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Rotationswerkzeuge und Werkzeugelemente

Die für die Rotationsproduktion benötigten Werkzeuge können aus verschiedenen wärmeleitfähigen Materialien hergestellt werden, wobei jede Ausführung gewisse Vor- und Nachteile belegt. Die Auswahl des jeweils am besten geeigneten Rotationswerkzeuges erfolgt nach verschiedenen technischen Kriterien (Größe, Komplexität, Genauigkeit, Oberflächenstruktur, geplante Stückzahlen, etc) aber auch nach wirtschaftlichen Faktoren wie Kosten und Herstellungszeiten.

Für das Rotationsformen kommen in der heutigen Industrie in erster Linie Werkzeuge aus Aluminium (Aluguss oder CNC gefräst) oder aus Stahlblech zum Einsatz.
Speziell für das Rotationsformen von PVC Plastisolen haben sich so genannte Galvanoformen etabliert. Daneben gibt es noch eine Reihe verschiedener Werkstoffe, die zumindest für eine Prototypenfertigung eingesetzt werden können.

Stahlblech-Rotationswerkzeuge
Vornehmlich bei großvolumigen Produkten (Lagertanks) und bei Artikelkonturen mit geringem Schwierigkeitsgrad werden Werkzeuge aus Stahlblech verwendet. Die Wanddicken betragen in der Regel 1,5 bis 4 mm. Dabei werden einzelne Blechteile, die entsprechend der gewünschten Werkzeuggeometrie geformt sind, verschweißt oder verlötet.

Nach einer Wärmebehandlung zur Spannungsreduzierung sollten die Werkzeugpaßflächen zur besseren Dichtung nachbearbeitet werden. Die Schweiß- oder Lötnähte müssen durch aufwändige Handarbeit nachgeschliffen und poliert werden. Das Ergebnis hinsichtlich der Oberflächenqualität ist dadurch stark von der Geschicklichkeit des Blechners abhängig.

Aluminium-Rotationswerkzeuge
Können entweder aus CNC gefrästen oder aus gegossenen Aluminiumformschalen bestehen, wobei auch eine Kombination beider Verfahren möglich ist. Darüber hinaus können ebenso Formschalen aus verschiedenen Materialien innerhalb eines Werkzeuges verbaut werden z.B. Alu mit Stahl. 

CNC gefräste Werkzeuge werden speziell dann eingesetzt, wenn die zu zerspanenden Aluminiumblöcke sehr flach sind, die Herstellungszeit kritisch, oder die geforderten Toleranzen sehr hoch sind. Für eine wirtschaftliche Rotationsproduktion ist es unerlässlich, die Formschalen auf Wandstärke zu bearbeiten – also beidseitig zu fräsen. Nur so kann eine gleichmäßige und schnelle Wärmedurchdringung der Formwand gewährleistet werden.

Der Einsatz von im Aluminiumguss hergestellten Formschalen ist dagegen bei größeren und tieferen Formschalen oder bei benötigten Folgewerkzeugen von besonderem Vorteil.
Weiterhin können Oberflächenfeinheiten wie Holzmaserungen, Terracotta- oder Steinstrukturen, etc durch entsprechende Abformungen direkt in die Gießform und somit in den Aluminiumabguss einfließen.

Gewindeinserts und angeformte Gewinde
Im rotierten Kunststoffprodukt benötigte Anschraubpunkte können als Gewindeeinlegeteile in der Forminnenseite fixiert werden. Um diese so genannten Inserts herum schmilzt der Kunststoff auf und bildet so nach Erkalten eine beständige Verbindung. Gewindeeinlegeteile können im einfachsten Fall in der Form durch eine Schraube gehalten werden (muss bei jedem Zyklus aus- und eingeschraubt werden). In der Industrie haben sich heutzutage eher Systeme wie Snap-Serts (mittels federgelagerter Kugel fixierter Insert) oder auch Magnethalter durchgesetzt.

Außer Gewindeinserts können natürlich auch andere Gegenstände in der Form fixiert und so „einrotiert“ werden. Eine gängige Anwendung ist beispielsweise das Einrotieren von Anschraublaschen aus Metall. Generell können Einlegeteile auch aus anderen Materialien, wie z.B. aus Kunststoff, verwendet werden jedoch muss deren Schmelzbereich über dem des rotierten Kunststoffes liegen.

Neben der Möglichkeit Gewindeeinlegeteile einzurotieren, können Gewindegänge auch direkt im Kunststoff angeformt werden. Dazu verwendet man entsprechende Gewindeformer aus Messing, Stahl oder Alu, die sowohl Innen- als auch Außengewinde erzeugen können. Diese müssen jedoch in der Regel zur Entformung der Kunststoffprodukte manuell abgedreht werden.

Trennmittel und permanente Trennbeschichtungen
Die in den Rotationswerkzeugen aufgeschmolzenen Kunststoffe haben die Eigenschaft an der Formwand haften zu bleiben. Dieses Verhalten ist für die Produktion der Rotationsteile zwingend notwendig, allerdings sollte die Haftung nicht zu hoch sein, da sonst das Entformen der Kunststoffteile aus dem Werkzeug problematisch bzw. überhaupt nicht möglich ist.

Um dies zu verhindern werden Trennmittel eingesetzt. Diese werden in regelmäßigen Abständen auf die formgebende Oberfläche aufgetragen und sorgen so für einen guten Kompromiss zwischen ausreichender Haftung und notwendiger Trenneigenschaft.

Die zumeist wasserbasierten nicht permanenten Trennmittel werden in die Formen gesprüht oder mit einem Lappen manuell aufgetragen. Da sich die Trennmittelschicht bei jedem Produktionszyklus abbaut muss das Trennmittel oft schon nach ca. 50 bis 500 Zyklen erneuert werden. Je nach verarbeitetem Kunststoff (z.B. PVC) sowie Komplexität und Beschaffenheit der Formoberfläche (z.B.: polierte Formoberfläche) kann eventuell auf ein Trennmittel verzichtet werden.

Aus Gründen einer besseren Wiederholgenauigkeit und einer wirtschaftlicheren Produktion gewinnen so genannte permanente Trennbeschichtungen in den letzten Jahren stetig an Bedeutung. In der Regel werden solche Beschichtungen auf die speziell präparierten Werkzeugoberflächen in feinen Lagen aufgesprüht und schichtweise eingebrannt.

Während sich die anfangs am Markt verfügbaren permanenten Beschichtungen nur durch sehr starke Trenneigenschaften ausgezeichnet haben und sich fast ausschließlich für die Behandlung von Formkernen mit starken Aufschwundsituationen eigneten, ist heute eine sehr starke Diversifikation von Formbeschichtungen zu beobachten.

Die heute verfügbaren Beschichtungen erlauben neben einer Abstufung der Trenneigenschaften (mittels PTFE-Anteilen) auch eine gezielte Einflussnahme auf Optik und Haptik der Kunststoffprodukte. Der durch Beschichtungen erzielbare Oberflächen-Glanzgrad kann in mehreren Nuancen von matt bis hochglänzend gewählt werden.

Neben gestalterischer Einflussnahme übernehmen Beschichtungen aber auch diverse technische Eigenschaften, wie z.B. die Verbesserung des Wärmeüberganges des Werkzeuges, verbessertes Fließverhalten der Kunststoffschmelze, verbesserter Farbverlauf, etc.

Der vielfältige Einsatz von permanenten Beschichtungen ist dabei nicht nur auf die formende Oberfläche beschränkt, ebenso werden auch Werkzeugflansche und die Werkzeugaußenseite beschichtet um Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten zu verringern.

Werkzeugentlüftung
Durch die Aufheizung im Ofenraum dehnt sich die Luft im Werkzeug aus. Bei der Abkühlung wiederum tritt der umgekehrte Fall ein. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, die Rotationswerkzeuge mit einer Entlüftung auszustatten, da sich sonst der entstehende Über- bzw. Unterdruckung negativ sowohl auf die Werkzeuglebendsauer als auch auf die Qualität der produzierten Kunststoffprodukte auswirken würde.

Eine Formentlüftung kann mit verschiedenen Mitteln erfolgen. Die am weitesten verbreitete Methode ist ein direkt durch die Formwand gestecktes PTFE Rohr, das möglichst weit in das Forminnere reicht und somit einen Luftaustausch ermöglicht. Bei Formgeometrien, in denen das in der Form befindliche Pulver mit dem PTFE Rohr in Verbindung kommen kann, bzw. bei denen Pulver durch das Rohr austreten könnte, kommt beispielsweise verdichtete Stahlwolle oder Kunststofffolie für die Abdichtung zum Einsatz. Alternativ können  Filterstäbe, oder so genannte SupaventTM Stopfen (Formlinge aus temperaturbeständigem Silikon) verwendet werden.
 

 

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