Auslegung von Anguss und Angusskanal

In vielen Fällen hängt die Anschnittposition von der Werkzeuggestaltung ab. Idealerweise sollte die Anschnittposition jedoch so festgelegt werden, dass sie den Anforderungen des Spritzgießbauteils entspricht. Anschließend sollte das Werkzeug so ausgelegt werden, dass die gewünschte Anschnittposition realisiert werden kann. Der Anspritzpunkt und die Auslegung des Anschnitts werden entscheidend davon beeinflusst, ob der Angusskanal entlang der primären Trennebene des Werkzeugs (also der Trennebene, in der sich die Kavität befindet) verläuft oder nicht.

Dieses Kapitel liefert nur eine kurze Einführung zu den grundlegenden Arten von Angusskanälen und deren Einfluss auf die Gestaltung und die Positionierung des Anschnitts. Einzelheiten dazu werden in den folgenden Kapiteln dieses Buches dargestellt.

In diesem Kapitel wird die Rheologie von Schmelzen und das Fließverhalten von Kunststoffen in einem Werkzeug in Grundzügen vorgestellt. Die Rheologie ist ein gut etabliertes Wissenschaftsgebiet, dennoch ist das Fließverhalten von Polymerschmelzen in einem Werkzeug wissenschaftlich nicht vollständig geklärt. Die Rheologie von Polymerschmelzen ist einigermaßen komplex und unterliegt Einflüssen wie Scherung, Temperatur und Druck, konvergierender und divergierender Strömung, elastischen Effekten, Dehnviskositäten usw. Da dies kein Fachbuch über Rheologie ist, gibt dieses Kapitel nur einen einführenden Überblick über einige der Themen, die für Spritzgießer und Werkzeughersteller wichtig sind. Einige der späteren Kapitel knüpfen an diese Einführung an.

Das Fließverhalten thermoplastischer Schmelze in einem Spritzgießwerkzeug ist ziemlich komplex. Dieses Kapitel konzentriert sich darauf, wie sich die Schmelzeeigenschaften in der Kavität verändern und welchen Einfluss sie auf das Formteil haben. Dadurch kann eine optimale Strategie für die Anschnittgestaltung und die Verfahrenstechnik festgelegt werden.

Die Auswahl des Anspritzpunkts ist entscheidend für das erfolgreiche Spritzgießen von Kunststoffteilen. Darüber hinaus ist es wichtig, nicht nur für den Anspritzpunkt, sondern auch für die Bauteilgestaltung, die Werkzeuggestaltung und die Verarbeitung eine grundlegende Strategie festzulegen. Dieses Kapitel wird zunächst auf einige wichtige Überlegungen bei der Auswahl des Anspritzpunkts eingehen. Anschließend werden 14 Gestaltungs- und Verarbeitungsstrategien vorgestellt, die einen erfolgreichen Spritzgießprozess gewährleisten.

In der folgenden Liste sind die wichtigsten Ziele bei der Gestaltung eines Verteilersystems zusammengestellt:

Die weit verbreiteten („natürlich balancierten“) Angusssysteme der zweiten Generation sind derzeit die Hauptursache für einige bedeutende Schwankungen im Spritzgießprozess. Ein Spritzgießer würde niemals eine Spritzgießmaschine mit einer Schuss-zu- Schuss-Abweichung von 10 % oder selbst 5 % akzeptieren. Diese häufig verwendeten Angusssysteme verursachen dagegen bei jedem Schuss Schwankungen, die diese Werte weit übersteigen. Die Schwankungen in der Schmelze sind so stark ausgeprägt, dass bei Mehrfachwerkzeugen häufig Füllungsungleichgewichte von über 30 % auftreten. Die Problematik dieser veralteten Angusskonstruktionen begann in einer Zeit, in der das Thema Rheologie und das Verständnis nicht-newtonscher Flüssigkeiten noch in den Kinderschuhen steckten. Daher basierten diese Konstruktionen auf einer einfachen newtonschen Hydraulik. Obwohl unser Verständnis von Rheologie und nichtnewtonschen Flüssigkeiten sich weiterentwickelt hat, sind diese veralteten Konstruktionen und der Begriff „natürlich balanciert“ so tief verwurzelt, dass viele Branchenmitglieder immer noch Schwierigkeiten haben, die Probleme zu erkennen. Trotz der Mängel wird die Ausmusterung dieser Konstruktion gebremst, da ein Paradigmenwechsel erforderlich ist, um die jahrzehntelange Nutzung und das mangelnde Verständnis in der Spritzgießindustrie zu überwinden.

In den 1950er Jahren revolutionierte die Schnecken-Spritzgießmaschine die Spritzgießindustrie durch signifikante Verbesserungen in der Schmelzequalität gegenüber den älteren Kolbenmaschinen. Heute stellen wir fest, dass die im Angusssystem entwickelten scherinduzierten Schmelzeschwankungen einen Großteil der Schmelzeschwankungen nachbilden, von denen angenommen wurde, sie wären durch das Spritzaggregat eliminiert worden. Dies in den Griff zu bekommen, könnte die nächste revolutionäre Stufe im Spritzgießen sein.

Bei thermoplastischen Kunststoffen bezieht sich die Bezeichnung Kaltkanalwerkzeug auf Werkzeuge, in denen der Anguss abgekühlt, verfestigt und mit dem Formteil bei jedem Spritzgießzyklus ausgeworfen wird. Etwa 70 % aller Spritzgießwerkzeuge sind gegenwärtig Kaltkanalwerkzeuge.

Bei einem hohen Anteil der heutzutage gebauten Werkzeuge werden Heißkanalsysteme verwendet. Sie haben zwar viele Vorteile gegenüber Kaltkanalsystemen, stellen aber auch viele Herausforderungen dar und sind für viele Anwendungen nicht die beste Wahl. In diesem Kapitel werden sowohl die Vor- als auch die Nachteile aufgezeigt, die dem Verarbeiter bekannt sein sollten.

Die Gestaltung des Fließkanals ist bei Heißkanalsystemen deutlich schwieriger als bei Kaltkanalsystemen. Ein Heißkanalsystem muss freies Fließen ermöglichen und sollte idealerweise nirgends Stellen aufweisen, an denen das Polymer nicht mit jedem Schuss frei gespült wird. Darüber hinaus sind alle Probleme mit dem Angusssystem, die eine Verlagerung, Größenänderung oder Umformung erfordern könnten, mit einem Kaltkanalsystem relativ einfach und kostengünstig zu lösen. Ähnliche Maßnahmen sind bei einem Heißkanalsystem viel komplexer und kostenintensiver. Änderungen in der Gestaltung des Fließkanals erfordern den Austausch des gesamten Verteilersystems. Darüber hinaus wird der Kaltkanalanguss nach jedem Zyklus ausgeworfen, so dass Probleme mit Totzonen ignoriert werden können, während sie in Heißkanalsystemen gelöst werden müssen.

Die Heißkanaldüse befördert die Schmelze zum Anschnitt, der die Schnittstelle des Heißkanalsystems mit der Kavität bildet. Die entscheidende Anforderung an den Anschnitt besteht darin, dass an seiner Ausgangsseite das Kunststoffteil erstarrt und an seiner Eingangsseite das Kunststoffmaterial geschmolzen bleibt. Der Abstand zwischen Ein­ und Ausgangsseite kann weniger als einen Millimeter betragen.

Abgesehen von den isolierten Systemen benötigen alle Heißkanalsysteme eigene Heizungssysteme. Dies beinhaltet die Heizelemente, die Wärmeverteilung, die Temperaturregelung und die Thermoelemente, um Messwerte aus dem Heizsystem zur Temperaturregelung weiterzuleiten.

Heißkanalsysteme reichen von relativ einfachen isolierten Systemen bis zu anspruchsvolleren außenbeheizten Systemen. Der Schwerpunkt dieses Kapitels liegt auf den vorherrschenden außenbeheizten Ausführungen. Der zufrieden stellende Betrieb dieser Systeme erfordert eine präzise Konstruktion, Bearbeitung, Montage und das richtige Vorgehen im Praxiseinsatz. Eine der wichtigsten Fragen im Zusammenhang mit der Montage ist die Gefahr von Leckagen. Leckagen können bei Heißkanalsystemen zu einem plötzlichen Komplettausfall führen und das Werkzeug für Wochen außer Betrieb setzen.

Es folgt eine Zusammenfassung der wichtigsten Faktoren, die bei der Gestaltung eines Angussverteilersystems berücksichtigt werden sollten. Die meisten Themen wurden in diesem Buch bereits im Detail erörtert.

Dieses Kapitel bietet drei verschiedene Ansätze zur Fehlerbehebung beim Spritzgießen und enthält Beiträge von John Bozzelli und Dave Hoffman. Der Abschnitt 15.1 zeigt eine Methode zur Diagnose der Strömungsgruppen und der Kavitätenbalancierung, die für die Fehlersuche bei neuen und bestehenden Werkzeugen entwickelt wurde. Diese Methode ist besonders gut geeignet, um Abweichungen zwischen einzelnen Kavitäten in Mehrfachwerkzeugen zu ermitteln. Sie bietet die Möglichkeit, scherinduzierte Abweichungen der Schmelze von Abweichungen im Werkzeug oder thermischen Problemen (Dimensionierung der Fließkanäle, Anschnitte, Kavitäten, Heißkanalsysteme etc.) zu unterscheiden und zu quantifizieren. Der Abschnitt 15.2 präsentiert einen Leitfaden für die Fehlerbehebung von John Bozzelli. Hier findet der Leser allgemeine Leitlinien zur Erkennung und Korrektur vieler Probleme, die bei Spritzgießteilen auftreten. Abschließend stellt der Abschnitt 15.3 von Dave Hoffman Anweisungen zur Einrichtung eines Spritzgießprozesses in zwei Stufen dar – eine Methode zur Einrichtung eines Spritzgießprozesses. Die vorgestellten Techniken und Methoden sind ein Ergebnis von Forschungsarbeiten des AIM-Instituts und beinhalten eine Reihe von Überlegungen und neueren Techniken zur Einrichtung eines gewünschten Spritzgießprozesses. Sowohl von BTI (Molding Genius [1]) als auch von John Bozzelli (Scientific Molding) wurde spezielle Software entwickelt, um die Diagnose und die Einrichtung zu vereinfachen. Die Software vereinfacht die Prozesse, ist jedoch nicht erforderlich, um die Verfahren durchzuführen.