Spritzgießen / Spritzguss

Spritzgießen ist ein thermisches Verarbeitungsverfahren von Kunststoffgranulat zu einem fertigen Kunststoffteil. Das Granulat wird durch Hitze plastifiziert und der Kunststoff wird in einem Werkzeug in die gewünschte Form gebracht.

Hier geht's zum Aufbau der Spritzgießmaschine

Der Spritzgießprozess

Schritt 1: Befüllen des Trichters mit Material

Das Material muss sauber und ausreichend trocken sein. Ist das Material zu feucht, was insbesondere bei Kunststoffen sein kann, die durch Polykondensation hergestellt wurden, weisen die Teile Fehler auf. Das Werkzeug wird geschlossen.

Spritzgießen, Schließen des Werkzeugs, Quelle: ARBURG GmbH + Co KG


Schritt 2: Befördern durch die Schnecke

Das Spritzaggregat besteht aus Zylinder und der innenliegenden Schnecke mit den entsprechenden Antrieben für die Rotation und den Vorschub. Durch die Drehung der Schnecke wird das Granulat aus dem Trichter in den Zylinder gefördert.

Spritzgießen, Beförderung des Materials im Trichter durch Schneckenrotation, Quelle: ARBURG GmbH + Co KG


Schritt 3: Plastifizieren und Dosieren

Mit der Förderung nach vorne wird das Granulat erwärmt, verdichtet und homogenisiert. Zur Erwärmung tragen die Heizelemente um den Zylinder bei. Die Luft zwischen den Granulatkörnchen wird nach hinten zum Trichter gedrückt. Die Schnecke bewegt sich beim Plastifizieren zurück. Wird das Material nicht genügend homogenisiert, kommt es zu Problemen beim Einfärben. Wenn man Kunststoff einfärbt, mischt man dem farblosen Granulat in einem bestimmten Verhältnis Farbgranulat (Masterbatch) zu. Wenn diese zwei Komponenten nicht genügend gemischt werden, hat das Teil eine unregelmäßige Farbe.
Jedes Material hat thermische Grenzen, in denen man es verarbeiten kann. Verarbeitet man es zu heiß, kann es sein, dass man es vollständig zerstört, ist es zu kalt, erstarrt es, bevor es die Form richtig ausgefüllt hat. Das Material braucht also ein ideales Temperaturprofil, das sich aus dem Zusammenspiel von Material, Maschine und Werkzeug ergibt.
Klar ist, für jedes Kunststoffteil benötigt man eine bestimmte Menge Granulat, die im Vorfeld berechnet wird. Diese Menge des Materials wird während des Aufschmelzens vor der Spitze der Schnecke (Schneckenvorraum) aufdosiert. Dadurch, dass die Düse vor dem Schneckenvorraum noch geschlossen ist, wird die Schnecke automatisch zurückgedrückt. Der „Staudruck“ von hinten bremst die Rückwärtsbewegung.


Schritt 4: Einspritzen

Die Düse öffnet sich und die aufdosierte Menge an Schmelze wird mit hohem Druck in das geschlossene Werkzeug gepresst. Eine „Rückstromsperre“ an der Schneckenspitze verhindert, dass die dosierte Menge in den Zylinder zurückfließt. Die Geschwindigkeit dieses Vorgangs lässt sich an modernen Maschinen sehr genau und individuell regeln. Beispielsweise müssen manche Teile erst langsam und dann schneller eingespritzt werden. Man spricht dann vom Einspritzprofil. Es wird so viel eingespritzt, dass das Teil sein Ziel-Volumen erreicht. In diesem Moment der vollständigen Ausfüllung (Umschaltpunkt) wird auf „Nachdruck“ umgeschaltet.

Spritzgießen, Einspritzphase, Quelle: ARBURG GmbH + Co KG


Schritt 5: Nachdruck

Wenn Kunststoff erkaltet, zieht er sich zusammen und verringert dadurch sein Volumen (Schwindung). Deshalb schiebt man mit hohem Druck (dem Nachdruck) noch Material nach, um die Schwindung auszugleichen.


Schritt 6: Kühlen

Die Kühlung beginnt eigentlich schon im Schritt 5, wenn die heiße Kunststoffschmelze auf die kühlere Werkzeugwand trifft. Das ist der Grund für das Schwinden des Kunststoffteiles. Um das Teil sicher aus der Form zu bekommen, muss so lange (bei großen Teilen sogar Minuten) gekühlt werden, bis das Teil vollständig erstarrt ist.  
Die Kühlzeit muss so kurz wie möglich sein, denn Zeit ist Geld, aber so lang wie nötig, um den Kunststoff vollständig erstarren zu lassen. Durch den Rückzug der Schnecke wird gleichzeitig wieder neu aufdosiert (siehe Schritt 3).

Schneckenrückzug und Dosieren, Quelle: /zukunft-mit-kunststoff/arten-von-unternehmen/maschinenbau


Schritt 7: Entformen

Die beiden Werkzeughälften werden auseinandergezogen. Es fahren Auswerfer nach vorn und schieben das Teil aus der Spritzguss-Form. Manche Teile werden auch durch einen Roboter entnommen.

Spritzgießen, Entformen des Teils, Quelle: ARBURG GmbH + Co KG

Bildquellen: ARBURG GmbH + Co KG

Die einzelnen Schritte laufen zum Teil parallel ab.

Der Trichter wird kontinuierlich mit Material versorgt. Während die Schnecke das Material nach vorn befördert, wird es auch schon plastifiziert. Nach dem Einspritzen wird die Schnecke zurückgezogen, wodurch die richtige Menge Schmelze gleich wieder im Schneckenvorraum aufdosiert wird. Schau Dir zum besseren Verständnis auch dieses Video zum Thema Spritzguss an:

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