Verfahren zur Kunststoffverarbeitung und Teilekonstruktion

Hochdruck-Formgebungsverfahren für Kunststoffe

Bei Hochdruckverfahren wird der Kunststoff unter hohem Druck in eine Form eingebracht. Es existieren drei wesentliche Verfahrensarten:

• Formpressen (Kompression): Ein Verfahren, bei dem das Kunststoffmaterial (in der Regel Pulver) ohne anfänglichen Druck in eine geöffnete, beheizte Form gegeben wird. Anschließend schließt sich die Form unter Druck und verpresst den Kunststoff. Das Material verteilt sich in der gesamten Kavität und nimmt unter Hitze- und Druckeinwirkung die Geometrie des Werkzeugs an. Nach dem Aushärten wird das fertige Formteil entnommen. Anwendungsbeispiele: Steckverbinder, elektrische Isolatoren, Bakelit-Bauteile.
• Extrusion: Ein kontinuierliches Fertigungsverfahren, bei dem das Material durch eine rotierende Förderschnecke (Endlosschnecke) durch einen beheizten Zylinder transportiert und am Ende durch eine formgebende Düse gepresst wird. Dadurch entsteht ein endloser Strang mit dem Querschnitt der Düsenöffnung (z. B. Stäbe und Profile). Das Verfahren wird auch für die Rohrherstellung eingesetzt, indem Druckluft über eine Öffnung am Werkzeugkopf eingeblasen wird. Durch Steuerung des Luftdrucks lassen sich unterschiedliche Wandstärken erzielen.
• Spritzgießen (Injektion): Hierbei wird der Kunststoff in das Innere eines Zylinders eingebracht und dort plastifiziert. Im Zylinder befindet sich eine Schnecke, die zusätzlich als Kolben fungiert. Sobald das Material ausreichend erweicht ist, drückt die Schnecke den flüssigen Kunststoff in eine gekühlte Stahlform. Das Werkzeug wird über interne Kühlkanäle temperiert, sodass das Bauteil rasch erstarrt. Das Spritzgießen eignet sich hervorragend für die Serienfertigung großer Stückzahlen.

Niederdruck-Formgebungsverfahren (Thermoformen)

Bei Niederdruckverfahren werden Kunststoffhalbzeuge (Platten oder Folien) durch Erwärmung und mäßigen Druck an eine Werkzeugform angepasst:

• Vakuum-Thermoformen: Die Luft zwischen der erwärmten Folie und der Formkontur wird abgesaugt, wodurch sich das Material an die Form anschmiegt. Dieses Verfahren findet breite Anwendung bei der Fertigung von Lebensmittelverpackungen und Konsumgütern.
• Blas-Thermoformen: Druckluft wird gegen die erwärmte Kunststoffplatte geblasen, bis sich diese vollständig an die Form anlegt. Anwendungsbereiche: Kuppeln, Hohlkörper und Abdeckungen.
• Mechanisches Thermoformen: Die Umformung erfolgt durch rein mechanische Krafteinwirkung mittels Stempel und Matrize (männliche und weibliche Werkzeughälfte).

Weitere Fertigungsverfahren

• Gießen (Casting): Der flüssige Kunststoff wird direkt in eine Form gegossen, in der er erstarrt. Aufgrund längerer Zykluszeiten und materialspezifischer Eigenschaften wird das Verfahren seltener für Großserien eingesetzt.
• Schäumen: Luft oder andere Treibgase werden in die Kunststoffmasse eingebracht, sodass eine dauerhafte Schaum- und Blasenstruktur im Werkstoff entsteht.

Konzeption und Konstruktion von Kunststoffteilen

Ziele der Bauteiloptimierung

Die durchdachte Konstruktion von Kunststoffteilen verfolgt zentrale wirtschaftliche und funktionale Ziele:

• Reduzierung der Teileanzahl einer Baugruppe
• Senkung der Fertigungs- und Bauteilkosten
• Minimierung des Montageaufwands
• Verringerung der Ausschussquote sowie Reduktion der Prüf- und Kontrollkosten
• Erhöhung der Produktlebensdauer
• Gewährleistung einer zuverlässigen Funktionalität
• Schaffung von Mehrwert durch Integration neuer Produkteigenschaften
• Steigerung der Marktchancen und der kommerziellen Attraktivität

Einflussfaktoren auf die Bauteilgeometrie

Die endgültige Form des Kunststoffteils hängt maßgeblich von folgenden Faktoren ab:

• Der zu erfüllenden Funktion im Einsatz
• Den vorhersehbaren Betriebs- und Umweltbedingungen
• Dem ausgewählten Kunststoffmaterial
• Dem angewendeten Fertigungsverfahren

Fazit: Die Konstruktion zielt letztlich darauf ab, ein Bauteil zu realisieren, das so leicht wie möglich ist und zugleich bestmöglich auf die geforderten Einsatzbedingungen abgestimmt ist.