Februar 2011



Mit Formschrägen Spannungen vermeiden

Lange bevor überhaupt jemand an Kunststoffteile gedacht, geschweige denn diese entworfen oder produziert hat, sind wir bereits in Form von Stieleis oder ähnlichen tiefgekühlten Leckereien, mit Formschrägen in Berührung gekommen. Die glatte, eisige Oberfläche von Stieleis entsteht genauso, wie wir die unbeschädigten Oberflächen von Kunststoffteilen herstellen: durch Verjüngung der Seiten der Form. Dadurch kann sich die Oberfläche der geformten Objekte, beim Ausstoß von den Wänden der Form lösen (siehe Abbildung 1). Bei geraden Seitenwänden wäre die Herausnahme aus der Form schwierig, was zur Beschädigung der Oberfläche des Stieleises führen könnte. Der Geschmack des Eises wäre zwar unverändert, doch das optische Erscheinungsbild würde in diesem Fall leiden.

Abbildung 1: Ohne Formschräge (links) wird das Teil entlang der gesamten Seitenwand herausgezogen; durch Hinzufügen einer Formschräge (rechts) hingegen, fällt das Teil beim Auswerfen frei aus der Form.

Abbildung 1: Ohne Formschräge (links) wird das Teil entlang der gesamten Seitenwand herausgezogen; durch Hinzufügen einer Formschräge (rechts) hingegen, fällt das Teil beim Auswerfen frei aus der Form.


Das Formen von Stieleis wird durch die Tatsache, dass sich Wasser beim Gefrieren ausdehnt, noch komplizierter. Ein Problem, das gelöst wird, indem das Griffende der Form offen gelassen wird, damit das sich ausdehnende Eis entweichen kann. Wäre die Form geschlossen, könnte die Ausdehnung des Wassers beim Gefrieren zu einem „Eisgrat“ führen, ähnlich dem Phänomen, das beim Überladen einer Kunststoff-Spritzgussform auftritt.


Im Gegensatz zu Stieleis besitzen viele Kunststoffteile Merkmale, die von Kerneinsätzen geformt werden, die aus der B-Seite der Form herausragen (siehe Abbildung 2). Einerseits kann die Schwindung des abkühlenden Kunststoffs theoretisch dazu führen, dass die Oberfläche des Teils sich leicht von der A-Seite der Form ablöst. Andererseits kann dadurch das Teil auch eng an dem Einsatz, mit dem das Merkmal geformt wurde, haften bleiben. Dies lässt sich am besten durch die Verwendung eines Teils mit Formschräge vermeiden (wobei auch die Formwand eine Formschräge bekommt). Dadurch lässt sich das Teil beim Ausstoß wirksam von der Formwand wegbewegen.

Abbildung 2: Der lilafarbene Bereich stellt ein Spritzgussteil aus Kunststoff dar; es wird durch den Kern geformt, der aus der B-Seite der Form herausragt. Das Teil mit Formschräge (rechts) löst sich beim Ausstoß leichter von der Wand der Form und des Kerns.

Abbildung 2: Der lilafarbene Bereich stellt ein Spritzgussteil aus Kunststoff dar; es wird durch den Kern geformt, der aus der B-Seite der Form herausragt. Das Teil mit Formschräge (rechts) löst sich beim Ausstoß leichter von der Wand der Form und des Kerns.


Spritzgießer sind stets darum bemüht, die Schwindung des sich abkühlenden Kunststoffs von der Formhälfte, die die Außenflächen eines Teils bildet, weg zu vermeiden, da sich dadurch Abmessungen außerhalb des Toleranzbereichs ergeben können. Hierzu wird beim Abkühlen ständig Kunststoff in die Form nachgegossen, wodurch der sich verhärtende, abkühlende Kunststoff weiter in die Form gepresst wird. Anders ausgedrückt: wenn eine Form mit erhitztem Kunststoff „voll“ ist, kann sie beispielsweise nur zu 95 Prozent voll sein, wenn der Kunststoff abzukühlen beginnt. Würde man die Kapazität von 95 Prozent beibehalten, ließe sich das entstehende Teil möglicherweise erfolgreich ohne die übliche Formschräge ausstoßen. Dabei besteht jedoch das Risiko, dass sich Hohlräume und Einsinkungen an der Oberfläche bilden und die Gefahr, dass die Textur der Formwänden nicht korrekt auf dem Teil abgebildet wird. Durch Hinzugabe der fehlenden fünf Prozent zum Volumen der Form lassen sich diese Risiken verringern, indem die Schwindung von der Formwand weg verringert wird. Korrekte Formschrägen vermeiden, dass der Formschluss das Auswerfen des Teils behindert und dass sich aus einer suboptimalen Füllung kosmetische Probleme ergeben.


Es gibt zwei weitere Gründe, Formschrägen in einen Entwurf zu integrieren. Erstens kann dadurch eine Beschädigung der Form vermieden werden, wenn wie bei einer Formschlussfläche Metall auf Metall gleitet. Zweitens lassen sich so zur Herstellung großer Rippen mit Schaftfräsern tiefe, schmale Schnitte erzeugen. (Unser Video zu Formschlussflächen ansehen.)


Der Grund für den Einsatz von Formschrägen bei Formschlussflächen ist einfach. Ohne Formschräge würden die Metallflächen schnell verschleißen, die Form würde beschädigt und in den Zwischenräumen zwischen den verschlissenen Oberflächen der Form könnten sich Grate bilden. Formschrägen bei Metallflächen minimieren den Verschleiß beim Öffnen und Schließen der Form.


Tiefe, schmale Schnitte machen den Einsatz langer Schaftfräser notwendig; und je weiter die Schneidplatte vom Spannfutter der Fräsmaschine entfernt ist, umso leichter kann der Fräser beim Drehen herausgedrückt werden. Dies kann ein Rattern und dadurch ein Zerkratzen des zu fräsenden Teils verursachen und sogar zum Abbrechen des Schaftfräsers führen. Eine breitere Rippe ermöglicht den Einsatz dickerer Schaftfräser, die beim Fräsen der seitlichen Belastung standhalten und ihre Stabilität beibehalten. Wenn die Rippe jedoch dünner sein muss, kann mithilfe von seitlichen Formschrägen der Einsatz einer verjüngten Schaftfräse ermöglicht werden, die stabiler ist als eine gerade Fräse, deren Schneidplatte dieselbe Größe besitzt. (Anmerkung: Wenn sich bei Ihrem Entwurf große, dünne Rippen mit minimaler Formschräge nicht vermeiden lassen, unterstützt unser Verfahren hierfür auch den selektiven Einsatz von EDM.)


Vergessen Sie nicht Formschrägen an Stellen einzuplanen, wo diese irrelevant erscheinen mögen. Text oder ähnliche Geometrien wie Logos und sehr flache Merkmale neigen erstaunlich oft dazu, an der Form hängen zu bleiben. Dadurch entstehen kleine, spitze, hervorstehende Materialteile, die das Aussehen von Text und kosmetischen Details beeinträchtigen können. Eine geringe Formschräge reicht aus, um ein Ablösen des Kunststoffs vom detaillierteren Teil der Form zu ermöglichen.


Wenn Sie Entwürfe für Teile mit unzureichender Formschräge vorlegen, werden in der Designanalyse des interaktiven Angebots ProtoQuote® die Bereiche angezeigt, in denen eine größere Formschräge notwendig ist. Obwohl Sie Formschrägen auch noch am Ende des Designprozesses hinzufügen können, ist es für Ihr Design vorteilhaft, wenn Sie Formschrägen bereits von Anfang an einplanen. Hier einige allgemeine Empfehlungen für Formschrägen:


  • mindestens 0,5 Grad an allen senkrechten Flächen
  • 2 Grad bieten in den meisten Situationen einen ausreichenden Sicherheitsspielraum
  • 3 Grad sind die Mindestanforderung für einen Formschluss (Metall auf Metall gleitend)
  • 3 Grad sind für eine leicht strukturierte Oberfläche erforderlich (PM-T1)
  • 5 Grad oder mehr sind für eine stark strukturierte Oberfläche erforderlich (PM-T2)

Weitere Informationen zu Formschrägen finden Sie in unseren Designempfehlungen.