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Eine Spritzgießmaschine (vollständig Kunststoffspritzgießmaschine, kurz oft SGM genannt) ist eine Maschine, die aus Kunststoffgranulat direkt verwendbare Kunststoffteile herstellt. Dazu wird in der Spritzeinheit die benötigte Formmasse aufbereitet und in ein Werkzeug gespritzt, das eine Negativform (Kavität) des gewünschten Kunststoffteils darstellt. Je nach verwendetem Verfahren (Thermoplast-Spritzgießen, Duroplast-Spritzgießen oder dem Elastomer-Spritzgießen) werden verschiedene Bauteile der Maschine beheizt oder temperiert.
Genereller Aufbau
Spritzgießmaschinen bestehen generell aus zwei Teilen: Der Spritzeinheit, die das Kunststoffgranulat aufbereitet und unter Druck in das Werkzeug einspritzt, und der Schließeinheit, die das Werkzeug (auch Form) aufnimmt und es öffnet und schließt.
Spritzeinheit
Kernstück der Spritzeinheit ist eine Schneckenwelle, auch Schnecke genannt, die in einem Zylinder steckt. Der Innendurchmesser des Zylinders ist gleich dem Außendurchmesser der Schnecke. Der Zylinder wird meist Schneckenzylinder genannt. Im hinteren Bereich des Schneckenzylinders befindet sich ein Trichter, in den das Kunststoffgranulat gefüllt wird. Durch eine Öffnung (den Füllblock) rieselt das Granulat nun in den Zylinder. Von einem Antrieb gedreht, rotiert die Schnecke im Schneckenzylinder und transportiert das Granulat vorwärts.
Beim Thermoplast-Spritzgießen wird der Schneckenzylinder mittels elektrischer Heizbänder von außen erwärmt. Durch diese Hitze und die spezielle Geometrie der Schnecke, wird das Granulat nicht nur befördert, sondern auch geschert, dabei schmilzt der Kunststoff und plastifiziert und homogenisiert. An der Spitze des Schneckenzylinders befindet sich eine Düse, die den Übergang zum Werkzeug bildet.
Beim Duroplast-Spritzgießen und dem Elastomer-Spritzgießen wird hingegen der Zylinder temperiert, um eine zu hohe Massetemperatur, die durch innere Reibung entsteht, zu verhindern, da sonst die Formmasse schon im Zylinder reagieren würde.
Im Laufe des Dosiervorgangs wird die Formmasse nun meist durch eine Rückströmsperre bis zur Düse transportiert und davor gestaut. Um genügend Stauraum für die Formmasse zu bieten, wird die Schnecke axial nur mit einem geringen Druck (Staudruck) beaufschlagt, so dass sie sich Richtung Einfülltrichter verschieben kann und sich so zwischen Rückströmsperre und Düse der soge-nannte Schneckenvorraum bildet, in dem sich das Massevolumen befindet.
Der Staudruck wirkt gegen die Schmelze, so dass die Schmelze verdichtet wird, und zieht die Schnecke nicht zurück. Der Druck, den die Schmelze ausübt, bewegt die Schnecke zurück.
Bei dem Einspritzvorgang wird die Schnecke axial zur Düse hin gedrückt, wobei sich die Rückströmsperre verriegelt und so das Massevolumen durch die Düse in das Werkzeug gespritzt wird.
Nach einer 90-98 Prozentigen Teilefüllung wird auf den Nachdruck umgeschaltet. Dabei muss im Zylinder Masse verbleiben (Restmassepolster) da sonst der Druck nicht auf die Masse wirken kann. Der Nachdruck wird benötigt um den Volumenschwund auszugleichen.
Dreizonenschnecke
Bei der Thermoplastverarbeitung wird häufig die Dreizonenschnecke verwendet. In der sogenannten Einzugszone wird das Kunststoffgranulat eingezogen und in die nächste Zone, der Kompressionszone gefördert, wo der Kunststoff plastifiziert und verdichtet (entgast) wird. Die Schmelze wird danach in der Meteringzone homogenisiert und schließlich durch die Rückströmsperre vor die Schnecke gedrückt, welche sich als Folge des zunehmenden Staudruckes im Zylinder axial nach hinten bewegt.
Rückströmsperre
Die Rückströmsperre verhindert beim Einspritzen und Nachdrücken, dass das Massevolumen vor der Schnecke zurück in die Schneckengänge fließt, sodass die Schnecke als Kolben fungiert. Die Rückströmsperre sitzt am Schneckenende und besteht gewöhnlich aus drei Teilen: Der Spitze oder auch Schneckenspitze genannt, dem Sperrring und dem Druckring. Der Sperrring sitzt auf der Schnec-kenspitze und vor dem Druckring und beide gemeinsam fungieren als Anschlag. Wird dosiert, so drückt die Schmelze den Sperrring an die Schneckenspitze, sodass ein Spalt zwischen dem Sperrring und dem Druckring entsteht (Sperrringhub), durch den die Schmelze fließen kann. Wird eingespritzt, presst sich der Sperrring an den Druckring und verschließt so die Schneckengänge. Der Abstand zwischen dem Sperring und dem Zylinder wird als Schneckenspiel bezeichnet.
Schließeinheit
Die Schließeinheit besteht in der Regel aus drei Platten, die auf einem Maschinenrahmen senkrecht in einer Achse angeordnet sind. Die feste Aufspannplatte trägt dabei die eine Hälfte des Werkzeugs (Düsenseite) und ist die der Spritzeinheit am Nähesten gelegene Platte. Die feste Aufspannplatte hat mittig ein Loch, durch das die Düse hindurchfahren und an das Werkzeug andocken kann. Die zweite Platte ist die bewegliche Aufspannplatte. An ihr ist die zweite Hälfte des Werkzeugs (Auswerferseite) montiert. Sie ist beweglich und wird mechanisch oder hydraulisch in Richtung der festen Aufspannplatte gescho-ben. Da dabei die beiden Werkzeughälften zusammen geschoben werden, spricht man hier vom Zufahren. Die dritte Platte schließlich ist die Stirnplatte. Sie hat eine abstützende Funktion, denn zwischen Stirn- und der bew. Aufspannplatte befindet sich der Kniehebel bzw. der Hydraulikzylinder zum Schließen der Aufspannplatten. Die Stirnplatte ist also notwendig zum Kraftaufbau. An der bew. Aufspannplatte befindet sich ebenfalls der Auswerfer, das sind Hydraulikzylinder, die bei geöffneter Form kleine Metallstifte im Werkzeug betätigen, welche dann das Formteil aus dem Werkzeug drücken. Ebenfalls gibt es hier Anschlüsse für Kernzüge. Damit können Schieber im Werkzeug betätigt werden, das sind bewegliche Bereiche in der Form, um Hinterschneidungen anfertigen zu können (siehe auch Formenbau).
Ablauf
Der Ablauf ist von vielen Dingen abhängig. Immer ist aber ein grundsätzliches Schema vorhanden, in das je nach Bedarf weitere Schritte eingebunden werden können.
Zu Beginn des Zyklusablaufs ist das Massevolumen aufdosiert und das Werkzeug geöffnet. Zunächst wird das Werkzeug geschlossen und die Spritzeinheit an das Werkzeug herangefahren. Danach wird die Formmasse eingespritzt. Nach einer gewissen Wartezeit zum Abkühlen oder Reagieren der Formmasse wird dosiert und die Spritzeinheit wieder abgehoben. Ist nun das Formteil ausreichend abgekühlt oder ausreagiert, um entformt zu werden, wird das Werkzeug geöffnet und das Formteil gewöhnlich ausgeworfen und ein neuer Zyklus kann beginnen.
Größenordnungen
Spritzgießmaschinen gibt es in unterschiedlichsten Größen. Sie unterscheiden sich nicht nur in der Menge der verarbeiteten Formmasse sondern auch im Druck, mit dem der Kunststoff eingespritzt wird, in der Fläche des Schließens, und folglich in der Kraft, mit der das Werkzeug zusammengedrückt wird.
Bauarten
Ein weiterer Unterschied ist die Art, mit der die Kraft in der Schließeinheit (Schließkraft) aufgebaut wird. Man unterscheidet zwischen hydraulischen Maschi-nen, bei der die Form durch große Hydraulikzylinder aufgebaut und gehalten wird, und Kniehebel-Maschinen, bei der ein großer, doppelt wirkender Kniehebel das Werkzeug zusammendrückt. Der Kniehebel selbst wird wiederum ebenfalls durch einen Hydraulikzylinder bewegt, durch die Mechanik des Hebels ist jedoch deutlich weniger Kraft zum Zusammenhalten der Form nötig als bei ausschließlich hydraulischen Anlagen.
Kniehebelanlagen arbeiten in der Regel schneller und energieeffizienter, werden jedoch bei größeren Maschinen aufgrund der riesigen Kniehebelmechanik uneffizient. Daher arbeitet man bei größeren Anlagen vermehrt hydraulisch.
Daneben gibt es einige Spezialformen, wie die Zwei-Platten-Schließeinheit. Hier wird das Werkzeug nicht von hinten zusammengedrückt, sondern hydraulisch zusammengezogen. Durch den speziellen Aufbau können spezielle, große Werkzeuge verwendet werden.
Weiterhin gibt es elektrische Baureihen, bei denen die Schließkraft durch Elektromotoren erzeugt wird. Dies ist jedoch nur bei Maschinen mit sehr geringen Schließkräften möglich, da Elektromotoren keinen guten Kompromiss aus Kraft und Geschwindigkeit liefern können.
Größenangaben
Die Angaben, mit denen man eine Spritzgießmaschine in ihrer Größe bewerten und beurteilen kann, sind in der Norm Euromap (Euromap-Website) festgelegt. Da eine Spritzgießmaschine aus zwei Teilen, der Spritz- und der Schließeinheit, besteht, sind dort eindeutige Kennwerte angegeben. Danach wird eine Spritzgießmaschine charakterisiert durch die Schließkraft, mit der das Werkzeug zusammengedrückt wird, angegeben in kN (Kilo-Newton) das rechnerische Hubvolumen der Spritzein- heit in cm³, bezogen auf einen Spritzdruck von 1000 bar. Also die Menge an Form- masse, die die Spritzeinheit bei einem Druck von 1000 bar in die Schließeinheit einspritzen kann.