Grundlegende Konstruktionsregeln für Kunststoffteile

Bei der Auslegung von Kunststoffteilen und den zugehörigen Spritzgusswerkzeugen sind verschiedene grundlegende Konstruktionsregeln zu beachten. Die wichtigsten Beispiele seien im Folgenden erwähnt:

 

Möglichst geringe Wandstärken

 

Ziel ist Material- und Gewichtseinsparung und kürzest mögliche Kühlzeit (Faustregel: Kühlzeit in Sekunden = 2 x Wanddicke2, also braucht ein Formteil mit 2 mm Wandstärke geschätzt etwa 8 Sekunden Kühlzeit, bei 3 mm beträgt die Kühlzeit bereits 18 Sekunden).

 

Möglichst konstante Wandstärken im gesamten Formteil

 

Durch konstante Wandstärken werden Lufteinschlüsse, Oberflächenstörungen (z. B. Einfallstellen) und Verzug vermieden. Da eine gleichmäßige Abkühlgeschwindigkeit enorm wichtig ist, kann es erforderlich werden, an Ecken und Kanten die Wanddicke zu verringern.

 

Vermeidung von Bindenähten

 

Bindenähte entstehen dort, wo die Schmelze von zwei oder mehr Seiten zusammenfliesst. Sie bilden grundsätzlich mechanische Schwachstellen und sollten durch die Gestaltung der Fliesswege möglichst an wenig belastete Stellen verlegt werden.

 

Vermeidung von Massenanhäufungen

 

Treffen Wände gleicher Stärke senkrecht aufeinander, etwa bei Versteifungsrippen, entstehen in der Regel EinfallsteIlen, da die Schmelze an Masseanhäufungen langsamer abkühlt und dabei eine Volumenkontraktion auftritt. EinfallsteIlen sind als Vertiefungen besonders bei glänzenden oder lackierten Oberflächen erkennbar. Daher sollen Versteifungsrippen, insbesondere quer zur Fließrichtung, nur etwa die Hälfte (amorphe Thermoplaste) oder nur ein Drittel (teilkristalline Thermoplaste, höhere Schwindung) der Wanddicke der Hauptwand haben. Andere Möglichkeiten sind bewusst konstruierte Designriefen (entlang der EinfallsteIle) oder Aussparungen am Fuss der Versteifungsrippen.

 

Verwendung von Radien an Ecken, Rändern und am Fuss von Versteifungsrippen und Schraubdomen

 

An spitzkantigen Ecken besteht die Gefahr von Kerbspannungen. Die Radien sollen allerdings so klein wie möglich gehalten werden, um EinfallsteIlen zu vermeiden. Als Daumenregel gilt ein Radius von etwa 0,25 mm.

 

Grossflächige ebene Bereiche vermeiden

 

Grosse, ebene Bereiche lassen sich relativ leicht verformen und sind sehr verzugsempfindlich. Auch kleine Unebenheiten fallen, insbesondere bei glänzenden Oberflächen, sofort auf. Sind ebene Flächen erforderlich, empfiehlt es sich, sie mit Rippen zu versteifen.

 

Hinterschneidungen vermeiden

 

Enthält das Formteil Hinterschneidungen (Kerben, Rillen und andere reliefartige Strukturen), kann dies in Abhängigkeit von deren Grösse und Lage beim Entformen zu unzulässig hohen Dehnungen führen. Teile mit großen Hinterschneidungen lassen sich aus einem einfachen Werkzeug nicht entformen. Lassen sich Hinterschneidungen nicht vermeiden, sind bewegliche Teile (Schieber) im Werkzeug erforderlich, die die Werkzeugkosten beträchtlich steigern.

 

Verwendung von Entformungsschrägen

 

Um die bei der Entformung auftretenden Reibungskräfte gering zu halten, sollten die entsprechenden Wände des Formteils leicht (je nach Polymer und Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,5 und bis über 5°) abgeschrägt werden. Die Winkel müssen empirisch ermittelt werden.

 

Ausgleich für unterschiedliche Wärmeausdehnung schaffen

 

Werden Kunststoffteile an mehreren Stellen beispielsweise mit Metallschrauben befestigt, ist aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ein Spannungsausgleich erforderlich. Da Kunststoffe weit größere Ausdehnungskoeffizienten als Metalle haben, muss durch Langlöcher entsprechend Spielraum geschaffen werden.

 

Spreizwirkung durch Schrauben vermeiden

 

Kunststoffe dürfen nie mit Senkkopfschrauben befestigt werden, da hierdurch zu große Spannungen auftreten, die zum Versagen führen. Flachkopfschrauben sorgen beim Anziehen für eine gleichmäßigere Spannungsverteilung. Auch bei den Schraubdomen ist eine Massenanhäufung zu vermeiden, sie werden bevorzugt über Rippen angebunden.