Spritzgiessmaschine

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Eine Animation den Spritzgießens der Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH

Eine Spritzgießmaschine stellt Formteile aus makromolekularer Formmasse her. Zum Einsatz kommen dabei meist Thermoplaste, die zu den polymeren Werkstoffen zählen. Das Spritzgießen ist eines der wichtigsten Herstellungsverfahren der Kunststoffindustrie. 1872 baute der US-Amerikaner J. W. Hyatt die erste Spritzgießmaschine, welche er noch als Stopfmaschine beschrieb. Die beiden elementaren Bestandteile einer Spritzgießmaschine sind die Spritzeinheit und die Schließeinheit.

Siehe auch: Kunststoff und Spritzgiessen


Definition

In der DIN 24450 werden Maschinen zum Verarbeiten von Kunststoffen und Kautschuk beschrieben und dazugehörige Begriffe benannt. Die Spritzgießmaschine wird dort beschrieben als Maschine, die aus vorzugsweise makromolekularen Formmassen diskontinuierlich Formteile herstellt. Das Formen geschieht durch Urformen unter Druck. Ein Teil der in der Spritzgießmaschine plastifizierten Formmasse wird unmittelbar durch den Angießkanal in die Werkzeughöhlung gespritzt. Die wesentlichen Bestandteile einer Spritzgießmaschine sind Spritzeinheit und Schließeinheit.[1]


Funktionsweise

Prozessschritte Spritzgießen

Eine Spritzgießmaschine ist nach DIN 8650 eine Werkzeugmaschine zum Urformen. Ergänzt wird in der DIN 24450 noch der Zusatz unter Druck zum Urformen dazu. Dazu werden Thermoplaste, Duroplaste oder Kautschuk aufgeschmolzen, in einen Hohlraum gespritzt, verdichtet und anschließend ausgeworfen. Diese vier Schritte nennt man: Plastifizieren & Dosieren, Einspritzen, Nachdrücken & Abkühlen und Entformen & Auswerfen. Dabei macht man sich die besonderen physikalischen Eigenschaften einiger Kunststoffe zu nutze. Oftmals entstehen nach dem Abkühlen der Formteile so direkt gebrauchsfertige Werkstücke. Im Zentrum der maßgeblichen Arbeit steht dabei die Entwicklung und Herstellung des Werkzeuges, also der Form. Das prinzipielle Verfahren des Erwärmens von Kunststoffen und das einspritzen in eine Form unter hohen Drücken hat sich seit 1870 kaum verändert. Die Spritzgießmaschine wird über einen Einfülltrichter auf der Spritzeinheit befüllt. Das rieselfähige Granulat fällt dabei direkt auf die Schneckengänge und wird von der Schnecke eingezogen. Über den von außen beheizten Zylinder der Schnecke und die Scherkräfte in der Schnecke wird die Formmasse so aufgeschmolzen. Diesen Vorgang nennt man Konvektion. An der Schneckenspitze soll mit einer Temperaturhomogenität von +/- 5 bis 20 K die Formmasse dann vollständig aufgeschmolzen sein. Zum Druckaufbau greift dabei eine ringförmige Sperre, Rückstromsperre genannt, ein. Diese verhindert das Rückwärtslaufen der Masse. Die Position der Rückstromsperre wird so gewählt, dass sich vor der Sperre die genaue Menge Formmasse befindet, die zum Füllen des Werkzeuges benötigt wird. Durch das Zuschalten des Schneckenkolbens wird ein Druck von 1500 bis 2300 bar aufgebaut mit welchem die aufgeschmolzene Masse in das Werkstück eingespritzt wird. Nach einer Auskühlphase wird das Formteil dann schließlich aus dem Werkstück ausgeworfen und der Vorgang wiederholt sich.

Aufbau

Spritzgießmaschine mit hydromechanischer Dreiplattenschließeinheit (Prinzipdarstellung nach Thoma)

Wie auf der Grafik zu erkennen ist, besteht eine Spritzgießmaschine hauptsächlich aus Spritzeinheit und Schließeinheit, Maschinenbett, Antrieb und Steuerung. Der Antrieb hier ist hydraulisch realisiert über eine Hydraulikpumpe, welche die Hydraulikmotoren und -kolben antreibt. Spritzgießmaschinen können als wahre Kraftpakete bezeichnet werden mit Anpressdrücken der Aufspannplatte von bis zu 100.000 kN (10.000 t), Einspritzdrücken von bis zu 3000 bar und Arbeitszyklen von 1 sek. Die einzelnen Bestandteile werden im Folgenden näher erläutert:

Trichter

Über den Trichter wird die Spritzeinheit befüllt. Bei modernen Anlagen geschieht dies über eine automatische Zustelleinheit, welche die Einstellung der Menge und den Zeitpunkt der Einleitung übernimmt. Damit besitzt der Trichter nur die Aufgabe der Aufnahme des Filamentes und die temporäre Bevorratung dessen.

Schnecke

Die Schnecke entnimmt das Filament direkt aus dem Trichter auf. Durch das Verwenden der Schnecke seit 1956 ist es möglich rieselfähige Granulate, Pulver und pastöse Massen der Spritzeinheit zuzuführen. Für unterschiedliche Massen stellen Hersteller jeweils dafür angepasste Schnecken zur Verfügung. In der Schnecke wird das Material plastifiziert (aufgeschmolzen). Dies geschieht über die beheizten Außenwände der Schnecke, sogenannte beheizte Zylinderzonen. Die Windung der Schnecke sorgt einerseits für eine gleichmäßige Erwärmung der Masse an der Zylinderwand und zum Anderen über Scherkräfte für die Aufschmelzung. In einer Kammer vor der Schnecke staut sich unter Druck aufgeschmolzenes Material auf.

Werkzeug

Wenn die Düse dann schließlich an das Werkzeug gelangt stoppt die Rotation der Schnecke und die Schnecke wird über einen Hydraulikzylinder Schlagartig nach vorne gestoßen. Dadurch Spritzt die Masse durch die Düse in das Werkzeug. Die Formmasse erkaltet dort unter kurzzeitig andauerndem Druck zu einem so genanntem Spritzling. Nach dem Erkalten teilt sich das meist zweiteilige Werkzeug. Durch spezielle Formgebung des Werkzeuges bleibt der Spritzling meist an der Aufspannplatte (beweglicher Teil des Werkzeuges) haften. Durch Auswerfer oder Manipulatoren mit geeigneten Effektoren (für Manipulator und Effektor siehe Roboter) wird der Spritzling nun aus dem Werkzeug ausgelöst und zur Weiterverarbeitung bereit gestellt.

Hersteller

Ein Hersteller für Spritzgießmaschinen ist die Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH mit Sitz in Deutschland. Mit seinem japanischem Mutterkonzern gehört das Unternehmen zu den weltweit führenden Anbietern der Branche.


Weiterführende Suche


Einzelnachweise

  1. Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Autor: DIN-Normenausschuss Maschinenbau (NAM), Titel: Maschinen zum Verarbeiten von Kunststoffen und Kautschuk; Begriffe, Seite: 9


Quellen und Literatur

  • Friedrich Johannaberund ‎Walter‎ Michaeli, Handbuch Spritzgießen, 2004, Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, Print ISBN: 978-3-446-22966-2

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