Wissens­da­ten­bank

Bei uns profi­tieren Sie von jahrzehn­te­langer Erfah­rung, die wir gerne mit Ihnen teilen. Einen Ausschnitt unseres Erfah­rungs­schatzes stellen wir Ihnen in unserer Wissens­da­ten­bank zur Verfü­gung, die Ihnen helfen kann Bauteile Kunst­stoff­ge­recht auszu­legen.

Bei tiefer­ge­henden Frage­stel­lungen sowie der Durch­sprache Ihrer Konstruk­tion dürfen Sie gerne auf uns zukommen.

  • Werkstoff­ma­trix
  • Entfor­mung
  • Schweißen
  • Anguss­po­si­tion
  • Wandaus­le­gung
  • Schnapp­ver­bin­dungen
  • Schrauben
  • Entlüf­tung
  • Spannungs­risse
  • Verzug
  • Fließ­weg­länge
  • Werkzeug­stahl
  • Etagen­formen
Werkstoff­ma­trix

Kunststoff Werkstoffmatrix

In den unten­ste­henden Werkstoff­ma­trizen finden sich relevante Kennwerte der gängigen spritz­gieß­fä­higen Kunst­stoffe.

Materia­lien (I/III)
HDPE
PP
PS
POM
ABS
PA 6
PA 6.6 amor.
PA 12
Kosten ca. [€/kg], Stand 10/19

1,50 — 2,00

1,50 — 2,00

1,50 — 2,00

1,50 — 2,00

2,50 — 3,50

3,00 — 4,00

4,50 — 6,00

13,00 — 15,00

Dichte [g/ccm³]

0,95

0,91

1,05

1,41

1,05

1,13

1,14

1,02

Zugfes­tig­keit ca., nach DIN 53455 [N/mm²]

26

29

45

60

60

55

70

60

maximale Gebrauchs­tem­pe­ratur [°C]

90

100

65

100

80

135

145

100

Fließ­weg­länge, ca. bei 2mm Wandstärke [mm]

600

600

700

400

280

500

600

200

Verar­bei­tungs­schwin­dung, Spritz­gießen, ca. [%]

1,7

1,7

0,6

2,0

0,6

1,8

1,8

0,6

Erfor­der­liche Entfor­mungs­ko­ni­zität bei Erodier­stufe 30/3,5 µm Rauhtiefe [°]

2,0

2,0

2,5

1,5

2,0

1,5

1,5

2,5

Mittlerer Werkzeug­in­nen­druck bei 3mm Wandstärke, ca. (1:150 Fließweg) [bar]

260

260

260

350

350

340

340

400

Materi­al­daten (nach Schul­noten)
Schlag­zä­hig­keit

2

4

6

3

3

2

2

3

Chemi­ka­li­en­be­stän­dig­keit

1

2

6

2

4

2

2

3

Trans­pa­renz

5

5

1

5

6

5

5

2

geringe Ferti­gungs­to­le­ranz

5

5

2

6

2

5

5

2

Klebbar­keit

5

5

2

5

2

3

3

3

beson­dere Eigen­schaften

weich, hohe Kriech-neigung

Filmschar­nier­ef­fekt, Trink­was­ser­zu­las­sung möglich, kälte­schlag­emp­find­lich

trans­pa­rent, schlag­emp­find­lich

gute Feder­ei­gen­schaften, Gleit­werk­stoff, Trink­was­ser­zu­lass

galva­ni­sierbar, hoch glänzende Oberfläche

Wasser­auf­nahme verän­dert die Eigen­schaften, Gleit­werk­stoff

Wasser­auf­nahme verän­dert die Eigen­schaften, Gleit­werk­stoff

trans­pa­rent, hohe Chemi­ka­li­en­be­stän­dig­keit

Gängige Marken­namen

Hostalen, Lopolen

Vestolen, Moplen, Novolen, Vestolen, Hostalen PP

Polystyrol

Hosta­form, Ultra­form, Delrin

Polylac, Novodur, Terluran, Cycolac

Ultramid B, Durethan, Akromid, Badamid

Zytel, Ultramid A

Grilamid, Trogamid

Verwen­dung

Verpa­ckungen, Behälter, Flaschen

Armaturen, Rohrlei­tungen, Verpa­ckungen

Verpa­ckungen, Gehäuse,

Zahnräder, Gleit- und Führungs­ele­mente, Gehäu­se­teile

Dusch, Badewannen- und Küchen­ar­ma­turen in galva­ni­sierter Ausfüh­rung, Türgriffe, Armlehnen

Gleit­lager, Buchsen, Zahnräder, Laufrollen, Elektri­sche Bauteile

Gleit­lager, Laufrollen, Zahnräder, Führungen, Gleitplatten,Ventilsitze und ‑körper

Schläuche und Katheter, Gleit­lager, Ventile

Materia­lien (II/III)
PC
PPO
PEEK
ASA
PBT
PPS GF40
PPA GF30
PC/ABS
Kosten ca. [€/kg], Stand 10/19

4,50 — 5,50

5,00 — 5,50

ab 80,00

3,00 — 4,00

3,50 — 4,50

9,50 — 10,50

6,00 — 7,00

4,00 — 5,00

Dichte [g/ccm³]

1,20

1,06

1,32

1,06

1,30

1,65

1,46

1,13

Zugfes­tig­keit ca., nach DIN 53455 [N/mm²]

60

50

110

60

57

150

200

65

maximale Gebrauchs­tem­pe­ratur [°C]

135

130

260

90

135

240

180

115

Fließ­weg­länge, ca. bei 2mm Wandstärke [mm]

200

250

350

280

400

150

200

240

Verar­bei­tungs­schwin­dung, Spritz­gießen, ca. [%]

0,6

0,6

1,0 — 1,3

0,6

1,8

0,3

0,3

0,5

Erfor­der­liche Entfor­mungs­ko­ni­zität bei Erodier­stufe 30/3,5 µm Rauhtiefe [°]

2,5

2,0

2,5

2

2,0

1,5

1,5

2,5

Mittlerer Werkzeug­in­nen­druck bei 3mm Wandstärke, ca.  (1:150 Fließweg) [bar]

500

400

500

350

550

400

400

400

Materi­al­daten (nach Schul­noten)
Schlag­zä­hig­keit

1

3

2

3

2

5

4

2

Chemi­ka­li­en­be­stän­dig­keit

6

4

1

4

3

2

2

2

Trans­pa­renz

1

6

6

6

6

6

6

6

geringe Ferti­gungs­to­le­ranz

2

2

2

2

5

3

3

2

Klebbar­keit

3

2

4

2

2

3

2

3

beson­dere Eigen­schaften

hohe Schlag­zä­hig­keit

beständig gegen saure Substanzen, Trink­was­ser­zu­las­sung möglich

gute Gleit- u. Reibei­gen­schaften, exzel­lente Verschleiß­fes­tig­keit, höchste Wärme­form­be­stän­dig­keit, hohe Kriech­fes­tig­keit, chemi­kli­en­be­ständig

hoch glänzende Oberfläche, gute Alterungs- und Witte­rungs­be­stän­dig­keit gegen­über ABS

gute Chemi­ka­li­en­be­stän­dig­keit, keine Wasser­auf­nahme

geringe Teile­to­le­ranzen möglich, hohe Festig­keit und Stetig­keit, sehr gute Isolier­ei­gen­schaften

hohe Hitze­be­stän­dig­keit bei gleich­zei­tiger hoher mecha­ni­scher Stabi­lität, chemi­ka­li­en­be­ständig

galva­ni­sierbar

Gängige Marken­namen

Lexan, Makrolon, Alyacarb

Noryl, Luranyl

Victrex PEEK

Vestolen, Moplen, Novolen, Hostalen PP

Crastin, Ultradur

Tedur, Fortron, Ryton

Grivory HT, Zytel HTN

Bayblend

Verwen­dung

Optischen oder elektri­schen Bauteilen, Glaser­satz für Scheiben

Pumpen­teile

Automo­bil­teile, Isola­toren, Stecker, Schalter

Gleit­lager, Zahnräder, Armaturen, Kolben­ringe, Lager­kä­fige für Motoren, Zahnräder, Ventile

Gehäuse für Telefone, Computer, Drucker usw., Autover­klei­dungen z.B. Armaturen, Batte­rie­ge­häuse, Radkappen usw., Fenster­rahmen

Gleit­lager, Rollen­lager, Ventil­teile, Schrauben, Stecker­leisten, Pumpen­ge­häuse und Räder, Teile für Haushalts­ge­räte wie Kaffee­ma­schinen, Eierko­cher, Toaster usw.

Hochbe­an­spruchte Teile in Elektro- und Automo­bil­in­dus­trie

Automobil‑, Elektro­in­dus­trie oder im

Maschi­nenbau mit beson­deren Anfor­de­rungen an die Festig­keit, selbst bei

erhöhten Tempe­ra­turen oder feuchter Umgebung.

Gehäuse, elektri­sche Bauteile z.B. Tastatur, Handy, Ladegerät, Zierleisten, Schalter, Mittel­kon­solen, Dachkon­solen,

Materia­lien (III/III)
TPU
TPE
COC
PP mit Holz
PLA
Lignin­ba­siert
Glasfaser
Mineral­füll.
Kosten ca. [€/kg], Stand 10/19

4,50 — 5,50

3,00 — 3,50

8,00 — 12,00

2,00 — 3,00

5,00 — 6,00

5,00 — 6,00

steigt an

fällt

Dichte [g/ccm³]

1,20

1,10

1,01

1,03

1,34

1,29

steigt an

steigt an

Zugfes­tig­keit ca., nach DIN 53455 [N/mm²]

30 — 65

30 — 45

60

33

54

33

steigt an

fällt

maximale Gebrauchs­tem­pe­ratur [°C]

80

70

120

110

60

70

steigt an

unveränd.

Fließ­weg­länge, ca. bei 2mm Wandstärke [mm]

230

300

300 — 800

200 — 300

300 — 400

100 — 200

sinkt leicht

sinkt

Verar­bei­tungs­schwin­dung, Spritz­gießen, ca. [%]

1,0

1,5

0,6

0,7

0,7

0,2

sinkt stark

sinkt etwas

Erfor­der­liche Entfor­mungs­ko­ni­zität bei Erodier­stufe 30/3,5 µm Rauhtiefe [°]

1,5

1,5

2,0

1,5

1,5

2,5

mehr Schräge

mehr Schräge

Mittlerer Werkzeug­in­nen­druck bei 3mm Wandstärke, ca.  (1:150 Fließweg) [bar]

340

260

500

600

500

800

steigt

unveränd.

Materi­al­daten (nach Schul­noten)
Schlag­zä­hig­keit

1

1

5

4

2

6

sinkt

sinkt

Chemi­ka­li­en­be­stän­dig­keit

2

2

3

3

2

4

unveränd.

unveränd.

Trans­pa­renz

6

6

1

5

1

6

sinkt

sinkt

geringe Ferti­gungs­to­le­ranz

2

3

2

2

2

1

schwie­riger

geringe Toleranz möglich

Klebbar­keit

4

4

3

5

2

2

sinkt

sinkt

beson­dere Eigen­schaften

gute Kratz­be­stän­dig­keit

weiche Haptik

glasähn­liche trans­pa­renz, FDA und medizi­ni­sche Zulas­sung

geringe Fließ­weg­länge je nach Füllstoff­ge­halt, geringe Schwin­dung

hohe Kratz­fes­tig­keit

Druck­fes­tig­keit steigt, Zugfes­tig­keit sinkt, Schwin­dung sinkt

Eigen­schaften unter­schied­lich längs und quer zur Glasfaser

Druck­fes­tig­keit steigt, Zugfes­tig­keit sinkt, Schwin­dung sinkt

Gängige Marken­namen

Desmopan, Texin, Elastollan

Santo­prene

TOPAS COC

ARBOfill

ARBOblend

ARBOform

GF, GK

MR, CMF, MF

Verwen­dung

Zahnriehmen, Schuh­solen, Dichtungen, Schalter

Armaturen, Abdeckungen, Automobil Interieur

Funkti­ons­fo­lien in Flach­bild­schirmen sowie Linsen und Sensoren, Medizin­technik Spritzen,

Mikro­ti­ter­platten, Küvetten und Fläsch­chen

Haushalts­waren, Bürobe­darf, Verpa­ckungen, Kleider­bügel, Techni­sche Profile, Stühle

Verpa­ckungen, Bürobe­darf, Haushalts­waren, Folien, Flexible Karten, Spiel­waren, Sport­ge­räte, Pflanz­töpfe, Labor­be­darf, Halbzeuge / Profile, Filamente

Lautspre­cher, Musik­in­stru­mente, Urnen, Spiel­waren, Design­ob­jekte

Luft- und Raumfahrt, Leiter­platten, Boote, Bobschlitten usw.

Halblei­ter­indus­trie, Elektronik, Maschi­nenbau, Vakuum-technik

Entfor­mung

Entfor­mungs­ko­ni­zität

Bei erodierten Oberflä­chen (Elektro­ero­sion) erhöht sich die erfor­der­liche Entfor­mungs­ko­ni­zität im Vergleich zu polierten Oberflä­chen. Die folgenden Entfor­mung­ko­ni­zi­täten sind zu wählen im Verhältnis zur Rauheit, abhängig vom jewei­ligen Werkstoff. Struk­tur­stufen nach VDI 3400.

Material/Entformungswinkel
0,5°
1,0°
1,5°
2,0°
2,5°
3,0°
4,0°
5,0°
ABS, PE(hart), PP

21

24

27

30

33

36

39

42

PS, MMA, PC 

-

21

24

27

30

33

36

39

POM, Cab, PA

24

27

30

33

36

39

42

-

Schweißen

Verbin­dung von techni­schen Kunst­stoff­teilen: Schweiß­ver­fahren im Überblick

Ultra­schall­schweißen

Das Ultra­schall­schweißen ist ein schnelles und wirtschaft­li­ches Verfahren zur Verbin­dung von Kunst­stoff­teilen und eignet sich hervor­ra­gend zur Montage quali­tativ hochwer­tiger, in großen Stück­zahlen herge­stellter Kunst­stoff­ar­tikel. Beim Ultra­schall­schweißen werden hochfre­quente Schwin­gungen mit Hilfe eines vibrie­renden Schweiß­werk­zeugs, der sogenannten „Sonotrode“, auf die zu verschwei­ßenden Teile übertragen.


Durch diese „hämmernde“ Bewegung wird der Kunst­stoff an den Berüh­rungs­flä­chen aufge­schmolzen und verbunden. Die Festig­keit der Schweiß­naht beträgt ca. 80% des Teile­ma­te­rials. Die Größe der zu verschwei­ßenden Teile ist begrenzt. In der Praxis haben sich die unten aufge­führten Schweiß­geo­me­trien bewährt.

Ultra­schall­schweißen
Eigen­schaften
Unver­schweißt
Verschweißt
Stumpf­schweiß­naht mit Energie­leiter
  • Schweiß­geo­me­trie ohne Barriere
  • nicht optimal für Dicht­schwei­ßung
  • nur amorphe Kunst­stoffe
Nut-Feder-Verbin­dung
  • Schweiß­geo­me­trie mit Barriere
  • eventuell 0,1 — 0,2 mm
  • Querrippen 90° versetzt im Nutgrund (aufrauen)
Quetsch­naht
  • teilkris­tal­line Kunst­stoffe
  • kein Problem mit Dichtig­keit
  • hohe Festig­keit
  • Problem: Maße und Toleranzen bei großen Teilen

Vibra­ti­ons­schweißen (Reibschweißen)

Durch lange Prozess­zeiten und teure Maschi­nen­technik ist dieses Schweiß­ver­fahren deutlich teurer als das Ultra­schall­schweißen. Es können aber auch leicht verzo­gene Teile verschweißt werden, da dieses robuste Verfahren mit hohen Kräften arbeitet. Beim Vibra­ti­ons­schweiß­vor­gang werden zwei Teile unter Druck linear gegen­ein­ander bewegt, wodurch die benötigte Wärme durch Reibung entsteht. Nach einer vorge­wählten Zeit bremst die Vibra­tion ab, während der Druck auf die Schweiß­fläche erhalten bleibt, bis die Schmelze erstarrt ist.


Die Festig­keit der Schweiß­naht beträgt nur ca. 30% des Grund­werk­stoffs. Die Schweiß­nähte werden relativ breit ausge­führt, was dann trotzdem hohe Festig­keiten bringt.

Vibra­ti­ons­schweißen
Eigen­schaften
vor Schwei­ßung
nach Schwei­ßung
Nut-Feder-Verbin­dung mit Auffang­zone für das geschmol­zene Material
  • teurer als Ultra­schall­schweißen
  • robustes Verfahren auch bei großen Toleranzen
  • Schweiß­naht benötigt mehr Raum in mindes­tens einer Achse
Anguss­po­si­tion

Anguss­pos­ti­tion

Die Anguss­po­si­tion sollte so gewählt werden, dass ein Freistrahl möglichst vermieden wird. Weiterhin muss eine vollstän­dige Füllung gewähr­leistet sein, insbe­son­dere im Hinblick auf Störkon­turen, welche die Schmelze umfließen muss. In diesen Berei­chen entstehen Binde­nähte.

Bei Mehrfach­formen ist darauf zu achten, dass alle Formnester gleich­mäßig gefüllt werden können. Sofern eine Positio­nie­rung im identi­schen Abstand zur Düse nicht möglich ist, sollten der Anguss­ver­teiler ausba­lan­ciert werden.

Freistrahl­bil­dung durch falsche Anguss­lage

Ausba­lan­cierter Anguss­ver­teiler

Unter­flur­an­guss

Der Unter­flur­an­guss ist ein Abscher­an­guss, der während der Entfor­mung automa­tisch vom Teil abgetrennt wird. Dies hat den Vorteil, dass er nicht später manuell abgetrennt werden muss und eine saubere Trenn­kante erreicht werden kann. Ein Unter­flur­an­guss gibt dem Konstruk­teur eine große Flexi­bi­lität, die Anguss­po­si­tion optimal zu wählen um beispiels­weise einen Freistrahl zu vermeiden.

Dimen­sio­nie­rung eines gebogenen Tunnel­an­gusses (Quelle GEP):

Der Übergang von d1 nach d2 bildet einen Kegel von 3–5°.

Teile­aus­wurf und begin­nender Tunnel­aus­wurf (Quelle GEP):

Anguss-Check

Mit dieser Check­liste können sie überprüfen, ob sie die wesent­li­chen Fragen bei der Anguss-Konstruk­tion bedacht haben.

Ja
Ist eventu­elle Nachar­beit zur Anguss­ent­fer­nung mit dem Teile­preis vereinbar?
Wird die Anguss­mar­kie­rung an dieser Stelle akzep­tiert?
Erlaubt das Fließweg-/ Wanddi­cken­ver­hältnis die komplette Formfül­lung?
Können die Binde­nähte akzep­tiert werden?
Kann die Luft entwei­chen oder müssen bei der festge­legten Anguss­lage zusätz­liche Entlüf­tungs­mög­lich­keiten einge­baut werden?
Können Binde­nähte z.B. an Anschraub­domen zu Festig­keits­pro­blemen führen?
Kann auf ein teures Anguss-System mit Kaska­den­schal­tung zur Binde­naht­ver­mei­dung verzichtet werden?
Wurde Vorsorge getroffen, dass sich kein Freistahl bildet, d.h. erfolgt die Ansprit­zung gegen eine Werkzeug­wan­dung und nicht in die freie Kavität?
Sind Tempe­rier­ka­näle in Anschnitt­nähe vorge­sehen?
Ergeben sich durch die Anguss­lage, insbe­son­dere durch die Scherung beim Einspritzen keine extrem­heißen Werkzeug­par­tien?
Lässt die Anschnitt­geo­me­trie (z.B. Tunnel­an­guss) eine Verar­bei­tung des Werkstoffes zu oder ist mit zu hoher Scher­be­an­spru­chung zu rechnen?
Ist das Anguss­system bei Mehrfach­formen oder Teilen mit mehrfa­chen Anschnitten natür­lich ausba­lan­ciert oder wurde — falls nein — zumin­dest eine Formfüll­studie zur Ermitt­lung abgestufter Vertei­ler­quer­schnitte durch­ge­führt?
Erfolgt die Formfül­lung von der dicken zur dünnen Wand und sind keine dünnen Partien in Anguss­nähe (z.B. Filmschar­nier), so dass durch den Verzö­ge­rungs­ef­fekt (Hesita­tion-Effekt) die Fließ­front einfriert?
Ist eine ausrei­chende Nachdruck­ver­sor­gung zur Vermei­dung von Lunkern, Einfall­stellen etc. möglich?
Ist die Anguss­lage optimal gewählt um Verzug zu vermeiden (z.B. Ansprit­zung eines Lineals an der schmalen Seite?)
Wandaus­le­gung

Ausle­gung von Wandungen

Einheit­liche Wandstärken sind wichtig zur Errei­chung wirtschaft­li­cher Zyklus­zeiten sowie zur Vorbeu­gung von Fehlstellen am Bauteil. Durch die gezielte Positio­nie­rung von Rippen kann Verzug entge­gen­ge­wirkt werden. Eine gezielte Entlas­tung von Ecken kann helfen Spannungen vorzu­beugen.

1: Günstige Form

2: Ungüns­tige Form

3: Günstige Form

4: Ungüns­tige Form

Schnapp­ver­bin­dungen

Die Schnapp­ver­bin­dung

Die Schnapp­ver­bin­dung ist eine einfache wirtschaft­liche und schnelle Monta­ge­me­thode, durch die Kunst­stoff­teile mit Metallen oder Kunst­stoffen durch Eingriff eines entspre­chenden Vorsprungs am Halte­teil in eine einge­formte Hinter­schnei­dung verbunden werden können. Die größt­mög­liche Dehnung ( E ) muss für den jewei­ligen Anwen­dungs­fall je nach Material auf Grund­lage der höchst­zu­läs­sigen Kurzzeit­ver­for­mung gewählt werden.

Die Grenzen liegen bei unver­stärkten Kunst­stoffen bei 6% und bei glasfa­ser­ver­stärkten Kunst­stoffen bei 2% während der Biege­be­an­spru­chung. Falls mit einer wieder­holten Montage / Demon­tage zu rechnen ist, muß der Dehnungs­wert um 1% verrin­gert werden. Die „Ermüdungs­er­schei­nung“ und die Vorspan­nung des Hakens können durch eine knoten­blech­ähn­liche Verstei­fung verbes­sert werden. Der Schnapp­haken sollte nach Möglich­keit im Grund – Anbin­dung an das Teil – verrundet sein um die Kerbwir­kung zu verrin­gern.

Schrauben

Selbst­schnei­dende Schrauben

Insbe­son­dere für amorphe – aber auch für teilkris­tal­line Kunst­stoffe – eignen sich selbst­schnei­dende Schrauben Schrauben. Gewin­de­fur­chende Schrauben – auch mit flachen Flanken – erzeugen hohe Spannungen, die zu Spannungs­rissen führen kommen, insbe­son­dere beim Einwirken von chemi­schen Sustanzen (Öl, Fett, Säuren, Basen, Brems­flüs­sig­keit etc.).

Folgende allge­meinen Konstruk­ti­ons­grund­lagen gelten bei Verwen­dung von selbst­schnei­denden Schrauben:

  1. Zapfen­boh­rung soll dem Kerndurch­messer der Schraube entspre­chen.
  2. Der Zapfen­au­ßen­durch­messer sollte groß genug sein, um die durch das Eindrehen der Schraube verur­sachte Umfangs­span­nung aufnehmen zu können.
  3. Gewöhn­lich reicht ein Nocken­au­ßen­durch­messer, der dem zweifa­chen Außen­durch­messer der Schraube entspricht.
  4. Für die Gewin­de­länge ist mindes­tens der zweifache Außen­durch­messer der Schraube vorzu­sehen.
  5. Von wieder­holter Demon­tage wird abgeraten.
  6. Das Drehmo­ment ist so klein wie möglich zu halten, damit die bei der Montage entste­hende Spannung inner­halb der Grenzen des Materials bleibt.

Typische Verhal­tens­weisen von selbst­schnei­denden Schrauben:

Knipping® Type 1 Schrauben-Nr.
Gewin­de­länge (mm)
Zapfen­au­ßen­durch­messer (mm)
Zapfe­n­in­nen­durch­messer (mm)
Anzugs­mo­ment (mm)
Überdreh­mo­ment (mm)
Belast­bar­keit (N)

4

6,50

6,00

2,50

0 — 0,15

1,00

1200

6

6,50

7,00

3,10

0,25

2,20

1600

8

6,50

8,50

3,80

0,50

2,80

2400

10

9,50

10,00

4,40

1,00

7,50

3000

Quelle: Firmen­schrift Fa. GEP


Entlüf­tung

Entlüf­tung

Damit der Kunst­stoff die Form komplett befüllen kann benötigt das Werkzeug eine optimale Entlüf­tung. Brand­stellen und Lunker werden vermieden.

Entlüf­tung der Kavität

Entlüf­tung der Kavität

Werkbilder: EUROplast

Spannungs­risse

Spannungs­risse

Was fördert Spannungs­risse?

  • Belas­tung zu hoch
  • Falsche Werkstoff­aus­wahl in Bezug auf die umgebenden Medien
  • Allge­mein stehen alle Medien, die den Kunst­stoff zu quellen oder zu lösen vermögen, im Verdacht Spannungs­risse auszu­lösen
  • Einsatz von Monta­ge­hilfen wie z.B. Öle Fette­scharfe Ecken, Kanten, Kerben, etc.
  • Verdrän­gungs­schraube statt selbst­schnei­dende Schrauben
  • Wärme­aus­deh­nung
  • Schwache Binde­naht

Mögliche Gegen­maß­nahmen:

  • Wahl eines bestän­di­geren Kunst­stoffs
  • Wahl einer höher­mo­le­ku­laren Variante des gleichen Kunst­stoffs
  • Wahl eines Kontakt­me­diums (z. B. Klebstoffs / Öles / Lack etc.) das das spannungs­riss­aus­lö­sende Medium nicht enthält
  • Auflösen innerer Spannungen, z.B. durch Tempern
  • Spannungs­sen­kung durch Umkon­struk­tion z. B. Ausrun­dungen
Verzug

Proble­matik durch Verzug

Verzug tritt vor allem bei teilkris­tal­linen Kunst­stoff­teilen mit hoher Schwin­dung häufig auf.

Abhilfe durch verzugs­op­ti­mierte Konstruk­tion

Ausker­nung an den Ecken ohne das Schieber erfor­der­lich sind

Dünne Rippen vermeiden Einfall­stellen, führen aber zu Verzug — unter­bro­chene Rippen reduzieren den Verzug

Fließ­weg­länge

Fließweg/ Wandstärke am Beispiel von Polycar­bonat

Randbe­din­gungen

  • Kanal­breite: 8 mm
  • Masse­tem­pe­ratur: 300°C
  • Werkzeug­tem­pe­ratur: 100°C
  • Spritz­ge­schwin­dig­keit: schnell
  • Wandstärke:

3 mm ———

2 mm – — – -

1 mm -•-•-•-



Quelle: Sabic

Werkzeug­stahl

Werkzeug­stahl

Hier sehen Sie eine Übersicht über die haupt­säch­lich verwen­deten Werkstoffe bei der Herstel­lung von Spritz­gieß­werk­zeugen sowie ihre Eigen­schaften und Verwen­dungs­zwecke.

Werkstoff-Nr.
Kurzname
Einbau­zu­stand
Sonder­be­hand­lung
Charak­te­ristik
Verwen­dung

1.1730

C45W

640 N/mm²

Unlegierter Werkzeug­stahl,

gut zerspanbar,

gute Zähig­keit

Aufbau­teile wie Aufspann­platten, Formrahmen usw.

1.2083

X42Cr13

52–54 HRC

Korro­si­ons­be­stän­diger Durch­här­te­stahl, verzugsarm,

gut zerspanbar,

hohe Druck­fes­tig­keit,

gute Polier­bar­keit

Werkzeug zur Verar­bei­tung von korro­die­rend wirkenden Spritz­massen, Meistens für formge­bende Teile wie Einsätze, Schieber usw.

1.2162

21MnCr5

58–60 HRC

Standard Einsatz­stahl, gut zerspanbar, hohe Kernfes­tig­keit, sehr gute Polier­bar­keit

Formplatten und Einsätze für kleine bis mittlere Formen. Teile mit funkti­ons­be­dingtem Verschleiß, wie Führungs­stifte usw.

1.2311

40CrMnMo7

vergütet ca. 1000 N/mmm²

nitriert

Vergü­teter Formen­stahl, gut zerspanbar, gute Zähig­keit, gute Polier­bar­keit

Mittlere und große Werkzeuge, Formrahmen und Aufbau

1.2312

40CrMnMoS86

vergütet ca. 1000 N/mmm²

nitriert

Vergü­teter Formen­stahl, gut zerspanbar, gute Zähig­keit, gute Polier­bar­keit

Mittlere und große Werkzeuge, Formrahmen und Aufbau

1.2343

X38CrMoV5‑1

50–52 HRC

Warmar­beits-stahl, gut bearbeitbar, gute Zähig­keit, hohe Tempe­ra­tur­wech­sel­be­stän­dig­keit und Warmfes­tig­keit

Mittlere bis große Werkzeuge, Formplatten, Formein­sätze, Schieber usw.

1.2764

4X19NiCrMo 4

56–58 HRC

Sehr zäher Einsatz­stahl, geringe Maßän­de­rung nach Lufthär­tung, sehr hohe Kernfes­tig­keit, sehr gute Polier­bar­keit

Formplatten, Einsätze usw. für schwie­rige Werkzeuge die sich nicht verziehen sollen oder von denen eine hohe Kernfes­tig­keit verlangt wird

1.2767

X45NiCrMo 4

52–54 HRC

Durch­här­tender Formstahl, große Zähig­keit, verzugsarm, sehr gute Polier­bar­keit

Kleine bis mittlere Formen, formge­bende Teile wie Formplatten, Einsätze usw.

1.2842

90MnCrV8

52–54 HRC

Ölhärter mit einfa­cher Wärme­be­hand­lung, gut zerspanbar, gute Maßbe­stän­dig­keit

Kleine Einsätze, Stempel, Führungs­leisten, Verrie­ge­lungs­leisten, Zentrier­leisten, Anguss­buchsen

Ampco 18

ca. 660 N/ mm²

Mehrstoff Alumi­nium, Bronze, gute Zugfes­tig­keit und Streck­grenze, gutes Gleit­ver­halten, hohe Bestän­dig­keit gegen mecha­ni­schen Verschleiß, ca. 2,5x höhere Wärme­leit­fä­hig­keit gegen­über Stahl, korro­si­ons­be­ständig

Formge­bende Teile wie Einsätze, Stempel, Lager, Führungen, Spindel­mutter

Ampcoloy

ca. 660 N/ mm²

Hochleit­fä­hige Kupfer­le­gie­rung, beryl­li­um­frei,

gute Zugfä­hig­keit und Streck­grenze, ca. 7x höhere Wärme­leit­fä­hig­keit gegen­über Stahl, korro­si­ons­be­ständig

Formge­bende Teile wie Einsätze, Stempel, usw.

Etagen­formen

Etagen­formen

Die Kunst­stoff-Formteile werden in dem Werkzeug in zwei Etagen hinter­ein­ander angeordnet, im Gegen­satz zu konven­tio­nellen Werkzeugen, bei denen die Teile neben­ein­ander liegen. Die Schließ­kraft­an­teile, die von jeder Etage auf den Mittel­block wirken, heben sich dabei gegen­seitig auf. Der Schließ­kraft­be­darf für die Form wird somit halbiert. Bedin­gung ist natür­lich, dass die Formteile aus dem gleichen Rohstoff herge­stellt werden und die Geome­trie der Teile für dieses Produk­ti­ons­ver­fahren geeignet ist.

Vorteile

  • Annähernde Halbie­rung des Verar­bei­tungs­an­teils an den Formteil­kosten. Dies ist der Haupt­vor­teil für den Einsatz von Etagen­formen
  • Handling: Teile eines Schusses haben gleiche Spritz­be­din­gungen und können an der Maschine weiter verar­beitet werden (z.B. Spiegel­schweißen oder Monta­ge­vor­gänge)
  • Gerin­gerer Platz­be­darf bei der Ferti­gung. Wenn aus Kapazi­täts­gründen die Produk­tion auf zwei Maschinen nötig ist, kann die Etagen­form die zweite Maschine einsparen

Nachteile

  • Durch höhere Werkzeug­kosten, durch aufwän­dige Heißka­nal­technik, sowie Betäti­gungs­ele­mente für die Etagen und hydrau­li­sche Zusatz­aus­werfer sind die Formkosten gegen­über herkömm­li­chen Werkzeugen höher
  • Höherer Rüst- und Wartungs­be­darf, da doppelte Kavitäts­an­zahl
  • Eventuell Maschine mit verlän­gerten Holmen nötig. Wenn nicht nur flache Teile mit Etagen­formen produ­ziert werden sollen, kann überlegt werden, ob gegen gerin­geren Mehrpreis eine Maschine mit verlän­gerten Holmen angeschafft werden soll

Wirtschaft­lich­keit

Die folgenden Beispiel­rech­nungen zeigen, wo der Einsatz von Etagen­formen rentabel ist

Beispiel 1: Gegen­über­stel­lung eines 1‑fach Werkzeugs und einer Etagen­form mit je einem Formnest pro Etage:

Beispiel 1
Übliches 1‑fach Werkzeug
2‑fach Etagen­werk­zeug
Werkzeug­kosten

50.000 €

105.000 €

Materialkosten/ Teil

1 €/ Teil

1 €/ Teil

Maschi­nen­stun­den­satz (inkl. Maschi­nen­be­die­nung, Wartungs‑, Energie­kosten etc.)

75 €/ h

80 €/ h

Teilaus­stoß

80 Teile/ h

2x 75 Teile/ h

Teilepreis/ Stück (Variable Kosten)

(1+75)/ 80 = 1,94 €/ Teil

(1+80) / (2+75) = 1,53 €/Teil

Amorti­sa­ti­ons­stück­zahl

(105.000 € — 50.000 €) / (1,94 — 1,53) €/ Teil = 134.146 Teile

Die Mehrkosten der Etagen­form haben sich also nach etwa 134.000 Teilen amorti­siert, ohne Berück­sich­ti­gung von Kapital­kosten

Beispiel 2: Gegen­über­stel­lung von zwei 1‑fach Werkzeugen und einer 1+1‑fach Etagen­form für unter­schied­liche Formteile:

Beispiel 2
Zwei 1‑fach Werkzeug
1+1‑fach Etagen­werk­zeug
Werkzeug­kosten

100.000 €

115.000 €

Materialkosten/ Teil

1 €/ Teil

1 €/ Teil

Maschi­nen­stun­den­satz (inkl. Maschi­nen­be­die­nung, Wartungs‑, Energie­kosten etc.)

75 €/ h

80 €/ h

Teilaus­stoß

80 Teile/ h

2x 75 Teile/ h

Teilepreis/ Stück (Variable Kosten)

(1+75)/ 80 = 1,94 €/ Teil

(1+80) / (2+75) = 1,53 €/Teil

Amorti­sa­ti­ons­stück­zahl

(115.000 € — 100.000 €) / (1,94 — 1,53) €/ Teil = 134.146 Teile

Da die Werkzeug­kosten einer Etagen­form für zwei unter­schied­liche Formteile nur gering­fügig höher sind als zwei Einfach­formen für diese Teile, haben sich die Mehrkosten bereits nach etwa 37.000 Teilen amorti­siert.

Alle Angaben ohne Gewähr

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