FAQ

Haben Sie Fragen zum Thema Rotationsguss bzw. Rotationsverfahren? Nachfolgend finden Sie eine Ansammlung häufig anzutreffender Fragen und Antworten rund um das Thema "Herstellung von Kunststoffteilen im Rotationsverfahren". Sollte sich eine Frage nicht beantworten lassen, würden wir uns freuen, wenn Sie über das Anfrageformular Ihre Frage einfach direkt an uns richten.

Rotation

Unter den Begriffen Rotationsformen, Rotationsschmelzen, Rotationssintern, Rotational Moulding oder auch dem Rotationsschleudern fasst man die Herstellung von Kunststoffhohlkörpern unter Verwendung einer bi-axialen Rotationsbewegung zusammen.

Verfahrensbeschreibung

Das Herstellungsverfahren von rotierten Kunststoffhohlkörpern kann in vier Grundstufen unterteilt werden. Entgegen anderen Verfahren ist es in der Rotation durchaus üblich, dass mehrere Werkzeuge auf einem Formträger der Rotationsmaschine installiert sind. In der ersten Stufe werden die geöffneten Rotationswerkzeuge dosiert mit Kunststoffpulver befüllt. Nach dem Einfüllen werden die Werkzeuge dann verschlossen und fest verspannt.

In der zweiten Stufe beginnt der Maschinenarm die Werkzeuge in eine langsame bi-axiale Rotation zu versetzen. Dies geschieht durch eine Drehbewegung der Achse des Maschinenarms selbst und einer Drehbewegung des Formträger-Tellers, auf dem die Werkzeuge montiert sind. Der Maschinenarm bewegt sich mit den rotierenden Werkzeugen dann in eine Heizkammer. Die Hitze durchdringt die Werkzeuge und heizt das Pulver auf. Das nach und nach schmelzende Pulver haftet auf den Werkzeugwänden und bildet durch die stetigen Rotationsbewegungen eine gleichmäßige Kunststoffschicht an der Werkzeuginnenwand.

Die dritte Stufe beginnt nachdem der in den Werkzeugen eingebrachte Kunststoff komplett aufgeschmolzen ist. Unter fortgeführter Rotationsbewegung fährt der Maschinenarm in eine so genannte Kühlstation, in der die Werkzeuge durch Luft oder durch Luft-Wassergemisch abgekühlt werden. Die Kühlphase dauert so lange an, bis der Kunststoff wieder kristallisiert ist.

Ist der Kunststoff in den Werkzeugen wieder fest und das geformte Kunststoffteil weitestgehend formstabil, stoppt die Rotationsbewegung und der Maschinenarm bewegt sich zur nächsten Station. In dieser vierten Stufe des Rotationsformens werden die Formwerkzeuge geöffnet und die rotierten Kunststoffhohlkörper entnommen. Während die rotierten Kunststoffteile der Nachbearbeitung zugeführt werden, kann der Prozess von Neuem beginnen.

Kunststoffe

Bedingt durch den vergleichsweise langwierigen Schmelz- und Verarbeitungsprozess unterliegen die im Rotationsverfahren zu formenden Kunststoffe ganz besonderen Anforderungen. Die verwendeten Kunststoff Materialtypen müssen deshalb genau auf die besonderen Bedürfnisse der Rotation abgestimmt sein.

Üblicherweise wird das verwendete Material pulverförmig in das Rotationswerkzeug eingegeben, wobei die genau dosierte Menge die Wandstärke des Endproduktes bestimmt.

Der Hauptanteil der in der Rotation verarbeiteten Kunststoffe entfällt klar auf Polyethylen (PE), welches in verschiedenen Dichten von LDPE bis HDPE verfügbar ist. Verbreitet ist auch der Einsatz von Polypropylen (PP), Polyamiden (PA 6, PA12), Polycarbonat (PC) und Polyvinylchlorid (PVC).

Durch Einsatz von Farbpigmenten sind die Kunststoffe in nahezu allen RAL Farbtönen erhältlich. Durch gezielte Beimischungen von weiteren Additiven können UV Schutz, die Flammbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit und andere Eigenschaften des Kunststoffes gezielt verbessert werden. Mit speziellen Farbmischungen können die rotierten Endprodukte die Optik von Stein, Holz, Terrakotta, Metall, usw. imitieren.

Rotationswerkzeuge und Werkzeugelemente

Die für die Rotationsproduktion benötigten Werkzeuge können aus verschiedenen wärmeleitfähigen Materialien hergestellt werden, wobei jede Ausführung gewisse Vor- und Nachteile belegt. Die Auswahl des jeweils am besten geeigneten Rotationswerkzeuges erfolgt nach verschiedenen technischen Kriterien (Größe, Komplexität, Genauigkeit, Oberflächenstruktur, geplante Stückzahlen, etc.) aber auch nach wirtschaftlichen Faktoren wie Kosten und Herstellungszeiten. Für das Rotationsformen kommen in der heutigen Industrie in erster Linie Werkzeuge aus Aluminium (Aluguss oder CNC gefräst) oder aus Stahlblech zum Einsatz.

 

Stahlblech-Rotationswerkzeuge

Vornehmlich bei großvolumigen Produkten (Lagertanks) und bei Artikelkonturen mit geringem Schwierigkeitsgrad werden Werkzeuge aus Stahlblech verwendet. Die Wanddicken betragen in der Regel 1,5 bis 4 mm. Dabei werden einzelne Blechteile, die entsprechend der gewünschten Werkzeuggeometrie geformt sind, verschweißt oder verlötet.

Nach einer Wärmebehandlung zur Spannungsreduzierung sollten die Werkzeugpassflächen zur besseren Dichtung nachbearbeitet werden. Die Schweiß- oder Lötnähte müssen durch aufwändige Handarbeit nachgeschliffen und poliert werden. Das Ergebnis hinsichtlich der Oberflächenqualität ist dadurch stark von der Geschicklichkeit des Werkzeugbauers abhängig.

 

Aluminium-Rotationswerkzeuge

Aluminium-Rotationswerkzeuge können entweder aus CNC gefrästen oder aus gegossenen Aluminiumformschalen bestehen, wobei auch eine Kombination beider Verfahren möglich ist. Darüber hinaus können ebenso Formschalen aus verschiedenen Materialien innerhalb eines Werkzeugs verbaut werden z.B. Aluminium mit Stahl.

CNC gefräste Werkzeuge werden speziell dann eingesetzt, wenn die zu zerspanenden Aluminiumblöcke sehr flach sind, die Herstellungszeit kritisch, oder die geforderten Toleranzen sehr hoch sind. Für eine wirtschaftliche Rotationsproduktion ist es unerlässlich, die Formschalen auf Wandstärke zu bearbeiten – also beidseitig zu fräsen. Nur so kann eine gleichmäßige und schnelle Wärmedurchdringung der Formwand gewährleistet werden.

Der Einsatz von im Aluminiumguss hergestellten Formschalen ist dagegen bei größeren und tieferen Formschalen oder bei benötigten Folgewerkzeugen von besonderem Vorteil.

Weiterhin können Oberflächenfeinheiten wie Holzmaserungen, Terrakotta- oder Steinstrukturen, etc. durch entsprechende Abformungen direkt in die Gießform und somit in den Aluminiumabguss einfließen.

 

Gewindeinserts und angeformte Gewinde

Im rotierten Kunststoffprodukt benötigte Anschraubpunkte können als Gewindeeinlegeteile in der Forminnenseite fixiert werden. Um diese so genannten Inserts herum schmilzt der Kunststoff auf und bildet so nach Erkalten eine beständige Verbindung. Gewindeeinlegeteile können im einfachsten Fall in der Form durch eine Schraube gehalten werden (muss bei jedem Zyklus aus- und eingeschraubt werden).

Außer Gewindeinserts können natürlich auch andere Gegenstände in der Form fixiert und so „einrotiert“ werden. Eine gängige Anwendung ist beispielsweise das Einrotieren von Anschraublaschen aus Metall. Generell können Einlegeteile auch aus anderen Materialien, wie z.B. aus Kunststoff, verwendet werden, jedoch muss deren Schmelzbereich über dem des rotierten Kunststoffes liegen.

Neben der Möglichkeit Gewindeeinlegeteile einzurotieren, können Gewindegänge auch direkt im Kunststoff angeformt werden. Dazu verwendet man entsprechende Gewindeformer aus Messing, Stahl oder Alu, die sowohl Innen- als auch Außengewinde erzeugen können. Diese müssen jedoch in der Regel zur Entformung der Kunststoffprodukte manuell abgedreht werden.

 

Trennmittel und permanente Trennbeschichtungen

Die in den Rotationswerkzeugen aufgeschmolzenen Kunststoffe haben die Eigenschaft an der Formwand haften zu bleiben. Dieses Verhalten ist für die Produktion der Rotationsteile zwingend notwendig, allerdings sollte die Haftung nicht zu hoch sein, da sonst das Entformen der Kunststoffteile aus dem Werkzeug problematisch bzw. überhaupt nicht möglich ist.

Um dies zu verhindern werden Trennmittel eingesetzt. Diese werden in regelmäßigen Abständen auf die formgebende Oberfläche aufgetragen und sorgen so für einen guten Kompromiss zwischen ausreichender Haftung und notwendiger Trenneigenschaft.

Die zumeist wasserbasierten nicht permanenten Trennmittel werden in die Formen gesprüht oder mit einem Lappen manuell aufgetragen. Da sich die Trennmittelschicht bei jedem Produktionszyklus abbaut muss das Trennmittel oft schon nach ca. 50 bis 500 Zyklen erneuert werden. Je nach verarbeitetem Kunststoff sowie Komplexität und Beschaffenheit der Formoberfläche (z.B.: polierte Formoberfläche) kann eventuell auf ein Trennmittel verzichtet werden.

Aus Gründen einer besseren Wiederholgenauigkeit und einer wirtschaftlicheren Produktion gewinnen so genannte permanente Trennbeschichtungen in den letzten Jahren stetig an Bedeutung. In der Regel werden solche Beschichtungen auf die speziell präparierten Werkzeugoberflächen in feinen Lagen aufgesprüht und schichtweise eingebrannt.

Während sich die anfangs am Markt verfügbaren permanenten Beschichtungen nur durch sehr starke Trenneigenschaften ausgezeichnet haben und sich fast ausschließlich für die Behandlung von Formkernen mit starken Aufschwundsituationen eigneten, ist heute eine sehr starke Diversifikation von Formbeschichtungen zu beobachten.

Die heute verfügbaren Beschichtungen erlauben neben einer Abstufung der Trenneigenschaften (mittels PTFE-Anteilen) auch eine gezielte Einflussnahme auf Optik und Haptik der Kunststoffprodukte. Der durch Beschichtungen erzielbare Oberflächen-Glanzgrad kann in mehreren Nuancen von matt bis hochglänzend gewählt werden.

Neben gestalterischer Einflussnahme übernehmen Beschichtungen aber auch diverse technische Eigenschaften, wie z.B. die Verbesserung des Wärmeüberganges des Werkzeuges, verbessertes Fließverhalten der Kunststoffschmelze, verbesserter Farbverlauf, etc.

Der vielfältige Einsatz von permanenten Beschichtungen ist dabei nicht nur auf die formende Oberfläche beschränkt, ebenso werden auch Werkzeugflansche und die Werkzeugaußenseite beschichtet um Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten zu verringern.

 

Werkzeugentlüftung

Durch die Aufheizung im Ofenraum dehnt sich die Luft im Werkzeug aus. Bei der Abkühlung wiederum tritt der umgekehrte Fall ein. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, die Rotationswerkzeuge mit einer Entlüftung auszustatten, da sich sonst der entstehende Über- bzw. Unterdruckung negativ sowohl auf die Werkzeuglebendsauer als auch auf die Qualität der produzierten Kunststoffprodukte auswirken würde.

Eine Formentlüftung kann mit verschiedenen Mitteln erfolgen. Die am weitesten verbreitete Methode ist ein direkt durch die Formwand gestecktes PTFE-Rohr, das möglichst weit in das Forminnere reicht und somit einen Luftaustausch ermöglicht. Bei Formgeometrien, in denen das in der Form befindliche Pulver mit dem PTFE Rohr in Verbindung kommen kann, bzw. bei denen Pulver durch das Rohr austreten könnte, kommt beispielsweise verdichtete Stahlwolle oder Kunststofffolie für die Abdichtung zum Einsatz. Alternativ können Filterstäbe, oder so genannte SupaventTM Stopfen (Formlinge aus temperaturbeständigem Silikon) verwendet werden.  

Rotationsmaschinen

Für die Produktion von rotationsgefertigten Kunststoffprodukten gibt es eine Fülle unterschiedlichster, spezieller Rotationsformanlagen bzw. Rotationsmaschinen. Neben der reinen Größe der Anlagen, unterscheiden sich die Maschinen aber auch in der grundsätzlichen Konzeption.

Am weitesten verbreitet sind sogenannte Karusellanlagen, bei denen mehrere Maschinenarme in Kreisfolge die verschiedenen typischen Produktionsschritte durchwandern (Befüllen der Form, Schmelzen und Sintern im Ofen, Kühlkammer und letztlich die Entformstation).

Daneben gibt es auch sogenannte Shuttlemaschinen bei denen der Maschinenarm linear in die Ofenkammer eingefahren wird, bzw. eine Ofenkammer sich zwischen 2 starren Maschinenarmen bewegt.

Ein weiteres Maschinenkonzept ist die sogenannte Clamp-Shell Anlage, bei der sich der Ofen wie eine Muschel über einem starr positionierten Maschinenarm schließt. Eine etwas exotischere Variante ist die sogenannte Rock-and-Roll Maschine. Ausschließlich bei diesem Maschinentyp wird nicht bi-axial rotiert, sondern es rotiert nur eine Achse während die andere Achse lediglich Wippbewegungen beschreibt. Diese Art des Rotationsformens eignet sich vornehmlich für lange Produkte wie zum Beispiel Kajaks.

Nacharbeit von rotationsgesinterten Kunststoffprodukten

Neben typischen Nachbearbeitungsschritten wie dem Entgraten der Formtrennkanten oder dem Flammen der Kunststoff-Oberfläche, können verschiedene Konfektionierungsarbeiten, Dichtheitsprüfungen und ähnliches stattfinden.

 

Öffnungen

Soll der rotierte Kunststoff-Hohlkörper Öffnungen enthalten, können diese durch nachträgliche Bearbeitung des rotierten Produktes wie zum Beispiel Bohren, Fräsen, etc. erzielt werden.

Durch Einbringen einer Schlag- oder Messerkante im Werkzeug kann eine Soll-Bruchstelle im Kunststoffprodukt erzeugt werden. Beim erkalteten Produkt wird dann die benötigte Öffnung mit einem Schlag hergestellt. Bei einer Bearbeitung z.B. mit einem Messer dient diese Kante zur besseren Führung.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, benötigte Öffnungen direkt in der Rotation anzuformen.

Eine weit verbreitete Methode ist der Einsatz von PTFE Stäben oder Platten. Durch die reduzierte Wärmeaufnahme dieses Werkstoffes und der starken Trenneigenschaften legt sich an solchen PTFE Rohren oder im Werkzeug angebrachten Platten kein (oder kaum) Kunststoff an. Es wird somit eine Öffnung anrotiert.

 

Beschriftung / Labeling von rotierten Kunststoffprodukten

Aufgrund der selbst trennenden Eigenschaft der meisten in der Rotation verarbeiteten Materialien gestaltet sich eine nachträgliche Dekoration der Produkte mit Siebdruck, nachträglichem Lackieren oder dem Aufbringen von Aufklebern etwas aufwändiger und kann nur durch entsprechende vorausgehende Präparation der Konststoffteile ermöglicht werden.

So gibt es speziell für die Rotation entwickelte Möglichkeit zur Beschriftung der Kunststoffprodukte. Man unterscheidet die entwickelten Systeme in zwei Gruppen: die Mould-in Systeme und die Mould-on Systeme.

Bei den so genannten Mould-In Systemen werden zum Beispiel farbige Logos mittels einer Trägerfolie direkt auf die Werkzeugoberfläche appliziert. Der aufschmelzende Kunststoff verbindet sich dann während der Verarbeitung permanent mit dieser Folie.

Bei der etwas weniger aufwändigen Mould-on Technik werden die Logos / Beschriftungen direkt nach dem Ausbau des noch heißen Kunststoffteils fest auf die Kunststoffoberfläche aufgepresst, wodurch durch die Hitzeeinwirkung des Formteils sich das Logo / der Schriftzug ebenfalls unlöslich mit dem Kunststoff verbindet (ähnlich dem Vulkanisieren).

Da bei beiden Systemen die Grafiken vielmehr mit dem Kunststoff verschmelzen anstatt einfach nur verklebt zu werden, sind die so aufgebrachten Logos und Schriftzüge extrem kratzbeständig und nahezu unverwüstlich.  

Anwendungsbeispiele

Typische Rotationsteile verschiedener Branchen

Landwirtschaft

Düngemitteltanks, Saatgutbehälter, Wassertanks, Futtertröge, Transportwannen, Mühlentrichter, Fischaufzuchtbecken

Nutzfahrzeuge

Kotflügel, Konsolen, Kabinendächer, Staukästen, Verkleidungen, Kraftstoff- und Hydrauliköltanks, Additivbehälter, Toilettenanlagen

Spielzeug

Rutschen, Schaukeln, Sandkasten, Schlitten, Hocker, Tische, Wipp-Tiere, Figuren, Sand-Spielzeuge, Kletterburganlagen, Ballfänger, Wasserspiele, Kinderfahrzeuge

Sport und Freizeit

Kajaks, Boote, Bojen, Fitnessgeräte, Fahrradkoffer

Werbemittel

Schaufensterbüsten, Werbeaufsteller, Messestände, Dekorationsgegenstände, Displays

Straßenbau

Leitsysteme, Schildersockel, Streubehälter, Ampelgehäuse, Pylonen, (große) Abfallbehälter für Rastplätze

Gartenzubehör

Pflanzgefäße, Gartenzwerge, Zierteiche, Teichfilter, Komposter, Gartenliegen und Gartenstühle, Balkontische und Balkongefäße

Lehrmittel

Anschauungsmodelle, medizinische Lehrgeräte

Automotiv

Luftkanäle, Kraftstoff- und Hydrauliköltanks, Additivbehälter, Wischwasserbehälter

Lebensmittelaufbewahrung

Kühlboxen, Getränkedispenser, Vitrinen, Thermobehälter, Transportbehälter

Reinigungsindustrie

Auffangbehälter, Druckbehälter, Reinigungsmaschinen (selbstfahrend), Hochdruckreiniger, Bauteile von Waschstraßen, Mülltonnen Luft- und Raumfahrt: Luft- und Kabelkanäle, Verkleidungen, Ablagen

Möbelindustrie

Gartenmöbel, Kindersitze, Kindertische, Schirmständer, Lampenkörper, Leuchtkugeln

Sanitärtechnik

Pumpenschacht, Mobiltoilette, Hebeanlagen

Caravan-Zubehör

Ab- und Frischwassertank, Stoßfänger, Gasflaschenbehälter, Dachboxen, Schranksysteme

Transportbehälter

(lebend) Fischboxen, Kunststoffpaletten, Spezial-Verpackungen, Sicherheits-Palettenwannen, Ölauffangbehälter, Gefahrgutbehälter, Mehlwagen

Wasseraufbereitung

Dosier- und Salzbehälter, Inspektionsschächte, Ablaufrinnen, Filtergehäuse, Regenwassertanks, Erdzisternen, Rohrverbinder, Überlaufsiphons

Unterhaltungsindustrie

Lautsprechergehäuse, Gehäuse für Spielautomaten, Sitzschalten Medizintechnik: Inkubator, Verkleidungen, Bein-Schienen, Prothesen, Pumpbälle