Anguß- und Anschnittgestaltung 

Allgemeines

Die Anguß- und die Anschnittgestaltung ist dafür verantwortlich, die Formmasse möglichst mit gleichem Druck und gleichem Zustand in alle Werkzeughohlräume gleichzeitig einzuspritzen. Die Gestaltung des Anschnittes und der Ort des Anbindens am Teil nimmt Einfluß auf die Orientierung und die Eigenspannung des Spritzlings.

Verteilerkanal

Anschnittkanal

Auswerferstift

Formeinsatz schließseitig

Spritzteil

Angußbuchse

Spritzdüse

Angußkanal

Anguß- Auswerferstift mit Halteprofil

Abbildung Schematische Darstellung der Angußtechnik von Spritzteilen (Beispiel bezieht sich auf ein 4- fach- Werkzeug)

(a) Angußkegel (Angußstange, Angußzapfen)

(b) Angußzieher

(c) Angießkanal

(d) Fortsetzung zur    Aufnahme des kalten Propfens

(e) Angußverteiler

(f) Stauboden

(g) Angußsteg (Anschnitt)

(h) Formnest

Abbildung Angußsystem

Nach DIN 24 450 wird unterschieden in:

Anguß, als Teil des Spritzlings, der nicht zum Formteil gehört

Angießkanal, betrachtet von der Eintrittstelle der plastifizierten Formmasse in das Spritzgießwerkzeug

Anschnitt, als Querschnitt des Angießkanals an der Stelle, wo er in das Formnest mündet

Anforderungen an das Angußsystem, Einflußgrößen

Der Weg der Schmelze bis in die Kavität sollte möglichst kurz sein, um unter anderem Druck- und Wärmeverluste zu minimieren. Ausführungsart und Lage des Anschnittes/ Angusses sind von Bedeutung auf die:

wirtschaftliche Fertigung: - minimales Angußvolumen (Abfall)

- Automatische Anschnittabtrennung bei der

Entformung

Eigenschaften des Formteils

Toleranzen

Bindenähte

Höhe der Eigenspannungen: - gleichmäßiger Füllverlauf

- guter Nachdruckverlauf

Angußarten

Der Materialfluß wird vom Anguß bestimmt. Je nach Art des Materials und den Anforderungen auf die Temperatur bezogen sind folgende Arte zu unterscheiden

normale Verteilerkanäle

Die normalen Verteilerkanäle sind die einfachste Angußart. Sie sind direkt in die Werkzeugplatte eingearbeitet und ihre Temperatur entspricht der Werkzeugtemperatur. Das Material, daß sich im Verteilerkanal befindet erstarrt, und muß entfernt werden. Diese Art von Verteilerkanälen sind sowohl für Thermoplaste als auch für reagierende Formmassen verwendbar.

Heißkanäle

Heißkanäle sind separat beheizte Verteilerkanäle, die ausschließlich in Thermoplastwerkzeugen anzuwenden sind. Dadurch daß der KStoff immer im schmelzflüssigen Zustand ist, muß der Kanalinhalt nicht entformt werden, und kann für den nächsten Schuß verwendet werden.

Das Problem beim Heißkanal liegt in der thermischen Trennung des Heißkanalblocks vom übrigen Werkzeug.

Kaltkanal

Der Kaltkanal oder auch "cold runner" ist ausschließlich für regierende Formmassen, wie z. B. Duroplaste oder Kautschuk geeignet. Das Problem der thermischen Trennung ist auch hier vorhanden. Der Kanal muß im heißen Werkzeug von ca. 160 - 180°C verhältnismäßig kalt bei 80 - 120°C gehalten werden, damit die Formmasse nicht schon im Kanal ausreagiert.

Angußformen

Abbildung Angußarten bei Spritzgießwerkzeugen

Abb. 3 faßt die wichtigsten Angußarten zusammen. Folgende 3 Gruppen lassen sich unterscheiden:

I)  Angüsse, die am Spritzling verbleiben und nachträglich spanabhebend entfernt werden müssen (A - E)

II) Angüsse, die beim Entformen abgetrennt und separat entformt werden (F- I)

III) Angüsse, die beim Entformen abgetrennte werden, aber ständig im Werkzeug verbleiben (L - M)

Stangen- oder Kegelanguß

am meisten verwendete Angußart beim Spritzguß

Anwendung vor allem bei dickwandigen, zentral angespritzten Teilen

hohe Qualität, da geringe Eigenspannung (Maßhaltigkeit)

jedoch: Nacharbeit, Anschnitt sichtbar, nur für Einfachwerkzeuge

leicht auswechselbare, genormte Angießbuchse

Angußzieher?

(A) Z- förmiges Halteprofil

(B) konisches Profil

(C) eingestochene Ringnute

(D) konisches Halteprofil

Abbildung Schematische Darstellung der Gestaltung von Anguß- Ziehstiften und Halte- Kanälen

Band- oder Filmanguß/anschnitt

geeignet für flächige Teile (z. B. Platten, Flachstäbe)

keine Bindenaht => hohe Qualität, gute Maßhaltigkeit

kein Verzug bei Platten

jedoch: Nacharbeit, Angußstelle sichtbar

Mehrfachwerkzeug möglich

Dicke des Anschnittes: 0,2 - 0,4 mm ( bei großen Artikeln bis 3 mm)

Heißkanal

Vorteile von Heißkanaldüsen:

Zykluszeiten herabgesetzt

Verlustfreies Arbeiten, kein Angußabfall

keine mechanische Nacharbeit

Anguß an beliebiger Stelle

hohe Qualität durch Temperaturregelung bis an den Anschnitt, Nadelverschlußdüse

bei sachgerechter Auslegung geringere Druckverluste

auch für extrem große Teile, od. Etagenwerkzeuge

Schirmanguß

bei rotationssymmetrischen Teilen

einseitige Kernlagerung

vermeidet Bindenähte und Kernversatz

Nacharbeit, Anguß sichtbar, nur Einfachwerkzeuge, Mehrfach nur mit

3- Platten- Werkzeuge

Ringanguß

geeignet für rotationssymmetrische Teile (lange rohrförmige Teile)

beidseitige Kernlagerung => geringer Kernversatz

weder Bindenaht noch Fließmarke

Mehrfachwerkzeug möglich

gute mech. Eigenschaften, gut Maßhaltigkeit

spanabhebende Angußentfernung

Scheiben- (Teller-, Membran-)anguß

geeignet für zylindrische Formteile

keine Bindenähte

jedoch: Anguß muß spanabhebend entfernt werden, liegt aber in der Innenseite des Formteiles

Tunnelanguß/anschnitt

für kleine Teile in Mehrfachwerkzeugen, für elastische Formmassen u. ä.

geeignet für seitliches anbinden vom Formteil

je nach Anordnung wird der Anschnitt beim Öffnungsvorgang des Werkzeugs oder im Augenblick des Auswerfens durch eine vorgegebene Schneidkante vom Formteil abgetrennt: "Abreißanguß"

mögliche Probleme: vorzeitiges versiegeln

kaum erkennbare Markierung, automatische Angußentfernung => Wirtschaftlichkeit

Abreißpunktanguß im 3- Platten- Werkzeug

großes Angußvolumen (Abfall)

hohe Bauhöhe

sonstige Punkte siehe Stangenanguß

heute wird meist mit Heißkanal gearbeitet

Punktanguß mittels dem Vorkammernsystem

heute nicht gebräuchlich

automatische Trennung des Angusses => keine Nacharbeit

für thermisch stabile Formmassen (PE, PP, PS)

Einfachwerkzeuge

Mehretagenanguß

großes Angußvolumen

große Bauhöhe

heut meist als Heißkanal

Isolierkanal

"Vorgänger" der Heißkanals

bei Zyklusunterbrechung einfrieren des Anguß => großer Abfall

nur für wenige KStoffe geeignet (PE, PP, PS)

Gestaltung der Verteilerkanäle

Die Strömungswege zu den Formhöhlungen, die Verteilerkanäle müssen so gestaltet sein, daß eine gleichmäßige Füllung der einzelnen Formeinarbeitungen gewährleistet wird. Insbesondere muß darauf  geachtet werden, daß der Einspritzdruck und auch der Nachdruck auf die einzelnen Formeinarbeitungen gleichmäßig wirksam werden kann; letzterer Forderung wird besonders schwierig dann zu entsprechen sein, wenn die Formeinarbeitungen eines Mehrfach- Werkzeuges (Familien- Werkzeug) hinsichtlich ihres Füllvolumens stark voneinander abweichen.

Das aufgeschlossene Material muß vom zentralen Stangenanguß aus durch Verteilerkanäle zu den einzelnen Formeinarbeitungen geleitet werden, Die Gestaltung des Querschnittes dieser Kanäle muß unter Beachtung strömungstechnischer Forderungern erfolgen, damit keine Stauungen im Materialfluß eintreten und die Formfüllung beeinträchtigen. Es ist die Aufgebe des Verteilerkanales, die plastfiizierte Formmasse mit möglichst geringer Veränderung ihrer Strukturviskosität zur Formhöhlung zu leiten. Die beste Lösung wird bei kreisförmiger Formgebung des Verteilerkanal- Querschnittes erzielt (kleinstes Volumen/ Oberflächen- Verhältnis).  Man verwendet bei den Kanalgeometrien aber auch parabel-, trapez-, halbrund- und rechteckförmige Kanäle.

Abbildung Schema der Querschnitt- Gestaltung von Verteilerkanälen

Man sollte beim Einfräsen der Verteilerkanäle in die Formplatten stets den kürzesten Weg zur Formhöhlung wählen und tote Kanäle grundsätzlich vermeiden.

Der Planung von Verteiler- Systemen liegen in der Praxis im allgemeinen fünf Punkte zugrunde:

Anzahl der Formeinarbeitungen die zu füllen sind

Wandstärke bzw. Querschnitt des Spritzteiles

Schmelzviskosität der vorgesehenen Formmasse innerhalb ihres Verarbeitungsbereiches

Länge des Fließweges bis zur Formhöhlung

Angußsystem soll nicht überdimensional gegenüber den Formteilen gestaltet sein

Für die Dimensionierung der Kanäle, die als letztes einfrieren sollen gilt allgemein:

Ein weiterer Wichtiger Punkt ist die Oberflächenbeschaffenheit der Kanäle. Allgemein kann  man davon ausgehen, daß es besser ist die Kanäle nicht zu polierten, damit die erstarrte Haut besser an der Kanalwand haftet, und nicht von der plastischen Seele mitgerissen wird. Dies gilt natürlich nicht für alle KStoffe. Einige Ausnahmen wären PVC, PC , PF. Bei diesen Materialien muß der Kanal hochglanzpoliert werden oder u. U. sogar verchromt werden.

Verteilerkanäle in Mehrfachwerkzeugen

Es gibt grundsätzlich eine Unterscheidung der Anordnung der Verteilerkanäle in Stern-, Linien- und H- Verteilung.

Abbildung Verteilerkanäle bei Mehrfachwerkzeugen

(1) Doppelverteilerkanal

Dreifachverteilerkanal

(3) Verteilerkreuz

(4, 5, 6) Mehrfachverteilerkanäle

8fach- Spritzwerk mit Verteilerspinne

12fach- Verteilerspinne

16fach- Verteilerspinne

16fach- Spritzwerkzeug mit Verteiler-kreuz

ungünstige Angußverteilergestaltung

Ringanguß

6fach- Spritzwerkzeug mit Doppelan-schnitt

(14, 15) Anguß-gestaltung bei Spritzwerkzeugen mit Gewindekernen

Abbildung Verteilerkanäle bei Mehrfachwerkzeugen

Gestaltung der Anschnitte

Die Anschnittkanäle sind hinsichtlich ihrer fließtechnischen Gestaltung für das Produktionsresultat sehr bedeutungsvoll. Der Anschnitt bildet den Übergang vom Verteilerkanal zur Formhöhlung und ist das letzte Glied im Angußsystem. Von seiner Dimensionierung und Formgebung hängt die Gleichmäßigkeit der Formfüllung ab; ein Umstand der oft Korrekturmaßnahmen erforderlich macht.

Der Anschnitt muß so angelegt werden, daß er eine Materialpassage unmittelbar aus der plastischen Seele des Verteilerkanals gestattet.

Der richtig gestaltete Anschnittkanal bewirkt genau wie der Punktangußkanal einen Nachplastifiziereffekt der Formmasse wenn sie die Querschnittreduktion durchfließt. Es geht bei der Durchströmung des engen Kanals ein Teil des Spritzdrucks verloren, der in Wärme umgewandelt wird. Der damit verbundenen Temperaturanstieg bewirkt einerseits eine nochmalige Senkung der Viskosität des Materials (Strukturviskosität), kann jedoch bei thermisch instabilen Massen auch Verbrennungserscheinungen hervorrufen. Die Niederviskosität fördert eine gute Ausformung, außerdem friert der Anschnitt ev. Später ein.

Die Dimensionierung der Anschnitte die Anbindungsmöglichkeiten und auch die Ermittlung der verschiedenen Angußsysteme erfolgt heute mittels Rechnerprogrammen ( z.B. Moldflow, Cadmold  u. ä.)

In der Regel ist der Anguß die engste Stelle des Angußsystems.

Die Anforderungen, die man an den Anschnitt stellt sind:

der Querschnitt des Anschnitts soll möglichst kein sein

er soll gut entformbar bzw. abtrennbar sein

und er soll die Funktion des Formteils weder optisch noch mechanisch beeinflussen.

Als Anschnittarten sind folgende in der Praxis in Verwendung:

Punktanschnitt bzw. alle Abwandlungen des Punktanschnittes

Band- oder Filmanschnitt

Stangenanguß (Sonderform: Anschnitt ist nicht die engste Stelle des Angußsystems; wird an die dickste Wandstärke angebunden um auch großvolumige Teile fertigen zu können)

Als Anschnitte kommen runde, halbrunde oder rechteckige Geometrien in Frage. Günstig wäre der rechteckige Anschnitt, halbrunde lassen sich leichter entformen

Lage des Anschnittes am Formteil

Man unterscheidet hier zwischen zentrischer und exzentrischer Anbindung.

Der zentrische  Anschnitt hat den Vorteil, daß man einen Rundkanal verwenden kann, welcher am günstigsten ist. Allerdings ist er schwieriger zu fertigen und erfordert meist Nacharbeit. Weiters kann es beim zentrischen Anschnitt zu einem Freistrahl kommen, der Markierungen am Formteil hinterlassen würde.

Der exzentrische Anschnitt zeichnet sich durch einfache Herstellung aus. Weiters läßt sich der Anschnitt besser vom Formteil trennen, da man halbrunde Querschnitte verwenden kann. Da der Anschnitt hier an der Flucht der Wand mündet, kann kein Freistrahl entstehen, es ist jedoch darauf zu achten, daß kein kaltes Material in das Formnest eingespritzt wird, da sonst eine Gefrierspur (Schallplatteneffekt) am Formteil zu sehen ist.

Abhilfe in beiden Fällen schafft eine "Überlaufbombe", somit bleibt die plastische Seele erhalten.

Abbildung Überlaufbombe

Die Lage des Anschnitts ist allgemein von großer Bedeutung. Bekanntlich sind Festigkeitseigenschaften, Schwindung und Orientierung von der Fließrichtung abhängig. Aus diesem Grund ist man bestrebt die Fließrichtung parallel zur Hauptbeanspruchungsrichtung zu legen, da so die besseren mechanischen Eigenschaften erzielt werden. Dies gilt allgemein auch für gefüllte KStoffe.

Weiters treten Bindenähte auf wo der KStoff zusammenfließt (hinter einer Ausnehmung). Diese Stellen weisen auch geringere mechanische Werte auf. Angußnahe Bindenähte sind weniger problematisch, da sie sich durch die höhere Massetemperatur im Angußbereich besser verschweißen.

Bei Formteilen mit vielen Querrippen (z. B. Steckerleisten) ist es sinnvoll viele Angüsse nebeneinander anzubringen oder einen Filmanguß zu wählen, damit die gleiche Schmelzequalität, und gleichzeitig gleichförmige Abkühlung zustande kommt. Man kann sich ein Bild davon verschaffen, wie das Werkzeug bei bestimmten Anschnittorten gefüllt wird, indem man mit der Füllbildmethode verschieden Anschnittpositionen simuliert.

Abbildung (schematisch) Freistrahl, Gefrierspur

Verteilerkanäle, Anschnitte für vernetzte Formmassen

Bei vernetzten Formmassen ist es von großem Vorteil Die Verteilerkanäle so klein wie möglich zu machen, da dieser Volumsanteil nicht regeneriert werden kann (Abfall). Die Anschnitte sollen im Gegensatz zu den Thermoplasten auch möglichst klein gestaltet werden, denn die Anschnitte haben bei der Duroplastverarbeitung die Aufgabe, die Massetemperatur durch Friktion zu erhöhen, um die Vernetzung zu fördern. Der Anschnitt ist so zu legen, daß er leicht entfernbar ist, ohne das Formteil zu beschädigen. Grundsätzlich sind alle aus der Thermoplastverarbeitung bekannten Anschnittarten und Verteilersysteme möglich.

Duromere

Auch hier werden die selben Systeme wie bei den Thermoplasten verwendet. Es werden sogar mit gutem Erfolg Tunnelanschnitte verwendet und so der Prozeß automatisiert. Bei Formmassen die mit Mineralpulver oder Fasern verstärkt sind, empfiehlt es sich Hartstoffeinsätze bei den Anschnitten zu verwenden, weil diese Formmassen infolge der niedrigen Viskosität noch mehr als gefüllte thermoplastische Formmassen Abrieb verursachen. Besonders eignen sich verschleißfeste Stähle, Hartmetalleinsätze sind ebenfalls möglich, werden aber in der Praxis kaum eingesetzt. In Versuchen hat sich auch die Oberflächenvergütung der Formnester und Kanäle durch hartverchromen bzw. hartstoffbeschichten bewährt.

Elastomere

Diese Formmassen sind in der Regel gefüllt, und dementsprechend hochviskos, so daß für das Durchströmen der Verteilerkanäle fast der gesamte Spritzdruck verbraucht wird. Für die Füllung der Formnester wird dann fast kein Druck mehr benötigt. Auch stellen Bindenähte kaum ein Problem dar, da sie durch die Vernetzung weitgehend eliminiert werden. Durch den hohen Druckverbrauch im Angußsystem wird die Trennebene bereits beim Füllen aufgesprengt, und große "Schwimmhäute" werden gebildet. Diese Schwimmhäute werden zwar nicht als qualitativ minderwertig angesehen, jedoch entstehen auf diese Weise unterschiedliche Füllbedingungen, was zu unterschiedlichen Orientierungen und teilgefüllten, fehlerhaften Formteilen führt. Abhilfe kann hier ein entsprechend groß dimensionierter Verteilerkanal sein.

Bei den Anschnitten sind Punktanschnitte nicht zweckmäßig, da sie sich nicht automatisch trennen lassen. Man verwendet allgemein größere Querschnitte um den Druckverlust möglichst gering zu halten.

Füllbildstudie - Rheologische Auslegung

Es ist häufig notwendig das Füll- und Formbildungsverhalten von einem Formteil zu kennen ohne vorher das Werkzeug gebaut zu haben. Untersuchungen dieser Art werden unter dem Oberbegriff "Rheologische Auslegung" zusammengefaßt.

Dabei unterscheidet man die qualitative und die quantitative Analyse.

Qualitative Analyse:

günstigste Art und Positionierung der Anschnitte

die Füllbarkeit einzelner Fließabschnitte

die Lage von Bindenähten

die Lage möglicher Lufteinschlüsse

die Hauptorientierungsrichtung

Quantitative Analyse:

Drücke

Temperaturen

Schergeschwindigkeiten

Schubspannungen usw.

Mit Hilfe dieser Berechnungen können

Formteileigenschaften

Bindenahtfestigkeiten

Oberflächenqualität

Materialschädigung

Material- und Maschinenauswahl

günstiger Verarbeitungsbereich usw.

abgeschätzt werden.

Computersimulierter Füllvorgang

Grundlage ist die Simulation des Füllvorganges mit dem Computer. Das sogenannte Füllbild zeigt z. B. in dreidimensionaler (3D-) Darstellung des Spritzgußteils das Fortschreiten der Fließfront in vorgegebenen Zeitabständen (Isochronen), nachdem man zuvor den Ort des Anschnitts (bei Mehrfachangüssen mehrere Anschnitte) und den Durchsatz beim Füllvorgang, wie er heute meisten über die Vorlaufgeschwindigkeit der Schecke eingestellt wird, festgelegt hat. In die zum Füllbild führenden Computerrechnung gehen ferner die rheologischen und thermodynamischen Daten der Spritzgießmasse, sowie die gewählte Massetemperatur im Anschnitt und die Werkzeugtemperatur ein. Für Abruf der Stoffdaten stehen meistens Datenbanken zur Verfügung.

Abbildung Computer- Simulation des Füllvorganges mit Moldflow

Das Füllbild liefert Voraussagen über die Entstehung und den Ort von Lufteinschlüssen (Gefahr von Brandstellen durch Dieseleffekt) sowie von Binde- und Fließnähten (mechanische Schwachstellen im Spritzgußteil). Durch das Verlagern der Anschnittstelle, der Anschnittart und gegebenenfalls auch durch Andern der vorgegebenen Durchsätze kann man das Füllbild nach folgend aufgeführte Gesichtspunkte optimieren:

Vermeidung von Lufteinschlüssen

Verlegung von Binde- und Fließnähten in Bereiche, die von der mechanischen Beanspruchung her unkritisch sind

Alle Fließwege im Formnest sollen gleichzeitig ihr Ende erreichen

Entlang der Fließwege ist ein konstanter Druckgradient anzustreben

Kritische Werte der Schergeschwindigkeit (Schubspannung) und der Massetemperatur dürfen nicht überschritten werden

Die Verteilung der Massetemperatur im Formnest soll eine möglichst gleichmäßige Abkühlung gewährleisten

Forderung 3, 4 und 6 sind Voraussetzung für verzugsarme Spritzgußteile.

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Angußtechnik von Spritzteilen (Beispiel bezieht sich auf ein 4- fach- Werkzeug)..

Abbildung 2: Angußsystem..

Abbildung 3: Angußarten bei Spritzgießwerkzeugen..

Abbildung 4: Schematische Darstellung der Gestaltung von Anguß- Ziehstiften      und Halte- Kanälen

Abbildung 5: Schema der Querschnitt- Gestaltung von Verteilerkanälen.

Abbildung 6: Verteilerkanäle bei Mehrfachwerkzeugen.

Abbildung 7: Verteilerkanäle bei Mehrfachwerkzeugen.

Abbildung 8: Überlaufbombe

Abbildung 9: (schematisch) Freistrahl, Gefrierspur

Abbildung 10: Computer- Simulation des Füllvorganges mit Moldflow