Schwindung

**Kühlzeit (Cooling Time)** ist die Phase des Spritzgießzyklus, in der das bereits nachgedrückte Teil so weit abkühlt, bis es ohne Verformung entformt werden kann. Sie macht typisch **50 – 70 % der gesamten Zykluszeit** aus und ist daher das erste Optimierungsziel. ## Näherungsrechnung Die klassische Ballman-&-Shusman-Formel skaliert quadratisch mit der Wandstärke: > **t_cool ≈ (s² / α·π²) · ln[(4/π) · (T_melt − T_mold)/(T_eject − T_mold)]** Mit **s** = Wandstärke (m), **α** = Temperaturleitfähigkeit (m²/s), **T_melt / T_mold / T_eject** = Temperaturen (°C). Praktisch: **doppelte Wandstärke vervierfacht die Kühlzeit**. ## Typische Werte - Wand 1 mm: 2 – 5 s - Wand 2 mm: 8 – 15 s - Wand 3 mm: 18 – 30 s - Wand 4 mm: 30 – 50 s ## Einflussgrößen - Werkzeugtemperatur (kälter → schneller, bis zur Kondensationsgrenze) - Temperaturleitfähigkeit des Harzes (PE und PP langsamer als ABS oder PS) - Auslegung der Kühlkanäle (Abstand, Balance, Durchfluss) - Kühlmittel (Wasser + Glykol, konturnahe Kühlung) - Wandstärke (dominanter Faktor) ## Optimierung Konturnahe Kühlkanäle entlang der 3D-Geometrie (per DMLS), Wandstärken im CAD reduzieren, getrennte Temperiergeräte pro Kreislauf und Werkzeugtemperaturüberwachung mit eingebetteten Thermoelementen.

**Dimensionsstabilität (Dimensional Stability)** ist die Fähigkeit eines spritzgegossenen Teils, seine kritischen Maße über die Zeit und unter Betriebsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Last) innerhalb der Toleranz zu halten. Sie ist eine Kombi-Eigenschaft aus Harz, Konstruktion und Prozess. ## Einflussgrößen - **Harztyp**: amorph (PC, ABS, PMMA) am stabilsten; teilkristallin (PP, PA, POM) zeigen Nachschwindung - **Hygroskopie**: PA nimmt 1 – 8 % Feuchte auf, Maße können sich bis 2 % ändern - **Verstärkung**: Glasfaser senkt richtungsabhängige Schwindung um 50 – 70 %, erzeugt aber Verzug - **Eigenspannungen** aus dem Prozess (schlechter Nachdruck, asymmetrische Kühlung) - **Tg und Gebrauchstemperatur**: oberhalb Tg relaxiert das Polymer Spannungen ## Stabilste Harze (Ranking) 1. Glasfaserverstärktes PC 2. PEI / PSU 3. PC ungefüllt 4. ABS 5. POM (stabil aber Nachschwindung) 6. PA (kaum stabil ohne Trocknung) 7. PP / PE (am wenigsten stabil, hoher Ausdehnungskoeffizient) ## Prüfung und Verifikation - ISO 75 HDT (Wärmeformbeständigkeit) - ASTM D696 thermischer Ausdehnungskoeffizient - ISO 62 Dimensionsstabilität unter Feuchte - Längenmessung nach 24 h, 7 Tagen, 30 Tagen ## Verbesserung Symmetrische Kühlung, Nachdruck bis zum Gate-Einfrieren, Tempern (Annealing) bei technischen Teilen, kontrolliertes Regrind und Glasfaser- oder Mineralfüllstoffe in engtolerierten Teilen.

Synthetisches Material, das aus organischen Substanzen wie Erdöl gewonnen wird und die Fähigkeit besitzt, geformt und an verschiedene Formen und Verwendungen angepasst zu werden.

**Werkzeug (Tool / Mold)** ist die mechanische Baugruppe aus Platten, Kavitäten, Anguss- und Kühlsystem, die das Spritzgussteil formt. Es ist die **teuerste Anlagenkomponente** der Operation (10.000 – 500.000 USD) und ihre Auslegung bestimmt alles: Zyklus, Qualität, Produktivität und Stückkosten. ## Hauptbestandteile - **Düsenseitige Platte (Cavity Plate)**: an der Düse, enthält meist die Kavität - **Auswerferseite (Core Plate)**: bewegliche Seite, trägt Kern und Auswerferstifte - **Anguss-System**: Sprue, Runner, Gates (kalt oder heiß) - **Kühlsystem**: Wasser-/Glykolkanäle, konturnah in Premiumwerkzeugen - **Auswerfersystem**: Stifte, Hülsen, Abstreiferplatten, Schieber für Hinterschnitte - **Standardkomponenten**: Führungssäulen, Buchsen, Halter, Sensoren - **Wechselbare Einsätze** in Verschleißbereichen ## Werkzeugtypen - **Einkavität**: Prototypen, große Teile, geringe Produktion - **Mehrkavität** (2/4/8/16/32+): Serienfertigung - **Familienwerkzeug**: unterschiedliche Kavitäten für Teile derselben Baugruppe - **Kaltkanal**: mit Kaltkanälen, die in jedem Zyklus getrennt werden - **Heißkanal**: kein Anguss-Scrap, kürzere Zyklen - **Stack Mold**: zwei Kavitätenebenen zur Kapazitätsverdopplung - **Two-Shot / Mehrkomponenten**: zwei Harze in einem Teil ## Werkzeugwerkstoffe - **1.2311 / P20 (vorgehärteter Stahl)**: Standard für mittlere Serien, gut zerspanbar - **1.2344 / H13**: gehärtete Einsätze, hohe thermische Verschleißfestigkeit - **S136 (Edelstahl)**: hochglanzpolierte Kavitäten, Korrosionsbeständigkeit (PVC, PET) - **Aluminium (7075)**: Prototyp- oder Kleinserienwerkzeuge - **NAK80**: Spiegelpolitur ohne Verzug ## Typische Lebensdauer - Aluminium: 5.000 – 50.000 Zyklen - P20: 100.000 – 1.000.000 Zyklen - Gehärtetes H13: 1 – 10 Mio. Zyklen - Karbid / TZM in Heißkanal-Gates: bis 50 Mio. ## Kritische Wartung Reinigung nach jeder Produktion, Entlüftungsprüfung, Schmierung von Stiften und Führungen, Überwachung der Kühlkanäle (Verkalkung) und Reparatur von Kavitätenschäden, bevor sie sich ausbreiten.