August 2011



Durch dick und dünn

Um die Bedeutung einer gleichmäßigen Wandstärke beim Schnellspritzgießen besser verstehen zu können, sollte man sich vorstellen, dass statt Kunststoff Wasser in eine Form eingespritzt wird. Das Wasser nimmt den Weg des geringsten Widerstands und füllt in einer gut belüfteten Form schnell und gleichmäßig jeden Winkel, unabhängig von der Form und Größe der Formmerkmale. Auch Kunststoff sucht sich den Weg des geringsten Widerstandes durch die Form, doch ansonsten verhält sich Kunststoff ganz anders als Wasser. Erstens ist er weitaus zähflüssiger als Wasser und muss unter Druck in die Form gepresst werden. Zweitens wird Kunststoff beim Abkühlen viskos und erstarrt letztendlich. Und schließlich kann ein spritzgegossenes Kunststoffteil nach dem Erstarren auch Stunden später — selbst wenn es sich bereits kühl anfühlt — noch weiter schrumpfen. Bei einem fehlerhaften Entwurf kann es daher schwierig oder unmöglich sein, eine Form gleichmäßig mit Kunststoff zu füllen.


Im Allgemeinen können im Zusammenhang mit der Dicke zwei Merkmaltypen Einspritzprobleme bereiten. Der erste ist eine „Insel“ aus Aluminium, also ein Kern. Es handelt sich dabei um ein hervorstehendes Formmerkmal, das einen dünnen Bereich in einer Kunststoffwand bildet und durch das der Kunststoff fließen muss. Der zweite Typ ist eine Insel aus Kunststoff, oder ein Hohlraum, ein dicker Bereich der Wand, der gefüllt werden muss. Jeder der beiden Typen bedeutet eine Abweichung von der gleichmäßigen Wandstärke und stellt seine eigenen Herausforderungen.


Ein Beispiel für eine Aluminiuminsel ist eine Etikettenvertiefung in einer ansonsten gleichmäßigen Wand. Wenn die Vertiefung die Wandstärke erheblich reduziert, findet der Kunststoff in der Regel einen Weg des geringsten Widerstandes auf beiden Seiten der Vertiefung. Er fließt dann um die Aluminiuminsel herum und kann die gesamte übrige Form füllen, bevor er den dünnen Bereich auffüllt. Inzwischen ist der Kunststoff abgekühlt, sodass die Fließfronten, die in diesem Bereich aufeinandertreffen, nicht vollständig verschmelzen. Dies führt zu einer ästhetischen – manchmal auch funktionellen – Beeinträchtigung der Bindenaht. Wenn der dünne Bereich nicht belüftet ist, können sich außerdem Gaseinschlüsse bilden, in denen Luft durch den nachfließenden Kunststoff verdichtet wird. Verdichtetes Gas erhitzt sich gemäß der allgemeinen Gasgleichung (pV = nRT) und kann den Kunststoff „verbrennen“.


Ihre Etikettenvertiefung kann einfach so gestaltet werden, dass kein dünner Bereich in der Wand entsteht. Kombinieren Sie dazu die Vertiefung auf der einen Seite der Wand mit einer Ausbuchtung auf der anderen Seite. So behält die Wand ihre Dicke bei und macht lediglich eine leichte Biegung. Bei einer sanften Kurve verlangsamt sich der nachfließende Kunststoff nicht, und die Vertiefung wird zusammen mit dem umliegenden Wandbereich gefüllt (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Bei einer gleichmäßigen Wandstärke (1.1 und 1.3) kann der Kunststoff frei fließen, wenn Teile spritzgegossen werden. Im Beispiel 1.2 hingegen kommt es wegen des dünnen Bereichs zu einer Beeinträchtigung des Materialflusses.

Abbildung 1: Bei einer gleichmäßigen Wandstärke (1.1 und 1.3) kann der Kunststoff frei fließen, wenn Teile spritzgegossen werden. Im Beispiel 1.2 hingegen kommt es wegen des dünnen Bereichs zu einer Beeinträchtigung des Materialflusses.


Eine Kunststoffinsel ist beispielsweise ein Dom, der längs an einer Wand angebracht ist. Mehr Kunststoff an dieser Stelle führt zu vermehrten Einsinkungen, die in der Regel auf der gegenüberliegenden Seite der Stützwand auftreten. Die Lösung besteht darin, den Dom von der Wand entfernt zu platzieren und über eine dünne Versteifung (siehe Abbildung 2) mit der Wand zu verbinden. Um zu vermeiden, dass die Versteifung selbst als dicker Bereich agiert, sollte die Wandstärke 50 % +/- 10 % der eigentlichen Wandstärke betragen. (Dasselbe gilt für die Wandstärke des Dom in Bezug auf die Wand, aus der er hervortritt.)

Abbildung 2: Wenn ein Dom nahe an einer senkrechten Wand platziert ist, kann es verlockend sein, den Dom durch Füllen des Zwischenraums, zwischen Dom und Wand, mit dieser zu verbinden, wodurch ein dicker Bereich entsteht. Besser lässt sich der Dom mithilfe einer oder mehrerer Rippen mit der Wand verbinden.

Abbildung 2: Wenn ein Dom nahe an einer senkrechten Wand platziert ist, kann es verlockend sein, den Dom durch Füllen des Zwischenraums, zwischen Dom und Wand, mit dieser zu verbinden, wodurch ein dicker Bereich entsteht. Besser lässt sich der Dom mithilfe einer oder mehrerer Rippen mit der Wand verbinden.


Abgesehen von Einsinkungen können dicke Bereiche im zuerst beschriebenen Fall schwer zu füllen sein. Wenn der Kunststoff durch einen dünnen Bereich fließen muss, um zum dicken Bereich zu gelangen, kann er abkühlen und aushärten, noch bevor der dicke Bereich gefüllt ist. Es entsteht ein Lunker. Die Position des Angusses kann Abhilfe schaffen, jedoch unter Umständen keine umfassende Lösung bieten. Besser ist es, dicke Bereiche zu vermeiden.


Je anspruchsvoller das Design ist, umso wichtiger ist die Kunststoffauswahl. Bei Polycarbonat beispielsweise entstehen in praktisch allen dickwandigen Bereichen Lunker. Polypropylen ist für Einsinkungen und die Bildung kleiner Bläschen in dicken Bereichen anfällig. Acryl wiederum eignet sich allgemein besser bei dicken Querschnitten. Glasfaserverstärkte Werkstoffe, die „bösen Buben“ in der Welt des Kunststoffs, sind fast immer anspruchsvoll, insbesondere bei ungleichmäßigen Geometrien, wo die schwachen Fließeigenschaften zu Verformungen und unzähligen kosmetischen Problemen führen können.


Zusammenfassend lässt sich sagen, dass drei Faktoren den Kunststofffluss beeinflussen: Design, Werkstoff und Angussposition. Im Allgemeinen können Sie die ersten beiden beeinflussen, während Protomold sich um die dritte Variable kümmert. Normalerweise positioniert Protomold den Anguss am dicksten Bereich, damit der Kunststoff zum dünnsten Bereich fließen kann. Wenn Sie Fragen hierzu (oder zu anderen Themen) haben, wenden Sie sich an unsere Mitarbeiter des technischen Kundendienstes unter der Rufnummer +49 (0) 6261 6741 768. Wir werden alle uns zur Verfügung stehenden Hilfsmittel, darunter die Protoflow® Füllanalyse-Software, einsetzen, um Ihnen beim Erreichen Ihrer Ziele behilflich zu sein.


Wenn Sie mehr über die Wandstärke und die damit verbundenen Einspritzprobleme erfahren möchten, sehen Sie sich unsere Video-Design-Tipps an.