Während der vergangenen Monate haben sich viele firmeninternen Abläufe und Entwicklungsprozesse verlangsamt und auch verändert. Trotz allem ist die Zeit nicht stehen geblieben, auch nicht in der Spritzgießtechnik. Dabei haben vor allem zwei Themen die Diskussion und Entwicklung geprägt: Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft. Nachfolgend einige Beispiele von Entwicklungen und Projekten, die das untermauern.

Innovatives Spritzgießen in Zeiten der Pandemie

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schaumspritzgießen

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Steuern, Regeln

Software

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Spritzprägen

Biokunststoffe

Kunststoff Werkstoffe

Spritzgieß-Sonderverfahren

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Spritzgießsimulation

Simulation

Machine Learning

Datenanalyse

Schnecken und Plastifiziersysteme

Spritzgießmaschinen

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Lasermarkieren

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Inline- / Online-Messsysteme

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Kreislaufwirtschaft

Hinterm Horizont geht’s weiter

Im zweiten Teil der Serie wurden anhand einer Beispielgeometrie Berechnungen zum Durchsatzverhalten, Druckaufbauvermögen und zum Aufschmelzverlauf durchgeführt. Diese Ergebnisse sollen nun näher betrachtet und in weiterer Folge optimiert werden. Dazu gilt es die Auswirkungen bei der Anpassung einiger ausgewählter Geometrieparameter zu untersuchen und interpretieren.

Teil 3 der Serie befasst sich mit Versuchen zur Optimierung der Schneckengeometrie

Spritzgießmaschinen, allgemein

Rund um die Plastifizierschnecke

Johannes Kilian ist Leiter der Abteilung für Prozesstechnologien bei Engel. Im Gespräch mit ihm und Georg Steinbichler geht es um die Hebel der Digitalisierung, technische Durchbrüche und kritische Erfolgsfaktoren.

Interview mit Georg Steinbichler und Johannes Kilian zum Stabwechsel bei Engel

Doriat, Clemens, Dr.

Prozesssimulation

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Prozessvisualisierung

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Automatisierungstechnik

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Die neue Plattform iQ process observer von Engel überwacht im Hintergrund Hunderte Parameter der Spritzgießzelle gleichzeitig.

Plattform zur Prozessüberwachung überwacht mehrere Hundert Parameter gleichzeitig

Steuerungen (Hardware und Software)

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

IoT-Plattformen für die Kunststoffverarbeitung

Den Prozess im Blick – die Qualität  im Griff

Haitian International arbeitet weiter an der Leistungsfähigkeit seiner Baureihen und Systemtechnologien. Die dritte Maschinengeneration fokussiert sich in ihrem Leistungsumfang stärker denn je auf die Kernanforderungen in der modernen Kunststoffverarbeitung: hohe Produktionseffizienz und Anwendungsvielfalt, sowie hohe Konnektivität durch freie Integration.

Messe Fakuma

kunststoffe.de

Effizienz, Flexibilität und Konnektivität

In der neunten arburgXvision wurden Strategien vorgestellt, mit denen sich der Nutzungsgrad von Spritzgießmaschinen deutlich steigern lässt.

„Werkzeug-Strategie 2.0 – neue Ideen zur Kostensenkung“

Um bei komplexen Geometrien und langen Strukturen eine hohe Lichtausbeute sicherzustellen, hat Engel einen neuen Plastifizierprozess für die Herstellung von Lichtleitern entwickelt. Dieser erhöht die Homogenität und Reinheit der Schmelze und eröffnet damit den Lichtdesignern neue Freiheiten.

Das Prinzip der Unterfütterung: Lichtleiter in höchster Reinheit spritzgießen

Farbmessgeräte

Messtechnik

Optische Mess- und Prüftechnik

LED / OLED-Systeme und Faseroptik

Lichttechnik

Weniger Granulat ist mehr Qualität

Wenn die Auslegung einer Plastifiziereinheit in ihren Grundzügen erfolgt und das passende Spritzaggregat ausgewählt ist, mündet die Entwicklung der Schneckengeometrie in ihre entscheidende Phase. Um den Praxistest ressourcenschonend durchführen zu können, nutzen die Konstrukteure Simulationswerkzeuge zur Beurteilung der Schneckengeometrie. Worauf es dabei ankommt, wird beispielhaft an einer 3-Zonenschnecke erklärt.

Teil 2 der Serie befasst sich mit grundlegenden Methoden zur Beurteilung einer Schneckengeometrie

ARBURG gehört weltweit zu den führenden Maschinenherstellern für die Kunststoffverarbeitung. Das Produktportfolio umfasst ALLROUNDER Spritzgießmaschinen mit Schließkräften zwischen 125 und 6.500 kN, freeformer für die industrielle additive Fertigung sowie Robot-Systeme, kunden- und branchenspezifische Turnkey-Lösungen und weitere Peripherie.

ARBURG GmbH + Co KG  

https://www.arburg.com

Abkantmaschinen, -pressen, -bänke

Blechbearbeitungsmaschinen

Maschinen für die spanlose Fertigung

Additive Fertigung

Anlagen für die Additive Fertigung

Antriebselemente

Lineartechnik

Maschinenelemente

Ceramic-Injection-Moulding, CIM

Condition Monitoring für die Qualitätssicherung

Energieeffizienz

Handling, Handhabungstechnik

Kennzahlen

Qualitätsmanagement

Kennzahlen, Q-Leitstand, Q-Monitor

Kühlelemente, aktive

Kühlkörper

Elektromechanik

Management-Informationssysteme

Medizintechnik

Mehrfarben-Spritzgießmaschinen

Mikrobauteile

Montage

Montagetechnik

Mikrospritzgießen

Mischer

NE-Metalle

Metall Werkstoffe

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Produktionssystem

PUR-Schäummaschinen

Rapid Manufacturing

Rapid Prototyping

Reinraumsysteme / -technik

Reinraumtechnik

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Reporting-Tools

Rückverfolgbarkeit, Traceability

Schnecken und Zylinder

Spanneinrichtungen

Systemperipherie

Spritzgieß-Zubehör und Einzelteile

Stetigförderer

Fördertechnik

Logistik

Trockner

Vorbeugende Instandhaltung für die spanende Fertigung

Industrie 4.0 für die spanende Fertigung

Mit der Übernahme investiert Arburg in die Zukunft der elektrischen Spritzgießmaschinen. Aus AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG wird AMKmotion GmbH + Co KG.

Kunststoffverarbeitung

Dienstleistungen

Lohnfertigung

Unternehmen

Arburg übernimmt AMK-Sparte „Drives & Automation“

Bei der fünften Sendung von arburgXvision drehte sich alles um die Frage, wie sich Produktivität durch perfektes Zusammenspiel von Technik, Organisation und Digitalisierung optimieren lässt.

5. arburgXvision: „Savings durch Hidden Benefits!“

400 Teilnehmer machten sich Mitte Mai online über den neuesten Stand der Technik, Entwicklungstrends und Innovationen in den Themenbereichen Konstruktion, integrative Simulation, Leichtbau, Material sowie Forschung & Entwicklung kundig.

Simpatec startet neues Format ISiT

Nachhaltigkeit ist mehr als ein Hype, davon ist man bei Engel überzeugt. Die Anforderungen an eine nachhaltige Spritzgießproduktion sind hoch, können aber mit den richtigen Lösungen gemeistert werden. Die Digitalisierung eröffnet hier viele Chancen.

Nachhaltigkeit geht nur mit Digitalisierung

Ein neu entwickeltes Kühlsystem für Plastifiziereinheiten schafft deutliche Zeitvorteile bei Materialwechseln und einem damit verbundenen Absenken des Temperaturprofils.

Schnelles Abkühlen des Zylindermoduls schafft Zeitvorteile beim Materialwechsel

Kühlgeräte allgemein

Großer Vorteil bei kleinen Chargen

Insbesondere bei komplexen Spritzgussbauteilen ist eine Profilierung des Einspritzvolumenstroms notwendig, um die Qualitätsanforderungen an das Bauteil zu erfüllen. Mithilfe einer Optimierungsroutine soll bereits vor der Prozesseinrichtung an der Maschine ein geeignetes Einspritzvolumenstromprofil per Simulation ermittelt werden. Auf diese Weise kann der praktische Versuchsaufwand reduziert und ein sehr gutes Qualitätsergebnis in kurzer Zeit erzielt werden.

Ein Konzept zur Einspritzprofilierung soll die Einrichtung des Spritzgießprozesses vereinfachen

Optimal einspritzen – aber wie?

Wie Vorschubgeschwindigkeit, Einspritzvolumen und Füllzeit mit der Leistungsfähigkeit von Spritzeinheiten korrelieren

Welche Spritzgießmaschine ist für welche Anwendung die richtige? Ist schnell auch leistungsfähig – und zu welchem Preis? Wer diese Fragen durch Vergleich von Prospektdaten lösen will, wird enttäuscht. Denn verschiedene Hersteller messen zum Teil unter unterschiedlichen Bedingungen und geben Kenngrößen an, die nicht miteinander vergleichbar sind. Neben Einspritzvolumen und -geschwindigkeit sind zudem Füllzeit und Bauteilgewicht maßgebende Faktoren bei der Maschinenwahl. Im Folgenden wird dargestellt, warum Leistung nicht gleich Leistung ist, aber Physik immer Physik bleibt.

Was mit dieser zugespitzten Gegenüberstellung gemeint ist, lässt sich am Beispiel eines Autofahrers veranschaulichen: Angenommen, er möchte über die Alpen in Urlaub fahren. Zur Verfügung stehen ein kräftiger SUV, ein sportliches Cabrio sowie ein Tandem-Anhänger. Beide Fahrzeuge haben in etwa die gleiche Leistung von 250 kW, also rund 350 PS. Welches der beiden Fahrzeuge fährt entspannt über die Alpen zum Zielort und mit welchem macht es mehr Spaß, dort flott über verschiedene Pässe zu cruisen? Soll der Fahrer den SUV auf den Anhänger laden und mit dem Sportwagen zum Ziel fahren – oder doch eher anders herum und dann mit dem Cabrio die kurvige Landschaft genießen? Diese Entscheidung wird wohl jeder intuitiv gleich treffen.

Überträgt man diese Analogie auf die urformende Prozesswelt des Spritzgießens, sind aktuell die Antworten nicht so eindeutig. Ein Grund ist der Wandel der Antriebstechnik und der Anbieter, die zunehmend aus der Branche der Werkzeugmaschinen kommen. So wird die Einspritzgeschwindigkeit für die Spritzachse einmal linear in mm/s und ein anderes Mal volumetrisch in cm3/s angegeben. Weitere klassische Prospektdaten beziehen sich auf den Schneckendurchmesser, das Schussvolumen und den Spritzdruck. Anerkannt fundierte Werte sind solche, die real unter Volllast bei 2000 bar Gegendruck und 1 D Schneckenhub erreicht werden. Auf diese mechanische Belastung sind auch die meisten (europäischen) Werkzeuge und Schnecken angepasst.

Prospektdaten für den Maschinenvergleich

Weniger aussagekräftig sind Fußnoten in den technischen Datenblättern, in denen „theoretische“ Leerlaufgeschwindigkeiten ohne den Faktor Druck oder mit beschränkten Nachdruckzeiten genannt werden. Ob solche theoretischen Werte im Prospekt oder auf dem Bildschirm der Steuerung tatsächlich ausreichen, um mit der Maschine im realen Prozess die gewünschten Einspritzzeiten zu realisieren, lässt sich daraus nicht erschließen. So bedeutet z. B. eine „theoretische“ Leerlaufgeschwindigkeit von 1000 mm/s lediglich: Der Motor kann laut Datenblatt so schnell drehen, dass die angegebene Geschwindigkeit über den gesamten Schneckenweg theoretisch erreicht wird – jedoch ohne Berücksichtigung des Gegendrucks im Werkzeug, in das der Kunststoff ja nicht „freiwillig“ fließt. Je schneller eingespritzt wird, desto höher ist der Gegendruck und somit der erforderliche Druck für das Einspritzen. Zudem kann natürlich nicht mit voller Geschwindigkeit in den Nachdruck gefahren werden, weil das Werkzeug ohne Abbremsen unweigerlich völlig überladen würde. Im realen Prozess wird dieser Wert daher niemals erreicht.

Hydraulische versus elektrische Spritzeinheiten

Moderne hydraulische Spritzeinheiten benötigen einen nur wenig überlagerten Systemdruck, um den vollen Spritzdruck (2000 bar) bei maximal programmierter Geschwindigkeit zu erreichen. Zumindest sind aktuelle Datenblätter hydraulischer Spritzeinheiten so ausgelegt. Für schnelles und präzises Einspritzen sind hydraulisch angetriebene Spritzeinheiten in der Regel mit einem Servoventil ausgestattet und unterscheiden sich praktisch nicht in der Dynamik.

Während hier auf gespeicherte Energie und hohe Spitzenleistung zurückgegriffen werden kann, wird die erforderliche Leistung bei elektrischen Antrieben der Spritzachse und Schneckenspitze immer direkt aus dem Netz bereitgestellt. Zudem spielt bei marktüblichen hydraulischen Spritzeinheiten die träge Masse der Konstruktion im Gegensatz zu elektromechanischen Lösungen quasi keine Rolle.

Bei elektromechanischen Systemen kommt die Eigenträgheit als weiterer entscheidender Faktor hinzu. Diese muss überwunden werden, um die Antriebskomponenten Spindel bzw. Getriebe und Servomotor auf die geforderte Endgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dazu sind in der Regel mindestens 50 % der installierten Antriebskraft und des verfügbaren Drehmoments aufzuwenden. Die Dynamik hängt bei servoelektrischen Direktantrieben stark von der konstruktiven mechanischen Ausführung ab. Arburg entwickelt und fertigt für seine Maschinen der Baureihen Alldrive und Hidrive eigene Planetenrollengewindetriebe, die besonders laststeif und langlebig sind (Titelbild).

Ohne sich in technischen Details zu verlieren, spielen bei elektrischen Spritzeinheiten die mechanische Ausführung und das Konstruktionsprinzip und somit die Zielauslegung eine große Rolle. Die damit erreichbare Dynamik und Spitzenleistung beeinflusst wesentlich den Maschinenpreis und die technischen Möglichkeiten im Spritzgießprozess. Oder um bei der anfangs genannten Analogie zu bleiben: Ein 800-kg-Sportwagen, der einen Anhänger samt 2,5 t schwerem SUV in Bewegung bringen muss, beschleunigt nicht mehr in 3 s von 0 auf 100 km/h. Falls er ihn bei einer Steigung von 15 % überhaupt noch ziehen kann, ohne dass die Räder durchdrehen.

Alle guten Dinge sind drei – verschiedene Leistungsklassen

Auf Basis der Füllzeit kann man die Anwendungen und dafür geeignete Spritzgießmaschinen aktuell grob in drei Klassen einteilen (Tabelle 1). Der Großteil aller Anwendungen sind technische Spritzgussteile mit einer Füllzeit von 0,3 s und deutlich darüber. Für diesen Bereich sind in der Regel direkt angetriebene hydraulische Standardmaschinen ausgelegt und bestens geeignet.

Eher eine Nische für speziell angepasste Spritzgießmaschinen, die längst nicht jeder Hersteller im Angebot hat, machen Anwendungen mit extrem kurzen Füllzeiten von unter 0,1 s aus. Dazu zählen z. B. dünnwandige Hochtemperaturbauteile aus PEEK (Polyetheretherketon) für die klassische Konsumgüter- und Elektronikbranche. Ein Beispiel sind Ladestecker für Smartphones.

Klassische Anwendungen mit Füllzeiten von ca. 0,1 bis 0,3 s sind hier die Verarbeitung von Polyolefinen zu dünnwandigen Verpackungsteilen wie Bechern (Bild 1), Eimern oder Schraubkappen mit Fließweg/Wanddicken-Verhältnissen von 100 bis 300 : 1. Solche Dünnwandanwendungen erfordern eine hohe Dynamik. Daher wurden in diesem Segment bislang zum großen Teil hydraulische Maschinen mit Speichertechnik eingesetzt. Der Trend geht aber auch hier zu direkt angetriebenen elektrischen oder hybriden Hochleistungsmaschinen. An dieser Stelle trennt sich die Spreu vom Weizen, denn der Begriff „Hochleistung“ ist dehnbar und relativ.

Die erreichbare Einspritzgeschwindigkeit in mm/s ist eine der charakteristischen Kennzahlen für die technische Leistungsfähigkeit einer Spritzgießmaschine. Die Betrachtung in mm/s kommt eigentlich aus der Branche der Werkzeugmaschinen, wo die lineare Vorschubgeschwindigkeit einer Achse beschrieben wird. In der Dimension km/h ist dieser Ansatz zwar eine geeignete SI-Einheit für die maximal erreichbare Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, jedoch nicht für das Einspritzen. Hier verhält es sich grundlegend anders. Denn die Spritzeinheit der Maschine füllt nicht in Millimetern, sondern spritzt ein Volumen in Form einer fluiden Kunststoffmasse in die Kavitäten des Werkzeugs ein. Hier kommt die Schneckengröße ins Spiel (Bild 2).

Dreidimensional gedacht: Einflussfaktor Schneckengröße

Ein und dieselbe Spritzgießmaschine kann mit verschiedenen Schnecken ausgestattet werden. Bei gleicher Vorschubgeschwindigkeit ergeben sich damit pro Zeiteinheit verschiedene Volumenströme, bis das erforderliche Volumen eingespritzt ist. Hinzu kommt, dass in Europa die Durchmesser üblicherweise in 5-mm-Schritten abgestuft werden, also 25, 30, 35 mm etc. betragen. Andere Hersteller bevorzugen eine Normreihe mit Durchmessern von z. B. 28, 32 und 46 mm. Ein direkter Vergleich, in Bezug auf die Prozessfähigkeit, allein auf Basis der Vorschubgeschwindigkeit ist daher nicht zielführend.

Relevant für die jeweilige Praxisanwendung ist letztendlich das pro Zeiteinheit einspritzbare Volumen an Kunststoffmasse, also die Zeit, in der der „Kuchen gebacken“ wird, bevor das Material fest wird. Dieser Füllvorgang wird charakterisiert durch die Füllzeit, auf der auch Füllsimulationen beruhen. Die relevante Größe ist somit das Einspritzvolumen pro Zeiteinheit, der sogenannte Einspritzvolumenstrom (Q). Bereits seit der Entwicklung der ersten Bildschirmsteuerungen Ende der 1970er-Jahre gibt Arburg die zugehörige spritzgieß-physikalische Einheit als Einspritzvolumenstrom in cm3/s an und prägt diese seit Jahrzehnten als Datenblatt-Kennwert. Ein Meilenstein in neuerer Zeit war 2016 die Einführung der Gestica-Steuerung (Bild 3). In diese können auch die Daten einer Füllsimulation übernommen werden. Mithilfe der Funktion „aXw Control FillAssist“ wird eine Füllsimulation direkt auf dem Bildschirm möglich (Bild 4).

Die meisten Maschinen können mit einem maximalen Schneckenhub von 3,5 bis 4,5 D arbeiten, der aber nur für dickwandige Bauteile und für Füllzeiten im Sekundenbereich relevant ist. Vor allem im Dünnwandbereich ist bei gängigen Drei-Zonen-Schnecken und brauchbarer Durchsatzauslegung in der Regel rund 1 D Schneckenhub als Spritzvolumen nutzbar. Die sogenannte Füllzeit, die im Spritzgießprozess mit 1 D Schneckenhub erreicht wird, ist daher ungeachtet der Fülle an Materialien und Breite der Teilespektren ein gutes Klassifizierungsmerkmal. In dieser Zeit muss die Spritzeinheit mehr als 95 % der flüssigen Kunststoffmasse in das Werkzeug eingespritzt haben.

Für den Füllvorgang ist bei der gegebenen Spritzeinheit und Maschine ausschlaggebend, wie viel Massevolumen in der zur Verfügung stehenden Füllzeit im Werkzeug ankommt. Ein Grund mehr, in kunststoffgerechten Datenblättern den Einspritzvolumenstrom in cm3/s anstatt die Vorschubgeschwindigkeit in mm/s anzugeben. Dieser Wert ist also normiert mit dem zugehörigen Schneckendurchmesser und lässt sich für ein gewünschtes Kunststoffteil einfach im Kopf berechnen: Angenommen, die Dichte beträgt 1 g/cm3, das Teilevolumen 50 cm3 und die geforderte Füllzeit 0,1 s. Daraus ergibt sich zunächst ein Einspritzvolumenstrom von mindestens 500 cm3/s. Bei elektrischen Antrieben, die mit nicht unerheblichen trägen Massen beschleunigt und aktiv abgebremst werden müssen, ist dieser Wert mit dem Faktor 2 zu multiplizieren (Dreiecksbetrieb). In diesem Fall sollte also der für diese Anwendung geeignete Wert im Datenblatt – ohne Fußnote – rund 1000 cm3/s betragen.

Einspritzvolumenstrom versus Vorschubgeschwindigkeit

Für alle, bei denen der Physikunterricht der zehnten Klasse schon lange zurückliegt: Bei gegebener Vorschubgeschwindigkeit und gegebenem Schneckendurchmesser (umgerechnet in cm) lässt sich der Einspritzvolumenstrom (Bild 5) wie folgt berechnen:

Q = Einspritzvolumenstrom [cm3/s];

Beträgt die Vorschubgeschwindigkeit z. B. 200 mm/s (20 cm/s), ergeben sich, für Schnecken mit Durchmessern von 35 mm und 28 mm, folgende Einspritzvolumenströme:

Um mit einer 28-mm-Schnecke ebenfalls einen Einspritzvolumenstrom von 192 cm3/s zu erzielen, müsste die Vorschubgeschwindigkeit also statt 200 mm/s dann 313 mm/s betragen – rund das 1,5-fache im Vergleich zur 35-mm-Schnecke. Fazit: Je kleiner die Schnecke, desto höhere Vorschubgeschwindigkeiten [mm/s] sind erforderlich, um das gleiche Volumen an flüssiger Kunststoffschmelze [cm3/s] einzuspritzen.

Um abzuschätzen, welche Spritzeinheit zur jeweiligen Anwendung passt, sollten die Füllzeit, das Teile- bzw. Schussgewicht und gegebenenfalls die Materialdichte bekannt sein. Fast jeder Spritzgießer hat daher eine kleine Federwaage in der Tasche. Denn im Gegensatz zum spezifischen Gewicht der Kunststoffschmelze lässt sich das tatsächliche Gewicht des ausgehärteten Bauteils leicht bestimmen. Mit einer Faustformel kann dieses bei einer Dichte von 1 g/cm3 (z. B. für Polyolefine) gleichgesetzt werden mit dem zu spritzenden Volumen, um grob die Eignung nach Datenblatt abzuschätzen (die exakte Rechnung nach PvT-Diagramm übernimmt in modernen Maschinen die Steuerung).

Auch hierzu wieder ein einfaches Rechenbeispiel: Angenommen, ein zu fertigendes Kugelschreibergehäuse wiegt 5 g. Dieses Bauteilgewicht ist mit der Anzahl der Kavitäten (z. B. 8) zu multiplizieren und das Angussgewicht (z. B. 30 g) zu addieren. Im Beispielfall ergibt dies ein Schussgewicht von 70 g. Aus einer Füllzeit von 0,5 s ergibt sich ein Einspritzvolumenstrom von rund 70 cm3 in 0,5 s, was für elektrische Antriebe nach oben genannter Faustregel rund 2 · 70/0,5 = 280 cm3/s entspricht.

Nun lässt sich im technischen Datenblatt einfach ablesen, welche Spritzeinheit bei 1 D Schneckenhub ein Schussvolumen von 70 cm3 und einen Einspritzvolumenstrom von mindestens 280 cm3/s erzielt. Auf diese Weise kann unkompliziert die passende Spritzeinheit ermittelt werden. Sind im Prospekt statt Einspritzströmen Geschwindigkeiten in mm/s angegeben, bleibt der Griff zum Taschenrechner nicht erspart.

Euromap: Genormte  Spritzeinheit-Größen

Als Quasi-Datenblattstandard hat sich die nach Euromap 1 vorgeschlagene Bezeichnung für Spritzeinheiten durchgesetzt. Diese ist das Produkt aus maximalem Hubvolumen in cm3 und maximalem Spritzdruck in kbar. Mit dieser Klassifikationszahl erfolgen dann auch Preis-Leistungs-Vergleiche. Beispiel: Eine Spritzeinheit 800 nach Euromap hat in vielen Fällen einen Schneckendurchmesser von 50 mm, einen Hub von 200 mm und einen maximalen Spritzdruck von 2000 bar.

Da für elektrische Antriebe Hub kosteneffizienter zu realisieren ist als Kraft, setzen verschiedene Hersteller bei gegebener Euromap-Kennzahl kleinere Schneckendurchmesser ein. Dies hat zur Konsequenz, dass entsprechend der quadratischen Flächenübersetzung mehr Hub, ein größeres L/D-Verhältnis und entsprechend höhere Vorschubgeschwindigkeiten realisiert werden müssen, um für ein bestimmtes Einspritzvolumen und eine bestimmte Füllzeit das gleiche Teil im Werkzeug zu erhalten.

Für eine Dünnwandanwendung mit beispielsweise einem Schussvolumen von 100 cm3 (ca. 1 D Hub) und 0,2 s Füllzeit errechnet sich im Dreiecksbetrieb ein Volumenstrom von max. 1000 cm3/s. Mit einer 50-mm-Schnecke würde entsprechend eine Vorschubgeschwindigkeit von 510 mm/s erreicht, bei 45 mm Durchmesser sind es dagegen 630 mm/s. Diese rund 23 % mehr sehen im Datenblatt zwar besser aus, prozesstechnisch ist jedoch beides identisch.

Leider hat sich die in der Euromap 4 spezifizierte effektive Leistungskennzeichnung für Spritzeinheiten in den Datenblatt-Angaben nicht durchgesetzt, denn die real fahrbare Spitzenleistung an der Schnecke wäre zumindest bei direkt angetriebenen Spritzeinheiten eine Kenngröße, die sich auch im Preis wiederfände.

Q = Einspritzvolumenstrom [cm3/s]

Im oben genannten Beispiel sind das unabhängig vom Schneckendurchmesser 200 kW. Um diese Spitzenleistung an der Schneckenspitze zu erbringen, muss das ganze System zunächst beschleunigen. Wie erwähnt, spielt bei elektrischen Direktantrieben die konstruktive Ausführung eine große Rolle. Hier kommt dann wieder die Physik der zehnten Klasse ins Spiel und damit die Newtonschen Gesetze zur Massenträgheit. Zum Beschleunigen der Eigenträgheit erfordern alle heute bekannten technischen Ausführungen Zusatzkräfte, die dem 0,5– bis 1-fachen der Lastkraft entsprechen. So ist man dann bei obiger Dünnwandanwendung schnell bei 400 kW Spitzenleistung am Motor. An dieser Stelle kommt das anfangs erwähnte Urlaubsbeispiel zum Tragen und die Frage, welche Kombination wirklich Sinn ergibt.

Bei einer kleineren Schnecke und folglich auch kleinerer Fläche muss bei gleichem Druck weniger Kraft aufgebracht werden. Hinzu kommt die Frage, ob der maximale Druck auch über die gesamte Einspritzphase genutzt werden kann. Reine Dünnwand-Spritzeinheiten, die nur auf kurze Füllzeiten und Spitzenleistung ausgelegt sind, eignen sich weniger für Füllzeiten von 10 s, wie sie z. B. ein dickwandiges optisches Bauteil erfordert. Hier kämen sie durch den notwendigerweise lange aufrecht zu erhaltenden Spritz- und Nachdruck ins Schwingen oder Überhitzen – ähnlich wie das Cabrio-Gespann, das am Pass mit schleifender Kupplung im Stau steht.