Der Spritzgießprozess: so entstehen Kunststoffteile

Was ist Spritzgießen?

Spritzgießen ist ein diskontinuierliches Produktionsverfahren, bei dem Kunststoffgranulat in einer Schnecke aufgeschmolzen und unter hohem Druck in eine Form (Matrize) gespritzt wird. Die Form muss dabei auf die richtige Temperatur gebracht werden, damit das Material gleichmäßig fließt und das Endprodukt die gewünschte Qualität erreicht. Nach dem Aushärten wird das fertige Teil entnommen und der Prozess beginnt von vorn. Die Spritzgusstechnik fällt in die Kategorie der Formgebungsverfahren.

Der Ablauf des Spritzgießens

Um Spritzguss durchzuführen, benötigt man eine Spritzgussanlage. In der folgenden Beschreibung erläutern wir zunächst, wie eine Spritzgussanlage aufgebaut ist, bevor wir den Prozess detailliert beschreiben.

1. Fülltrichter
2. Dosierschnecke
3. Heizelemente
4. Temperiergeräte
5. Vordere Formhälfte
6. Hintere Formhälfte
7. Das Endprodukt

1. Fülltrichter
Über den Fülltrichter gelangt das Granulat in die Spritzgussmaschine.

2. Die Dosierschnecke
Das Granulat fällt über den Fülltrichter in den Schneckenzylinder. Die Schnecke besteht aus verschiedenen Abschnitten. Der vordere Teil der Schnecke dient dazu, das Granulat nach vorne zu transportieren. Dieser Abschnitt wird nicht beheizt, und die einzelnen Segmente haben eine konstante Steigung. Durch Reibung mit der Zylinderwand kann jedoch Wärme entstehen. Diese Reibung wird durch die Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke positiv beeinflusst. Alternativ können Heizelemente im Injektionsbereich vorhanden sein, die das Kunststoffgranulat erhitzen.

3. Heizelemente
Nach dem Füllabschnitt gelangt das Granulat in den durch Heizelemente erwärmten Mittelteil der Schnecke. In diesem Abschnitt nimmt die Steigung der Schnecke progressiv ab, was zu einer Kompression und erhöhter Reibung an der Innenwand führt. Dies sorgt für zusätzliche Erwärmung. In der letzten Zone der Schnecke ist die Steigung wieder konstant. Diese Zone wird in der Regel am stärksten beheizt. Wenn sich das Material in dieser Zone befindet, wirkt die Schnecke wie ein Kolben und presst den Kunststoff durch die Spritzdüse in die deutlich kältere Form. Der Druck, mit dem die Einspritzung erfolgt, hängt von der Kolbenfläche, der Temperatur, der Dichte, der Viskosität und dem vorher festgelegten Einspritzvolumen ab.

4. Temperiergeräte
Die flüssige Masse gelangt nun in die vordere Formhälfte. Ein häufiger Fehler ist, dass die vordere Formhälfte nicht auf die richtige Temperatur gebracht wird, wodurch das geschmolzene Granulat zu schnell abkühlt. Um dies zu verhindern, werden Temperiergeräte eingesetzt. Temperiergeräte sind Geräte, die die Form schnell auf die richtige Temperatur bringen und halten können. Dadurch entsteht ein perfektes Spritzgussprodukt.

5 & 6. Die vordere und hintere Formhälfte

Eine Form besteht aus zwei Teilen: der vorderen und der hinteren Formhälfte. Wichtig ist hier zu erwähnen, dass die Form die richtige Temperatur haben muss, wenn das plastifizierte Granulat (das weich gewordene Granulat) in die Form gespritzt wird. Ist die Temperatur zu niedrig, härtet das Material zu schnell aus, was zu Verstopfungen und Schäden führen kann.

7. Das Endprodukt
Wenn der Kunststoff vollständig ausgehärtet ist, öffnen sich die Formhälften, und das fertige Teil wird entnommen. Der Prozess kann sofort wieder starten, um weitere Teile herzustellen.

Welche Materialien eignen sich für das Spritzgussverfahren?

Nicht jedes Material ist für das Spritzgussverfahren geeignet. In der Spritzgusstechnik werden drei Arten von Materialien unterschieden. Der Hauptunterschied zwischen diesen drei Typen liegt im Verhalten der Materialien, wenn sie erhitzt werden.

Thermoplaste

Thermoplaste sind Materialien, die bei Erwärmung weich werden. Ein Vorteil von thermoplastischen Materialien ist ihre Wiederverwendbarkeit in verschiedenen Anwendungen. Durch erneutes Zerkleinern und Erhitzen kann das Material in andere gewünschte Formen gebracht werden. In bestimmten Umgebungen oder unter bestimmten Bedingungen kann die Eigenschaft, sich bei erhöhten Temperaturen zu verformen, negativ bewertet werden, wie beispielsweise bei der Verwendung in Flugzeugen, wo die Folgen eines Brandes sehr schwerwiegend sein können.

• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
• Polyvinylchlorid (PVC)
• Polypropylen (PP)
• Polyethylen (PE)
• Acryl
• Celluloid
• Polysulfon
• Polystyrol
• Celluloseacetat
• Teflon (PTFE)
• Polymethylmethacrylat (PMMA)
• Polymilchsäure (PLA)

Duroplaste

Duroplaste sind Materialien, die bei Erwärmung hart bleiben. Duroplaste werden seltener als Thermoplaste verwendet, da sie schwieriger durch Spritzguss herzustellen sind und schlecht recycelbar sind. Duroplastische Kunststoffe sind in der Regel deutlich spröder als thermoplastische Kunststoffe. Beispiele für duroplastische Materialien sind:

• Alkydharze
• Bakelit
• Diallylphthalat (DAP)
• Melaminformaldehyd (MF)
• Polyesterharze
• Harnstoffformaldehyd (UF)

Metalle

• Blei
• Zink
• Aluminium
• Magnesium

Vorteile des Spritzgießens

✅ Schnelle Produktion großer Stückzahlen
✅ Hohe Präzision und Detailtreue
✅ Geringe Stückkosten bei Massenfertigung
✅ Gute Oberflächenqualität
✅ Vielfältige Materialoptionen

Nachteile des Spritzgießens

❌ Hohe Anfangsinvestitionen für die Formen
❌ Lange Vorlaufzeiten bei der Formherstellung
❌ Begrenzung durch die Größe der Formen
❌ Eingeschränkte Flexibilität bei Designänderungen nach Fertigstellung
❌ Umweltbelastung durch Energieverbrauch und Kunststoffabfälle

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Fazit

Das Spritzgießen ist ein effizientes Verfahren, um hochwertige Kunststoffteile in großen Mengen herzustellen. Das Aufschmelzen des Granulats in der Schnecke durch Heizbänder ist ein zentraler Schritt, der die Grundlage für die präzise Formgebung bildet. Trotz einiger Nachteile lohnt sich das Verfahren vor allem bei der Serienproduktion.