PlastXnow erklärt Spritzgießmaschinen: Funktion, Vorteile & Einsatz

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Spritzgießmaschinen sind das Herzstück der modernen Kunststoffproduktion. Sie ermöglichen präzise, effiziente und wiederholgenaue Fertigung von Kunststoffteilen für unterschiedlichste Branchen – von Automotive über Medizin bis Verpackung. 

Spritzgießmaschinen sind Maschinen zur industriellen Herstellung von Kunststoffteilen. Sie formen Bauteile, indem sie geschmolzenen Kunststoff unter hohem Druck in eine Form (Werkzeug) einspritzen.

Das Spritzgießverfahren, das heute in vielen Industriezweigen sehr beliebt ist, erlebte während des Zweiten Weltkriegs einen massiven Entwicklungsschub, als der Bedarf an massenproduzierten Gütern stieg. Seine Anfänge reichen jedoch weit zurück. Bereits 1872 entwickelten der amerikanische Erfinder John Wesley Hyatt und sein Bruder Jesaja die erste Maschine für den Kunststoffspritzguss.

Wie funktioniert der Spritzgießprozess?

Der Spritzgießprozess läuft in mehreren genau aufeinander abgestimmten Schritten ab. Ziel ist es, aus Kunststoffgranulat präzise Formteile in großer Stückzahl herzustellen. Der Ablauf hängt dabei von vielen Faktoren ab, wobei ein grundsätzliches Schema vorhanden ist:

• Dosieren & Plastifizieren: Das Kunststoffgranulat wird in den Trichter gefüllt, eine rotierende Schnecke fördert das Material nach vorn, welches dabei durch Heizung und Reibung aufgeschmolzen wird.
• Werkzeug schließen: Die Schließeinheit fährt zu und das Werkzeug wird mit hoher Kraft dicht geschlossen, damit kein Kunststoff austritt.
• Einspritzen: Die Schnecke bewegt sich axial nach vorne, die flüssige Kunststoffmasse wird unter hohem Druck in die Form eingespritzt – bis die Kavität (Hohlraum) vollständig gefüllt ist.
• Nachdruckphase: Nachdem das geschmolzene Material den Formhohlraum gefüllt hat, wird Nachdruck ausgeübt, um Hohlräume zu vermeiden, die durch Erstarrungsschrumpfung oder Schwachstellen an der Anschnittposition entstehen. Dadurch gewährleistet eine ausreichende Festigkeit des Bauteils.
• Kühlen: Der Kunststoff erstarrt im Werkzeug und die Kühlkanäle im Werkzeug führen Wärme ab. Dieser Schritt dauert oft am längsten. 
• Werkzeug öffnen & Auswerfen: Nach ausreichender Abkühlung öffnet die Maschine das Werkzeug und Auswerferstifte drücken das fertige Teil aus der Form. 

Alle Schritte zusammen ergeben die Zykluszeit, meist nur wenige Sekunden bis Minuten – je nach Bauteilgröße und Material.

Ranking nach Gesamtumsatz im Jahr 2023

Das sind die größten Hersteller von Spritzgießmaschinen

Aufbau und Hauptkomponenten

Eine Spritzgießmaschine ist grundsätzlich aus mehreren Baugruppen aufgebaut, die gemeinsam den Spritzgießprozess ermöglichen. Zu den wichtigsten Komponenten zählen:

• Schließeinheit: Sie hält das Werkzeug während des Einspritzens geschlossen.
• Spritzeinheit (Plastifiziereinheit): Hier wird der Kunststoff aufgeschmolzen und eingespritzt.
• Werkzeug (Form): Gibt dem Bauteil seine Form.
• Antriebssystem: Erzeugt die Bewegungen und Kräfte der Maschine.
• Steuerung: Das „Gehirn“ der Maschine.

Welche Arten von Spritzgießmaschinen gibt es?

Spritzgießmaschinen lassen sich nach verschiedenen Kriterien unterscheiden, vor allem nach Antriebsart, Bauweise, Anzahl der Spritzeinheiten und Einsatzgebiet.

Je nach Antrieb unterscheidet man hydraulische, elektrische und hybride Spritzgießmaschinen:

• Hydraulische Maschinen arbeiten mit Hydrauliköl und können sehr hohe Schließkräfte aufbringen. Sie sind robust und bewährt, verbrauchen aber mehr Energie und sind vergleichsweise laut. 
• Elektrische Spritzgießmaschinen nutzen Servomotoren für alle Bewegungen, was sie besonders präzise, energieeffizient und leise macht.
• Hybride Maschinen kombinieren hydraulische und elektrische Antriebe und vereinen hohe Kraft mit guter Energieeffizienz.

Nach der Bauweise unterscheidet man Holmen- und holmlose Maschinen:

• Holmenmaschinen, die klassische Bauform, besitzen vier Holme und sind sehr stabil und universell einsetzbar. 
• Holmlose Maschinen hingegen verzichten auf Holme, bieten eine bessere Zugänglichkeit zum Werkzeug und eine gleichmäßige Schließkraftverteilung, was besonders für große oder komplexe Werkzeuge vorteilhaft ist.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Anzahl der Spritzeinheiten:

• Die meisten Maschinen sind Einschneckenmaschinen mit einer Spritzeinheit, die für Standardteile ausreicht. 
• Mehrkomponenten- oder 2K-/3K-Maschinen besitzen zwei oder mehr Spritzeinheiten und ermöglichen die Herstellung von Bauteilen aus mehreren Kunststoffen oder Farben, wie beispielsweise Hart-Weich-Verbindungen.

Schließlich lassen sich Spritzgießmaschinen nach dem Kunststoff, den sie verarbeiten, klassifizieren:

• Thermoplast-Spritzgießmaschinen sind für die Verarbeitung von Thermoplasten wie Polypropylen, Polyamid oder ABS.
• Duroplastmaschinen werden für Duroplaste verwendet und arbeiten mit beheizten Werkzeugen. 
• Elastomer- oder LSR-Maschinen sind auf Gummi oder Silikon spezialisiert und besitzen besondere Schnecken und Werkzeuge. 

Zusätzlich gibt es Spezialmaschinen, wie Mikrospritzgießmaschinen für sehr kleine Teile, vertikale Spritzgießmaschinen für Einlegeteile oder Umspritzungen sowie Maschinen für das Reaktionsspritzgießen (RIM).

Vorteile & & Nachteile des Spritzgießens

Das Spritzgießen ist ein weitverbreitetes Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen und bietet zahlreiche Vorteile. Besonders hervorzuheben ist die hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit. Seine Produktionsgeschwindigkeit ist hoch, sodass sich das Verfahren besonders für Massenproduktion eignet. 

Zudem entstehen beim Spritzgießen geringe Materialverluste, da überschüssiger Kunststoff oft wiederverwertet werden kann. Auch die Oberflächenqualität der gefertigten Teile ist sehr gut, und es sind komplexe Geometrien und integrierte Funktionen wie Hinterschnitte, Rippen oder Scharniere möglich. Das Verfahren ist zudem vielseitig einsetzbar, da sich viele verschiedene Kunststoffe auf Spritzgießmaschinen verarbeiten lassen.

Links: Vertikalmaschine Allrounder 475 V von Arburg

Rechts: Holmlose elektrische Engel Victory Electric 220 mit 2.200 kN Schließkraft

Auf der anderen Seite hat das Spritzgießen auch einige Nachteile. Die Anschaffungskosten für Maschinen und Werkzeuge sind hoch, besonders für Mehrkomponenten- oder Hochpräzisionsmaschinen. Die Werkzeugherstellung ist zeitaufwendig und teuer, was das Verfahren für kleine Stückzahlen weniger wirtschaftlich macht. 

Außerdem erfordert das Verfahren eine exakte Prozesssteuerung, da kleine Abweichungen bei Temperatur, Druck oder Kühlung zu Maß- oder Qualitätsfehlern führen können. Auch die flexible Anpassung an Designänderungen ist begrenzt, da das Werkzeug für jedes neue Teil neu gefertigt werden muss.

Anwendungen & Produkte

Spritzgießmaschinen werden überall dort eingesetzt, wo große Stückzahlen identischer Kunststoffteile benötigt werden. Sie sind eines der wichtigsten Verfahren in der Kunststoffverarbeitung, weil sie schnell, präzise und vielseitig sind.

Beispiele aus der Praxis

• Der Fahrradlenker für Canyon Bicycles wird auf einer holmlosen Spritzgießmaschine Engel Victory 180 gefertigt. Weiterlesen

• Nachhaltige Verpackung trifft Design: Thomriss setzt auf Technik von Wittmann für präzise, effiziente und umweltfreundliche Kosmetikverpackungen. Weiterlesen

• Der Skater Peter Karacsonyi hat mehr als zehn Jahre Entwicklungszeit benötigt: Mithilfe von Krauss Maffei hat er das perfekte Skateboard geschaffen. Weiterlesen (+)

Fazit

Spritzgießmaschinen gehören zu den wichtigsten Produktionsanlagen in der modernen Industrie, da sie die wirtschaftliche Herstellung von Kunststoffteilen in großen Stückzahlen ermöglichen. Ein zentraler Vorteil des Spritzgießens ist die hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit, wodurch selbst komplexe Bauteile mit gleichbleibender Qualität gefertigt werden können. Zudem erlaubt das Verfahren kurze Zykluszeiten, was zu einer sehr hohen Produktivität führt und es besonders für die Massenproduktion attraktiv macht.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die große Gestaltungsfreiheit. Mit Spritzgießmaschinen lassen sich sowohl einfache als auch sehr komplexe Geometrien herstellen, einschließlich Bauteilen mit integrierten Funktionen wie Clips, Scharnieren oder Verstärkungsrippen. Gleichzeitig ist der Materialverlust gering, da überschüssiger Kunststoff häufig wiederverwertet werden kann. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche Kunststoffe sowie Mehrkomponenten- oder Hart-Weich-Verbindungen zu verarbeiten, ist das Verfahren äußerst vielseitig einsetzbar.

Aufgrund dieser Eigenschaften finden Spritzgießmaschinen in zahlreichen Branchen Anwendung, etwa in der Automobilindustrie, der Verpackungsindustrie, der Medizintechnik, der Elektrotechnik sowie bei Haushalts- und Konsumgütern. Überall dort, wo präzise, langlebige und kostengünstige Kunststoffteile in hoher Stückzahl benötigt werden, sind Spritzgießmaschinen die bevorzugte Lösung.