Qualitätsbewertung des Spritzgusswerkzeugs vor dem Serienanlauf

Ein neues Werkzeug kommt in die Fertigung, wird auf die Spritzgießmaschine gesetzt, ein paar äußerlich schöne Teile werden abgespritzt — und damit endet die Abnahme nicht selten. Einen Monat nach Serienstart stellt sich heraus, dass eine Kavität systematisch unvollständig füllt, ein Teil der Kühlkreise zugesetzt ist und ein brauchbares Teil nur in einem engen Parameterbereich entsteht. Die Qualitätsbewertung eines Spritzgusswerkzeugs ist keine Begutachtung eines einzelnen Vorzeigeteils, sondern ein formalisiertes Verfahren: Prüfung der Dokumentation, der Mechanik, der Werkzeugsysteme und des Prozessverhaltens.

Nachfolgend ein Praxisprotokoll der Werkzeugabnahme: worauf im zerlegten Zustand zu achten ist, wie Schließverhalten, Kühlung, Entlüftung und Auswerfen geprüft werden, was bei der Bemusterung zu bewerten ist und nach welchen Kriterien das Abnahmeprotokoll unterschrieben wird. Promservice konstruiert und fertigt Spritzgusswerkzeuge, führt Bemusterungen auf dem eigenen Maschinenpark durch und übernimmt auch Werkzeuge anderer Hersteller in die Betreuung.

Warum die Abnahme der letzte günstige Zeitpunkt für Korrekturen ist

Solange das Werkzeug nicht in der Serie läuft, ist jede Nacharbeit eine planbare Aufgabe des Werkzeugbaus. Nach dem Serienstart kostet dieselbe Operation ein Vielfaches — deshalb sollte die Abnahme als eigene Projektphase mit Arbeitsumfang, Kriterien und Dokumenten geführt werden.

• Produktionsstillstand. Das Werkzeug muss von der Maschine genommen, zerlegt, in den Werkzeugbau gebracht und zurückgeholt werden; die Spritzgießmaschine steht währenddessen still.
• Ausschuss in der Charge. Teile mit verdecktem Fehler sind bereits gespritzt und werden oft erst beim Kunden in der Montage entdeckt.
• Terminverzug und schwächere Position. Jede ungeplante Nacharbeit frisst Zeitreserven, die es in Serienlieferungen nicht gibt, und nach einem unterschriebenen Protokoll "ohne Beanstandungen" lassen sich Ansprüche gegenüber dem Werkzeughersteller schwerer durchsetzen.

Der Dokumentationssatz, der zum Werkzeug gehört

Ein Werkzeug ohne Unterlagen ist eine "Blackbox": Wartung und Reparatur erfolgen im Blindflug. Bis zur Abnahme muss der Kunde erhalten:

• 3D- und 2D-Zusammenbau des Werkzeugs mit Schnitten und Kennzeichnung der Hauptbaugruppen;
• Stückliste der Zukaufteile — Heißkanal, Normalien, Auswerferstifte, Dichtungen — mit Angabe von Herstellern und Artikelnummern (Bohler, DME, Mold-Masters, Incoe, Pro Plastica und andere); genau danach wird ein Jahr später das Ersatzteil bestellt, ohne das Werkzeug "zur Erkundung" zu zerlegen;
• Werkzeugdatenblatt: Anzahl der Kavitäten, Gewicht, Abmessungen, erforderliche Schließkraft, Auswerferhub, Kennzeichnungsschema von Kavitäten und Teilen;
• Stahlsorten und Härte der formgebenden Einsätze, Kerne und Platten;
• Kühlkanalpläne und Heißkanalverdrahtung — mit Nummerierung der Kreise, Anschlussreihenfolge, Heizzonen, Thermoelementen und Steckerbelegung;
• Zerlege- und Wartungsanleitung mit Wartungsintervallen, Liste der Wechseleinsätze und Ersatzteile für das Lager.

Sicht- und Geometrieprüfung im zerlegten Zustand

Ein Werkzeug nur im zusammengebauten Zustand abzunehmen ist ein Fehler: Die meisten Mängel sind nur bei getrennten Werkzeughälften sichtbar.

• Formgebende Flächen. Politur oder Textur müssen der vereinbarten Klasse (SPI, VDI) entsprechen — gleichmäßig über alle Kavitäten, nicht nur in der "Vorzeigekavität".
• Bearbeitungsspuren. Welligkeit vom Fräsen, nicht ausgearbeitete Absätze an Bahnübergängen und grobes Relief nach dem Senkerodieren dort, wo poliert sein sollte, übertragen sich auf das Teil.
• Kanten, Hinterschnitte, Beschädigungen. Scharfe Kanten nahe der Trennebene werden schnell gequetscht, unbeabsichtigte Hinterschnitte blockieren die Entformung, und Korrosionsspuren sowie Grate an den Einsatzsitzen sind unzulässig.
• Trennebene und Kennzeichnung. Sauberkeit, keine Reib- oder Kaltverfestigungsspuren, Gleichmäßigkeit der Auflageflächen; Kavitätsnummern und Teilekennzeichnungen gehören auf das Werkzeug selbst, nicht nur auf die Zeichnung.

Schließverhalten und Schließgenauigkeit

Ein Spalt an der Trennebene ist die Hauptquelle für Grat und muss vor dem ersten Einspritzen geprüft werden.

• Anlage der Trennebene. Die Tuschierprüfung zeigt, ob die Fläche über den gesamten Umfang der Kavität anliegt und nicht nur in der Mitte.
• Ebenheit und Parallelität der Platten. Ein Schiefstand erzeugt einen ungleichmäßigen Spalt, der in der Serie mit der Erwärmung des Werkzeugs zusätzlich wächst.
• Führungssäulen und -buchsen. Der Lauf muss gleichmäßig und spielfrei sein; Klemmspuren deuten auf Schiefstand oder ungenaue Passung hin.
• Konusverriegelungen und Zentrierelemente. Sie nehmen die Querkräfte aus dem Einspritzdruck auf; ohne sie weichen tiefe Einsätze aus und die Werkzeughälften versetzen sich — erkennbar an ungleicher Wandstärke und einem "Absatz" an der Trennlinie.

Angusssystem und Heißkanal

Bei der Abnahme zählt nicht die Wahl zwischen Heißkanal und Kaltkanal, sondern die Funktionsfähigkeit des Systems, das bereits im Werkzeug steckt.

• Zentrierring und Angussbuchse. Bohrungsdurchmesser und Kugelradius müssen zur Düse der konkreten Spritzgießmaschine passen, sonst kommt es zu Leckagen und Angussabrissen.
• Kanalgeometrie und Balance. Kanäle werden in Fließrichtung poliert; bei Mehrfachwerkzeugen ist die Balance der Verteilerkanäle die Grundlage für gleichmäßige Füllung der Kavitäten.
• Heizungen, Thermoelemente und Zonenbetrieb. Vor dem Einbau des Werkzeugs werden Heizungswiderstand und Durchgang der Thermoelemente gemessen — so werden Unterbrechungen und Fehler in der Steckerbelegung erkannt; auf der Maschine muss jede Zone ihre Solltemperatur erreichen und halten, denn eine "kalte" Zone führt in ihrer Kavität zu unvollständiger Füllung.
• Dichtheit und Vollständigkeit. Schmelzeaustritt in die Platte ist ein Fehler, nach dem das Werkzeug vollständig zerlegt wird; Kabel und Stecker müssen gemäß Schema gekennzeichnet sein.

Kühlsystem: Druckprüfung, Durchgängigkeit, Thermometrie

Wie stark die Kühlung Zykluszeit und Verzug bestimmt, haben wir ausführlich behandelt; bei der Abnahme genügt es sicherzustellen, dass das System dicht und durchgängig ist und ein vorhersehbares Temperaturbild liefert.

• Druckprüfung auf Dichtheit. Leckagen an Dichtungen, Stopfen oder Einsatzstößen zeigen sich in der Serie als Feuchtigkeitsspuren am Teil und als Stahlkorrosion.
• Durchgängigkeit aller Kreise. Jeder Kreis wird durchgespült: zugesetzte oder "blinde" Kanäle kommen auch in einem neuen Werkzeug vor — durch Späne oder einen nicht entfernten Fertigungsstopfen.
• Anschlussschema und Kennzeichnung. Vor- und Rückläufe müssen beschriftet sein, das Schema muss der Realität entsprechen, und Kupplungen sowie Dichtungen müssen zur konkreten Maschine passen.
• Kanalanordnung und Temperaturgleichmäßigkeit. Bewertet werden der Abstand zur formgebenden Fläche sowie die Abdeckung dicker Wände und tiefer Kerne; nach Erreichen des Betriebspunkts zeigt die Thermometrie beider Werkzeughälften "heiße Stellen", die das Schema nicht vorgesehen hat.

Entlüftung in kritischen Zonen

Unzureichende Entlüftung zeigt sich durch Brennspuren, unvollständige Füllung und schwache Bindenähte und erfordert fast immer eine Nacharbeit am Stahl — deshalb wird sie noch vor der Serie geprüft. Betrachtet werden die Tiefe der Entlüftungskanäle an der Trennebene — abgestimmt auf das konkrete Polymer, nicht "universell" — und das Vorhandensein einer Gasabführung in den zuletzt gefüllten Zonen, in die die Luft am Ende des Einspritzens verdrängt wird.

Gesondert geprüft werden die Entlüftung im Bereich der Bindenähte und blinder Taschen, die Gasabführung über Auswerferstifte, Einsätze und Kerne dort, wo Kanäle an der Trennebene nicht wirken, sowie die Sauberkeit der Kanäle nach der Montage: eine zugesetzte Entlüftung ist schlimmer als gar keine.

Auswerfen und bewegliche Baugruppen

Die Mechanik wird zuerst im Leerzyklus, dann mit Teil geprüft.

• Gleichmäßigkeit des Auswerfens. Das Teil muss ohne Verkanten abgehen, ohne Weißbruch, Durchdrückstellen und bleibende Verformung.
• Hub und Rückstellung der Auswerferplatte. Voller Hub laut Datenblatt, zuverlässige Rückstellung in die Ausgangslage, Rückstellfedern oder zwangsgeführte Rückstellung.
• Zustand der Auswerferstifte, Passungen und Abdrücke. Spiel erzeugt Grat um den Auswerferstift, Klemmen erzeugt Riefen; Lage und Tiefe der Abdrücke werden vorab abgestimmt: wo sie zulässig sind und wo die Fläche Sichtfläche ist.
• Schieber, Schrägsäulen, Verriegelungen. Leichtgängigkeit, kein Klemmen, Zustand der Arbeitsflächen und Schmierung; Zahnstangenmechanismen für Gewinde werden unter Last auf Synchronlauf geprüft.

Bemusterung T0 und T1: was an den Teilen zu bewerten ist

Die ersten Spritzlinge liefern mehr Informationen als jede Werkzeugbegutachtung. Sie müssen mit demselben Werkstoff und derselben Type gefahren werden, die in die Serie geht.

• Vollständige Füllung aller Kavitäten — insbesondere bei abgesenkten Parametern, wo die Unbalance am deutlichsten sichtbar wird.
• Gewichtsstreuung zwischen den Kavitäten — ein einfacher und aussagekräftiger Indikator für die Balance des Angusssystems.
• Maße und Verzug — vorläufig nach Zeichnung, nach Auslagerung der Muster und nicht "heiß".
• Fehlerbilder — unvollständige Füllung, Grat, Brennspuren, Einfallstellen, Bindenähte, Silberschlieren, Auswerferabdrücke.
• Verhalten bei der Entformung — Anhaften in der Kavität oder am Kern, Notwendigkeit, dem Teil von Hand "nachzuhelfen".

Das Prozessfenster — das Hauptkriterium für Werkzeugqualität

Ein Werkzeug, das nur in einem einzigen Parameterpunkt ein brauchbares Teil liefert, ist programmierter Ausschuss in der Serie. Das echte Merkmal eines guten Werkzeugs ist ein breites Prozessfenster: Das Teil bleibt brauchbar, wenn sich die Parameter in vernünftigen Grenzen ändern. Deshalb wird bei der Abnahme das Werkzeugverhalten bei Abweichungen bewusst geprüft:

• Schmelze- und Werkzeugtemperatur;
• Einspritzgeschwindigkeit und -profil;
• Nachdruck und Nachdruckzeit;
• Kühlzeit und Gesamtzykluszeit.

Treten bei geringfügigen Abweichungen sofort Grat oder unvollständige Füllung auf, ist das keine "Prozesseigenheit", sondern ein Signal, das Werkzeug nachzuarbeiten: Schließverhalten, Entlüftung, Kanalbalance oder Kühlung.

Maßkontrolle, Erstmusterprüfbericht und Stabilitätstest

Die Abnahme endet mit Messungen, nicht mit Eindrücken. Der Mindestumfang der Prüfung:

• Messung der kritischen Maße nach Zeichnung mit Erfassung der Istwerte, bei komplexer Geometrie und Bohrungslagen auf der Koordinatenmessmaschine (CMM);
• Kontrolle über alle Kavitäten, nicht nur an einer "Referenzkavität";
• Auslagerung der Muster vor der Messung — Polymere schwinden nach der Entformung nach;
• Stichprobe aus mehreren Zyklen, um nicht nur die Konformität, sondern auch die Maßstreuung zu bewerten.

Danach folgt der Stabilitätstest: Dauerlauf bei abgestimmten Parametern über eine Zyklenserie mit Kontrolle von Gewicht und Maßen an Stichproben zu Beginn, in der Mitte und am Ende des Laufs. Beurteilt werden die Stabilität der Zykluszeit ohne manuelle Eingriffe, das Ausbleiben zunehmenden Grats mit fortschreitender Erwärmung des Werkzeugs sowie das Ausbleiben von Anhaftungen und Auswerferstörungen. Das Ergebnis wird dokumentiert: abgestimmte Prozessparameter, Referenzmuster und Abnahmekriterien.

Standzeit und Instandhaltbarkeit vor dem Serienstart

• Stahl passend zu Stückzahl und Werkstoff. Sorten und Härte der formgebenden Elemente müssen zum erwarteten Produktionsvolumen passen; Compounds mit Glasfaser oder mineralischer Füllung verschleißen den Stahl deutlich schneller als ungefüllte.
• Wechseleinsätze in Verschleißzonen. Trennebenenkanten, Anschnitte und dünne Kerne führt man besser als Wechselteile aus als einteilig mit der Platte.
• Verfügbarkeit von Normalien und Ersatzteilen. Komponenten bekannter Hersteller werden nach Katalog ersetzt, einzigartige Eigenbauteile müssen neu gefertigt werden; Mindestbestand im Lager — kritische Auswerferstifte, Dichtungen, Heizung und Thermoelement des Heißkanals, Wechseleinsätze.
• Wartung ohne vollständige Zerlegung. Reinigen der Entlüftung, Tausch eines Auswerferstifts oder einer Dichtung müssen direkt im Spritzgussbereich möglich sein.

Zusammenfassende Abnahme-Checkliste

Eine kompakte Liste, auf deren Basis das Protokoll unterschrieben wird:

1. Dokumentation, Stückliste der Zukaufteile und Werkzeugdatenblatt übergeben.
2. Prüfung im zerlegten Zustand durchgeführt, Zustand der formgebenden Elemente und Kennzeichnung entsprechen der Zeichnung.
3. Anlage der Trennebene, Parallelität der Platten, Führungen und Verriegelungen geprüft.
4. Angusssystem und Heißkanal funktionsfähig, Heizzonen und Thermoelemente arbeiten.
5. Kühlkreise druckgeprüft und durchgängig, Entlüftung in kritischen Zonen vorhanden und nicht zugesetzt.
6. Auswerfen gleichmäßig, Schieber und bewegliche Baugruppen laufen leichtgängig.
7. Alle Kavitäten füllen, Gewichtsstreuung in den vereinbarten Grenzen, Prozessfenster geprüft.
8. Maßkontrolle über alle Kavitäten durchgeführt, Stabilitätstest bestanden, Prozessparameter und Referenzmuster festgehalten.
9. Liste der Wechseleinsätze und Ersatzteile für das Lager abgestimmt.

Typische Fehler bei der Abnahme

• Das Werkzeug anhand eines einzigen "schönen" Teils abnehmen. Es zeigt weder die Kavitätenbalance noch die Stabilität noch die Breite des Prozessfensters, und problematisch ist in einem Mehrfachwerkzeug meist eine konkrete Kavität, nicht das Werkzeug insgesamt.
• Die Kühlung nicht druckprüfen. Leckagen im Werkzeuginneren werden erst in der Serie gefunden — zusammen mit Korrosion der formgebenden Elemente.
• Das Prozessfenster ignorieren. Ein Werkzeug "an der Grenze" liefert stabilen Ausschuss, sobald die Rohstoffcharge wechselt.
• Keine Dokumentation einfordern. Ohne Stückliste der Zukaufteile beginnt jede Reparatur mit dem Zerlegen des Werkzeugs.
• Mit "fremdem" Werkstoff abnehmen. Eine andere Polymertype bedeutet andere Schwindung, Viskosität und ein anderes Füllverhalten.
• Referenzmuster und Kriterien nicht festhalten. Ohne abgestimmtes Muster wird jeder Qualitätsstreit in der Serie gegenstandslos.

Wie Promservice bei Abnahme und Anlauf von Werkzeugen unterstützt

Wir führen Werkzeugprojekte über den gesamten Zyklus im Rahmen eines Qualitätsmanagementsystems nach ISO 9001:2015 und können genau in der Phase der Bewertung und des Anlaufs einsteigen:

• wir konstruieren und fertigen Spritzgusswerkzeuge mit vollständigem Dokumentationssatz, Stückliste der Zukaufteile und Kennzeichnung der Kavitäten;
• wir führen Bemusterungen auf unserem eigenen Maschinenpark von 50 bis 650 Tonnen (Arburg, Bole, Engel, Haitian) mit dem Werkstoff der Serientype durch;
• wir prüfen Schließverhalten, Anguss- und Heißkanalsystem, führen die Druckprüfung durch und reinigen die Kühlkreise;
• wir richten die Prozessparameter ein und bewerten die Breite des Prozessfensters, nicht nur einen einzelnen Arbeitspunkt;
• wir führen die Maßkontrolle der Muster über alle Kavitäten durch und dokumentieren die Messergebnisse;
• wir arbeiten das Werkzeug in der eigenen Fertigung nach — Entlüftung, Kühlung, Anschnitte, Wechseleinsätze, Korrektur der formgebenden Flächen auf CNC und EDM;
• wir übernehmen das Werkzeug in die weitere Betreuung, Reparatur, Modernisierung und Einlagerung auf unserem Gelände.

Brauchen Sie eine Qualitätsbewertung Ihres Werkzeugs vor der Serie?

Wenn Sie ein neues Werkzeug erhalten oder ein fremdes Werkzeug in eine neue Fertigung verlagern, ist die Qualitätsbewertung des Spritzgusswerkzeugs vor dem Serienstart der günstigste Weg, Stillstände und Ausschuss zu vermeiden. Senden Sie uns 3D-Modell, Teilezeichnung, ein Musterteil und die Werkzeugdokumentation — wir analysieren die Konstruktion, führen Bemusterung und Maßkontrolle durch und liefern eine Liste der erforderlichen Nacharbeiten.

Promservice konstruiert, fertigt und betreut Spritzgusswerkzeuge und übernimmt zudem die Serienfertigung im Kunststoffspritzguss auf dem eigenen Park an Spritzgießmaschinen.

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