Auswahl Maschine

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    • Auswahl Maschine

      Guten Tag liebe Community,

      ich bin momentan dabei eine Spritzgussmaschine grob auszulegen bzw für meine Anwendung eine richtige Vorauswahl von in Frage kommenden Maschinen zu treffen.

      In meiner Anwendung geht es darum einen Rahmen (Kunststofff PEEK) mit Vertiefungen im Spritzguss herzustellen. Im Anhang befindet sich eine grobe Zeichnung mit den durchgeführten Rechnungen.

      Im Fall 1 beträgt die Spritzfläche ~1442 cm^2 und die Dicke 2 mm. Für den Werkzeuginnendruck habe ich 5 kN/cm^2 angenommen (aus Werkstofftabelle) und eine Sicherheit von 10 % mitberechnet. Hieraus ergibt sich eine Schließkraft von knapp 8000 kN und Maschinenkosten von 400.000 €.

      Der zweite Rahmen hat eine Fläche von 14454 cm^2 und ist ebenfalls 2 mm dick. Hieraus ergebe sich eine sehr hohe Schließkraft von ~80.000 kN und Maschinenkosten von ~4 Millionen Euro.

      Den Investwert von 50 €/kN habe ich so in der Literatur gefunden und für beide Fälle angenommen.
      Mir geht es primär darum, ob ich mit meinen Rechnungen richtig liege, da mir diese 80.000 kN Schließkraft im zweiten Fall sehr hochkommen??

      Ich habe hierbei die wohl gängige Formel für die Schließkraft benutzt:

      Fs= projizierte Fläche in die Trennebene * Werkzeugauftreibedruck in der Kavität * 10 % Sicherheit.

      Das Produkt dieser drei Größen ergibt im zweiten Fall eine sehr hohe aufzubringende Schließkraft.

      Vielen Dank für eure Meinungen und beste Grüße
      Gedion
      Dateien
      • rahmen.PNG

        (25,64 kB, 31 mal heruntergeladen, zuletzt: )
    • Sollen die weißen Flächen in der Mitte der Rahmen frei bleiben? Wenn ja, sollten diese Flächen von der Gesamtfläche noch abgezogen werden! Erst dann wird die Berechnung realistisch. Im Ersten Fall ergibt sich sonst eine Platte (ohne Abzug) mit einer Seitenlänge von etwa 38cm, im zweiten Fall hast du mit einer Platte von ca. 120cm Seitenlänge gerechnet. Beide Male jeweils ohne den Abzug des "Loches" in der Mitte. Soll das so sein? Normaler Weise rechnet man bei der Zuhaltekraft nur die projizierte Fläche.
      Ansonsten würde das hinkommen.
    • PEEK läuft nicht unbedingt "freiwillig" ins Werkzeug, bei 2 mm Wandstärke und dieser Rahmengröße
      entsteht sicherlich ein erhöhter Werkzeuginnendruck bzw. eventuell eine Druckspitze beim Umschalten.
      Ich würde mit Hilfe einer Simulationen Füllbarkeit und Schließkraft überprüfen.

      Grüße
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    • Hallo @petersj und Luemmel.

      Vielen Dank für eure Kommentare. Die Rahmenflächen betragen in der Tat 1442 cm^2 bzw. 14454 cm^2, es sind also die inneren Fläche schon abgezogen.

      Victrex und Evonik geben Spritzdrücke von 1500 bar für PEEK an, je nach Anwendungsfall bis zu 2000 bar oder höher. Den Werkzeugauftreibedruck von 5 kN/cm^2 habe ich von PPS übernommen, da PEEK und PPS ähnliche Materialeigenschaften haben. Für PEEK selbst gibts in der Literatur keine Werte für den Werkzeugauftreibedruck (ich habe zumindest nichts gefunden). Die genauen Werte werden ja ohnehin mit Simulationen bestimmt, für die erste grobe Abschätzung soll aber keine Simulation durchgeführt werden.

      @Luemmel

      Danke für die Hinweise, darüber hab ich mir auch Gedanken gemacht. Jetzt hatte ich noch gelesen, dass der Nachdruck "40-60% des sich ergebenden Spritzdrucks betragen sollte".

      Bei einem Spritzdruck von 1500 bar wären das dann 600 bar (bei 40 %) bzw. 900 bar (bei 60 %) wodurch sich eine noch höhere Schließkraft ergeben würde?

      Vorallem bei der zweiten Anwendung würde dies bedeuten, dass die Maschine eine Sonderanfertigung wäre, da meines Wissens nach, Maschinen ab 50.000 kN Sonderanfertigungen sind. bei Schließkräften von über 80000 kN oder höher, wäre das eine immense Investition.

      Liege ich mit meinen Aussagen richtig? Um eure Meinungen wäre ich weiterhin sehr dankbar.

      Eine weitere Frage ist, ob für diese Anwendung das Spritzprägen nicht sinnvoller wäre? <--- Editiert


      Beste Grüße
      Gedion

      Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von gedion () aus folgendem Grund: Nachtrag Spritzprägen

    • Wenn die Flächen schon so groß sind, trotz des Minus der Innenflächen, muss man sich Gedanken um die Größe der Werkzeuge und damit um die Größe der Aufspannplatten machen.

      Meines Erachtens sind 900bar deutlich weniger als die zum Füllen erforderlichen 1500-2000 bar. Die Zuhaltekraft richtet sich immer nach dem höchsten Druck - und das ist idR. der benötigte Einspritzdruck.
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    • Um das Ganze mal wieder in den *realen Kosmos* der Praktiker zurück zu holen .... Berechnung der Schließkraft (besser Zuhaltekraft):

      Projizierte Fläche auch Sprengfläche (von Werkzeughälften aufsprengen) x 0,6 = to

      Für den oben genannten *Anwendungsfall 1* wäre das 1442 cm² x 0,6 = 865 to

      Ich würde eine 1000 to - Maschine empfehlen, dann wären auch noch Sicherheiten vorhanden.

      Man kann solche Berechnungen nicht über den Spritzdruck ansetzen, da sich die notwendige Zuhaltekraft einzig und allein über die projizierte Fläche und evtl. Zuhaltekräfte für Schieber o. ä. ergibt :thumbsup:

      Der notwendige Spritzdruck ergibt sich aus dem Druckgefälle zwischen Schneckenvorraum und Kavität - Einfluss haben darauf viele Parameter wie z. B. Viskosität, Anspritzkonzept, Spritzgeschwindigkeit, Fließweg-Wandstärkenverhältnis ....

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Behrens ()

    • Richtig.
      Der Spritzdruck ist der Druck, der sich beim Einspritzen im Schneckenvorraum aufbaut. Mit zunehmendem Weg und zunehmender Fließweglänge muss mit z.T. erheblichen Druckverlusten gerechnet werden. Nun kommt noch dazu, dass Kunststoffe sich nicht wie hydraulische Flüssigkeiten verhalten, da sie komprimibel sind, ähnlich wie Gase. Desweiteren muss daran gedacht werden, dass Kunststoffe bereits nach kurzer Berührung mit den deutlich kälteren Werkzeugoberflächen anfangen "hart" zu werden. Damit besteht bereits nach kurzem Fließweg an der Fließfront nicht mehr der Druck, der im Schneckenvorraum aufgebaut wurde.
      In der angehängten Datei kann deutlich der aufgebaute Spritzdruck (rote Kurve) und der Werkzeuginnendruck (grüne Kurve) gesehen werden.
      Deutlich erkennbar ist, dass der Werkzeuginnendruck bereit angussnah deutlich unter dem Spritzdruck liegt. Weiter Erläuterungen zu diesen Kurven spare ich mir hier, da das Grundwissen über den Spritzgießprozess und dessen Kurvendarstellungen hier den Rahmen sprengen würde.
      Dateien
      • Drücke.pdf

        (21,62 kB, 22 mal heruntergeladen, zuletzt: )
    • @petersj, nach den Kurven-Darstellungen ist das ein Prozess mit einer Spritzgeschwindigkeit, ist das so?

      Sollte es so sein, dann würde ich mal die Einspritzleistung der Machine prüfen lassen, denn die/der geforderte Spritzgeschwindigkeit/Volumenstrom sollte < 0,1 sec von der Maschine erreich werden! In den dargestellten Kurven wird dieses erst nach knapp 0,4 sec erreicht :thumbdown:

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Behrens ()

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    • Ich hab mal in den Aufzeichnungen der Maschine von 2001 (Baujahr) nachgesehen und auch bei den identischen anderen Maschinen in unserem Werk, sowie bei baugleichen Maschinen anderer Werke. Alle Kurven zu diesem Werkzeug, diesem Material und diesem Spritzgießprogramm sind (gott sei Dank) in allen Werken identisch - nicht nur in Deutschland. Und das seit etwa 1998. Und so soll es auch sein!
    • Behrens schrieb:

      @petersj, nach den Kurven-Darstellungen ist das ein Prozess mit einer Spritzgeschwindigkeit, ist das so?
      Die Frage war damit zwar nicht beantwortet, aber ist auch nicht so wichtig ...

      Fakt ist trotzdem, dass die Maschine die geforderte Einspritzgeschwindigkeit erst nach 0,4 sec erreicht und einregelt, was für meine Ansprüche (< 0,1 sec) viel zu langsam ist.

      Ich habe mal eine Datei angehägt mit einer anderen Geschwindigkeitskurve. Es ist erkennbar, dass die geforderte Einspritzgeschwindigkeit von 80 mm/s nach 0,07 s eingeregelt wird (ist eine hydraulische Maschine). Das Formteil bei dem Prozess wird mit 3 Geschwindigkeitsstufen gefüllt.

      Leider gibt es zu wenig Spritzgießer, die *die echte (gekaufte) Leistung* bei ihren Spritzgussmaschinen abprüfen, somit auch nicht einfordern. Einen angenehmeren Kunden kann sich ein Maschinenbauer/-verkäufer garnicht wünschen :thumbsup:
      Dateien
    • Danke für eure Antworten. Ihr misst den Werkzeuginnendruck wahrscheinlich an einer lokalen Stelle? Das Werkzeug muss also nicht den Spritzdruck standhalten, sondern den sich ergebenden Werkzeuginnendruck, der bei der gewählten Geometrie und dem spezifischen Spritzdruck von PEEK deutlich höher sein dürfte als die 5 kN/cm^2 die von mir angenommen wurden. Wahrscheinlich doch eher die knapp 900 bar (9 kN/cm^2) bis 1000 bar (10 kN/cm^2) für den Innendruck, die von der Schließeinheit aufgebracht werden müssen? Wie @Luemmel angemerkt hat dürfte es wahrscheinlich kompliziert sein, die Kavität bei einer Dicke von 2 mm zu füllen.

      Wahrscheinlich ist es besser das Bauteil per Spritzprägen herzustellen.? Das Verfahren wird meines Wissens nach, gerade bei dünnwandingen Bauteilen < 2mm auch gerne benutzt und die Schließkräfte wären deutliche geringer. Zudem könnten die Vertiefungen im Rahmen besser erzeugt werden.

      @Behrens: deine 865 to entsprechen meinen 8000 kN :P zumindest nach umrechnung

      Beste Grüße
      Gedion
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    • Tschuldigung, eine Geschwindigkeit, ja.
      Wie ich feststellen konnte, regeln die Maschinen die Geschwindigkeiten entsprechend ein. Bei höheren Geschwindigkeiten werden diese genau so eingeregelt, jedoch wesentlich spontaner (tatsächlich bei 0,15s). Die gepostete Grafik zeigt eine Geschwindigkeit von nur 40mm/s (19,63cm³/s), weil hier die Kurven besonders "schön" gezeigt werden.
    • gedion schrieb:

      @Behrens: deine 865 to entsprechen meinen 8000 kN zumindest nach umrechnung
      Jetzt weißt du: nicht lange komplizierte Rechnungen aufstellen, sondern einfach Projizierte Fläche (cm²) x 0,6 = notwendige Zuhaltekraft ;)

      Für die, die sich fragen, was Faktor 0,6 ist ... Das ist der mittlere Werkzeuginnendruck (600 bar) der auf der projizierten Fläche wirkt.
    • Ich möchte noch die Möglichkeit nennen den Prozess mit MuCell zu fahren, die Vorteile liegen auf der Hand:
      -Niedrigere Schmelzeviskosität durch das Treibgas -->Spritzdruck wird kleiner
      -Geringerer Nachdruck durch den Gasdruck
      --> Maschine kleiner
      -Materialersparnis, leichtere Teile
      -Verzugsminimierung da der Gasdruck gleichmäßig wirkt im ggs zum Nachdruck, wo der Druckabfall zu Schwindungsdifferenzen und so zum Verwölben führt
      -Zykluszeitverringerung da die feste Außenhaut schneller für Stabilität sorgt
      -kälteres Werkzeug (Energiekosten)

      Nachteile:
      - kommt auf die Anforderungen an? Warum PEEK? Mechanik/Chemikalienbeständigkeit?
      - Fluidkosten (CO2 oder N2)
      - Anschaffungskosten (Aggregat und Schnecke mit zwei Rsp)
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    • @Kunststoffstudi

      Genau. PEEK soll wegen der mechanischen Eigenschaften und der Chemikalienbeständigkeit verwendet werden. Die MuCell Technologie war mir nicht bekannt, ich werde mir das mal anschauen, aber es scheint, dass die Kosten dann an anderer Stelle entstehen würden. Spricht aus deiner Sicht etwas gegen das Spritzprägen? In dem Rahmen befinden sich neben den Vertiefungen, noch 6 Löcher. Beim SpritzPrägen von Dünnteilen wie Laptopgehäuse sind laut Literatur Kräfte von 3000 bis 13000 kN nötig.

      Die berechneten Schließkräfte für die beiden Fälle oben sind also als erste Richtwerte richtig?

      Habt ihr ungefähre Erfahrungswerte für Maschinenkosten? Zu den Maschinenkosten kämen ja noch die Werkzeugkosten. Ich werde im Laufe der Woche mal bei ein, zwei Unternehmen anrufen, und mich mal informieren.

      Beste GRüße
    • @gedion

      Habt ihr denn schon eine genaueres Konzept für euer Produkt? Da ihr extra eine Anlage für dieses Bauteil plant wird das ein Dauerläufer, oder? Schließlich wird das eine hochspezielle Anlage wenn man bedenkt dass ein Hochleistungskunststoff gefahren wird bei der Maschinengröße. Die Temperierung des Werkzeugs, die gepanzerte Plastifizierung und die restlichen Peripheriegeräte kommen ja auch noch dazu.

      Zum Spritzprägen: Ist denn eine enge Toleranz auf der Bauteildicke? Wenn ja könnte das mit Spritzprägen schwierig werden prozesssicher hinzubekommen, da man ja eine Tauchkantenwerkzeug braucht. Das stelle ich mir auch teuer vor in der Größe und für die Temperaturen (Hochleistungsstähle). Theoretisch muss auch überall mit Grat durch den Verschleiß gerechnet werden.

      Zu Mucell:
      Ich denke durch das Schäumen und eine daran optimierte Konstruktion kann viel eingespart werden:
      Ich habe mal ein bisschen nachgerechnet und komme bei Fall 1 auf ein Bauteilgewicht von 380g. Das entspricht dann ungefähr 20€ Material pro Teil bei 50€/kg, was ein günstiges PEEK wäre. Ich finde das ist ein großer Hebel um damit Kosten einzusparen. Ich habe eine Präsentation von der Firma Trexel, die MuCell vertreibt gehört, da wurden viele Vorteile mit Beispielen belegt, unter anderem die Potentiale bei der Gewichtseinsparung.

      Zu Kosten kann ich dir leider keine Hausnummern nennen, aktuell studiere ich noch und in den Betrieben wo ich davor/währenddessen tätig war hat man solche Verfahren nicht angewendet.

      Gruß
    • @Kunststoffstudi

      Der erste Rahmen soll in Stückzahlen von 840.000 pro Jahr hergestellt werden vom zweiten 84.000 Stück pro Jahr. Ich mache eine Kostenabschätzung der Maschinen. Fräsen macht bei diesen Stückzahlen keinen Sinn. Daher Gießen, Prägen oder weitere mögliche Alternativen.

      "Das Spritzprägeverfahren bietet für unterschiedliche Anwendungen die richtige Lösung. Zum einen lassen sich mit diesem Verfahren qualitativ sehr hochwertige, fast spannungsfreie Bauteile fertigen (siehe Glazing), andererseits kann man bei ihm mit sehr niedrigen Spritzdrücken arbeiten, was besonders bei der Herstellung von großvolumigen Bauteilen vorteilhaft ist. Im Idealfall lassen sich dadurch Maschineninvestitionen reduzieren – eine kleinere Maschine reicht oftmals aus. Ein weiteres Plus besteht in der Möglichkeit, über den Prägespalt unterschiedliche Wandstärken zu realisieren, was gerade in Versuchswerkzeugen des Öfteren zur Anwendung kommt." hummel-formen.de/index.php?id=30

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von gedion ()

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    • gedion schrieb:

      Aber was mich interessieren würde. Es gibt doch auch Mülleimer die riesig sind, und weitaus größer sind als die obengenannten Flächen.
      Die sind aber nicht aus PEEK...
      Aus PP/PE wäre sowas kein Problem zu fertigen (rein von der Zuhaltung her gesehen).

      Wir fertigen aktuell Paletten mit 12.000cm² auf einer 1.300t Maschine (allerdings nicht vollständig geschlossen, die projezierte Fläche ist sicher deutlich kleiner, dafür zähes Material, nur so als Anhaltspunkt).


      Also ich glaube kaum dass solch ein Projekt realisiert werden kann.
      Eine 8.000t Maschine gibt es soweit ich weiß gar nicht. Selbst wenn wäre das ein Invest mit Werkzeug im zweistelligen Millionbereich (Schätzung meinerseits).
      Das wegen 84.000 Teilen im Jahr....