Spritzgusswerkzeug für Kunststoff: Was die Kosten bestimmt

Das Spritzgusswerkzeug ist ein maßgefertigtes Werkzeug, das für ein einziges Bauteil gefertigt wird. Seine Kosten kommen zum Preis jedes gespritzten Teils hinzu: Teilepreis = Werkzeugkosten ÷ Gesamtstückzahl + Spritzkosten pro Teil, wobei Letztere Zykluszeit auf der Maschine, Material, Nachbearbeitung, Prüfung und Verpackung umfassen. Das Werkzeug ist eine Anfangsinvestition und oft der größte Posten eines Kunststoffprojekts.

Ein Werkzeug besteht aus zwei Hälften: der festen Seite auf der Düsenseite der Maschine und der beweglichen Seite auf der Auswerferseite. Dazwischen gibt die Kavität dem Teil seine Form; Auswerfer drücken es aus dem Werkzeug, und Kühlkreisläufe führen die Wärme ab. Nach der Bearbeitung wird das Werkzeug auf der Maschine abgemustert, korrigiert und freigegeben: Planen Sie mindestens eine Änderungsschleife ein, die Kosten und Zeit verursacht.

Als Richtwert kostet ein Werkzeug von einigen tausend Euro für ein kleines, einfaches Werkzeug bis zu mehreren zehntausend Euro oder mehr für ein Stahlwerkzeug mit mehreren Kavitäten, Schiebern und Heißkanälen. Die Lieferzeit folgt derselben Logik: von einigen Wochen bis zu mehreren Monaten, einschließlich Abmusterung und Änderungen. Diese Größenordnungen ersetzen kein Angebot: Nur Teil, Material und angestrebte Stückzahl machen sie konkret.

Die Tabelle ordnet die Faktoren, die den Werkzeugpreis beeinflussen; die folgenden Abschnitte erläutern die kostspieligsten.

Die Anzahl der Kavitäten

Ein Mehrfachwerkzeug fertigt pro Zyklus mehrere Teile: Die Spritzkosten pro Teil sinken, aber das Werkzeug ist teurer und erfordert eine Maschine mit höherer Schließkraft. Bei überschaubarer Menge genügt fast immer eine Kavität; ein Mehrfachwerkzeug lohnt sich bei hohen Jahresmengen.

Stahl oder Aluminium

Stahl, je nach angestrebter Standzeit vorvergütet oder gehärtet, hält langen Serien und abrasiven, glasfaserverstärkten Materialien stand. Aluminium lässt sich schnell bearbeiten, leitet die Wärme gut ab und kostet weniger: Es eignet sich für Prototypen und Kleinserien, bei kürzerer Standzeit von einigen hundert bis einigen tausend Teilen, bei einem einfachen Teil aus ungefülltem Material mitunter mehr. Die SPI-Klassifikation, eine gängige Referenz, reicht von Klasse 105 (Prototyp, einige hundert Zyklen) bis Klasse 101 (mehr als eine Million Zyklen).

Die Standzeit

Nennen Sie dem Werkzeugbauer Ihre Gesamtstückzahl über die Lebensdauer des Produkts: Sie bestimmt die Wahl von Stahl, Behandlungen und Verschleißteilen. Ein überdimensioniertes Werkzeug kostet unnötig viel; ein unterdimensioniertes ist verschlissen, bevor die Serie zu Ende ist. Die Stahlwahl wirkt sich auch auf Änderungen aus: Gehärteter Stahl lässt sich schwieriger ändern als vorvergüteter, was Korrekturen nach der Abmusterung verteuert.

Ein Werkzeug öffnet sich nur in eine Richtung. Jede Form, die das Entformen in dieser Achse verhindert (seitliche Bohrung, Einkerbung, Haken, Gewinde), ist eine Hinterschneidung. Um sie freizugeben, ergänzt der Werkzeugbauer einen Schieber (gleitender Kern), einen Schrägschieber oder einen Abschraubmechanismus: lauter Teile, die zu bearbeiten, anzupassen, zu führen und zu warten sind, oft verbunden mit einem längeren Zyklus. Jeder Schieber hinterlässt außerdem eine sichtbare Trennlinie auf dem Teil.

Bevor Sie für einen Schieber zahlen, fragen Sie den Kunststoffverarbeiter, ob sich die Form ändern lässt: eine Öffnung in Öffnungsrichtung des Werkzeugs ausrichten, eine geschlossene Bohrung durch eine offene Aussparung ersetzen, einen Clip versetzen. Die Entformungsschräge, also die Neigung der Wände in Entformungsrichtung, ist die Grundregel: Etwa 1° bis 2° sind üblich, bei texturierten Flächen mehr. Ohne sie klemmt oder verkratzt das Teil.

Das Material gelangt über Kanäle in die Kavität. Beim Kaltkanal erstarrt es in diesen Kanälen und wird mit dem Teil ausgeworfen: Das Werkzeug ist einfacher und günstiger, aber Angusskegel und Kanäle bedeuten Materialverlust, der in manchen Fällen gemahlen und wiederverwendet, in anderen entsorgt wird. Beim Heißkanal hält ein beheizter Block das Material bis zur Kavität schmelzflüssig: kein Kanalabfall mehr und mitunter ein kürzerer Zyklus, aber das System ist eine Ausrüstung, die gekauft, geregelt und gewartet werden muss.

Heißkanäle lohnen sich vor allem bei hohen Stückzahlen, teuren Harzen und Mehrfachwerkzeugen. Für eine Kleinserie bleibt der Kaltkanal in der Regel die richtige Wahl. Wärmeempfindliche Materialien und häufige Farbwechsel erschweren den Einsatz von Heißkanälen.

Das folgende Beispiel ist fiktiv: Es veranschaulicht den Mechanismus, keinen Tarif. Annahmen: ein Werkzeug für 12.000 € und Spritzkosten von 0,60 € pro Teil (Zyklus, Material, Verpackung).

Für den Vergleich mit einem anderen Verfahren teilen Sie die Werkzeugkosten durch die Ersparnis pro Teil. Wenn in diesem fiktiven Beispiel ein 3D-gedrucktes Teil 8 € kostete, läge die Ersparnis bei 7,40 € pro Teil, und das Werkzeug wäre bei etwa 1.600 Teilen amortisiert. Planen Sie auch die Instandhaltung ein (Reinigen, Austausch von Auswerfern und Dichtungen, Polieren), die über die Lebensdauer des Werkzeugs anfällt. Halten Sie schließlich schriftlich fest, wem das Werkzeug gehört, wer es wartet und versichert, wo es gelagert wird und wie Sie es zurückerhalten: siehe den Schutz von Zeichnungen und Werkzeugen.

Auch 3D-gedruckte Werkzeugeinsätze gibt es für sehr kleine Serien, mit Einschränkungen bei Material, Einspritzdruck und Standzeit. Ein validierter Prototyp aus einem serienähnlichen Material bestätigt Form und Montage, nicht aber das Verhalten beim Spritzgießen (Schwindung, Bindenähte, Verzug): Das zeigt nur ein Werkzeug. Siehe vom Prototyp zur Serie, 3D-Druck oder CNC-Bearbeitung und die Wahl des technischen Kunststoffs.

• Das 3D-Modell (STEP) und eine Zeichnung mit den funktionalen Maßen und Toleranzen.
• Das Material: Bezeichnung, Faseranteil, Farbe (RAL oder Pantone), besondere Anforderungen (Lebensmittelkontakt, Brandverhalten, UV).
• Die Stückzahlen: Menge je Auflage, Jahresmenge und Lebensdauer des Produkts, denn sie bestimmen die Dimensionierung des Werkzeugs.
• Die Oberfläche: Sichtflächen, Polieren, Textur, Beschriftung.
• Das Werkzeug: Eigentümer, Wartung, Lagerung, Rückgabe.
• Die Abmusterung: Anzahl der erwarteten Muster und Abnahmekriterien für das Werkzeug (Maße, Optik).
• Zwei Preiszeilen: das Werkzeug als einmalige Kosten und das Teil nach Mengenstaffel, mit den Lieferzeiten für das Werkzeug und anschließend für die ersten Teile.

Auf Meaflow ist das Einstellen einer Anfrage kostenlos und provisionsfrei: Kunststoffverarbeiter können Ihnen ihr Angebot einschließlich Werkzeug senden, das Sie vergleichen, bevor Sie sich per Nachricht austauschen. Für Kleinserien sehen Sie sich auch den 3D-Druck, die CNC-Bearbeitung und das Glossar zum Kunststoffspritzguss an.