Durchblick im Spritzguss

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1 Durchblick im Spritzguss Das Herstellen hochtransparenter optischer Formteile ± eine neue Herausforderung Erwin BuÈrkle, Bernd Klotz, Peter Lichtinger, MuÈnchen Optische Formteile stellen ein immer interessanter werdendes Anwendungsgebiet fuè r die Kunststoffverarbeitung dar. Mit gezielt entwickelten PraÈgeverfahren lassen sich die besonderen QualitaÈtsanforderungen der verschiedenen Formteile erfuè llen. Zu den optischen Formteilen, denen fuèr die Kunststoffverarbeitung zunehmende Bedeutung zukommt, zaèhlen Linsen, Brillen, optische DatentraÈger, Displays, Computerbildschirme, Scheinwerfer- Streuscheiben, Automobil-Verscheibungen sowie Elemente fuèr die optische Telekommunikation und BilduÈbertragung durch Einspiegelung. Kunststoffe bieten gegenuèber Glas bedeutende Vorteile: Neben einem geringeren Gewicht und niedrigeren Materialkosten verfuègen sie uèber eine hoèhere SchlagzaÈhigkeit. Ein wesentlicher Vorteil resultiert zudem aus dem Spritzgieûverfahren, das eine groûe Designfreiheit bietet und bei groèûeren StuÈckzahlen konkurrenzlos wirtschaftlich ist. DaruÈber hinaus lassen sich hochgradig wirksame Entspiegelungen von optischen OberflaÈchen im Spritzgieûen und -praègen von Mikro- und Nanostrukturen realisieren. Sogar Kalibrierstrukturen fuèr die Rastersondenmikroskopie koènnen durch Spritzgieûen in einer Replikationstreue von 25 nm erzeugt werden [1]. Generell zeigen sich die Vorteile des Spritzgieûens bei Formteilen mit sehr Werkzeug Angussart Temperierung Werkstoffeinsatz u.a. Material Brechungsindex Dispersion (Abbè-Zahl) Transmission Wasseraufnahme u.a. Qualität optischer Formteile Transparenz Spannungsfreiheit Homogenität Orientierung Spritzgießmaschine Plastifiziersystem Spritz-Prägefunktionen Reproduzierbarkeit Plattenparallelität komplexen Geometrien und hohen QualitaÈtsanforderungen. Das Spritzgieûen ermoèglicht deren Herstellung in einem Produktionsschritt bei nur geringem Energieaufwand. Interessant in diesem Zusammenhang sind die Entwicklungstendenzen in der Automobilindustrie, die Verscheibung teilweise aus Polycarbonat herzustellen. Es ist festzustellen, dass die Fertigung derartiger Formteile aufgrund der hohen optischen Anforderungen zur DomaÈne der Spritzgieûverarbeitung wird. FuÈr den Spritzgieûmaschinenhersteller spannt sich somit ein sehr weites Feld auf, das die FormteilgroÈûe und so- Prozessführung Einspritzen Nachdrücken Prägen (Atmen) u.a. Bild1. Die QualitaÈt optischer Formteile beeinflussende Faktoren Peripherie Materialförderung Materialtrocknung Reiner Arbeitsraum Formteilhandling 54 Ó Carl Hanser Verlag, MuÈnchen KU Kunststoffe

2 Fehlerverteilung mit die MaschinengroÈûe ebenso betrifft wie unterschiedliche Prozesstechniken. Dabei muss die Genauigkeit der ProzessfuÈhrung an einer Maschine mit der Schlieûkraft von F s = kN aèhnlich hoch sein wie bei einer kleinen Spritzgieûmaschine mit F s =300 kn. Die QualitaÈtsanforderungen stehen in enger Verbindung mit der jeweiligen Anwendung bzw. dem Anwendungsgebiet Kasten 1). FuÈr den Verarbeiter ist es besonders wichtig, die Faktoren genau zu kennen, die die FormteilqualitaÈt beeinflussen. Sie erstrecken sich vom Material uèber das Werkzeug, die Maschine und den Prozess bis hin zur Peripherie Bild 1). Berechnungsindex nd 2,0 1,8 1,6 Spritzgießen 5 % Forderung: Ausschuss <1% Trocknen 1,4 90 CMMA PMMA Glasbereich COC AllergroÈûte Beachtung muss der gesamten Prozesskette geschenkt werden. Damit sich die hohen QualitaÈtsanforderungen erfuèllen lassen, sind die einzelnen Prozessschritte genauestens aufeinander abzustimmen und moèglichst schon im Voraus einer FehlermoÈglichkeit und Einflussanalyse FMEA) zu unterziehen. Beispielsweise zeigt eine nachtraèglich durchgefuèhrte FMEA, an welchen Stellen einer Produktionslinie fuèr optische Teile Fehlerquellen fuèr Fremdpartikeleintrag ¹schwarze Punkteª) auftreten Bild2). An diesem Beispiel wird deutlich, dass bei Formteilgewichten zwischen 0,5 und 0,6 kg die Abnahmevorschrift fuèr das Material unzureichend ist, denn Materialtransport Materialherstellung Verpackung 33 % 62 % Bild2. Prozesskette der Verarbeitung von PC fuèr optische Anwendungen sie laèsst in 0,5 kg PC einen schwarzen Punkt der GroÈûe <0,5 mm zu. Unter diesen Bedingungen wird im unguènstigsten Fall bei jedem Formteil eine Verunreinigung allein durch das Material verursacht. Werkstoffe fçr optische Formteile PS PC SMA SMMA SAN Bild3. GegenuÈberstellung von Brechungsindex und AbbeÁ- Zahl von optischen GlaÈsern und Kunststoffen [3] Als Werkstoffe fuèr optische Formteile bieten sich vor allem Thermoplaste als Alternative zu optischen GlaÈsern an. Ihre AuswahlmoÈglichkeiten sind jedoch eingeschraènkt. Hinzu kommt, dass ihre physikalischen und optischen Eigenschaften von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhaèngen. In Bild 3 und Tabelle 1 sind die wichtigsten optischen Kunststoffe den anorganischen GlaÈsern gegenuèber gestellt. Ihre optische QualitaÈt wird charakterisiert durch den Brechungsindex n und die AbbeÁ-Zahl relative Dispersion) n e. Optische Eigenschaften AbbeÁ-Zahl und Transmission), aber auch mechanische und thermische Randbedingungen sowie FeuchtigkeitseinfluÈsse entscheiden uèber die Wahl des geeigneten Kunststoffs. Dem Verarbeiter werden damit die Arbeitsfenster fuèr seine Produktionseinheiten vorgegeben. Vor allem muèssen die spezifischen Eigenschaften beim Aufschmelzen und in der Schnecke beruècksichtigt werden, da diese Materialien in der Regel thermisch sensibel und scherempfindlich sind. Spritzgieûen unter hæchsten Anforderungen Anders als bei Glas werden beim Spritzgieûen optischer Formteile aus Kunststoff z. B. Linsen, Brillenoptiken, Prismen, Scheiben) nicht nur die Geometrie, sondern auch die inneren Eigenschaften bis hin zur Brechzahl durch den Formgebungsprozess beeinflusst. Daraus ergeben sich uèberdurchschnittlich hohe Anforderungen wie hoèchste Form- und Maûgenauigkeit, geringe Spannungen und Orientierungen sowie hohe Transparenz und Reinheit, die wiederum geeignete Maschinen- und Prozesstechniken erfordern, sowie die Notwendigkeit, den Fertigungsprozess ganzheitlich zu betrachten. Voraussetzung fuèr die Formteilbildung ist, dass die SchmelzequalitaÈt als Produkt des Plastifiziersystems die definierten Anforderungen erfuèllt. Im Aufbereitungsprozess koènnen Bereiche im Plastifiziersystem die QualitaÈt entscheidend beeinflussen Bild 4). Im Einzelnen koènnen von ihnen folgende gravierende Fehler ausgehen: LufteinschluÈsse: Beim Einrieseln des Granulats duèrfen keine FlieûunregelmaÈûigkeiten wie BruÈckenbildung, Entmischungen oder ¹tote Zonenª auftreten. Auch beim FeststofffoÈrdern kann Luft eingeschleppt werden. Die Schneckengeometrie oder der Staudruck entscheidet daruèber, ob diese Luft nach hinten abgedruèckt werden kann. Prozessbedingt bewegt sich beim Spritzgieûen die Schnecke waèhrend des Einspritzens axial nach vorne. Das Granulat rieselt in die freien SchneckengaÈnge nach. In der Regel reicht die in der Einspritzphase Bild4. Fehlerquellen implastifiziersystem 55

3 1, m ; /kg Spezifisches Volumen 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0 Einfallstellen Siegelpunkt Kühlung Nachdruck 0,1 MPa 20 MPa 40 MPa 80 MPa 120 MPa 160 MPa 200 MPa Einspritzen Hoher Werkzeugdruck C 400 Temperatur ebenso wie eine unzureichende Reinheit der Umgebungsbedingungen weit mehr schwarze EinschluÈsse und Fehler. BraunfaÈrbung: Durch eine zu hohe Schmelzetemperatur ± auch wenn sie nur oèrtlich im System Friktion) auftritt ± werden die Materialien thermisch uèberbeansprucht. Verantwortlich fuèr diesen Defekt sind die TemperaturfuÈhrung des Zylinders und die Temperaturregelung. Wichtig ist hierbei das Einhalten einer Temperaturkonstanz ± 1K. Wie zu erkennen ist, steht die Plastifiziereinheit in der Prozesskette fuèr die Herstellung optischer Formteile an einer exponierten Stelle. Von der Abstimmung der einzelnen Funktionen haèngt die erreichbare FormteilqualitaÈt in entscheidendem Maûe ab, ebenso ihre Reproduzierbarkeit uèber die Zeit. Dazu zaèhlen V die geometrische Auslegung der Schnecke und RuÈckstroÈmsperre, V die geometrische Auslegung des Zylinderkopfes und der DuÈse, V die TemperaturfuÈhrung und Verweilzeit, V die Werkstoffauswahl und OberflaÈchenbehandlung. Vom Spritzgieûen zum Kippprågen Bild6. DuÈnnwandige Linsen spritzgegossen zur VerfuÈgung stehende Zeit nicht aus, um die SchneckengaÈnge vollstaèndig zu fuèllen. Zu beobachten sind aufeinander folgende Feststoffinseln und luftgefuèllte Leerstellen, die beim naèchsten Plastifiziervorgang in Richtung Schneckenspitze wandern. Es wird Luft eingezogen, die in Form von Blasen oder Schlieren die FormteilqualitaÈt beeintraèchtigt. Groûe Dosierwege und hohe Einspritzgeschwindigkeiten verstaèrken diesen Effekt. AbhaÈngig vom Staudruck und der Schneckengeometrie kann die Luft wieder nach hinten durch das Feststoffbett abgedruèckt werden. Schlieren, Wolken: UngenuÈgende SpuÈlung im Schneckenkanal, ¹tote Eckenª in der RuÈckstroÈmsperre und im Zylinderkopf oder in der DuÈse sowie Spalte an Trennstellen sind Quellen fuèr Schlieren und Wolken. Stippen: Partielle Bildung von verkracktem thermisch geschaèdigtem) Material als graue oder schwarze Partikel an der SchneckenoberflaÈche, Zylinderbohrung, RuÈckstroÈmsperre oder im Zylinderkopf, die sich abloèsen. Die Stippenbildung kann durch eine hohe WerkstoffqualitaÈt von Schnecke, Zylinder, Zylinderkopf und RuÈckstroÈmsperre sowie eine geeignete OberflaÈchenbehandlung vermieden werden. Allerdings verursachen Verunreinigungen des Materials Bild5. Spritzgieûprozess impvt-diagramm Kurzbezeichnung Chemischer Aufbau Hauptkomponenten) Zum besseren VerstaÈndnis der einzelnen PraÈgevarianten sei hier kurz an die Grenzbedingungen beim Standard- Spritzgieûen erinnert. Im ersten Schritt wird die WerkzeugkavitaÈt vollstaèndig gefuèllt und anschlieûend uèber den Nachdruck einfallstellenfrei ausgedruèckt. Auf diese Weise lassen sich nur durch einen hohen Nachdruck Einfallstellen verringern Bild 5). Ist jedoch der Siegelpunkt erreicht, kann keine weitere Masse zum vollstaèndigen Ausgleich nachgedruèckt werden. Eine zeitliche Verschiebung des Siegelpunkts ist nur noch durch VergroÈûerung der Angussverteilerquerschnitte zu Brechzahl n d AbbeÁ-Zahl n e PMMA Polymethylmethacrylat 1,494 57,0 SAN Styrol-Acrylnitril-Copolymersat 1,566 34,5 PS Polystyrol 1,595 32,5 PC Polycarbonat 1,590 31,0 CMMA Copolymerisat aus Cyclohexylmethacrylat und Methylmethacryl 1,50 56,0 SCMA PMMA mit zusaètzlichem Styrol 1,535 42,5 FMS Polytrifluormethylstyrol 1,508 34,0 SMMA SMA DPSC SAN mit anderen MengenverhaÈltnissen Copolymerisat aus Styrol und MaleinsaÈureanhydrid PC-Cokondensat mit Bisphenol und Dihydroxydiphenylsulfid Tabelle 1. Thermoplaste fuèr optische Anwendungen 1,568 33,5 1,585 31,3 1,612 26,0 56

4 1, m ; /kg 0,95 Geringer Schmelzedruck Spezifisches Volumen 0,90 Keine Einfallstellen 0,85 0,80 0,75 0 Nachdruck C 400 Temperatur erreichen. Allerdings induziert auch diese Maûnahme bei anspruchsvollen optischen Formteilen zu hohe Spannungen. Kleinere Formteile ± bezogen auf die FlaÈche und mit Wanddicken zwischen 1 und 5 mm ± koènnen noch mit akzeptablen OberflaÈchenqualitaÈten Bild 6) hergestellt werden. Beim Standardspritzgieûen ist unter dem Begriff Werkzeugatmung 0,02mm) ein Effekt bekannt, der als Vorstufe zum eigentlichen SpritzpraÈgen 0,1 MPa 20 MPa 40 MPa 80 MPa 120 MPa 160 MPa 200 MPa Einspritzen einzuordnen ist. Basierend auf diesem Effekt wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl von Prozessvarianten zur Herstellung optischer Bauteile entwickelt. Spritzprågen Bild7. SpritzpraÈgeprozess impvt-diagramm Schon in den 60er Jahren [2, 7] wurde fuèr die Herstellung optischer Linsen eine spezielle Verfahrenstechnik ± das SpritzpraÈgen ± bevorzugt, auch spaèter [3, 4, 5] wurde diese Verfahrensart immer wieder angewandt und untersucht [6]. Der Begriff SpritzpraÈgen definiert eine aktive Bewegung von Werkzeugteilen, die durch eine entsprechende Werkzeugtechnik und/oder Maschinentechnik aktiviert wird. Am Markt kursieren fuèr diesen Prozess Begriffe wie sequenzielles oder simultanes SchlieûpraÈgen, KipppraÈgen, ÚffnungspraÈgen, AtmungspraÈgen oder Zweistufiges ExpansionspraÈgen. Sehr wichtig ist es, die einzelnen Verfahren differenziert zu betrachten, um ihre Besonderheiten und Vorteile richtig anwenden zu koènnen. Auch die aktuelle Patentsituation darf nicht vernachlaèssigt werden. Der Vorgang laèsst sich am besten mit Hilfe des pvt-diagramms Bild 7) verdeutlichen. Nach der volumetrischen FuÈllung der WerkzeugkavitaÈt uèbernimmt die nachfolgende PraÈgephase den Schwindungsausgleich zur Beseitigung der Einfallstellen. Durch die staèndige flaèchige Druckbeaufschlagung waèhrend des PraÈgens werden weniger Spannungen induziert und Orientierungen hervorgerufen Bild8). Wie aus dem pvt- Diagramm zu ersehen ist, wird der 57

5 Bild8. Induzierte Spannungen imvergleich: Spritzgieûen vs. SpritzpraÈgen Quelle: IKV Aachen) Bild9. Zweistufiges ExpansionspraÈgen Blow-up-compression) Ûbersicht charakteristischer QualitaÈtsmerkmale V Linsen AbbeÁ-Zahl Spannungs-Doppelbrechung/Orientierungen Schlierenbildung Maûhaltigkeit Zentrierung Entmischung/Flieûmarkierungen V Optische DatentraÈger Spannungs-Doppelbrechung/Orientierungen Pit-Abformung Transparenz Radiale Abweichung des Lasers Flieûmarkierungen V Scheiben Spannungs-Doppelbrechung/Orientierungen Verzerrung Abbildung von FreiformflaÈchen Transparenz ausgedruèckt werden. Dabei gelangt die Schmelze in NebenkavitaÈten oder zuruèck in die Plastifizierung. In einer noch verbleibenden PraÈgephase wird die Kunststoffschmelze so verpresst, dass einfallstellenfreie Formteile entstehen. AtmungspraÈgen: Nach vollstaèndigem Schlieûen eines Spritzgieûwerkzeugs wird die KavitaÈt vollstaèndig gefuèllt und in einer zweiten Phase mit Kunststoffschmelze soweit aufgespritzt, dass im folgenden PraÈgeprozess das Formteil einfallstellenfrei ausgedruèckt werden kann. Das AtmungspraÈgen ist damit fuèr die Herstellung groûflaèchiger Formteile mit anspruchsvoller optischer QualitaÈt praèdestiniert. Zweistufiges ExpansionspraÈgen Blow-up-compression): Im Besonderen bei sehr dickwandigen Formteilen z.b. ¹semi-finishedª Korrekturlinsen) wird in einem ersten Prozessschritt die optisch relevante FormteiloberflaÈche und in einem folgenden Schritt die Formteildicke hergestellt Bild 9). Mit diesem Verfahren lassen sich auf einfache Art und Weise dickwandige Formteile bei optimaler OberflaÈchenqualitaÈt und kurzen Zykluszeiten herstellen. Keil-PraÈgen: Bei Formteilen mit keilfoèrmigem Querschnitt muss dem unterschiedlichen Schwindungspotenzial uèber den Teilequerschnitt Rechnung ge- Werkzeuginnendruck waèhrend der PraÈge-Nachdruckphase konstant gehalten. Aktives PraÈgen setzt voraus, dass die Funktion mit kurzer Reaktionszeit, hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit umgesetzt wird. Dazu sind erforderlich: V ein schneller Druckaufbau im Hydrauliksystem hohe Dynamik), V eine genaue Positionierung der beweglichen Werkzeugaufspannplatte, V eine hohe PraÈzision und Wiederholgenauigkeit in der Wechselwirkung zwischen Schnecken- und Werkzeugbewegung. Bei der Herstellung hochwertiger optischer Formteile kommen unterschiedliche SpritzpraÈgevarianten zur Anwendung. Durch programmierte Bewegungen der beweglichen Werkzeugaufspannplatte, z. T. auch der Auswerfer oder spezieller werkzeuginterner Platten in AbhaÈngigkeit der Schneckenposition, lassen sich Fluss, Verteilung und Verdichtung des Materials in der WerkzeugkavitaÈt steuern. SchlieûpraÈgen: Die Kunststoffmasse wird in eine vorvergroèûerte KavitaÈt eingespritzt und der PraÈgeprozess gestartet. Man unterscheidet zwischen einer simultanen und einer sequenziellen Version. Der PraÈgevorgang wird bei der simultanen Version waèhrend und bei der sequenziellen Version nach dem Einspritzen der Kunststoffmasse gestartet. Die Anwendung der simultanen Version ist notwendig, weil nur so Ûbergangsmarkierungen zwischen der FuÈllphase und der PraÈgephase zu vermeiden sind. FuÈr die DVD-Herstellung ist z. B. die simultane Version Voraussetzung. SchlieûpraÈgen mit MasseausdruÈcken: Um BindenaÈhte bei stark konkaven Linsen zu vermeiden, muss die Schmelze in eine vorvergroèûerte KavitaÈt eingespritzt und nachfolgend die uèberschuèssige Schmelze aus der KavitaÈt her- Bild10. Sichtbarer Fehler nach demlackierprozess 58

6 tragen werden. Das Kippen um einen definierten Punkt ist dabei Voraussetzung. Es ist bekannt, dass durch ErhoÈhung der Werkzeugtemperatur eine Verbesserung der OberflaÈchenbrillanz resultiert. Die Grenztemperatur ist die Glastemperatur, die im Falle von Polycarbonat bei etwa 140 C liegt. Ûblicherweise werden konstante Werkzeugtemperaturen bis zu 100 C gefahren. Bei hoèheren Temperaturen wird aufgrund der Zykluszeitproblematik eine 2-stufige Verfahrensweise bevorzugt. Unter dem Begriff ¹Heiz-KuÈhl- Technikª koènnen verschiedene Temperaturen im Werkzeugeinsatz bzw. auf der KonturenoberflaÈche erzeugt werden. Umgebungsbedingungen Bei der Herstellung von Formteilen fuèr die Medizin, die Pharma- und Kosmetikbranche, die Elektronik-/Mikroelektronik- und Optikindustrie, die Biotechnologie oder die Lebensmittelindustrie ist die Reinraumtechnik laèngst etabliert. Hier sind staub- und/oder keimfreie Produktionsanlagen selbstverstaèndlich. Neu ist hingegen, dass inzwischen auch die ErklaÈrung wichtiger optischer QualitaÈtsmerkmale V Doppelbrechung Lichtfortpflanzung nach allen Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit Õ optisch isotrop; Lichtfortpflanzung abhaèngig von der Ausbreitungsrichtung Õ optisch anisotrop V Brechungsindex gibt durch sein VerhaÈltnis der Geschwindigkeiten des Lichts an, wie stark ein Lichtstrahl, der unter einem bestimmten Winkel auftritt, von seiner urspruènglichen Richtung abgelenkt wird. Bei Kunststoffen wird der Brechungsindex durch das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung sowie durch die Wasseraufnahme beeinflusst. V Dispersion WellenlaÈngenabhaÈngigkeit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit und damit auch des Brechungsindices. Die Dispersion wird ausgedruèckt durch die Differenz der Brechungsindices fuèr blaues und rotes Licht n 0 F ±n0 C ). V AbbeÁ-Zahl ist die relative Dispersion. Sie kennzeichnet ein optisches ¹Glasª hinsichtlich seiner Farbzerstreuung. n e ˆ ne 1 n 0 F n0 C n e = Hauptbrechzahl V Transmission LichtdurchlaÈssigkeit des Stoffes bzw. des Formteils Herstellung groèûerer Formteile fuèr die Automobilindustrie, z. B. Scheiben, besonderen Bedingungen unterworfen sind. Um das erforderliche QualitaÈtsniveau Bild10) zu erreichen, sind sie unter ¹reinen Bedingungenª herzustellen. Die ArbeitsraÈume ± Werkzeug bzw. Schlieûeinheit ± muèssen zu reinen Bereichen umgestaltet werden. Auch kontrolliert temperierte bzw. klimatisierte VerhaÈltnisse koènnen eine bedeutende Rolle fuèr die QualitaÈt des Produkts spielen. Die Herstellung groûflaèchiger optischer Formteile, wie z. B. Scheiben fuèr den Automobilbau mit Gewichten bis ca. 59

7 Bild11. Dreieckfenster des Smart-Hecks V bei notwendigen Umsetz- oder TransfervorgaÈngen wird die Scheibe in stehender Lage bewegt. Neben den besseren optischen QualitaÈtsmerkmalen am Formteil durch das PraÈgen erlauben es die geringeren WerkzeuginnendruÈcke ± besonders bei groûen Teilen -, mit reduzierten SchlieûkraÈften zu arbeiten. Der Werkstoff Kunststoff und die MoÈglichkeiten der Spritzgieûtechnik eroèffnen auch dem Designer neue Wege der Formgebung und Gestaltung fuèr solche groûflaèchigen optischen Teile. So hat bereits die Mehrfarbentechnik Eingang in diese Anwendungen gefunden Bild 11). Sie wird kuènftig, fuèr groèûere Formteile mit diesem hohen QualitaÈtsanspruch, die Spritzgieûtechnik einschlieûlich der Werkzeugtechnik vor neue Herausforderungen stellen. 6 kg, eroèffnen neue Dimensionen in der Spritzgieûverarbeitung. Einerseits fordern diese Teile aèhnliche QualitaÈtsmerkmale wie die bisher besprochenen, andererseits muèssen diese Kriterien nun von sehr groûen Maschinen erfuèllt werden. So sind beim Plastifizieren dieselben MaûstaÈbe anzulegen wie z. B. bei der Linsenherstellung. Von der Abstimmung der einzelnen Funktionen, wie geometrische Auslegung von Schnecke, RuÈckstroÈmsperre, Zylinderkopf und DuÈse, sowie von der TemperaturfuÈhrung und Verweilzeit, der Werkstoffauswahl und OberflaÈchenbehandlung haèngt die erreichbare FormteilqualitaÈt in entscheidendem Maûe ab, ebenso ihre Reproduzierbarkeit uèber die Zeit. Neue Herausforderungen GrundsaÈtzlich sind derartige Formteile von einer LaÈngskante uèber groûzuègig dimensionierte FilmanguÈsse anzuspritzen. Auch die Lage der KavitaÈt en) im Werkzeug, insbesondere zum Maschinenmittel, ist aufgrund der hohen optischen QualitaÈtsanspruÈche sehr kritisch zu beurteilen. FuÈr die Scheibenherstellung sollten die Werkzeuge generell mit Tauchkanten ausgestattet sein, am besten mit beweglichen Tauchkantenleisten DE C2). Damit lassen sich PraÈgefunktionen produktionssicher realisieren. Beispielsweise wird waèhrend des Einspritzens mit einem aktiv gesteuerten Aufatmen des Werkzeugs der Prozess begonnen und ab einem bestimmten FuÈllgrad ein ¹weicherª PraÈgevorgang eingeleitet. Das PraÈgen muss absolut planparallel erfolgen und darf keinerlei Druckschwankungen unterliegen. Erst der staèndige Kontakt der WerkzeugkonturflaÈchen mit der FormteiloberflaÈche waèhrend des gesamten PraÈgevorgangs bis Ende KuÈhlzeit) fuèhrt zu der gewuènschten OberflaÈchenguÈte des Produkts und ermoèglicht das spannungsarme AbkuÈhlen der Scheibe. Zudem foèrdert der staèndige Kontakt den WaÈrmetransport, was sich in kuèrzest moèglichen KuÈhlzeiten ausdruèckt. Die Spritzgieûmaschine muss mit SpritzpraÈgeeinrichtungen ausgestattet sein. Vorzugsweise sollte die Maschine hydraulisch und steuerungstechnisch so vorbereitet sein, dass sie verschiedene PraÈgevarianten erfuèllen kann. Damit kann eine individuelle Anpassung an die jeweilige Formteilgeometrie gewaèhrleistet werden. Horizontale Spritzgieûmaschinenkonzepte bieten gegenuèber vertikalen einige Vorteile: V verzugsarmes Handling groûer Scheiben Durchbiegung der Scheibe bei Lage in Horizontalebene); V der WerkzeugoÈffnungsweg kann geringer ausgefuèhrt werden die Formteilentnahme gibt den Weg vor), dies ermoèglicht kuèrzere Zykluszeiten; V ein hinsichtlich einer Partikelkontamination besser kontrollierbarer Arbeitsraum; Literatur 1 D'Amore, A.; Simoneta, D; Kaiser, W. u. a.: Spritzgieûen im Nanobereich. Kunststoffe ) 6, S Thonemann, O.E.: Die Herstellung optischer Linsen im Spritzgieûverfahren aus PMMA. Plastverarbeiter ) 9, S. 619; 10, S. 707;11,S Klepek, G.: Die Herstellung optischer Linsen im Spritzgieûverfahren. Kunststoffe ) 11; S BuÈrkle, E.; Wohlrab, W.: SpritzpraÈgen. PraÈzisionstechnik fuèr Spritzgussteile ohne Eigenspannungen. Kunststoffe ) 9, S WielpuÈtz, M.: Optimierung der optischen FormteilqualitaÈt von Kunststoffen im SpritzpraÈgen. 20. IKV Kolloquium, Aachen Michaeli, W.; BoÈlinger, S.: HoÈhere PraÈzision durch angepasste Verfahrenstechnologie ± Spritzgieûen/SpritzpraÈgen im Vergleich. Internationale Jahrestagung Spritzgieûen 2001 VDI-K, DuÈsseldorf Menges, G.; JuÈrgens, W.: Spritzgieûen und SpritzpraÈgen. Vor- und Nachteile. In: Handbuch zum 4. Kunststofftechnischen Kolloquium, Aachen Breitenbach, J.: SpritzpraÈgen und seine Variationen in der Praxis. Plastverarbeiter ), S. 517 Die Autoren dieses Beitrags Dr.-Ing. Erwin BuÈrkle, geb. 1942, ist Leiter Vorentwicklung, neue Technologien und Prozesstechnik Spritzgieûen bei der Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, MuÈnchen. Dipl.-Ing. FH) Peter Lichtinger, geb. 1941, ist dort seit 37 Jahren in den Bereichen Spritzgieûwerkzeuge und Mehrkomponentenmaschinen taètig. Dipl.-Ing. FH) Bernd Klotz, geb. 1956, ist dort seit 17 Jahren im Bereich anwendungstechnische Entwicklung taètig. 60