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Text ID 51818 Pixabay.com    Pashminu Mansukhani CCO Public Domain

Spritzgussindustrie: So entstehen Farbeimer und andere Kunststoffprodukte

Montag, den 23. November 2020

Die Spritzgussindustrie ist vor allem bei der Bearbeitung von Kunststoffen eine echte Größe. Zahlreiche Alltagsprodukte wie Farbeimer lassen sich über das Spritzgussverfahren schnell und effizient herstellen. Hierbei sind unterschiedliche Schritte zu gehen. Nach dem Plastifizieren wird ein Dosiervorgang eingeleitet. In der Einspritzphase kommt der geschmolzene Kunststoff dann in den Hohlraum eines Spritzgießwerkzeugs. In der Folge wird durch Nachdrücken und Auskühlen dafür gesorgt, dass das jeweilige Produkt die gewünschte Form annimmt. Anschließend kann das Werkstück entformt und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.

Titelfoto: Farbeimer werden im Spritzgussverfahren besonders schnell und effizient hergestellt.

pixabay.de © Pashminu Mansukhani CCO Public Domain


Beim Plastizifieren wird der gewünschte Kunststoff erhitzt

Ein großer Vorteil von thermoplastischen Kunststoff besteht darin, dass er bei Erwärmung schmilzt. Somit können die verschiedenen Materialien in eine Form gebracht und ausgehärtet werden. Zunächst liegt der gewählte Kunststoff als Granulat vor und muss plastifiziert, also geschmolzen, werden. Hierfür wird das Granulat in ein Werkzeug gebracht, das als Schnecke bezeichnet wird. Dieses hat eine zylindrische Form und arbeitet mit                            Friktionswärme. Diese sorgt dafür, dass das Granulat geschmolzen wird.

Die geschmolzene Masse sammelt sich vorne in der Schnecke und wird mittels eines sogenannten Staudrucks immer weiter verdichtet. Somit sammelt sich der geschmolzene Kunststoff kontinuierlich an und kann dann weiter genutzt werden. Durch die permanente Wärmezufuhr wird dafür gesorgt, dass das Material nicht zu früh aushärtet und weiter in seiner plastifizierten Form verbleibt.


Eine passgenaue Dosierung ist wichtig

Bei Bauteilen, die mittels Spritzgießen hergestellt werden, ist eine hohe Präzision extrem wichtig. Das betrifft insbesondere die Menge an Kunststoff, die verarbeitet werden soll. Deswegen ist es entscheidend, nach dem Plastifizieren einen Dosiervorgang in die Wege zu leiten. Hierdurch wird sichergestellt, dass genügend, aber nicht zu viel Kunststoff zur Verfügung steht und der Hohlraum im formgebenden Spritzgießwerkzeug passgenau ausgefüllt werden kann.

Während des Plastifizierens wird maschinell gemessen, an welcher Stelle sich die Schnecke aktuell befindet. Auf diese Weise können die Maschinen feststellen, wie viel Kunststoff bereits plastifiziert wurde. Sobald ein zuvor festgelegter Wert vorliegt, wird der Schmelzvorgang abgeschlossen und das Dosieren ist beendet. Nun steht genügend geschmolzener Kunststoff zur Verfügung, um zum nächsten Schritt beim Spritzgießen überzugehen.


Das Einspritzen in den Hohlraum




Foto: Die Spritzgussindustrie spielt für deutsche Industrieunternehmen eine zunehmend große Rolle. pixabay.de © Keith Bond CCO Public Domain 

Um ein Bauteil den eigenen Wünschen gemäß mittels Spritzgussverfahren herstellen zu können, wird ein formgebendes Spritzgießwerkzeug benötigt. Dieses ist so designt, dass sich in seinem Inneren ein Hohlraum in der Form des Gegenstands befindet, der beim Spritzgießen erzeugt werden soll. Die Kunden müssen sich genau überlegen, wie die einzelnen Elemente aussehen sollen und welche Maße sie benötigen. Erst dann lässt sich ein geeignetes Spritzgießwerkzeug erstellen. Bei der Herstellung von Farbeimern ist ein solches Spritzgießwerkzeug bereits vorhanden, da solche Hilfsmittel schon seit vielen Jahrzehnten auf diese Weise hergestellt werden. Bei anderen Projekten ist es meist nötig, eine geeignete Form zu erstellen, in die der Kunststoff dann eingespritzt wird.

Der geschmolzene Kunststoff wird in der Einspritzphase in den Hohlraum des Spritzgießwerkzeug gebracht. Hierfür steht eine eigene Spritzeinheit zur Verfügung, die mittels einer Düse das geschmolzene Granulat an die gewünschte Stelle bringt. Mit Hilfe einer Rückstromsperre wird dafür gesorgt, dass die Schmelze nicht zurückströmen kann, sondern in dem Hohlraum verbleibt. An den Rändern des Spritzgießwerkzeug kühlt sich die Schmelze direkt ab und verhärtet, wodurch im Inneren weniger Platz zur Verfügung steht. Durch diesen Kanal wird das weitere Material mit höherer Geschwindigkeit gedrückt, sodass der komplette Hohlraum ausgefüllt werden kann.

Über das Nachdrücken wird ein Materialschwund ausgeglichen

Wenn die Schmelze in dem Hohlraum abkühlt, kommt es zu einer sogenannten Volumenschwindung. Das bedeutet, dass das entstehende Bauteil ein geringeres Volumen hätte als das geschmolzene Material. Das wäre für die spätere Verwendung der einzelnen Komponenten schlecht, da ja genau definiert ist, welche Größe und Maße das jeweilige Bauteil haben muss. Deswegen wird der Schritt des Nachdrückens in das Spritzgussverfahren integriert. Hierdurch wird eine eventuelle Volumenschwindung ausgeglichen.

Beim Nachdrücken wird nach der Füllung des Hohlraums immer noch ein gewisser Druck aufrechterhalten. Hierdurch wird erreicht, dass nach dem Abkühlen immer noch Material nachfließen kann. Sollte es zu einer Schwindung gekommen sein, wird sie auf diesem Weg ausgeglichen. Sobald der Punkt erreicht ist, an dem der Hohlraum wirklich endgültig gefüllt ist, ist das Nachdrücken beendet und das Abkühlen kann beginnen.


Beim Abkühlen nimmt der Kunststoff die gewünschte Form an

Sobald der Kunststoff abkühlt, nimmt er die Form des Hohlraums an, in den er eingespritzt wurde. An den Rändern des Spritzgießwerkzeugs kühlt das Material besonders schnell ab. Im Inneren befindet sich jedoch die sogenannte Seele des Materials. Dies ist ein flüssiger Kern, der noch lange Zeit heiß ist und deutlich länger braucht, um abzukühlen.

Grundsätzlich ist es möglich, nach dem Nachdrücken direkt mit der Produktion eines weiteren Bauteils zu beginnen. Dem ersten Farbeimer wird dann während der Restkühlzeit Gelegenheit gegeben, vollständig auszukühlen und die gewünschte Form anzunehmen. Hierbei wird maschinell beobachtet, welche Steifigkeit der Kunststoff erreicht und ob er soweit ausgekühlt ist, dass er weiter bearbeitet werden kann. Sobald dieser Punkt erreicht wurde, kann das Entformen beginnen.


Nach dem Entformen kann ein Werkstück weiter bearbeitet werden

Nach dem Abkühlen wird das Bauteil entformt. Das bedeutet, dass sich die Schließeinheit öffnet und das ausgekühlte Werkstück freigibt. Dieses kann dann je nach Bedarf weiterverarbeitet werden. Im Falle von Farbeimern ist es manchmal gewünscht, dass diese eine bestimmte Farbe besitzen oder das auf ihnen das Logo einer Firma gedruckt ist. Solche designtechnischen Schritte lassen sich nach dem Entformen durchführen, sodass die jeweiligen Produkte auf die Kunden und Ihre individuellen Wünsche zugeschnitten sind. Ebenso ist es möglich, das Werkstück direkt so zu nutzen, wie es nach dem Entformen vorliegt.



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