Definition des Spritzprägens

Spritzprägen ist eine zusätzliche Variante des Spritzgießens.

Im Vergleich zum normalen Spritzgießverfahren ergeben sich folgende Unterschiede:

u Beim Spritzgießverfahren wird das Werkzeug von der Schließeinheit zugefahren und bleibt während der Einspritzzeit, Nachdruck- und Abkühlzeit geschlossen. Der Spritzling wird allein durch den wirksamen Spritzdruck aufgebaut.

u     Die Schmelze wird im Gegensatz zum normalen Spritzguß in ein teilgeöffnetes Werkzeug eingespritzt. Das Werkzeug ist mit einer umlaufenden Eintauchkante versehen und öffnet sich während des Einspritzvorganges um einen geringen Betrag (den sogenannten Prägeweg), um den es sich während der Abkühlzeit wieder schließt. Auf diese Weise wird der Volumenschwund ausgeglichen. Maßgebend für dieses kontrollierte Werkzeugöffnen ist eine zunächst geringe Werkzeugzuhaltekraft. Mit Nachlassen des Einspritzdruckes muß die Werkzeugzuhaltekraft erhöht werden. Erst nach vollkommenen Einspritzen der dosierten Formmasse erfolgt der Hochdruckaufbau der Schließeinheit. Beim Spritzprägen geht der Nachdruck nicht von der Einspritzeinheit, sondern vom Werkzeug aus.

Allgemeines

Das Spritzprägen läßt sich auf jeder Spritzgußmaschine mit hydraulischer Schließeinheit realisieren; für Kniehebelmaschinen ist ein spezielles Steuerprogramm notwendig.

Spritzprägen wird vorzugsweise bei der Duroplastverarbeitung angewandt. Es können allerdings auch Thermoplaste und Elastomere (z. B. O- Ringe) verarbeitet werden. Bei der Thermoplastverarbeitung darf die Fließfront nicht stehenbleiben.

Das Spritzprägen kann unter niedrigeren Spritzdruck und niedrigerer Schließkraft durchgeführt werden, allerdings ist die Spritzgeschwindigkeit höher als beim normalen Spritzgießen.

Vorteile des Spritzprägens

Mit dem Spritzprägeverfahren ist es möglich, Orientierungen und Verzugserscheinungen der Spritzteile weitgehend zu vermeiden. Die Spritzmasse wird langsam (im Quellfluß) mit niederem Druck in das etwas geöffnete Werkzeug gefüllt. Durch das langsame Einspritzen wird erreicht, daß Füllstoffe und Molekülketten homogen verteilt werden (nicht orientiert). Nachdem die Form vollständig gefüllt ist, wird das Werkzeug vollständig geschlossen und damit an allen Stellen des Formnestes der gleiche Innendruck erreicht. Das Material braucht nicht mit den sonst üblichen hohen Einspritzdrücken in das Werkzeug gespritzt werden, wodurch die Reibung der Spritzmasse an den formbildenen Flächen entfällt. Der beim Spritzgießen angußnahe wesentlich höhere Werkzeuginnendruck entfällt ebenfalls.

Das Spritzprägeverfahren kann dann sinnvoll angewendet werden, wenn lange flache Teile mit einem ungünstigen Wandstärken-Fließweg-Verhältnis und zum Verzug neigende Teile hergestellt werden sollen. Es lassen sich Teile mit höchster Präzision herstellen. Man erhält hochfeste Teile (Beim Prägevorgang werden die Formteile in der Werkzeughöhlung in einem Maße verdichtet, wie dies über die Angußwege auch bei höchstem Einspritzdruck nicht möglich ist. Sie besitzen demzufolge einen homogenere Struktur als normal gepritzte Artikel.) mit hoher Oberflächengüte, sehr guter Maßgenauigkeit. Deshalb werden meist optische Linsen, Prismen mit dieser Technik erzeugt.

Arten des Spritzprägens

Bei der Werkzeugkonstruktion sind die  Verfahrensbesonderheiten ebenfalls zu berücksichtigen.

Je nach dem wie der Formhohlraum verkleinert wird, unterscheidet man die in Abb. 2 zusammengefaßten Varianten des Spritzprägens.

Am einfachsten läßt sich die Verkleinerung des Formhohlraums dadurch erreichen, daß man das Werkzeug mit hydraulisch verschiebbaren Kernen ausstattet, die nach der angestrebten schnellen Versiegelung (durch Einfrieren oder mechanisch in den Formhohlraum eingeschoben werden ("Spritzprägen mit verschiebbaren Kern"). Hierbei ist zu unterscheiden zwischen dem Prägen auf die Querschnittsfläche (A) oder auf Teilflächen (B).

Abbildung 1: Varianten des Spritzprägens

Ohne zusätzliche Kerne läßt sich das Spritzprägen dadurch verwirklichen, daß man den Werkzeughohlraum durch Verschieben der beweglichen Werkzeughälfte verkleinert (siehe C, D, E). Hierfür sind Werkzeuge erforderlich, die bei diesem Verschiebevorgang die erforderliche Dichtheit aufweisen.

Gebräuchlich sind Werkzeuge mit Federelemten sowie mit Tauchkanten. In den meisten Fällen richtet man es so ein, daß das Werkzeug beim Schließvorgang um den Prägespalt s_p geöffnet bleibt oder sich beim Einspritzen um s_p öffnet. Nach erfolgter Füllung und Versiegelung des Formhohlraums wird durch Erhöhung der Schließkraft die bewegliche Werkzeughälfte um den Prägeweg s_p vorwärts bewegt. ("Spritzprägen mit der beweglicher Werkzeughälfte"). Hierfür muß man die Spgmaschinen mit entsprechend modifizierten Schließeinheiten ausstatten, so daß ein zweistufiger Schließvorgang mit dem auf den Prägevorgang abgestimmten Verlauf der Schließkraft möglich ist.

Die Öffnung des Werkzeugs um einen vergrößerten Spalt s_p*, der größer als für die Kompensation der abkühlungsbedingten Volumenkontraktion notwendig ist, verringert den Fließwiderstand beim Füllen, ermöglicht eine kurze Füllzeit und vermindert die Orientierung (Spritzprägen mit Teilfüllung).

Abb. 2 zeigt das Spritzprägen mit Teilfüllung in den 3 Phasen:

I.     Einspritzen

II.   Prägen

III. Entformen

Die Teile b und c bilden die für das Prägen erforderlichen Tauchkanten (Prägespalt z). Beim Öffnen des Werkzeugs (III) bewirken die Tellerfedern t die Rückführung der Zwischenplatte h um den Prägespalt z. Die ausgehärtete Angußstange bleibt beim Zurückfahren der Düse d an der Hinterschneidung h hängen und wird über eine pneumatisch betätigte Vorrichtung von der Düse abgetrennt.

Abbildung 2: Spritzprägewerkzeug für Teller aus Melamin- Formmasse

Verarbeitungsparameter

Prägespalt

Die richtige Einstellung des Prägespaltes ist ein wichtiges Kriterium bei der Optimierung. Ist der Prägespalt zu klein, wird der Schmelzepropfen beim Einspritzen in den Werkzeughohlraum auf eine zu große Fläche verteilt und kühlt somit stärker ab. Es besteht die Gefahr eines unvollständig ausgefüllten Formteils.

Ist der Prägespalt zu groß, bildet sich der Massepfropfen wegen der Schwerkraft tropfenförmig aus. Auch das kann zu einen unvollständig ausgeprägten Formteil führen.

Beim Herstellen dünnwandiger Formteile kann nur das Verfahren mit teilweiser Füllung des Werkzeughohlraumes angewendet werden.

Der Prägespalt s_p, um den das Werkzeug während des Einspritzvorganges geöffnete bleibt, muß mechanisch, hydraulisch oder elektrisch auf mindestens

0,1 mm genau sein.

Hydraulikdruck

Ein hoher Hydraulikdruck ermöglicht schnelles Prägen. Deshalb wird mit hohem Druck gearbeitet (bis zu 400 bar).

Temperatur

Mit zunehmender Temperatur wird die Viskosität der Schmelze geringer. Daraus resultiert eine bessere Werkzeugfüllung. Man arbeitet deshalb mit Temperaturen, die knapp unter der Zersetzungstemperatur liegen.

Literaturverzeichnis