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- Herausgeber: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2020
Dieses anwendungsorientierte Fachbuch beschreibt den Bau eines Spritzgießwerkzeugs von Grund auf:
- Erklärungen der einzelnen Werkzeugarten, Bauteile und Fachbegriffe
- Vorgehen beim Konstruieren
- Techniken, Tipps und Tricks beim Bau eines Spritzgießwerkzeugs
- Vor- und Nachteile verschiedener Lösungsansätze
An einem speziell für dieses Buch entwickeltem Kunststoffteil („Dose mit Deckel“) wird durch leicht verständlichen Text sowie viele anschauliche Bilder und Zeichnungen das nötige Wissen für die praktische Umsetzung erläutert. Das Kunststoffteil wird Schritt für Schritt verändert und erweitert. Die Technologien und Ausführungen, die dazu an einem Spritzgießwerkzeug notwendig sind, werden durch Konstruktionszeichnungen beschrieben. Die Wartung und Reparatur und die wesentlichen Fertigungstechniken werden zudem besprochen.
Nach dem großem Erfolg der beiden vorherigen Auflagen liegt das Buch nun in dritter Auflage vor. Es wurde durchgehend aktualisiert und insbesondere das Kapitel 3 "Simulation" wurde überarbeitet.
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Seitenzahl: 320
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Rainer Dangel
Spritzgießwerkzeuge für Einsteiger
3., aktualisierte Auflage
Der Autor:
Rainer Dangel, 73266 Bissingen/Teck, [email protected]
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
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© 2021 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.deHerstellung: Jörg StrohbachCoverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, MünchenCoverrealisierung: Stephan RönigkCoverbild: Jan Zenne
Print-ISBN: 978-3-446-46449-0 E-Book-ISBN: 978-3-446-46764-4 E-Pub-ISBN: 978-3-446-46765-1
Liebe Leser, zuerst möchte ich mich bei euch ganz herzlich bedanken. Der große Erfolg zeigt, dass es richtig und wertvoll war dieses Werk zu erstellen. Auch das vielfältige Feedback war durchweg positiv. Darin liegt auch der Grund, warum die zweite Ausgabe in Farbe gekommen ist und es jetzt bereits eine dritte Auflage gibt.
Natürlich wurde ich mehrfach gefragt, wie ein Werkzeugmacher auf die Idee kommen kann ein solches Buch zu schreiben. Woher nimmt er die Zeit und woher kommt das umfassende Wissen?
Die Motivation ein Buch zu schreiben kann vielfältig sein. Meine Motivation war ein kleines Handbuch für den Vertrieb von Bearbeitungszentren für den Formenbau zu schreiben. Der Vertrieb sollte verstehen was der Formenbau ist, was er macht, welche Bauteile herzustellen sind und aus welchen Materialien die einzelnen Bauteile gefertigt werden. Dabei wollte ich zuerst auf bestehende Unterlagen und Publikationen zurückgreifen. Doch ich musste feststellen, dass es in diesem Niveau für Einsteiger oder Anfänger nichts Entsprechendes gab. Dann blieb nur etwas Eigenes zu erstellen.
Und um es für jeden, speziell den Fach-Fremden, einfach zu machen war die Idee, immer dasselbe Kunststoffteil als Beispiel zu verwenden. Das Teil sollte so einfach wie möglich sein und man sollte sich auf das Wesentliche beschränken und konzentrieren können. Es sollte auf dieses Kunststoffteil aufbauend, unterschiedliches erklärt werden können. Sprich der rote Faden durch das gesamte Handbuch sollte verstanden werden. Alles andere ist unnötige Ablenkung. Nach der Veröffentlichung in der Firma waren die Handbücher nach wenigen Tagen vergriffen. Nicht nur der Vertrieb, sondern auch andere Interessierte versuchten eines zu ergattern.
Was liegt dann näher als aus einem kleinen Handbuch ein großes Werk zu erstellen. Zumal es wie bereits erwähnt, nichts Vergleichbares auf dem Markt gab. Zuerst war es tatsächlich die mangelnde Zeit, die das Projekt immer mehr in Verzug brachte. Eine schwere Krankheit brachte mir dann die Zeit und es war auch klar, dass ich diese Zeit nutzen musste. Über 2500 Stunden Arbeit und ca. 40 Konstruktionen, oder Erweiterungen von Konstruktionen waren zu bewältigen. Inklusive der ganzen Korrekturen ersteckte sich dieses ganze Projekt über mehr als ein halbes Jahr.
40 Jahre im Formenbau, 23 Jahre davon als selbstständiger Unternehmer und jetzt als Berater bringen das Wissen und die Erfahrung im Formenbau. Ausbildung an Maschinen mit Handrad, später Maschinen mit Digitalanzeige, dann NC-Technik und heute 5-Achs simultanes Programmieren und Fräsen. Bei der Konstruktion, der Weg vom Zeichnen am Reißbrett zum 3D-CAD. Der Wandel in den Jahrzehnten war nicht nur in der Technologie der Herstellung der Spritzgießwerkzeuge, sondern es musste auch der Wandel vom Handwerksbetrieb zum Industriebetrieb vollzogen werden. Die Kunden des Formenbauers sind heute fast ausschließlich Industriebetriebe. Zertifizierungen, Erstellen von Prozessen, Industrie 4.0 sind Schlagworte, die in den letzten Jahren den Formenbau beschäftigen.
Dies ist auch der Grund, warum das Kapitel der Prozesskette in die zweite Auflage mit aufgenommen wurde. Es wurde zusätzlich noch technisch erweitert und kleine Fehler wurden auch beseitigt.
In der jetzt vorliegenden dritten Auflage wurden vor allem die Bilder und Informationen zum Thema Simulation ausgetauscht und erweitert. Nach Erscheinen der zweiten Auflage habe ich mir eine eigene Simulationssoftware gekauft und seither regelmäßig genutzt. Obwohl ich es vorher schon wusste, wurde mir die Bedeutung der Simulation zur Vorbereitung der Konstruktion eines Spritzgießwerkzeugs noch deutlicher. Es können Fehler vermieden werden, Korrekturschleifen minimiert oder gar ganz wegfallen. Bei einigen Projekten, bei denen ich mit Simulation die Bauteile, Schwindung und Verzug berechnet habe, konnte nachweislich sehr viel Zeit und Geld gespart werden. Die Durchlaufzeit bis zum Start der Produktion erheblich verkürzt und das Werkzeug in mehreren Belangen besser gemacht werden. Dies wollte ich euch nicht vorenthalten und habe es als mein wichtigstes Thema in dieser dritten Auflage angesehen.
Zurzeit beschäftige ich mich zusammen mit Prof. Dr.-Ing Steffen Ritter und den Studenten der Hochschule Reutlingen damit, wie die Ausbildung und Weiterbildung in diesem Berufsfeld verbessert werden kann. Der Werkzeugbau, im Speziellen der Bau von Spritzgießwerkzeugen und die Herstellung von Kunststoffteilen zählt mit Recht zu den Schlüsseltechnologien der heutigen Zeit. Mehr denn je wird in diesem Bereich geforscht. Sei es um Gewicht einzusparen, oder Stabilität zu erhöhen oder gar die Kunststoffe biologisch abbaubar weiterzuentwickeln. Es bleibt spannend.
Jetzt wünsche ich viel Spaß beim Lesen und freue mich auf Eure Resonanz und das Feedback.
Euer Rainer Dangel,
September 2020
Tja, was soll ich an dieser Stelle nur schreiben? Ein gehaltvolles und lehrhaftes Werk ist noch besser, aktueller und dezidierter geworden. Rainer Dangel ist es gelungen nochmal „eine Schippe draufzulegen“, wie man so schön sagt. Umso mehr ist es mir eine große Freude als auch ein persönliches Anliegen in dieser neuen Ausgabe ein lobendes Statement abzugeben. Konkret bedeutet dies aber für den Leser, dass Herr Dangel seine Ausführungen um zwei wichtige Bereiche ergänzt hat. Das Kapitel Simulation wurde überarbeitet und lässt nun weitergehende Einblicke in die wichtige Thematik zu. Er beleuchtet die unterschiedlichen Facetten der „bunten Bilder“ und weist insbesondere auf die Bewertung und Interpretation der selbigen hin. Die Kunst liegt in der richtigen Betrachtungsweise der Ergebnisse, gekoppelt mit einem hohen Know-how und Erfahrungsschatz des Betrachters. „Interpretiere und ziehe daraus die richtigen Schlussfolgerungen!“ ist hier die Devise. Und deutlich wird auch, die Simulation gehört in die Phase der Werkzeugentwicklung/-konstruktion und wird nicht im Nachgang zur Inbetriebnahme des Werkzeugs durchgeführt, wenn das Kind schon in den Brunnen gefallen ist. Das kann man gerne so machen, besser kann man dann aber auch kaum seine Zeit und sein Geld verbrennen.
In dem weiteren neuen Kapitel Beschaffungsprozess im Formenbau geht Herr Dangel auf die Grundlagen der Prozesskette der Werkzeugfertigung im Formenbau ein. Auch diese dargelegten Betrachtungsweisen werden in einem modernen Fertigungsbetrieb immer wichtiger, um einen wirtschaftlichen Produktionsbetrieb sicherzustellen. Warum? Nach wie vor ist der Werkzeug- und Formenbau in Deutschland eine Marke mit globalem Stellenwert. Die Gründe hierfür sind sicherlich vielfältig. Mit Sicherheit kann aber festgestellt werden, dass die Geheimnisse des Erfolgs für die Branche auf pfiffige Konstruktionen mit viel Know-how, fertigungstechnische Höchstleistungen und qualitätsrelevante Kriterien zurückzuführen sind. Damit Deutschland auch künftig ein weltweit wettbewerbsfähiger Produktionsstandort und ein Leitanbieter im Werkzeugbau sein kann, müssen in engem Austausch aller Beteiligten rasch Innovationsvorsprünge realisiert werden. So spielen Spritzgießwerkzeuge in der modernen Fertigungstechnik der produzierenden Industrie bereits heute eine Schlüsselrolle. Zukunftsvisionen wie Werkzeugbau 4.0 bietet nun die Chance, über eine intelligente Steuerung und Vernetzung die Flexibilität, die Energie- und die Ressourceneffizienz von Produktionsprozessen auf eine neue Stufe zu heben. Die Basis hierfür bildet aber eine solide Kenntnis über die Grundlagen von Konstruktion und Fertigungsverfahren im Werkzeugbau. Erst aufbauend auf diesem Wissen und Erfahrungsschatz können die oben genannten Themenfelder umgesetzt werden. Und genau hier setzt das Fachbuch von Herrn Dangel an. Was ist zu beachten, wenn ich ein Produkt in Form bringen möchte?
In dem hier vorliegenden Werk hat der Autor Rainer Dangel didaktisch als auch technisch einen neuen Weg im Bereich der Fachliteratur zum Werkzeugbau von Spritzgießwerkzeugen beschritten. Er vereinigt in sehr anschaulicher Weise die Theorie mit der Praxis, fragt immer nach den Inhalten „Wofür ist das Produkt relevant? Was muss technisch für welche Produktspezifikation gelöst werden?“ sowie nach der Methodik in der fertigungstechnischen Umsetzung. „Wie und womit kann ich im Werkzeugbau im Rahmen der Konstruktion und auch bei den Fertigungsverfahren eine Produktanforderung erfüllen?“ Durch die fachliche Kompetenz, die sich Herr Dangel über viele Jahre aufgebaut und erarbeitet hat, wird sehr schnell beim Studieren des Buches deutlich, dass die praktische Umsetzung des Beschriebenen einen sehr hohen Stellenwert hat. Basiswissen und Lösungsansätze werden ganzheitlich betrachtet. Vor- und Nachteile werden dargestellt und diskutiert. Der Erfahrungsschatz von 35 Jahren, angefangen mit einer Ausbildung zum Werkzeugmacher, über den Meisterbrief bis hin zum eigenen Unternehmen, fließen in dieses Fachbuch ein.
„Spritzgießwerkzeuge für Einsteiger“ der Titel des vorliegenden Werkes trifft ins Schwarze, und alte Hasen, die meinen hier auf eine Unterforderung zu stoßen, werden eines besseren belehrt.
Prof. Dr.-Ing. Thomas Seul
Vizepräsident für Forschung und Transfer an der Hochschule Schmalkalden und Präsident des Verbandes für den Deutschen Werkzeug- und Formenbau (VDWF e. V.)
(Quelle: wortundform)
(Quelle: privat)
Mit der Ausbildung zum Werkzeugmacher von 1976 bis 1980 begann Rainer Dangel seine berufliche Laufbahn im Formenbau. Bereits als junger Facharbeiter erkannte er die Möglichkeiten, in diesem technisch aufstrebenden Beruf etwas bewegen zu können. Den Grundstein legte er als 23-Jähriger mit dem Meisterbrief im Mechaniker Handwerk.
Der Einstieg in die Selbstständigkeit folgte 1987. Die anfangs kleine CNC-Fräserei für Formenbauteile entwickelte sich im Laufe weniger Jahre zu einem modernen, technisch hochwertigen Fachbetrieb zur Herstellung von Spritzgießwerkzeugen unterschiedlichster Anforderungen. Bereits 1995 wurde das erste 3D-CAD-CAM-System eingeführt und mit Erfolg eingesetzt.
Alle Fertigungsmöglichkeiten eines modernen Formenbaus gehörten nun zum Angebot. Rainer Dangel hatte es sich zur Aufgabe gemacht, diese selbst aktiv auszuüben, stets weiterzuentwickeln und zu perfektionieren. Im Jahr 2006 gliederte man eine eigene Kunststoffspritzerei an, um die Prozesskette bis zum fertigen Kunststoffteil auszubauen. Durch die Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001:2008 im Jahr 2008 war sein Unternehmen in der Lage, unterschiedlichste Branchen zu bedienen. Unter anderem konnten Kunststoffteile für die Automobilindustrie nach VDA geprüft und freigegeben werden.
Im allgemein wirtschaftlich schwierigen Jahr 2010 wurde der Formenbaubetrieb eingestellt. Danach war Rainer Dangel mehrere Jahre bei der Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH in Nürtingen Leiter des Technologie Centers und für die Betreuung der Kunden im Formenbau- und Werkzeugbau zuständig.
Heute ist Rainer Dangel wieder im Bereich Formenbau- und Werkzeugbau tätig, als Berater und Lehrbeauftragter betreut er zwei Schwerpunkte. Das Projektmanagement von der Teileentwicklung über die Werkzeugkonstruktion, den Werkzeugbau bis hin zum Produktionsstart von Kunststoffteilen. Zweiter Schwerpunkt ist die Aus- und Weiterbildung. Als Lehrbeauftragter an der Hochschule Reutlingen betreut er Masterstudenten im Maschinenbau. In jedem Semester werden im Fach Produktentwicklungsprojekt Kunststoffteile und die dazu gehörigen Werkzeuge entwickelt und teilweise auch hergestellt.
Ein weiteres, besonderes Steckenpferd des Autors ist das Fräsen, er beherrscht alle Bearbeitungsarten bis hin zum Programmieren und Fräsen von 5-Achs simultanen Bearbeitungen. Hierbei berät er Firmen bei der Optimierung der Prozesskette in der zerspanenden Bearbeitung.
Für die Unterstützung bei der Ausarbeitung dieses Buches möchte ich mich ganz herzlich bei meinen Kollegen des VDWF bedanken. Besonderer Dank geht an Prof. Dr.-Ing. Thomas Seul, Präsident des VDWF, für das Begleitwort.
Formenbau Schweiger GmbH & Co. KG, Uffing am Staffelsee, Anton Schweiger (Vizepräsident)
Formenbau Rapp GmbH, Löchgau, Markus Bay (Vorstand Ausbildung)
VDWF, Schwendi, Ralf Dürrwächter (Geschäftsführer)
bkl-Lasertechnik, Rödental, Bernd Klötzer
exeron GmbH, Oberndorf, Udo Baur
GF Machining Solutions GmbH, Schorndorf, Gabriele Urhahn
Hans Knecht GmbH, Reutlingen, Hans Knecht
Hochschule Reutlingen, Prof. Dr.-Ing. Steffen Ritter
MAKINO Europe GmbH, Kirchheim-Teck
Meusburger Georg GmbH & Co KG, A-Wolfurt, Gerhard Krammel
Reichle GmbH, Gravier- und Laserschweißzentrum, Bissingen, Volker Reichle
Werz Vakuum-Wärmebehandlung GmbH, Gammertingen-Harthausen, Henry Werz
Wortundform GmbH, München, Fabian Diehr
3D Systems Software GmbH, Ettlingen (früher Cimatron GmbH)
Sie sind keine Verbandsmitglieder, standen mir aber auch hilfreich zur Seite. Dafür ebenfalls herzlichen Dank:
Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, Nürtingen, Marcus Kurringer, Jörg Bauknecht
Friedrich Heibel GmbH Formplast, Heuchlingen, Stefan Heibel
Carl Hanser Verlag, München, Ulrike Wittmann, Jörg Strohbach
Jede neue Auflage lebt davon, dass Input von Lesern und Anwendern kommt. Deshalb herzlichen Dank auch an:
Birgit Lins, Meusburger Georg GmbH & Co KG, A-Wolfurt
Reinhard Weiß, Max-Eyth-Schule Kirchheim unter Teck
Das wunderbare Titelbild wurde von Jan Zenne erstellt.
Inhalt
Titelei
Impressum
Inhalt
Vorwort zur 3. Auflage
Begleitwort
Der Autor
Danksagung
Hinweis zur Nutzung des Buches
1 Einleitung
2 Werkzeugarten
2.1 Einfaches Auf-Zu-Werkzeug
2.1.1 Klassischer Aufbau eines Auf-Zu-Werkzeuges
2.1.2 Führungen
2.1.3 Zwischenplatte
2.2 Werkzeug mit beweglichen Elementen
2.2.1 Hinterschnitt
2.2.2 Schieber
2.2.3 Schieberbetätigung
2.2.4 Rastnase, Clipverschluss
2.2.5 Schräglaufender Auswerfer
2.2.6 Zwangsentformen
2.2.7 Werkzeuggröße
2.3 Werkzeug für Gewinde
2.3.1 Außengewinde
2.3.2 Innengewinde
2.3.3 Antriebsarten zum Entspindeln
2.3.3.1 Hydraulische Ausschraubeinheit
2.3.3.2 Zahnstange
2.3.3.3 Steilgewindespindel
2.3.3.4 Mehrfachwerkzeuge
2.4 Mehrkomponenten-Werkzeuge
2.4.1 Materialpaarungen
2.4.2 Werkzeugtechnik
2.4.2.1 Technologie Umsetzen
2.4.2.2 Technologie Drehteller
2.4.2.3 Technologie Sperrschieber
2.4.2.4 Weitere Technologien
2.5 Etagen-Werkzeug
2.5.1 Materialkombinationen
2.5.2 Heißkanal
2.5.3 Öffnen und Schließen
2.5.4 Kniehebel
2.5.5 Auswerfen
2.5.6 Allgemeines zum Etagen-Werkzeug
3 Vorbereitung
3.1 CAD-System
3.2 Datentransfer, Behandlung und Aufbereitung
3.2.1 Datentransfer
3.2.2 Formate
3.2.2.1 IGES
3.2.2.2 STEP
3.2.2.3 STL
3.2.3 Datengröße
3.2.4 Schwindung
3.2.4.1 Schwindung (physikalischer Prozess)
3.2.4.2 Einflussgrößen
3.2.5 Berechnung und Auswirkung
3.2.5.1 Freie Schwindung, gehinderte Schwindung
3.2.5.2 Verzug
3.3 Festlegungen
3.3.1 Lage des Bauteils im Spritzgießwerkzeug
3.3.1.1 Entformungsrichtung
3.3.2 Anzahl der Kavitäten
3.3.3 Anordnung der Kavitäten
3.4 Materialauswahl für Spritzgießwerkzeuge
3.5 Formgröße
3.6 Plattendicke
3.7 Entformung
3.7.1 Grundprinzip Entformung
3.7.2 Entformungsschrägen
3.7.2.1 Definition
3.7.2.2 Wirkung auf das Öffnen des Werkzeugs
3.7.2.3 Entformungsschräge in der Trennung
3.7.2.4 Entformungsprobleme und Hilfen
3.8 Trennung
3.8.1 Ebene Trennung
3.8.2 Konturgebende Trennung
3.8.3 Trennungssprung
3.8.4 Druckplatten in der Trennung
3.8.5 Sichtbare Trennung
3.9 Anspritzen
3.9.1 Anspritzen und Anspritzpunkt
3.9.2 Simulation
3.9.3 Angusssystem, Angussart
3.9.3.1 Kaltkanal
3.9.3.2 Heißkanal
3.9.4 Angusskanal
3.9.5 Stange auf das Teil
3.9.6 Tunnelanguss
3.9.7 Filmanguss
3.9.8 Schirmanguss
3.9.9 Heißkanal Einzeldüse
3.9.10 Heißkanalverteiler
3.9.11 Heißkanalverteiler mit Nadelverschluss
3.9.11.1 Filmscharnier
3.9.12 Drei-Platten-Werkzeug
3.9.13 Angusseinsätze
3.10 Entlüftung
3.10.1 Entlüftung allgemein
3.10.2 Entlüftung über Elemente
3.10.3 Geometrische Ausführung von Entlüftungen
4 Bauelemente
4.1 Formeinsätze/Formkerne
4.1.1 Formeinsätze
4.1.2 Formkerne
4.2 Schieber
4.2.1 Einsatzgebiete von Schiebern
4.2.2 Aufbau eines Schiebers
4.2.2.1 Formkontur
4.2.2.2 Trennung am Schieber
4.2.2.3 Schieberkörper und Führung
4.2.2.4 Betätigung von Schiebern
4.2.2.5 Endlagensicherung
4.2.2.6 Kühlung im Schieber
4.2.3 Weitere Schieberkonzepte
4.2.3.1 Schieber-im-Schieber
4.2.3.2 Rucksackschieber
4.3 Auswerfer
4.3.1 Formen der Auswerfer
4.3.2 Auswerfer als Hilfsmittel
4.3.3 Schräglaufende Auswerfer
4.3.4 Abstreiferplatte
4.3.5 Zwei-Stufen-Auswerfer
4.3.6 Faltkerne
4.3.7 Zwangsentformung
4.4 Temperierung
4.4.1 Temperierung, Art und Hilfsmittel
4.4.1.1 Gebohrte Kühlung
4.4.1.2 Kreisläufe umlenken
4.4.1.3 Kupferkerne
4.4.1.4 Heizpatronen
4.4.1.5 Kreisläufe verbinden
4.4.2 Temperierbohrungen anschließen und abdichten
4.5 Einbauteile und Beschriftung
4.6 Oberfläche
4.6.1 Rohe Oberfläche
4.6.2 Erodieren
4.6.3 Narbung
4.6.4 Lasertextur
4.6.5 Polieren
4.7 Systematisches Vorgehen Konstruktion
4.7.1 Strategie
4.7.2 Normteile
4.7.3 Fertigungsteile
5 Montage
5.1 Systematische Montage
5.2 Tuschieren
5.3 Anschließen von Bauteilen
5.4 Kühlung auf Dichtheit prüfen
6 Weiteres Wissen
6.1 Prozesskette im Formenbau
6.2 Beschaffungsprozess im Formenbau
6.2.1 Administration
6.2.2 Vorbereitung
6.2.3 Fertigung
6.2.4 Bemusterung – Optimierung
6.3 Qualitätssicherung
6.4 Passungen, Spiel im Werkzeug: Was muss passen?
6.5 Wärmebehandlung
6.5.1 Glühen
6.5.2 Härten
6.5.3 Nitrieren
6.6 Beschichtungen
6.7 Änderungen: Was ist zu beachten?
7 Das fertige Werkzeug
7.1 Abmusterung
7.1.1 Aufspannen und Anschließen der Medien
7.1.2 Füllen des Werkzeuges
7.1.2.1 Formnester balancieren
7.1.2.2 Optimieren der Parameter
7.1.2.3 Einflüsse auf den Spritzprozess
7.1.3 Parameter beim Spritzen
7.1.4 Kräfte im Werkzeug beim Prozess
7.1.5 Erstmusterprüfbericht
7.2 Schilder am Werkzeug
8 Wartung und Reparatur
8.1 Wartungsplan
8.2 Schweißen
8.2.1 Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG)
8.2.2 Laserschweißen
8.3 Bauteile ersetzen
9 Fertigungstechnologien
9.1 Fräsen
9.1.1 3-Achs-Fräsen
9.1.2 4- und 5-Achs-Fräsen
9.1.2.1 4-Achs-Fräsen
9.1.2.2 5-Achs-Fräsen
9.1.2.3 3+2-Achs-Fräsen
9.1.2.4 5-Achs-Simultanfräsen
9.1.3 CAM-Programmierung
9.2 Erodieren
9.2.1 Senkerodieren
9.2.2 Drahterodieren
9.3 Schleifen/Profilschleifen
9.4 Bohren/Tieflochbohren
9.5 Drehen
9.6 Neue Technologien
9.6.1 Lasercusing/Lasergenerieren
9.6.2 Vakuumlöten
9.7 Polieren
10 Praktische Richtlinien
Checkliste Konstruktion
Farbtafel Konstruktion
Funktionsablaufplan
Wartungsplan
Formeln und Berechnungen
In diesem Buch wird das Planen, Konstruieren und Bauen von Spritzgießwerkzeugen erklärt und beschrieben. Es handelt sich dabei ausschließlich um Spritzgießwerkzeuge für die Thermoplastverarbeitung.
Der Begriff Spritzgießwerkzeug wird in diesem Buch der Einfachheit halber auch nur Werkzeug genannt, bedeutet aber dasselbe. Der Begriff Werkzeug hat sich in der Fachwelt etabliert und wird dort auch vorwiegend verwendet.
Alles wird realistisch und nachvollziehbar beschrieben und erklärt. Eine Kunststoffdose mit Deckel ist Grundlage für fast alle Erläuterungen. Die Zeichnungen und Konstruktionen in denen diese beiden Kunststoffteile enthalten sind, wurden extra für dieses Buch angefertigt. Die Dimensionen der konstruierten Werkzeuge und die technischen Details sind real, die Spritzgießwerkzeuge könnten so gebaut werden. Anhand dieser beiden, oder einem dieser Teile, wird so viel als möglich gezeigt und erklärt.
Es gibt Beispielberechnungen für die Planung und Auslegung von Spritzgießwerkzeugen. Unterschiedliche Funktionen und Elemente beim Konstruieren werden detailliert erklärt. Mit steigendem Anspruch an die Technik im Werkzeug wachsen die beiden Teile mit, somit gibt es immer einen Bezug zu den vorherigen Themen. Wächst das Teil und/oder das Werkzeug, ist der Grund klar erkennbar.
Bild 1Dose mit Deckel
Bild 2Dose
Bild 3Deckel
Es gibt weiterführende Kapitel bei denen bestehende Konstruktionen von tatsächlich angefertigten Spritzgießwerkzeugen die Grundlage für die Erklärungen sind.
Ein weiterer Hinweis zur Darstellung der Bilder und Zeichnungen: Die meisten Bilder sind Auszüge aus dem 3D-Volumenmodel der CAD-Daten. Die darauf dargestellten Schnitte sind nicht nach DIN Norm. Man muss sich vorstellen, dass an der angegebenen Stelle das Model abgeschnitten wurde. Es ist nur das sichtbar, was direkt an der Schnittstelle zu sehen ist.
Die Ausfertigung von technischen 2D-Zeichnungen werden in der DIN ISO 5455 geregelt. Der deutlich sichtbare Unterschied ist, in einer 2D-Zeichnung werden Normteile, wie Schrauben, Bolzen, Stifte usw. nicht schraffiert dargestellt. Runde Bauteile haben eine Mittellinie und sichtbare Kanten werden mit einer stärkeren Strichstärke dargestellt. In der 2D-Zeichnung können auch unsichtbare Kanten von Bauteilen gezeigt werden, die nicht direkt im Schnitt zu sehen sind. Man stellt diese unsichtbaren Kanten mit gestrichelten, dünneren Linien dar.
In Bild 4 werden die beiden Varianten der Darstellung gezeigt. Links eine 2D-Zeichnung wie man sie aus der Werkstatt kennt und rechts der Schnitt durch das 3D-Volumenmodel.
Bild 4Schnittansicht einer 2D-Zeichnung und Schnitt durch das 3D-Volumenmodel
„Wo kommen eigentlich diese ganzen Plastik- oder Kunststoffteile her? Wer macht die und wie werden diese Kunststoffteile überhaupt angefertigt?“ Fragen die sich wohl kaum jemand stellt. „Was sind das für kleine Kringel an oder in dem Kunststoffteil, wozu sind die? Dann ist da noch eine kleine Stelle, die aussieht als wäre etwas abgerissen oder abgeschnitten worden“. Das alles sind Merkmale die sich in der Fertigung der Kunststoffteile ergeben und an jedem Teil sichtbar sind. Für diese Fertigung wird außer einer Spritzgießmaschine und Kunststoffgranulat eines gebraucht: ein Spritzgießwerkzeug.
Lässt man einmal einen Tag Revue passieren und denkt darüber nach wie viele Kunststoffteile man in der Hand gehalten hatte, dann kann man erahnen, dass es eine nicht zu beziffernde Anzahl von Spritzgießwerkzeugen gibt und welche Vielfalt es an Spritzgießwerkzeugen in den unterschiedlichsten Branchen, Anwendungen oder Lebenslagen geben muss.
Für jedes Kunststoffteil, das hergestellt wird, gibt es das dazugehörige Spritzgießwerkzeug. Es gibt also mindestens so viele Spritzgießwerkzeuge wie unterschiedliche Kunststoffteile, weltweit. Trotzdem ist jedes Spritzgießwerkzeug ein Unikat, eine unvorstellbare Menge und täglich werden es mehr.
Oder anders beschrieben, man stellt sich gedanklich in die Küche, ins Bad, ins Büro oder setzt sich ins Auto. Jetzt denkt man sich alle Kunststoffteile mal weg. Was bleibt da noch übrig? Es bleibt nicht mehr viel übrig von allem, was man da sieht.
Mal konkret gesprochen: Beginnen wir am frühen Morgen. Bereits vor dem Aufstehen drückt man den Knopf auf dem Wecker. Schon hat man die erste Berührung mit einem Kunststoffteil. Weiter geht es mit dem Zähneputzen. Die Zahnbürsten von heute werden, obwohl so nicht erkennbar, mit sehr komplexen und komplizierten Spritzgießwerkzeugen hergestellt. Die herkömmlichen Zahnbürsten mit automatisch eingelegten Borsten sind da noch die einfachere Variante. Beim Herstellen der elektrischen Zahnbürste werden in einem sehr komplizierten Verfahren zwei unterschiedliche Kunststoffe nacheinander in ein Spritzgießwerkzeug gespritzt, um die rotierenden Bürsten in dem kleinen Bürstengehäuse, vorne zu fertigen.
Föhn, Kaffeemaschine, Wasserkocher, Kühlschrank, Herd, Backofen, um nur ein paar Gebrauchsartikel des täglichen Lebens aufzuzählen. Steigt man in das Auto ein, hat man beim Öffnen der Türe den nächsten Kontakt mit Kunststoffteilen. Das Innere des Wagens, ohne Spritzgießwerkzeuge nicht vorstellbar. Sitze, Lenkrad, Schalter, Knöpfe, Griffe, Hebel, Blenden, Armaturen, Abdeckungen, Ablagen usw. eine unzählige Anzahl von Spritzgießwerkzeugen werden für die Herstellung eines Fahrzeugs verwendet.
Im direkten Umfeld am Arbeitsplatz egal ob in der Werkstatt, im Büro oder in der Schule; auch hier Kunststoffteile – egal was man in der Hand hält oder benutzt. Computer, Tastatur, ob an der Maschine oder auf dem Schreibtisch. Überall Dinge aus Kunststoff, in den unterschiedlichsten Farben, Konturen, Formen und auch Härtegraden. Vom harten und stabilen Gehäuse des Druckers bis zur weichen flexiblen Schutzhülle für das Handy.
Ganz abgesehen vom Kinderzimmer, nahezu alle Spielkisten der Kleinen sind voll mit Spielsachen aus Kunststoff: Bausteine, Spielfiguren, Rennbahn, Puppen, Spielekonsole usw. Kunststoffteile, egal was man tut oder wo man ist. Sie begleiten uns durch den ganzen Tag. Überall Kunststoffteile, ohne die das ganz normale Leben nicht mehr vorstellbar wäre.
Die Aufzählung ließe sich beliebig fortsetzen. Jeder kommt den ganzen Tag über bewusst oder unbewusst in Berührung mit Kunststoffteilen, aber keiner macht sich über deren Herkunft Gedanken. Und das obwohl ein riesiger weltweiter Industriezweig dahinter steht. Es sind nicht nur die Hersteller von Spritzgießwerkzeugen, die es auf der ganzen Welt gibt. Auch große Konzerne, die die Maschinen zum Fertigen der Kunststoffteile herstellen und sehr große Chemie-Konzerne entwickeln und fertigen immer neue Kunststoffe für die unterschiedlichsten Anwendungen. Millionen von Menschen sind in dieser so unscheinbaren Welt zuhause.
Durch die Entwicklung von immer besseren und technisch hochwertigeren Kunststoffen werden es immer mehr Anwendungsmöglichkeiten. Blechteile aus Stahl oder Aluminium werden zunehmend durch Teile aus Kunststoff ersetzt. Halterungen aus Metall, an denen im Motorraum eines Autos Kabel, Leitungen, Behälter oder ähnliches befestigt werden, ersetzt man heute durch hochfeste Kunststoffteile.
Ein weiterer Punkt, dass sich diese Entwicklung sicher noch lange fortsetzen wird, ist der Fortschritt in der Herstellung von Biokunststoffen. Vereinfacht gesagt, bei Biokunststoffen wird der Grundstoff Erdöl durch biologisch gewonnene Öle ersetzt. Diese Öle werden aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und sind auch biologisch abbaubar. Bislang gibt es nur vereinzelte Anwendungen, die oftmals nur mit wissenschaftlichen Fakultäten erforscht werden. Das Ganze ist also noch im Stadium der Entwicklung. Allein schon aus der Rohstoffthematik heraus wird dem Biokunststoff eine große und wichtige Zukunft vorausgesagt.
Der meist entscheidende Vorteil eines Kunststoffteils liegt darin, dass nach der Fertigung bzw. dem Spritzprozess ein einbaufertiges Teil aus der Spritzgießmaschine kommt. Die Herstellzeit für so ein Teil beträgt meist nur wenige Sekunden. Dies schlägt sich dann auch auf den sehr viel günstigeren Preis pro Teil nieder. Aber – und jetzt kommen wir wieder auf den Inhalt dieses Buches zurück – der ganze Erfolg dieses Prozesses ist von einem qualitativ hochwertigen Spritzgießwerkzeug abhängig.
Das Auf-Zu-Werkzeug hat seinen Namen von dem einfachen Bewegungs- und Funktionsablauf, wenn das Spritzgießwerkzeug zur Fertigung von Kunststoffteilen in eine Spritzgießmaschine eingespannt ist. Das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgießmaschine öffnet und schließt, geht auf und zu, ohne dass eine weitere notwendige Bewegung im Spritzgießwerkzeug stattfindet.
Der gesamte Bewegungsablauf wird Spritzzyklus oder auch kurz Zyklus genannt. Er beginnt mit dem Schließen des Spritzgießwerkzeuges. Wenn es geschlossen ist, wird verflüssigte, heiße Kunststoffmasse in das Spritzgießwerkzeug unter Druck eingespritzt. Nun muss eine gewisse Zeit gewartet werden, bis der flüssige Kunststoff durch Abkühlen fest ist und das Kunststoffteil im Spritzgießwerkzeug eine gewisse Stabilität erreicht hat. Das Spritzgießwerkzeug öffnet sich und die fertigen, noch warmen Kunststoffteile werden aus dem Spritzgießwerkzeug ausgestoßen. Wenn alle Bewegungen abgeschlossen sind, geht es wieder von vorne los. Für den Betrachter von außen geht es immer auf und zu.
Beim verwendeten Begriff – flüssiger Kunststoff – spricht man auch von plastifiziertem Kunststoff. Kunststoffgranulat wird in der Spritzgießmaschine erhitzt und plastifiziert, sprich wird weich und fließfähig. In dieser Konsistenz kann es in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt werden. Je nach Art und Sorte des Kunststoffgranulates kann diese Konsistenz sehr unterschiedlich sein, von sehr zähfließend bis zu wasserähnlicher Viskosität.
Die Richtung, in der das Spritzgießwerkzeug bzw. die Spritzgießmaschine auf und zu fährt, nennt man Hauptentformungsrichtung. Alle Bewegungen der Spritzgießmaschine, des Spritzgießwerkzeuges und der beweglichen Bauteile im Spritzgießwerkzeug fahren in dieser axialen Richtung. Es kann abhängig vom Bauteil noch zusätzliche Entformungsrichtungen geben. Diese werden ab Abschnitt 2.2 „Werkzeug mit beweglichen Elementen“ beschrieben.
Das Auf-Zu-Werkzeug ist werkzeugtechnisch das einfachste aller Spritzgießwerkzeuge, daraus resultierend, oft auch das günstigste. Bereits bei der Planung und Konstruktion des Kunststoffteils wird versucht, das Kunststoffteil so auszulegen, dass man mit dieser Art des Spritzgießwerkzeuges das Kunststoffteil herstellen kann.
In Bild 2.1 ist die Entformungsrichtung eines einfachen Auf-Zu-Werkzeuges dargestellt. Oberteil (Düsenseite) und Unterteil (Auswerferseite) öffnet und schließt sich in axialer Richtung. Das Kunststoffteil wurde so in das Werkzeug konstruiert, dass es beim Öffnen des Werkzeuges auf der Spritzgießmaschine nicht verletzt oder gar zerstört wird.
Bild 2.1Entformungsrichtung
Die zu fertigenden Kunststoffteile, die in einem solchen Spritzgießwerkzeug hergestellt werden, haben keinerlei bauliche Elemente, die von der Hauptentformungsrichtung abweichen. Becherförmige oder flache Teile werden beispielsweise mit dieser Werkzeugart hergestellt.
Mögliche Elemente an einem Kunststoffteil könnten hier seitliche Öffnungen, Rastnasen und Clips, seitlich wegstehende Kanten oder Rohre sein. Um diese Elemente entformen zu können, müssen bewegliche, fahrende Bauteile – Schieber oder Einsätze genannt – in das Werkzeug konstruiert werden. In einer Nebenentformungsrichtung werden diese als Hinterschnitt bezeichneten Elemente verletzungsfrei entformt. Mehr dazu im nächsten Abschnitt 2.2 „Werkzeug mit beweglichen Elementen“.
Hier wird exemplarisch an den angesprochenen „wachsenden“ Teilen Dose und Deckel aus Bild 2.2 gezeigt, wie solche Kunststoffteile für ein Auf-Zu-Werkzeug aussehen können.
Bild 2.2Teile für Auf-Zu-Werkzeug
Hier bereits der erste Zuwachs an Dose und Deckel. Um die beiden miteinander verbinden bzw. die Dose verschließen zu können, wird in jeder Ecke der Dose eine Hülse und in den Deckel, fluchtend zur Hülse, je eine Stufenbohrung eingebracht. Jetzt kann man den Deckel mit vier Schrauben auf der Dose festschrauben.
Sowohl an der Größe des Spritzgießwerkzeuges als auch an der Auf- und Zu-Technik ändert sich trotz dieser Erweiterung der Kunststoffteile nichts. Die zusätzlichen Elemente sind ebenfalls in Entformungsrichtung.
In Bild 2.3 sind die zusätzlichen Hülsen in der Dose und die Stufenbohrungen im Deckel zu sehen. Die Entformungsrichtung bleibt gleich.
Bild 2.3Teile für ein Auf-Zu-Werkzeug mit zusätzlichen Elementen
Das Oberteil (Düsenseite) und Unterteil (Auswerferseite) ist aus jeweils mehreren Platten und Leisten zusammengebaut. Über die eingebauten Führungen, Bolzen in der Düsenseite und Buchsen in der Auswerferseite, wird das Werkzeug passgenau zusammengefahren.
Die Düsenseite besteht aus der Spannplatte und der Formplatte. In die Formplatte sind die Führungsbolzen eingebaut. Die Führungsbolzen sind am hinteren Ende mit einem Bund versehen, der in die Formplatte eingelassen ist. Gegen das Herausrutschen der Führungsbolzen wird die Spannplatte mit der Formplatte fest verschraubt. Die Spannplatte wird über einen weiteren Passdurchmesser am Führungsbolzen mit der Formplatte fixiert.
Die Auswerferseite von einem klassischen Auf-Zu-Werkzeug wird zusammengebaut aus der Formplatte, evtl. einer Zwischenplatte, den Distanzleisten und der unteren Spannplatte. Zwischen den Distanzleisten sitzt das Auswerferpaket. Die Führungsbuchsen sind, hier ebenfalls mit einem Bund versehen, in die Formplatte eingebaut. Gesichert werden sie in der Auswerferseite durch die Distanzleisten, die wie in der Düsenseite über den hinteren Passdurchmesser der Führungsbuchse fixiert sind. Die Distanzleisten werden wiederum mit der Spannplatte und mit zusätzlichen Führungshülsen eingebaut. Alles zusammen wird mit längeren Schrauben von der Spannplatte bis zur Formplatte fest verschraubt. So ist gewährleistet, dass alle Bauelemente gemeinsam fluchten und fest miteinander verbunden sind. Auswerfer sind die beweglichen Bauteile in einem Spritzgießwerkzeug, die das Kunststoffteil nach dem Öffnen des Werkzeuges auswerfen oder ausstoßen. Meist sind die Auswerfer runde Stifte, die im Auswerferpaket eingebaut sind. Die bereits zu Beginn angesprochenen kleinen Ringe, die man meist innen in einem Kunststoffteil sieht, sind Abdrücke von diesen Auswerfern.
In Bild 2.4 sind mehrere Schnitte längs und quer durch ein Spritzgießwerkzeug dargestellt, man sieht den klassischen Aufbau eines Auf-Zu-Werkzeuges.
Bild 2.4Schnitt durch einen Werkzeugaufbau
Die Passgenauigkeiten im Werkzeug sind extrem wichtig. Ohne entsprechende genaue Führung und Fixierung der beiden Formhälften können sich diese radial verschieben.
Die Führungen in einem Spritzgießwerkzeug sind sehr wichtig. Sie gewährleisten, dass die beiden Werkzeughälften bereits beim Zufahren gegeneinander zentriert sind. Außer in Sonderlösungen werden in die Düsenseite Führungsbolzen und in die Auswerferseite Führungsbuchsen eingebaut. Die Toleranzen zwischen den Formplatten und den Führungsbolzen und -buchsen sind so gering, dass diese mit einem leichten Presssitz eingebaut werden.
Die Düsenseite mit ihren Führungsbolzen passt genau, aber spielfrei, in die Führungsbuchsen der Auswerferseite. Nur so ist gewährleistet, dass die beiden Seiten genau und wiederholbar übereinander- und zusammenpassen. Wäre dies nicht der Fall, so könnten sich die beiden Formhälften radial verschieben. Dadurch werden unter anderem die Wandstärken der Kunststoffteile unterschiedlich stark, man nennt dies auch Formversatz.
In Bild 2.5 sieht man was passieren kann, wenn die Führungen eines Spritzgießwerkzeuges nicht exakt passen.
Bild 2.5Formversatz durch mangelnde Führung
Hier ein paar Vergleiche, um sich ein Bild über die nötige Genauigkeit der Führungen zu machen. Die Toleranzen zwischen Bolzen und Platte müssen so genau sein, dass der Bolzen mit leichten Schlägen in die Platte eingebaut wird. Ist der Bolzen im Durchmesser um 0,006 mm größer, lassen sich die Bolzen nur noch schwer einbauen.
Die Toleranz zwischen Führungsbolzen und Führungsbuchse ist noch kleiner. Der Unterschied zwischen spielfrei bewegen und klemmen sind hier max. 0,004 mm im Durchmesser.
Ist der Unterschied des Achsabstands zwischen den Führungen der Platten im Ober- und Unterteil größer als 0,02 mm, läuft das Werkzeug nur noch sehr schwer zusammen.
Verdrehsicherung
Nahezu alle Spritzgießwerkzeuge sind heutzutage rechteckig. Aus diesem Grund werden normalerweise vier Führungen, in jede Ecke eine, in ein Werkzeug eingebaut. Um zu verhindern, dass man Düsenseite und Auswerferseite verdreht zusammenfügt, ist eine der Führungen kleiner oder größer als die anderen drei.
In Bild 2.6 ist die Düsenseite eines Werkzeuges zu sehen. Drei Führungsbolzen mit Ø 18 mm und ein Führungsbolzen mit Ø 20 mm. Dies soll verhindern, dass die Düsenseite verdreht auf die Auswerferseite gesteckt wird.
Bild 2.6Verdrehsicherung im Formenbau
Bei der Längenauswahl der Führungsbolzen ist Folgendes zu beachten: Bevor sich die Formkonturen der beiden Seiten nähern, müssen die Führungen bereits ineinander sein. Sind die Führungen zu kurz, kann es sein, dass beim Zusammenfahren der beiden Formhälften die Formkontur beschädigt wird.
In Bild 2.7 ist deutlich sichtbar, dass die Führungen bereits ineinander fahren, bevor die beiden Seiten Kontakt haben können.
Bild 2.7Längenauswahl der Führungen
Diese wird bei einem ganz einfachen Spritzgießwerkzeug weniger gebraucht. Eingebaut wird sie dann, wenn eine aufwendige Kühlung, ein Kernstift oder weitere zusätzliche Bauteile im Spritzgießwerkzeug benötigt werden, die zum einen in der Formplatte keinen Platz mehr haben oder durch die Formplatte durchgehen und von der Zwischenplatte gehalten werden sollen.
In Bild 2.8 unten ist ein Kernstift eingezeichnet, der in die Formplatte eingebaut ist und von der Zwischenplatte gehalten wird.
Der Einsatz einer Zwischenplatte hat hier mehrere Funktionen und Vorteile. Einer der Vorteile ist, dass die Zwischenplatte unter der Formplatte angebaut wird und plan ist. Somit sind alle Bauteile, die hier an der Zwischenplatte anliegen, geometrisch bestimmt und auf der gleichen Ebene. Ein weiterer Vorteil sind die Herstellungskosten. Um eine ähnliche Fixierung solcher Kernstifte zu erreichen, wäre sonst der zusätzliche Einbau einer anderen Abdeckung von unten notwendig. Möglich wäre hier eine kleine eingebaute Abdeckplatte oder ein Gewindestift, der den Kernstift fixiert.
Bild 2.8Zwischenplatte fixiert und hält Kernstift
Beide Alternativen verursachen höhere Fertigungskosten. Sollten sie in einem Werkzeug mehrfach gebraucht werden, ist es sinnvoll eine Zwischenplatte einzubauen.
In Bild 2.9 werden zwei mögliche Alternativen zur Fixierung von Kernstiften gezeigt.
Bild 2.9Alternativen zur Fixierung
Weitere grundsätzliche und zusätzliche Bauformen, Funktionen, Elemente und Bauteile an einem Spritzgießwerkzeug werden in den einzelnen noch folgenden Abschnitten in diesem Buch behandelt.
2.2Werkzeug mit beweglichen ElementenNahezu alles was ein Spritzgießwerkzeug kompliziert und aufwendig macht, kommt aus der Geometrie des späteren Kunststoffteiles. Deshalb sollte schon bei der Planung und Konstruktion eines Kunststoffteiles darauf geachtet werden, dass all das, was das Kunststoffteil später beinhalten soll, auch im Spritzgießwerkzeug zu realisieren ist. Dies ist oft eine große Herausforderung beim Entstehen, sprich Konstruieren, von Kunststoffteilen. Wenn dann auch noch Technik auf Design trifft, kann das mit Kompromissen verbunden sein.
2.2.1HinterschnittElemente die nicht in der Hauptentformungsrichtung, wie bei einem Auf-Zu-Werkzeug, entformt werden können sind die nächst schwierige Aufgabenstellung. Diese, beim Entformen störenden Elemente, nennt man Hinterschneidung oder Hinterschnitt. Sie müssen in einer weiteren Entformungsrichtung freigestellt bzw. entformt werden. Dazu verwendet man im Spritzgießwerkzeug bewegliche Einbauteile. Das können z. B. Schieber, Kernstifte, schräge Auswerfer oder Formeinsätze sein. Sie unterstützen das Kunststoffteil, damit es besser entformt und ausgeworfen werden kann.
In Bild 2.10 sind zwei mögliche Elemente, seitliche Bohrung und seitliches Rohr, an unserem Bauteil zu sehen. Beide Elemente sind am Kunststoffteil ein Hinterschnitt und müssen über die zweite Entformungsrichtung freigestellt werden. Nur so können Kunststoffteile ohne Beschädigung aus dem Werkzeug ausgestoßen werden. An diesen beiden Beispielen kommen Schieber zum Einsatz.
Bild 2.10Zusätzliche Entformungsrichtungen
Bei der Realisierung dieser seitlichen Öffnungen wird aus dem Auf-Zu-Werkzeug ein Schieber-Werkzeug. Schieber sind bewegliche Bauteile innerhalb des Spritzgießwerkzeuges. In diese Schieber werden ein oder mehrere Teile der Formkontur eingearbeitet. Der Schieber selber bewegt sich beim oder nach dem Öffnen des Werkzeuges in einer zusätzlichen Entformungsrichtung vom Kunststoffteil weg. Durch dieses Wegfahren werden die Hinterschnitte freigestellt, bevor das Kunststoffteil aus dem Spritzgießwerkzeug ausgestoßen wird. Der zu fahrende Weg wird vorher errechnet und definiert. Er muss so groß sein, dass das Kunststoffteil ohne Beschädigung nach dem Auswerfen aus dem Spritzgießwerkzeug fallen oder entnommen werden kann.
In Bild 2.11 ist der Schieber dargestellt, mit dem die seitliche Öffnung an unserer Dose entformt wird. In den vorderen Bereich des Schiebers ist ein Teil der Formkontur des Kunststoffteils eingearbeitet. Die runde Fläche ganz vorne hat mit dem feststehenden Formeinsatz Kontakt, wenn das Werkzeug zu ist und eingespritzt wird. Dieser Kontakt verhindert, dass an diese Stelle beim Einspritzen Kunststoff kommt und bildet somit die Bohrung im Kunststoffteil. In der Fachsprache wird diese Kontaktstelle auch Durchbruch genannt.
Bild 2.11Schieber mit und ohne Kunststoffteil
Um diesen Schieber bewegen zu können, gibt es zwei Möglichkeiten. Die erste Möglichkeit wäre, der Schieber wird mit einem Hydraulikzylinder verbunden, der wiederum fest mit dem Spritzgießwerkzeug verschraubt ist. Über diesen Zylinder wird der Schieber bewegt. Bei dieser Lösung macht der Zylinder einen fest definierten Weg. Er wird als Normteil gekauft und eingebaut. Hierzu mehr im Abschnitt 4.2 „Schieber“. Die zweite Möglichkeit ist die Zwangssteuerung durch einen Schrägbolzen. Ein Bolzen wir unter einer errechneten Schräge in die Düsenseite des Spritzgießwerkzeuges eingebaut. Der vordere Teil des Schrägbolzens taucht in den zu bewegenden Schieber ein. Wenn sich das Werkzeug in der Hauptentformungsrichtung öffnet, bewegt dieser Schrägbolzen über eine resultierende Bewegung den Schieber in der zusätzlichen Entformungsrichtung. Auch dazu gibt es weitere Details im Abschnitt 4.2 „Schieber“.
Das Bild 2.12 zeigt links das geschlossene Werkzeug und rechts das leicht geöffnete Werkzeug. Beim leicht geöffneten Werkzeug hat der Schrägbolzen den Schieber in der zusätzlichen Entformungsrichtung in die Endlage bewegt.
Bild 2.12Geschlossenes und leicht geöffnetes Werkzeug
Ein noch so klein und harmlos aussehender Clip oder Raster kann große Auswirkungen auf den Bau und auf die Kosten eines Spritzgießwerkzeuges haben.
Die einfachste Anwendung für einen Clip ist, dass der Deckel auf der Dose einrastet. Clips oder Raster werden auch gebraucht, um mehrere Kunststoffteile miteinander zu verbinden oder um sie in einer gesamten Baugruppe zu fixieren und zu befestigen. Montagearbeiten von Kunststoffteilen müssen heute sehr schnell gehen, wenn möglich automatisiert. Der Einsatz von solchen Clipverbindungen an Kunststoffteilen hat u. a. den Vorteil, dass sie ohne weiteres Handwerkzeug schnell und einfach verbaut werden können.
Für die Größe, Art, die Komplexität und auch für die Kosten eines Spritzgießwerkzeuges kann es von erheblicher Bedeutung sein, ob der Clip außen oder innen am Kunststoffteil angebracht ist. Dies sollte bereits bei der Planung des Kunststoffteils bedacht werden. Ist der Clip oder die Rastnase außen am Bauteil, ist er in Entformungsrichtung also kein Hinterschnitt; folglich ohne weitere Maßnahmen entformbar.
In Bild 2.13 sieht man die beiden Varianten einer Rastnase, innen und außen. Die Rastnase außen ist nach oben frei, also problemlos entformbar. Die Rastnase innen ist in Entformungsrichtung nicht frei. Sie wird beim Ausstoßen beschädigt oder gar abgerissen. Folglich ist hier eine zusätzliche Möglichkeit zu schaffen, um dies zu verhindern.
Bild 2.13Rastnase außen und innen
Wie schon beschrieben sind Rastnasen, die außen am Kunststoffteil liegen, im Normalfall in Entformungsrichtung. Sie können somit ohne weitere Maßnahmen entformt werden. Anders sieht es aus, wenn die Rastnase innen im Kunststoffteil liegt. Schieber verwendet man für die Entformung von äußeren Hinterschneidungen. Die Rastnase, die sich innen im Teil befindet, wird dagegen mit einem schräglaufenden Auswerfer entformt. Im Abschnitt 2.1 „Auf-Zu-Werkzeug“ wurden die runden Auswerfer bereits angesprochen. Sie werden mit dem Auswerferpaket in Entformungsrichtung zum Auswerfen des Kunststoffteils nach vorne geschoben. Der schräglaufende Auswerfer ist ebenfalls in das Auswerferpaket eingebaut. Entgegen dem runden Auswerfer ist der schräglaufende Auswerfer aber nicht fest. Der schräglaufende Auswerfer wird im Auswerferpaket in einer Art Schuh gehalten, kann sich aber mit dem Schuh radial bewegen. Dies kommt wie beim Schieber aus einer resultierenden Bewegung beim Vorfahren des Auswerfers. Im Formeinsatz ist dafür eine schräge Führung eingearbeitet. Diese Führung hat einen für die Entformsituation errechneten Winkel. In dieser schrägen Führung fährt der Auswerfer nach vorne. Je weiter der Auswerfer nach vorne fährt, umso mehr stellt er die Rastnase am Kunststoffteil frei. In der Endlage ist der Hinterschnitt weg, und das Kunststoffteil kann ungehindert aus dem Werkzeug fallen.
InBild 2.14 sind zwei Situationen zu sehen:
links der Auswerfer nach dem Öffnen des Werkzeuges, bevor ausgestoßen wird;
rechts wenn das Auswerferpaket mit dem schräglaufenden Auswerfer in die vordere Endlage gefahren ist.
Die Rastnase ist frei und das Kunststoffteil fällt aus dem Werkzeug.
Bild 2.14Schräglaufender Auswerfer in räumlicher Ansicht
Das Bild 2.15 zeigt nochmals die exakte Situation am Kunststoffteil. Links nochmals die Ausgangssituation vor dem Auswerfer, rechts die freigestellte Rastnase durch das schräge Wegfahren des Auswerfers. Mehr dazu in Abschnitt 4.3.3 „Schräglaufende Auswerfer“.
Bild 2.15Situation des schräglaufenden Auswerfers
