eltern und Großeltern mussten noch Pullover, Hosen und Strümpfe aus diesem Kunststoff tragen, der einfach billig und haltbar war. Dennoch war die Anwendung als Kleidungsstoff sicherlich nicht die ideale Form, um PET einzusetzen, denn so angenehm fühlte es sich vor allem beim Schwitzen denn doch nicht an. Das änderte sich, als man bei der weiteren Forschung die Möglichkeiten in der speziell behandelten Funktionswäsche entdeckte, wenn sie schnell trocknen sollte. Denn das PET nimmt kaum Wasser auf und lässt es schnell verdunsten. Aber immerhin ein wenig, was für seine Verarbeitung als Kunststoff im Spritzguss wichtig ist, wie wir noch sehen werden.

Eigenschaften des PET

Das PET hat seinen weltweiten Siegeszug vor allem bei den Plastikflaschen und dem Verpackungsmaterial angetreten. Das hat ihm in den letzten Jahren auch einen sehr schlechten Ruf eingebracht. Zwar kann das PET nichts dafür, aber das Wegwerfverhalten der Menschen hat für eine massive Umweltverschmutzung der Meere gesorgt und dabei spielt PET die Hauptrolle. Dabei hat PET so ausgezeichnete Eigenschaften, dass man es praktisch einsetzen muss. Nur eben mit mehr Bedacht.

  • PET ist lebensmittelecht und gegen viele Chemikalien beständig
  • PET ist reißfest, knitterungsfrei und witterungsbeständig
  • PET ist nahezu vollkommen durchsichtig
  • Seine bestehende Gasdurchlässigkeit kann durch eine Beschichtung z.B. aus Siliciumdioxid aufgehalten werden.
  • PET ist ausgezeichnet gewebeverträglich und wird sogar als Bestandteil von Prothesen für Gefäße eingesetzt.

Die wichtigste Eigenschaft des PET ist jedoch sicher seine ausgezeichnete Recyclebarkeit. Sortenreines PET kann zu nahezu 100% wiederverwendet werden, wenn man es beim Recyceln richtig behandelt. Dabei wird um die 60% weniger CO2 erzeugt, als wenn man “frisches” PET herstellt. Mit seiner Dimensionsstabilität (Beibehalten der Eigenschaften) lässt es sich auch recycelt gut in Elektrogeräten oder Automobilen einsetzen. Doch kein Licht ohne Schatten. Bei der Herstellung von PET können Acetaldehyd und Antimontrioxid entstehen, die sich bei zu hohen Temperaturen und zu langer Lagerung ablösen können. Dann schmeckt das Mineralwasser nicht mehr so optimal, wenn es von der Wissenschaft auch als nicht gesundheitsschädlich angesehen wird.

Das PET beim Spritzgießen der Produkte wie der PET-Flaschen

Im Prinzip ist der Einsatz beim Spritzgießen einfach. Das verwendete Granulat wird erhitzt, bis es bei ca. 280° Celsius so weich ist, dass es als homogene Masse verflüssigt in das gekühlte Werkzeug eingespritzt werden kann. Bei der Abkühlung schon beim Einspritzen kann das PET nicht kristallisieren und behält seine Durchsichtigkeit. Je nachdem, welche Form der Kunststoff beim Spritzguss annehmen soll, kühlt das Werkzeug das PET so weit herunter, dass es den Bereich seiner stabilen Eigenschaften erreicht und ausgeworfen werden kann. Bei Thermoplasten kann dieser Vorgang beliebig oft wiederholt werden, solange man nicht durch Überschreiten der Grenzwerte die Ordnung der Molekülketten zerstört. Das ist vor allem bei der Produktion von Flaschen interessant. Denn diese wird von vielen Spritzguss-Betrieben mittlerweile in zwei Schritten vorgenommen. Im ersten Schritt entsteht aus dem Kunststoff ein kompakter Rohling. Der abgekühlte Rohling wird zusammen mit Tausenden anderen weitergeleitet zum Betrieb des Auftraggebers. Dieser verfügt über eigene Maschinen, die wesentlich einfacher als Spritzgussmaschinen gebaut sind und für diesen einen Zweck konzipiert sind. Sie erhitzen den PET-Rohling auf ca. 110° Grad Celsius und strecken ihn auf alle Richtungen aus. Dazu wird der Rohling oder die “Preform” auf eine Negativform der Flasche gezogen und dann mit Druckluft ausgeblasen, bis er die Grenzen der Form ausfüllt. Dann kann er sofort seinen Weg zur Abfüllanlage antreten.

Qualitätsmanagement beim Spritzgießen der Produkte

Das hört sich alles ziemlich einfach an. Im Prinzip wäre es das auch, wenn es sich um einen Prozess mit wenigen Bauteilen aus Kunststoff handeln würde. Jedoch zählt beim Spritzguss natürlich die Wirtschaftlichkeit als oberstes Gebot und die ist eben nur mit hohen Stückzahlen zu erreichen. Alle um die 200 verschiedenen Parameter einer Spritzgussanlage während der Herstellung müssen nicht nur genau justiert, sondern während der Herstellung der Produkte ständig überprüft werden. Dies geschieht natürlich mit der Hilfe der Elektronik und bei komplexen Bauteilen sogar mit dem Einsatz der Künstlichen Intelligenz. Dennoch gibt es lange Listen von Fehlermöglichkeiten, die für das Qualitätsmanagement beim Spritzgießen eine große Rolle spielen. Hier nur ein paar von ihnen, damit Sie sich eine Vorstellung machen können, wie unsere tägliche Arbeit bei der Stocker Kunststoff GmbH aussieht.

  • PET nimmt in geringem Maße Feuchtigkeit auf. Diese muss vor der Verwendung des Granulats entfernt werden, sonst ändern sich die Eigenschaften beim Spritzgießen. Die Trocknung muss mit einer genau bemessenen Temperatur erfolgen und dauert im Schnitt 4 Stunden bei ca. 170° Celsius. Je nach Materialbeschaffenheit können beim Trocknen Fehler auftreten, die nur durch genaue Messungen erkannt werden.
  • Diese Fehler können u.a. durch zu lange Lagerzeiten unter ungünstigen Bedingungen auftreten. Das gilt auch für die Lagerung der Rohlinge oder Preforms. Durch Fehler in der Trocknung kann es auch zu geänderten Temperaturanforderungen beim Spritzgießen kommen. Werden diese nicht erkannt oder das Material nicht ausgetauscht, kann es zu Kristallisationen, Schrumpfungen oder Blinkern kommen.
  • Druck- und Temperaturabweichungen während des Spritzgießens können eine ganze Reihe von Problemen nach sich ziehen, die vom Verstopfen der Einspritzdüsen über Abschabungen auf dem Boden des Rohlings bis hin zu Fadenbildung bei den Flaschen führen. Verschmutzungen durch schlechte Lagerung oder Transportprobleme bilden sich natürlich ebenfalls in den Produkten ab.

Ihr Kontakt zur Stocker Kunststoff GmbH

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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.

Thermoplast Spritzgießen

In unserer kleinen Reihe über die Materialien beim Kunststoff-Spritzguss sind wir nun endlich beim bekanntesten und am häufigsten eingesetzten Kunststoff angelangt. Ein Thermoplast oder auch Plastomer genannt, ist ein Kunststoff, der mit Einfluss von Wärme erst weich und formbar wird und dann verflüssigt.

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Elastomer Spritzgießen

Nachdem wir im letztem Blog auf das Duroplast Spritzgießen eingegangen sind, beschäftigen wir uns in diesem Blog mit den Elastomeren.

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Duroplast Spritzgießen

Wir berichten in unserem Blog häufiger über die Spritzgussverfahren und den entsprechenden Kunststoff, da wir unsere Leser, Freunde und natürlich die Kunden gerne näher mit den Verfahren des Spritzgießens und den jeweiligen Kunststoffen vertraut machen möchten.

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Mehrkomponenten-Spritzguss

Der Kunststoffspritzguss entwickelt sich beständig weiter. In unserem Blog haben wir Sie ja schon über die Unterstützung der Elektronik beim Spritzgießen informiert, etwa wenn beim Qualitätsmanagement die einzelnen Prozessschritte gemessen werden. Dabei geht es um die ständige Nachjustierung auch kleinster Parameter, um das Aufschaukeln von sogenannten Mikroeinflüssen zu verhindern, die ansonsten zu Schwankungen in der Produktqualität führen. Lesen Sie nun die ganze News »

Wenn Werkstücke brechen…

Im Kunststoff-Spritzguss dreht es sich natürlich hauptsächlich um die ausreichende Stabilität der Werkstücke. Mit der langjährigen Erfahrung der Stocker Kunststoff GmbH und all unserer Fachleute ist es nahezu ausgeschlossen, dass es bei der Produktion unserer Produkte zu dem gefürchteten Materialversagen kommt.

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Neues vom Spritzguss – jetzt auch mit Bioplastik

Die Spritzgussteile aus verschiedenen Kunststoffen werden in Umgebungen bzw. Maschinen eingesetzt, die zu ihrer Funktion gerade die ganz verschiedenen Eigenschaften dieser Kunststoffe benötigen.

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Neues vom Kunststoff-Spritzguss – Assistenzsysteme

Ein sicheres Zeichen für den beständigen Fortschritt der sogenannten KI und dem Einsatz der IT-Technologie sieht man bei den vielen Assistenzsystemen, die bei modernen PKW eingesetzt werden.

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Eine tolle Ausstellung für Kunststoff Spritzguss

Als Leser dieser News interessieren Sie sich für Kunststoff Spritzguss oder stehen vielleicht sogar beruflich damit in Verbindung. Falls Sie zwischen dem 15. April und 25. August 2019 in die Gegend von Bonn am Rhein kommen, dürfen Sie sich auf keinen Fall eine interessante Ausstellung zum Thema Kunststoff Spritzguss entgehen lassen.

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