Eine fertige Zeichnung lässt ein Gummiteil auf den ersten Blick feststehen. Die Maße sind festgelegt, das Material benannt und die Jahresmenge geschätzt. Doch eine Frage bleibt offen: Wie gelangt der unvulkanisierte Gummi in diese Form, wie kann eingeschlossene Luft entweichen, gleichmäßig aushärten und unbeschädigt entnommen werden? Genau das ist die Aufgabe der kundenspezifischen Gummiformkonstruktion.

Wenn diese Entscheidungen erst im Angebotsverfahren getroffen werden, muss der Werkzeugmacher die fehlenden Angaben ergänzen. Zwei Lieferanten können zwar dasselbe Zeichnungsmodell anbieten, aber unterschiedliche Trennlinien, Angussvolumina, Kavitätenanzahlen und Oberflächenbearbeitungen planen. Die Preise unterscheiden sich nicht zwangsläufig; sie können zwei unterschiedliche Produktionspläne beschreiben.

ISO 3302-1:2014 wurde 2024 als gültig bestätigt. Sie definiert Maßtoleranzklassen für relevante Form-, Extrusions- und Kalanderprodukte aus Vollgummi. Sie legt weder die Angussform fest, noch gibt sie vor, wo Luft aus dem Formhohlraum austreten soll, noch weist sie die Dichtheit des Bauteils in einer Baugruppe nach. [3]

Eine Form ist eine Prozessentscheidung, die in Stahl getroffen wird

Die Gummiwerkzeuge leisten mehr als nur die geometrische Reproduktion. Sie legen fest, wo das Material eintritt, wie weit es transportiert wird, welche Flächen beim Schließen des Werkzeugs aufeinandertreffen, wo sich Grate bilden können und in welche Richtung das ausgehärtete Teil beim Entformen bewegt werden muss. Diese Entscheidungen prägen jeden Produktionszyklus nach der Markteinführung.

Ein öffentlicher Fall zeigt, wie stark sich das Layout verändern kann.

SIGMA Engineering veröffentlichte einen Fallbericht über ASPEM Ferramentaria und eine geplante 48-fach-Elastomerform mit den Abmessungen 700 x 550 mm. Das ursprüngliche Angussvolumen betrug 159 cm³. Mithilfe von Simulationen wurden Scherrate, Anvulkanisation und Einspritzdruck untersucht, während die Kanäle schrittweise verkleinert wurden. [1]

Das Ergebnis war eine Reduzierung des Angusskanalvolumens um 47 % und ein Materialverbrauch von 89 g pro Schuss. Der neu gestaltete Angusskanal benötigte 1.064 bar, während die Maschine maximal 1.800 bar erreichen konnte. Der Herausgeber der Fallstudie berechnete jährliche Materialeinsparungen von 33.108 US-Dollar auf Basis der angegebenen Annahmen zu Produktionszyklus, Schichtbetrieb und Kautschukpreisen. [1]

Ein zweiter Bericht über dasselbe Projekt liefert eine weniger offensichtliche Erkenntnis. Die thermische Analyse zeigte, dass sich die vier Eckkavitäten unterschiedlich erwärmten. Nach 310 Sekunden hatten die mittleren Bereiche einen durchschnittlichen Aushärtungsgrad von 90 % erreicht, während die Eckbereiche bei 75 % lagen. Durch das Entfernen dieser vier Positionen konnte die angegebene Zykluszeit von 340 auf 310 Sekunden verkürzt werden. [2]

Hierbei handelt es sich um Simulationsergebnisse und Kosten-Nutzen-Berechnungen des Herausgebers, nicht um unabhängig geprüfte Zahlen und kein Projekt von Yida. Die wichtigste Erkenntnis ist nicht der Prozentsatz. Sie liegt darin, dass das beste Layout für den kommerziellen Einsatz nicht einfach das Layout mit den meisten Kavitäten oder dem größten Angusskanal war.

Geheimnisse von Konflikten, die sich unter einem einfachen Teil verbergen

Die Trennmarke muss angebracht werden.

Die Trennfugen aus Gummi werden üblicherweise als bloßer Formteil betrachtet, der erst nach Fertigstellung und Freigabe der Zeichnung Beachtung findet. Tatsächlich kann diese Trennfuge im Betrieb jedoch durch eine Dichtfläche, einen kosmetischen Bereich eines Bauteils oder eine Kante verlaufen, die von einem automatischen Zuführer genutzt wird. Schon eine kleine Erhebung oder eine Fehlausrichtung kann dann zu einem Funktionsproblem führen.

Manchmal kann es vorteilhafter sein, die Dichtungsmarkierung des Gummis in einer Vertiefung oder auf einer unbearbeiteten Fläche anzubringen, um die Funktion des Bauteils zu gewährleisten. Dies kann jedoch die Formherstellung erschweren. Die Zeichnung muss kritische Flächen klar von normalen Flächen abgrenzen. Es ist ein häufiger Fehler, an jeder Stelle eine unsichtbare Linie zu erwarten, da dies die Unsicherheit höchstwahrscheinlich in den Preis einbringt.

Luft muss entweichen, aber Gummi kann nicht denselben Weg gehen?

Gase, die bei der Vulkanisation verdrängt werden, sowie andere Luft, die über Angüsse oder Verteilerkanäle in die Form gelangt, müssen aus dem Formhohlraum entweichen können. Üblicherweise erfolgt dies durch die Formentlüftung. Es stimmt, dass unzureichende Entlüftung zu unvollständiger Formfüllung, Anbrennen oder eingeschlossenen Gasen und somit zu Defekten führen kann. Allerdings kann eine zu tiefe Entlüftung auch zu viel Gummi durchlassen, was zu zusätzlichem Grat führt.

Ein Grund dafür, dass die Entlüftung von Gummiformen nicht auf eine einzige Nutentiefe reduziert und einfach von einem anderen Modell übernommen werden kann, liegt darin, dass die unterschiedlichen Eigenschaften der vulkanisierten Mischungen und die unterschiedlichen Drücke im Formgebungsprozess die Menge der entweichenden Luft bestimmen. Darüber hinaus spielen Faktoren wie das Füllmuster der Form, die Temperatur des Gummimaterials und die zulässige Gratmenge eine Rolle. Obwohl Lufteinschlüsse durch Simulationen erkannt werden können, sind dennoch Versuche erforderlich, um den Bereich sicherzustellen, in dem die Form zufriedenstellend funktioniert.

Ein kleinerer Läufer ist nicht immer ein besserer.

Die in vielen Vulkanisationsverfahren verwendeten Angusskanäle können nicht einfach als gewöhnlicher thermoplastischer Abfall eingeschmolzen und wiederverwendet werden. Daher kann eine Reduzierung des Angusskanalvolumens eine echte Materialeinsparung bedeuten. Allerdings können zu kleine Kanäle neben einer ungleichmäßigen Füllung der Hohlräume auch zu Druckanstieg, Scherkräften und dem Risiko des Anbrennens des Gummis führen.

Die Neukonstruktion im Fall von ASPEM zeigt, dass die Material- und Angussbeschränkungen berücksichtigt wurden, anstatt den Anguss einfach intuitiv zu verkleinern. Die Angussbalance ist nur eine Möglichkeit, dies zu messen; außerdem sollte die Angussbalance am Ende der Kavitäten und zwischen den einzelnen Produktionschargen bewertet werden, nicht nur entlang des kürzesten im CAD-Programm angegebenen Pfades.

Die Temperatur ist Teil der Form

Man sollte nicht vergessen, dass der Formhohlraum nicht allein für den Prozess verantwortlich ist. Heizelemente, Blechdicke, Einsätze, Kaltkanalkomponenten und Wärmeverluste an den Rändern tragen zu einem variablen Temperaturfeld bei. Das Stahlbauteil kann seine Solltemperatur bereits erreicht haben, während verschiedene Gummiteile möglicherweise noch teilweise aushärten oder die Aushärtungstemperatur noch gar nicht erreicht haben.

Eine Form, die ein gutes Mittelteil liefert, während die Eckteile instabil sind, ist ein Symptom der oben genannten Erklärung. Eine Verlängerung des Zyklus schützt zwar die kälteste Stelle, führt aber gleichzeitig dazu, dass alle anderen Teile länger erhitzt werden. Eine optimierte Wärmeverteilung oder die Änderung der Kavitätenpositionen könnten eine bessere Lösung darstellen.

Abholung ist ein Problem

Duktiler Gummi kann sich in manchen Fällen von der Gummiform lösen, in denen ein starres Kunststoffteil stecken bleiben würde. Allerdings ist die Duktilität nicht unbegrenzt. Eine dünne Lippe kann sich verbiegen, ein Faltenbalg kann sich dehnen und ein angeklebter Einsatz kann verrutschen, wenn die Auswerfkraft nicht korrekt angewendet wird. Oberflächenbeschaffenheit und Auswerfrichtung sind wichtige Produktionsparameter, die nicht nur ästhetische Aspekte berücksichtigen.

Konstrukteure müssen auch die tatsächliche Auswurfmethode berücksichtigen: manuelle Entnahme, pneumatische Unterstützung, Bürsten, Auswerfer, Roboter oder eine spezielle Vorrichtung. Wenn ein Teil nach dem Auswerfen ein unvorhersehbares Rückfederungsverhalten aufweist, kann die nachfolgende Prüfung oder Zuführung einen echten Engpass darstellen.

Der Werkzeugpreis ist nur die erste Kostenfrage

Die Kosten für Werkzeuge zur Gummiformung steigen mit der Anzahl der Kavitäten, Präzisionseinsätzen, Schiebern, Kaltkanalsystemen, Sensoren und Automatisierung. Ein zunächst niedriges Angebot kann sich jedoch im Laufe des Projekts als teuer erweisen, wenn es zu hohem Angussmaterialverlust, langsamem Nachbearbeiten, häufigen Reinigungsarbeiten oder instabiler Produktion führt.

Ein sinnvoller Vergleich trennt die anfänglichen Kosten für das Gummiformwerkzeug von den laufenden Kosten für Material, Zyklus, Nachbearbeitung, Inspektion und Wartung. Bitten Sie jeden Lieferanten, die Anzahl der aktiven Kavitäten, den erwarteten Prozessablauf, die Angussbehandlung, den üblichen Wartungsumfang und die tatsächliche Ausbringungsmenge des angebotenen Zyklus anzugeben.

Zwei Standards helfen, aber keiner von beiden entwirft das Werkzeug.

ISO 3302-1 unterstützt Käufer und Lieferanten bei der Angabe von Maßtoleranzklassen für Produkte innerhalb ihres Anwendungsbereichs. Präzisions-Ringdichtungen sind ausdrücklich ausgeschlossen, daher sollte die Norm nicht ohne Weiteres auf O-Ringe angewendet werden. Wichtiger noch: Die Einhaltung der Maßhaltigkeit allein gibt keine Auskunft über Dichtheit, Dichtheit oder Dauerfestigkeit. [3]

ASTM D3767 beschreibt Verfahren zur Dimensionsmessung von Gummiprodukten und Prüfkörpern. Darin wird darauf hingewiesen, dass der Anpressdruck des Messgeräts die gemessene Dicke eines weichen, flexiblen Materials erheblich beeinflussen kann. Die detaillierte Spezifikation muss noch das Verfahren sowie die Probenahme- und Messorte festlegen. [4]

Diese Grenzwerte sind bei der Werkzeugprüfung relevant. Ein kritisches Maß, das sich über zwei Formhälften erstreckt, kann anders auf Ausrichtung und Gratbildung reagieren als ein Merkmal, das innerhalb eines Einsatzes geformt wird. Eine Zeichnungstoleranz ohne entsprechende Messanweisung kann nach der Teilefertigung zu Unstimmigkeiten führen.

Genehmigen Sie kein Muster und gehen Sie nicht davon aus, dass die Form fertig ist.

Einige ansprechende Muster zeigen, dass das Werkzeug unter mindestens einer bestimmten Bedingung gute Teile herstellen kann. Die Validierung von Gummiformen wirft eine andere Frage auf: Können die vorgesehenen Kavitäten und der Prozess auch nach normalem Aufwärmen, Handhabung, Entgraten und Prüfen weiterhin akzeptable Fertigteile liefern?

Zur Validierung von Gummiformen werden die Teile kavitätenweise und nicht sofort gemischt geprüft. Kritische Merkmale werden mit der vereinbarten Methode gemessen. Anguss und Funktionskanten werden nach der Fertigstellung geprüft. Anschließend werden Dichtheit, Haltekraft und Beweglichkeit in repräsentativen Gegenstücken getestet.

Der Testlauf sollte so lange dauern, dass der Temperaturverlauf und der normale Produktionsrhythmus beobachtet werden können. Stopps, Reinigungs- und Neustartvorgänge sollten, wo immer sie relevant sind, erfasst werden. Chargen-, Werkzeugrevisions- und Prozesseinstellungen werden protokolliert, um spätere Verbesserungen oder Fehler auf tatsächliche Änderungen zurückführen zu können.

Auch der Begriff „gratfrei“ bedarf einer gewissen Zurückhaltung. Der spezialisierte Formenbauer Desenco gibt an, dass es in der Praxis kein vollständig gratfreies Verfahren gibt; das Ziel besteht vielmehr darin, den Grat innerhalb der Teilespezifikation zu halten. Daher sind die Angabe der zulässigen Lage und der zulässigen Grenzen sinnvoller als eine pauschale Formulierung. [5]

Ein besseres Gespräch, bevor der Stahl geschnitten wird.

Beginnen Sie mit den Arbeitsflächen. Zeigen Sie, welche Teile abdichten, sich biegen, positionieren, verbinden oder dem Kunden zugewandt sind. Ergänzen Sie die Montagerichtung, die Passgeometrie, das Medium, die Temperatur und die erforderlichen Funktionstests. Erläutern Sie anschließend, wo eine Angussmarkierung, eine Trennlinie oder ein geringer, kontrollierter Grat akzeptabel ist.

Teilen Sie uns die tatsächliche jährliche Nachfrage und das Auftragsmuster mit, nicht nur eine optimistische Schätzung der Produktionsmenge. Vereinbaren Sie, wie viele Kavitäten beprobt werden, wie die Weichmaße gemessen werden und was vor der Serienproduktion nachgewiesen werden muss. Diese Details ermöglichen es dem Lieferanten, den Prozess zu kalkulieren, anstatt anhand einer Zeichnung zu raten.

Bei der Prüfung eines neuen Bauteils durch Yida sind die Zeichnung, gegebenenfalls ein 3D-Modell, die Material- oder Leistungsanforderungen, Informationen zum Gegenstück und die erwartete Nachfrage die hilfreichsten Ausgangspunkte. Darauf aufbauend kann die Entwicklung einer kundenspezifischen Gummiform unter Berücksichtigung von Funktion und Wiederholgenauigkeit diskutiert werden, anstatt sie im Preis eines einzelnen Werkzeugs zu verstecken.