Mehr Wissen.

Der Begriff Computer-Aided Design (CAD) steht für rechnerunterstützte Konstruktion. Mit dem CAD-Programm werden 2D-Zeichnungen abgeleitet sowie 3D-Volumen- und Flächenmodelle erstellt. Darüber hinaus können verschiedenste Simulationen – wie FEM, Moldflow oder Lichtoptik – durchgeführt werden. Die Modelle dienen auch zur Weiterverarbeitung an CNC-Maschinen. CAD ist zudem ein wesentlicher Bestandteil der computerintegrierten Produktion (CIM). Bei Gindele kommt das CAD-Programm VISI zum Einsatz.

Der Begriff Computer-Aided Manufacturing (CAM) steht für rechnerunterstützte Fertigung. Dabei werden Modelle und Zeichnungen direkt aus dem CAD übernommen und in Steuerungscodes (CNC) für die jeweiligen Maschinen (z. B. Senk-/Drahterodieren, Fräsen) umgesetzt. Die Daten werden anschließend über entsprechende Schnittstellen direkt an die Maschine weitergeleitet. Neben der auftragsbezogenen Datenverarbeitung umfasst CAM auch die Archivierung und Standardisierung von Fertigungsdaten. Wir arbeiten mit VISI.

Beim Spritzgussverfahren wird die Kunststoffschmelze über ein Anguss- und Verteilersystem in die Kavität geführt. Man unterscheidet zwei grundlegende Systeme:

Kaltkanalsystem: Der Verteilerkanal und der Anguss erstarren gemeinsam mit dem Formteil. Das erstarrte Material (Kaltanguss) muss manuell oder automatisch abgetrennt werden. Es kann als Mahlgut recycelt und erneut eingesetzt werden. Kaltkanalsysteme sind kostengünstig in der Herstellung und einfach zu warten. Sie eignen sich besonders für kleine Serien, Materialwechsel und empfindliche Werkstoffe.

Heißkanalsystem: Der Verteilerblock wird elektrisch beheizt und auf der Verarbeitungstemperatur des Kunststoffs gehalten. Die Schmelze bleibt im Kanalsystem dauerhaft flüssig, sodass kein Angussabfall entsteht. Heißkanalsysteme ermöglichen kürzere Zykluszeiten, eine materialschonende Verarbeitung und sind bei großen Serien wirtschaftlicher. Nachteilig sind die höheren Anschaffungskosten und der erhöhte Wartungsaufwand. Für empfindliche oder hochgefüllte Materialien sind die Auswahl und Auslegung des Systems besonders sorgfältig vorzunehmen.

Neue Gestaltungsmöglichkeiten für den Leichtbau. Durch die Verbindung hochfester Metalle mit Kunststoffen können stabile Bauteile mit einer großen Gestaltungsfreiheit hergestellt werden. Die Vorteile beider Materialien, Kunststoff und Metall, werden kombiniert und summieren sich.
Im Gegensatz zur Inserttechnik und Outserttechnik werden in der Hybridtechnik beide Werkstoffe in zusammenhängender Form mit unterschiedlichen Funktionsmerkmalen gestaltet.
Die meisten Anwendungen finden sich in der Automobilindustrie. Aber auch bei den Anwendungsgebieten „weiße Ware“ und in der Möbelindustrie findet man den Trend zum Einsatz von Hybridtechnik.

Unter Insert versteht man den Einsatz von Metallteilen im Verbund mit dem Kunststoff. Hierbei werden Metallteilen (z. B. Gewindebuchsen, Wellen) in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt.

Beim Mehrkomponentenspritzguss werden zwei oder mehr Kunststoffe in einem einzigen Werkzeug innerhalb eines einzigen Fertigungszyklus verarbeitet. Die Verbindung der Komponenten erfolgt entweder stoffschlüssig, durch Adhäsion oder gegenseitiges Aufschmelzen, oder formschlüssig, durch Hinterschneidungen.

Man unterscheidet zwischen folgenden Verfahren:

• Overmolding: Eine bereits ausgehärtete Komponente wird in ein zweites Werkzeug eingelegt und umspritzt.
• Rotationstisch-/Drehtischverfahren: Das Halbzeug verbleibt im Werkzeug und wird durch Rotation in eine zweite Kavität transportiert.
• Indexplattenverfahren: Die Kavitäten wechseln innerhalb des Werkzeugs durch Indexierung ihre Position.

Typische Anwendungen sind Hart-Weich-Kombinationen, beispielsweise PP + TPE für ergonomische Griffe oder Dichtlippen, Mehrfarbenteile ohne Nacharbeit sowie Bauteile mit integrierten Dicht- oder Dämpfungselementen.

Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich, da Montageschritte entfallen und die Verbindungsfestigkeit häufig höher ist als bei mechanisch gefügten Baugruppen.

Anwendungsgebiete: Medizintechnik, Konsumgüter, Elektrotechnik und Automobilbau.

Die Moldflow-Simulation ist eine rechnergestützte Methode zur Vorhersage des Verhaltens der Kunststoffschmelze im Spritzgusswerkzeug. Sie umfasst die Simulation des Füllvorgangs (Fill), des Nachdrucks (Pack), der Kühlung (Cool) sowie der Schwindung und des Verzugs (Warp).

Mithilfe der Simulation können bereits vor der eigentlichen Werkzeugfertigung folgende Parameter optimiert werden:

• Anschnittlage und Angussgeometrie
• Wandstärkenverteilung und Bindenähte
• Kühlkanalgeometrie und Temperierstrategie
• Schwindungs- und Verzugsverhalten

Durch die frühzeitige Erkennung von Schwachstellen, wie Lufteinschlüssen, Bindenähten oder einer ungleichmäßigen Füllung, lassen sich kostspielige Werkzeugkorrekturen reduzieren oder ganz vermeiden.

Die Simulation ist ein wesentlicher Bestandteil des simultanen Entwicklungsprozesses (Concurrent Engineering) und liefert wertvolle Daten für die Bauteil- und Werkzeugauslegung.

Bei uns wird die Software CADMOULD der Firma Simcon eingesetzt.

Bei der Outsert-Technik wird ein Metallträger – typischerweise ein Stanzgitter oder Leadframe – partiell mit Kunststoff umspritzt. Im Gegensatz zur Insert-Technik, bei der ein Metallteil vollständig in eine Kunststoffmatrix eingebettet wird, bleibt das Metallteil bei der Outsert-Technik maßgeblicher Träger der Baugruppe. Der Kunststoff übernimmt gezielt Führungs-, Dichtungs-, Befestigungs- oder elektrische Isolierfunktionen.  Dieses Verfahren ermöglicht die kostengünstige Integration mehrerer Funktionen in ein einziges Bauteil, da aufwendige Montage- und Verbindungsschritte entfallen. Es findet häufig Anwendung in der Elektrotechnik (Steckverbinder, Sensoren), der Medizintechnik (Diagnose- und Therapiegeräte) sowie im Automobilbau. In Kombination mit dem Reel-to-Reel-Verfahren (Bandumspritzen) lassen sich sehr hohe Stückzahlen wirtschaftlich realisieren.

Schwindung bezeichnet die Volumenabnahme eines Kunststoffteils beim Abkühlen nach dem Spritzguss. Sie resultiert aus der thermischen Kontraktion der Polymerketten sowie, bei teilkristallinen Werkstoffen, aus der Volumenverdichtung durch Kristallisation.

Der Schwindungsfaktor ist materialspezifisch und beträgt beispielsweise ca. 0,4–0,7 % bei PC, 0,5–2,0 % bei PA und 1,0–2,5 % bei PP. Er wird bei der Werkzeugauslegung durch ein entsprechendes Aufmaß der Kavität berücksichtigt.

Verzug (Warpage) entsteht, wenn die Schwindung im Bauteil ungleichmäßig verläuft. Ursachen sind inhomogene Wandstärken, unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten auf Kern- und Auswerferseite, Faserorientierungen in glasfaserverstärkten Materialien oder ungleichmäßige Anschnittlagen.

Verzug führt zu Maßabweichungen, die bei Präzisionsbauteilen durch Moldflow-Simulation, gezielte Temperierstrategie und angepasste Verarbeitungsparameter minimiert werden.

Das meist verwendete Spritzgießverfahren (oft umgangssprachlich auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bezeichnet) ist das Thermoplast-Spritzgießen. Beim Spritzgießverfahren können in einem Arbeitsablauf einfache sowie komplexe Geometrien hergestellt werden. Ein besonderer Vorteil findet das Spritzgießverfahren in der Massenfertigung, auf Grund kurzer Zykluszeiten und geringer Nacharbeit. Spritzgussteile können mit Massen zwischen einigen Milligramm und ca. 50 kg hergestellt werden. Mit dem Spritzgießen lassen sich Gegenstände mit hoher Genauigkeit herstellen. Dabei kann die Oberfläche des Bauteiles nahezu frei gewählt werden. Glatte Oberflächen für optische Anwendungen, Narbungen für berührungsfreundliche Bereiche, Muster und Gravuren lassen sich herstellen.
Auch der Verbund aus Kunststoff und Metall findet eine häufige Anwendung in der Spritzgussfertigung. Hierbei werden Gewindebuchsen, Kontakteinheiten, Stanzgitter oder auch Endlosbänder umspritzt. Auch die Verfahren Insert- /Outsert Technik, sowie Reel-to-Reel (Bandumspritzen) werden in unserem Haus umgesetzt.
Die Thermoplaste werden oft durch Füllstoffe und Additive für das spätere Anwendungsgebiet modifiziert. Darunter befinden sich Füllstoffe wie Glaskugeln, Glasfasern, Mineralien usw.

Funktion einer Spritzgussmaschine: Das Kunststoffgranulat wird der Plastifiziereinheit über einen Trichter oder über eine Materialförderungsanlage zugeführt. Über eine Schnecke wird es zur Spritzdüse befördert und dabei bis zur Schmelze aufgeheizt. Die maximale Menge der plastifizierten Masse wird über den Hub des vor und zurückgehenden Spritzkolbens bestimmt. Die Schmelze fließt über den Angusskanal in das Werkzeug. Das Werkzeug wird unter Druck in der Schließeinheit zugehalten. Das Werkzeug wird auch je nach Einsatz temperiert. Das Formteil erstarrt unter Nachdruck im Werkzeug. Hierbei schwindet das Formteil. Jedes Material hat seinen eignen Schwindungsfaktor. Während das Werkzeug über die Haupttrennebene öffnet wird das Formteil ausgestoßen. Der Prozess beginnt nun von vorne.

Durch das Tampondruck-Verfahren können geformte Teile, auch auf konvex oder konkav gewölbten Flächen, bedruckt werden. D.h. alle Teile, die keine geraden Druckflächen aufweisen und somit im Siebdruck nicht oder nur schwer bedruckbar sind. Die Druckfarbe wird von einem geätzten Klischee durch einen elastischen Silikon-Tampon aufgenommen. Der Tampon passt sich durch ein herabsenken dem Druckklischee an und übernimmt das Druckbild. Es erfolgt ein sogenanntes indirektes Drucken.

Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit eines nicht festen Stoffes oder Fluids. Der Kehrwert der Viskosität ist die Fluidität, ein Maß für die Fließfähigkeit eines Fluids. Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fließfähig) ist das Fluid; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fließfähiger) ist es. Normalerweise wird mit dem Begriff Viskosität die Viskosität in Scherung verbunden, es ist allerdings auch möglich die Viskosität in Dehnung zu messen. Teilchen zäher Flüssigkeiten sind stärker aneinander gebunden und somit unbeweglicher; man spricht daher auch von der inneren Reibung. Sie resultiert nicht nur aus den Anziehungskräften zwischen den Teilchen des Fluids (Kohäsion). Bei Feststoffen verwendet man stattdessen die Begriffe der Duktilität, Sprödigkeit und Plastizität. Gelegentlich wird Zähigkeit als Synonym für Viskosität verwendet. Der Begriff Viskosität geht auf den typisch zähflüssigen Saft der Beeren in der Pflanzengattung Misteln (Viscum) zurück. Aus diesen Misteln wurde der Vogelleim gewonnen, 'viskos' bedeutet also grob 'zäh wie Vogelleim'.