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Heißkanäle: Welche Vorteile habe ich beim direkten Anspritzen des Bauteils?

Jeder kennt sie. Die kleinen bunten Bausteine, aus denen die tollsten Gebilde entstehen können, die in jedem Kinderzimmer herumliegen und die höllische Schmerzen verursachen, wenn man barfuß darauf tritt. Die Rede ist von LEGO-Steinen. Seit Jahrzehnten erfreuen sie Milliarden Kinder und Erwachsene. Was mit Sicherheit jedoch die wenigsten LEGO-Fans wissen, ist, wie die typische Form in das harte Plastik kommt. Die Antwort: Die Bausteine werden über ein ausgeklügeltes Heißkanalsystem direkt angespritzt, sodass Hunderte Teile auf einmal in einer Form entstehen. Wie die Direktanspritzung im Spritzgießen abläuft, welche Vorteile sie hat und wie ein Heißkanal funktioniert, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Heißkanäle: Welche Vorteile habe ich beim direkten Anspritzen des Bauteils? (c) ©  sspopov /shutterstock.com

Heißkanäle: Welche Vorteile habe ich beim direkten Anspritzen des Bauteils?

Spritzgießen mit Thermoplast – diese Fakten zum Material sollten Sie kennen

Soll bei der Verarbeitung von Thermoplast ein Vergleich zwischen Heißkanal und Kaltkanal gemacht werden, so gilt es, die grundlegenden Materialeigenschaften zu kennen:
Bauteile aus Thermoplast findet man in nahezu allen erdenklichen Branchen. Allein der Blick auf einen gewöhnlichen Arbeitsplatz am Schreibtisch zeigt sie: Kugelschreiber, Maus- und Tastaturgehäuse, Stifthalter, Scherengriffe und viele mehr. Sie alle sind aus Thermoplast. Dieses besteht vor dem Prozessbeginn einer Fertigung aus kleinen harten, zylinderförmigen Granulatkörnern. Während der Vorlaufphase werden diese meist in einem Schneckenextruder durch Scherung und Erhitzen auf Temperatur gebracht, und somit zu einer Thermoplastschmelze verflüssigt. Das Material wird dann durch das Vorfahren der Schnecke über die Düse in das Verteilersystem weiter zur gekühlten Kavität gespritzt. Dort kühlt das Material wieder ab und erstarrt, dabei wird zusätzliche Masse nachgedrückt, um das Kleiner Werden durch das Abkühlen zu kompensieren. Somit erhält man von der Werkzeugform das gewünschte Bauteil als Positivform mit den gewünschten Endmaßen. 

Heißkanal und Kaltkanal bei Thermoplasten – das ist der Unterschied

Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Verteilersystem zu gestalten: durch einen Heißkanal sowie durch einen Kaltkanal. Je nach Art und Beschaffenheit des Bauteils haben beide Vorgehensweisen ihre Vor- bzw. Nachteile. Welche das sind, erfahren Sie im folgenden Faktenvergleich.

1. Der Kaltkanal:

Bei einem untemperierten Angusssystem, einem Kaltkanal, erstarrt dadurch das Verteilersystem mit und wird gemeinsam mit dem Bauteil am Ende eines Zyklus ausgeworfen. Das Material im Kaltkanal ist somit für die Produktion verloren. Hinzu kommt, dass der erstarrte Kaltkanal vom Bauteil abgetrennt werden muss. Dies geschieht teilweise nicht ganz sauber und das Bauteil muss dann nachbearbeitet werden. Zusätzlich werden die Gestaltungsmöglichkeiten eingeschränkt, wenn der Kaltkanal beim Auffahren des Werkzeugs direkt abgetrennt werden soll. Ein weiterer Nachteil betrifft die Nachdruckeffizienz. Mit einem Kaltkanal erreicht man häufig schlechter die benötigten Siegelzeiten.

2. Der Heißkanal:

Auch über den Heißkanal wird verflüssigte Schmelze in die Kavitäten verteilt. Dieser ist jedoch so temperiert, dass die Thermoplastschmelze auf Solltemperatur gehalten wird. Deswegen erstarrt das Angusssystem – im Unterschied zum Kaltkanal – hierbei nicht mit und die flüssige Thermoplastschmelze wird zwischen zwei Zyklen im Heißkanal vorgehalten. Der Vorteil des Heißkanals ist somit, dass eine Direktanspritzung ohne Materialverlust im Angusssytem möglich ist. Zudem fällt eine Nachbearbeitung des Bauteils weg, da das Angusssytem nicht nachträglich entfernt und das Bauteil somit auch nicht an den Trennstellen nachbearbeitet werden muss.

So funktioniert der Heißkanal

Generell gibt es zwei Arten von Heißkanalsystemen: das offene Heißkanalsystem und das Nadelverschluss-Heißkanalsystem. Der Heißkanal wird als eigene Baugruppe aufgebaut und besteht aus einem Träger sowie beheizten Düsen. In diesen liegen um den Schmelzkanal herum geregelte Heizwendel. Der Heißkanalblock muss thermisch vom restlichen Werkzeug getrennt sein und hat kaum Kontaktstellen zu diesem, wodurch sich jegliche Wärmeübergänge minimieren lassen. Große Lufttaschen dienen dabei der Isolierung. Bei der Nutzung des Heißkanals gilt es, auf eine thermische Trennung und eine gute Balancierung zu achten.

Spritzgießen mit Heißkanal – das sind die Vor- und Nachteile

Beim Spritzgießen mit Heißkanal gibt es Vor- und Nachteile. Ein großer Vorteil liegt zunächst darin, dass im Heißkanal ein Schmelzetransport ohne Wärmeverlust möglich ist. Das erlaubt einen gleichmäßigeren Temperaturhaushalt und eine Einsparung von Rohstoffen. So fallen zum einen weniger Materialabfälle an, zum anderen weniger Nachbearbeitungen des fertigen Bauteils. Hinzu kommt, dass das Angusssystem nicht nachträglich entfernt werden muss und das Material ganz sauber abgetrennt wird. Dadurch entfällt eine zusätzliche Nachbearbeitung des Bauteils an den Trennstellen – ein weiterer Vorteil in Sachen effizientes Arbeiten. 

Dennoch bringt der Heißkanal auch ein paar Nachteile mit sich, fällt hierbei doch eine aufwendigere Werkzeuggestaltung an, da das Werkzeug speziell auf ein solches System ausgelegt sein muss. Zudem müssen zusätzliche Steuerungselemente zur Regelung des Systems angebracht werden. Deswegen sollte das System nur dann Anwendung finden, wenn sich der Kosten-Nutzen-Faktor lohnt. Werden einfache Bauteile mit geringer Stückzahl und wenig Materialkosten hergestellt, so bietet sich eher die Arbeit mit dem Kaltkanal an. Ebenso zu bedenken ist der Platzfaktor: Ein Heißkanal benötigt wegen der speziellen Werkzeuggestaltung Maschinen mit größeren Werkzeugeinbauhöhen.

Darum sollten Sie auf direktes Anspritzen des Bauteils setzen

Geht es allerdings darum, hochtechnische Bauteile zu produzieren, so kann das direkte Anspritzen im Heißkanal die beste Methode sein. Da die Materialkosten in diesen Fällen meist vergleichsweise hoch sind und man deswegen so wenig Material wie möglich „verschwenden“ möchte, sollte man sich überlegen, ob es überhaupt sinnvoll ist, ein solches System zu verwenden. Denn dadurch steigt das Einsparpotenzial des teuren Materials enorm und man vermeidet einen zusätzlichen Arbeitsschritt: die Nachbearbeitung bzw. das Abtrennen des Angusses.

Den Heißkanal richtig auslegen

Empfehlenswert ist es, bei der Nutzung des Heißkanals auf eine virtuelle Spritzgusssimulation zu setzen. Eine Auslegung des Systems lässt sich nämlich durch moderne Simulationsansätze erleichtern, in denen das komplette Werkzeug und der ganze Prozess berücksichtigt werden. Neben der Balancierung des Heißkanals kann hier zusätzlich überprüft werden, ob es an irgendwelchen Stellen unerwünschte Wärmeübergänge zwischen Heiß- bzw. Kaltkanal und restlichem Werkzeug gibt. So lässt sich schnell und einfach die beste Produktionsmethode für jedes Bauteil finden. 

 

Über uns

Seit 20 Jahren sind wir Experten für alle Arten von Spritzgusssimulation. Vom Bauteil bis hin zum ganzen Prozess helfen wir bei der Optimierung von Thermoplast-, Elastomer-, Thermoset- und PIM-Anwendungen. Hier können Sie mehr über das Unternehmen hinter SIGMASOFT® erfahren.

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