Wenn heute Kunststoffteile mit erhöhten Ansprüchen an die Oberflächenqualität im Spritzgieß-Verfahren produziert werden sollen, dann werden die dafür eingesetzten Serienwerkzeuge meist mit Formeinsätzen aus poliertem Stahl bestückt. Dabei führt jedoch […]
Keramische Werkzeugeinsätze erhöhen die Oberflächenqualität von Spritzguss-Bauteilen. (Foto: WZR)
Wenn heute Kunststoffteile mit erhöhten Ansprüchen an die Oberflächenqualität im Spritzgieß-Verfahren produziert werden sollen, dann werden die dafür eingesetzten Serienwerkzeuge meist mit Formeinsätzen aus poliertem Stahl bestückt. Dabei führt jedoch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls zu einer so raschen Erstarrung der Spritzgussmasse, dass Fließlinien und andere optische Negativeffekte – wie etwa Bindenähte – in und auf der Oberfläche der Bauteile sichtbar werden. Die WZR Ceramic Solutions GmbH, Rheinbach, konnte nun im Rahmen des EU-Förderprojekts Keraopt nachweisen, das sich solche Qualitätsmängel durch die Verwendung von Werkzeugeinsätzen aus technischer Keramik größtenteils ausschließen lassen.
Im direkten Vergleich mit den bisherigen Stahleinsätzen führen die innovativen Keramikeinsätze von WZR außerdem zu einem minimalen Ra-Wert der Oberflächen; die Kunststoffteile werden also erheblich glatter und geschlossener. Der Grund dafür: Die realisierten Keramikeinsätze selbst haben in der polierten Ausführung nur noch einen Ra-Wert von 0,002 µm. Der Ra-Wert eines auf Hochglanz polierten Werkzeugstahls liegt mit etwa 0,011 µm deutlich höher.
Marktreife erreicht
Die Entwicklung der neuen Keramikeinsätze erfolgte in einem Firmenkonsortium, unter anderem auch unter Beteiligung des Kunststoffinstitut Lüdenscheid, und wurde möglich durch Fördergelder aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung „Investition in unsere Zukunft“ der Europäischen Union. WZR hat die Optimierung der keramischen Formeinsätze für Spritzgieß-Werkzeuge inzwischen so weit vorangetrieben, das deren Serienproduktion unter dem Produktnamen Cermold (Ceramic Mold Insert) kurz vor der Marktreife steht.
„In wenigen Wochen können wir loslegen; schon jetzt stehen wir in dieser Sache in engem Kontakt mit vielen Konstrukteuren und Werkzeugbauern“, sagt Dr. Dieter Nikolay, der Leiter des WZR-Engineering. Die von ihm mittels CNC-Bearbeitung gefertigten und erprobten Metall-Keramik-Verbunde haben schadlos zwei Millionen Zyklen überstanden. Insbesondere für die Herstellung hochwertiger designorientierter Consumer-Produkte oder optischer Bauteile ergeben sich durch die neuen Werkzeugeinsätze Cermold von WZR Wettbewerbsvorteile. „Während unsere Versuchsreihe mit Spritzgieß-Werkzeugen für Telefon-Gehäuseschalen zu einer sicht- und fühlbaren Oberflächenoptimierung geführt hat, konnten wir beim Gießen von Kollimatorlinsen für die Medizintechnik aufgrund der sehr geringen Oberflächenrauigkeit auch funktionelle Verbesserungen erzielen“, berichtet Dr. Nikolay. Kollimatorlinsen werden unter anderem zur Parallelbündelung von Röntgen- oder Gammastrahlen verwendet.
Gesteuerte Erstarrung
Die erzielten Fortschritte lassen sich größtenteils darauf zurückführen, dass die für die neuen Cermold-Formeinsätze verwendeten Keramik-Werkstoffe im Gegensatz zu den traditionellen Werkzeugeinsätzen aus Stahl eine deutlich niedrigere Wärmeeindringzahl aufweisen. Sie können daher sehr intelligent auch für eine gesteuerte Erstarrung eingesetzt werden, womit sich die Abformgenauigkeit der Kunststoffschmelze verbessern und die eingangs erwähnten Negativerscheinungen vermeiden lassen. Da die von WZR entwickelten Keramik-Werkstoffe aber die gleiche thermische Dehnung und das gleiche E-Modul wie der Werkzeugstahl aufweisen, können sie problemlos in die Formwerkzeuge für das Spritzgießen integriert werden.
