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Rainer Dangel

Spritzgießwerkzeuge für Einsteiger

3., aktualisierte Auflage

Der Autor:

Rainer Dangel, 73266 Bissingen/Teck, rainer@dangel.de

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Print-ISBN:       978-3-446-46449-0
E-Book-ISBN:   978-3-446-46764-4
E-Pub-ISBN:      978-3-446-46765-1

Vorwort zur 3. Auflage

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

Begleitwort

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.)

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(Quelle: wortundform)

Der Autor

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(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.

Danksagung

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.

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Image       Formenbau Schweiger GmbH & Co. KG, Uffing am Staffelsee, Anton Schweiger (Vizepräsident)

Image       Formenbau Rapp GmbH, Löchgau, Markus Bay (Vorstand Ausbildung)

Image       VDWF, Schwendi, Ralf Dürrwächter (Geschäftsführer)

Image       bkl-Lasertechnik, Rödental, Bernd Klötzer

Image       exeron GmbH, Oberndorf, Udo Baur

Image       GF Machining Solutions GmbH, Schorndorf, Gabriele Urhahn

Image       Hans Knecht GmbH, Reutlingen, Hans Knecht

Image       Hochschule Reutlingen, Prof. Dr.-Ing. Steffen Ritter

Image       MAKINO Europe GmbH, Kirchheim-Teck

Image       Meusburger Georg GmbH & Co KG, A-Wolfurt, Gerhard Krammel

Image       Reichle GmbH, Gravier- und Laserschweißzentrum, Bissingen, Volker Reichle

Image       Werz Vakuum-Wärmebehandlung GmbH, Gammertingen-Harthausen, Henry Werz

Image       Wortundform GmbH, München, Fabian Diehr

Image       3D Systems Software GmbH, Ettlingen (früher Cimatron GmbH)

Sie sind keine Verbandsmitglieder, standen mir aber auch hilfreich zur Seite. Dafür ebenfalls herzlichen Dank:

Image       Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, Nürtingen, Marcus Kurringer, Jörg Bauknecht

Image       Friedrich Heibel GmbH Formplast, Heuchlingen, Stefan Heibel

Image       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:

Image       Birgit Lins, Meusburger Georg GmbH & Co KG, A-Wolfurt

Image       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

Hinweis zur Nutzung des Buches

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.

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Bild 1 Dose mit Deckel

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Bild 2 Dose

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Bild 3 Deckel

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.

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Bild 4 Schnittansicht einer 2D-Zeichnung und Schnitt durch das 3D-Volumenmodel

1 Einleitung

„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.

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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.

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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.

2 Werkzeugarten