Hydraulisches, elektrisches und hybrides Kunststoff-Spritzgießen: Welches Verfahren ist das richtige für Sie?

Konstrukteure haben eine Vielzahl von Optionen, wenn es darum geht, das für ihre spezifische Anwendung am besten geeignete Kunststoffspritzgussverfahren auszuwählen. Jede der drei Hauptmethoden (hydraulisch, elektrisch und hybrid) bietet einzigartige Vor- und Nachteile. Um die richtige Wahl für Ihr Projekt zu treffen, ist es wichtig, die Unterschiede dieser Methoden und ihre Vorteile vollständig zu verstehen.

Hydraulisches Spritzgießen

Hydraulische Kunststoff-Spritzgussmaschinen (IMMs): Je nach Ihren speziellen Anforderungen, Stromkosten und persönlichen Vorlieben kann eine hydraulische Presse immer noch die beste Wahl für die Aufgabe sein.

Diese Maschinentypen verwenden Hydraulikzylinder, um die beiden Hälften der Form unter hohem Druck zusammenzupressen. Die Kunststoffsubstratpellets werden dann geschmolzen und die Flüssigkeit in die Formhöhle gespritzt. Sobald der Kunststoff abkühlt und aushärtet, werden die beiden Hälften der Form getrennt, das Teil wird entfernt und der Vorgang wiederholt.

Um zu verhindern, dass die Form durch den Einspritzdruck aufgestoßen wird und überschüssiges Material um das Teil herum „spritzt“, muss die Klemmvorrichtung genügend Klemmkraft bereitstellen, um die Form während des Einspritzvorgangs geschlossen zu halten. Für Teile mit dünnen Wandabschnitten und großen Ziehtiefen ist eine Klemmkraft von etwa 3–4 Tonnen pro Quadratzoll Hohlraum erforderlich. Für dickwandige Abschnitte und geringe Ziehtiefen sind etwa 2 Tonnen pro Quadratzoll erforderlich.

Die heutigen hydraulischen Spritzgießmaschinen können Klemmkräfte von bis zu 8.000 Tonnen und mehr steuern und Teile mit einem Gewicht von über 50 Pfund herstellen. Hydroforming ist eine beliebte Methode in der Automobilindustrie, wo große, schwere Teile wie Stoßfänger hergestellt werden müssen.

Vorteile
Hydraulisches Spritzgießen ist die bevorzugte Wahl zum Antreiben von Kernzügen, Auswerfern und Nadelventilen sowie für dickwandige Teile, die über längere Zeit gehalten werden müssen. Zu den Vorteilen gegenüber vollelektrischen Maschinen gehören:

Höhere Spannkraft für große Teile
Bessere Einspritzraten
Hohe Verschleißfestigkeit
Größere Schussgrößen
Bessere Auswurfmöglichkeiten
Kann mit Akkumulatoren ausgestattet werden, um langsamere Klammerbewegungen auszugleichen
Niedrigerer Anschaffungspreis
Geringe Kosten und hohe Verfügbarkeit von Ersatzteilen, dadurch geringere Wartungskosten
Fortgeschrittene Projekte einfacher steuern

Nachteile
Aufgrund ihrer hohen Leistung verbrauchen Hydraulikpressen auch im Leerlauf viel Energie. Während ein typischer Elektromotor während eines Spritzgussverfahrens etwa 2,55 kWh verbraucht, kann eine Hydraulikpresse 5,12 kWh verbrauchen. Sie erfordern höhere Spritzgusstemperaturen und längere Abkühlzeiten und sind aufgrund der Gefahr von Flüssigkeitslecks nicht für den Einsatz in Reinräumen geeignet. Hydraulikpressen sind lauter und ungenauer als vollelektrische Pressen. Mit zunehmender Klemmkraft und verbesserten Steuerungssystemen wird sich jedoch die Präzisionsleistung von Hydraulikpressen verbessern.

Elektrisches Spritzgießen
Diese Maschinen werden von digital gesteuerten Hochgeschwindigkeits-Servomotoren statt von Hydraulik angetrieben, was zu einem schnelleren, wiederholbaren, präziseren und energieeffizienteren Betrieb führt. Der Motorbetrieb ist sehr vorhersehbar, sodass der ideale Einspritzvorgang, sobald er einmal erreicht ist, sehr konsistent reproduziert werden kann, was zu qualitativ hochwertigeren Teilen führt. Sobald ein Auftrag in einen Motor programmiert ist, kann er dank seiner digitalen Steuerung praktisch unbeaufsichtigt laufen, was die Arbeitskosten senkt und den Gewinn steigert.

Vorteile
Elektrisches Spritzgießen eignet sich gut für Reinraumanwendungen, da keine Gefahr einer Ölkontamination besteht. Aufgrund seiner hohen Präzision eignet sich das Verfahren auch gut für kleine bis mittelgroße Teile und medizinische Produkte wie Petrischalen und Spritzen. Weitere Vorteile sind:
Hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit, wodurch Ausschussraten vermieden werden. Saubere Prozesse ohne Leckagen. Reduzierte Ausfallzeiten, die normalerweise mit Hydraulik verbunden sind. Energieeinsparungen von 30% bis 70%. Leiser Betrieb; reduziertes Motorgeräusch auf weniger als 70 dBA. Höhere Einspritzgeschwindigkeiten von bis zu 800 mm/Sek. und schnellere Klemmbewegung. Kürzere Startzeiten und bis zu 20% schnellere Zykluszeiten. Weniger Materialabfall, dadurch geringere Stückkosten. Keine Verbrauchsmaterialien wie Öle, die ersetzt oder gereinigt werden müssen. Geringerer Strombedarf reduziert die Betriebskosten erheblich.

Nachteile
Elektromotoren sind zwar schneller, sauberer und energieeffizienter, können jedoch nicht mit den Klemmkräften von Hydraulikpressen mithalten und sind in der Anschaffung teurer. Es handelt sich um Kniehebelspanner mit Kugelumlaufspindelantrieb, die beide Verschleißteile sind, deren Austausch teuer oder auf dem Gebrauchtmarkt schwer zu finden sein kann. Und obwohl Elektromotoren eine hohe Genauigkeit bieten, kann ihre hohe Positioniergenauigkeit sie weniger fehlertolerant machen als Hydraulikpressen.

Hybrid-Kunststoff-Spritzguss
Hybrid-Spritzgussmaschinen vereinen das Beste aus beiden Welten und sind seit Jahrzehnten auf dem Markt. Sie kombinieren die überlegene Schließkraft hydraulischer Pressen mit der Präzision, Wiederholgenauigkeit, Energieeinsparung und Geräuscharmut von Elektromotoren. Dies führt zu einer besseren Leistung sowohl bei dünn- als auch bei dickwandigen Teilen. Diese Maschinen sind in den letzten Jahren aufgrund ihrer Effizienz und Benutzerfreundlichkeit immer beliebter geworden.

Fast 66% der Energie einer hydraulischen Presse werden zur Rückgewinnung der Schraube verwendet. Hybridpressen kosten zwar im Vorfeld mehr, aber ihre elektrische Schraubenrotation kann zu erheblichen Einsparungen führen, die dann an den Kunden weitergegeben werden können. Unsere Hybridmaschinen verfügen über die gesamte Leistung einer vollhydraulischen Maschine und sind dabei nahezu genauso energieeffizient wie eine vollelektrische Maschine.

Vorteile
Hybrid-Kunststoffspritzguss ist ein energieeffizienter und langlebiger Prozess ohne großen Aufwand, was zu einer schnelleren Kapitalrendite führt.
Zu ihren besonderen Vorteilen gehören:
Servopumpen ermöglichen eine kontinuierliche Anpassung für vielseitiges Produktdesign
Neigt dazu, zwei Klemmsysteme am Knebel zu verwenden
Durchschnittliche Anschaffungskosten für alle drei Optionen (hydraulisch, elektrisch, hybrid), können aber langfristig die größten Einsparungen bieten
Geschlossene Prozesse mit schnelleren Reaktionszeiten
Niedrigere Temperaturen erfordern weniger Kühlung und verlängern die Lebensdauer von Öl und Maschine

Nachteile
Da alle Hybride unterschiedlich sind, kann es schwierig sein, die richtige Presse für das Produkt zu finden und für bestimmte Anwendungen eine zuverlässige Ersatzmaschine bereitzustellen. Wenn an der Hybridmaschine eine Wartung erforderlich ist, muss der Vorgesetzte Kenntnisse sowohl über hydraulische als auch über elektrische Pressen haben.