Was ist Rotationsformen?

Rotationsformen( BrEFormen) handelt es sich um eine erhitzte Hohlform, die mit einer Ladung oder einem Schussgewicht an Material gefüllt wird. Anschließend wird es langsam gedreht (normalerweise um zwei senkrechte Achsen), wodurch sich das erweichte Material verteilt und an den Wänden der Form haftet. Um eine gleichmäßige Dicke des gesamten Teils aufrechtzuerhalten, dreht sich die Form während der Aufheizphase ständig weiter und verhindert auch während der Abkühlphase ein Durchhängen oder eine Verformung. Das Verfahren wurde in den 1940er Jahren auf Kunststoffe angewendet, wurde jedoch in den Anfangsjahren kaum genutzt, da es sich um einen langsamen Prozess handelte, der auf eine kleine Anzahl von Kunststoffen beschränkt war. In den letzten zwei Jahrzehnten haben Verbesserungen in der Prozesskontrolle und Entwicklungen bei Kunststoffpulvern zu einem deutlichen Anstieg des Einsatzes geführt.

Im Vergleich dazu werden beim Rotocasting (auch Rotacasting genannt) selbsthärtende Harze in einer unbeheizten Form verwendet, die langsamen Rotationsgeschwindigkeiten sind jedoch gemeinsam mit dem Rotationsformen. Schleuderguss sollte nicht mit der Verwendung von selbsthärtenden Harzen oder Weißmetall in einer Hochgeschwindigkeits-Schleudergussmaschine verwechselt werden.  

Geschichte

Im Jahr 1855 dokumentierte R. Peters aus Großbritannien den ersten Einsatz von biaxialer Rotation und Wärme. Dieses Rotationsformverfahren wurde zur Herstellung von Artilleriegeschossen und anderen Hohlgefäßen aus Metall verwendet. Der Hauptzweck des Rotationsformens bestand darin, eine einheitliche Wandstärke und -dichte zu erreichen. 1905 nutzte FA Voelke in den USA diese Methode zum Aushöhlen von Wachsobjekten. Dies führte 1910 zum Verfahren von GS Baker und GW Perks zur Herstellung hohler Schokoladeneier. Das Rotationsformen entwickelte sich weiter und RJ Powell nutzte dieses Verfahren in den 1920er Jahren zum Formen von Gips. Diese frühen Methoden, bei denen verschiedene Materialien zum Einsatz kamen, führten zu Fortschritten in der Art und Weise, wie das Rotationsformen heute bei Kunststoffen eingesetzt wird.

Kunststoffe wurden Anfang der 1950er Jahre im Rotationsformverfahren eingeführt. Eine der ersten Anwendungen war die Herstellung von Puppenköpfen. Die Maschinerie bestand aus einer E-Blue-Kastenofenmaschine, die von einer Hinterachse von General Motors inspiriert war, von einem externen Elektromotor angetrieben und durch am Boden montierte Gasbrenner beheizt wurde. Die Form bestand aus elektrogeformtem Nickel-Kupfer und der Kunststoff war ein flüssiges PVC-Plastisol. Die Kühlmethode bestand darin, die Form in kaltes Wasser zu legen. Dieser Prozess des Rotationsformens führte zur Entwicklung anderer Kunststoffspielzeuge. Als die Nachfrage und Beliebtheit dieses Verfahrens zunahm, wurde es zur Herstellung anderer Produkte wie Straßenkegel, Schiffsbojen und Autoarmlehnen verwendet. Diese Popularität führte zur Entwicklung größerer Maschinen. Außerdem wurde ein neues Heizsystem geschaffen, das von den ursprünglichen direkten Gasstrahlen zum aktuellen indirekten Hochgeschwindigkeitsluftsystem überging. In Europa wurde in den 1960er Jahren das Engel-Verfahren entwickelt. Dies ermöglichte die Herstellung großer Hohlbehälter aus Polyethylen niedriger Dichte. Die Kühlmethode bestand darin, die Brenner auszuschalten und den Kunststoff aushärten zu lassen, während er noch in der Form schaukelte.^[2]

1976 wurde in Chicago die Association of Rotational Moulders (ARM) als weltweiter Handelsverband gegründet. Das Hauptziel dieses Vereins besteht darin, das Bewusstsein für die Technologie und den Prozess des Rotationsformens zu schärfen.

In den 1980er Jahren wurden neue Kunststoffe wie Polycarbonat, Polyester und Nylon in das Rotationsformen eingeführt. Dies hat zu neuen Anwendungen für dieses Verfahren geführt, beispielsweise zur Herstellung von Kraftstofftanks und Industrieformteilen. Die seit Ende der 1980er Jahre an der Queen's University Belfast durchgeführten Forschungen haben auf der Grundlage der Entwicklung des „Rotolog-Systems“ zur Entwicklung einer präziseren Überwachung und Steuerung der Kühlprozesse geführt.

Ausrüstung und Werkzeuge

Rotationsformmaschinen werden in einer Vielzahl von Größen hergestellt. Sie bestehen normalerweise aus Formen, einem Ofen, einer Kühlkammer und Formspindeln. Die Spindeln sind auf einer rotierenden Achse montiert, was für eine gleichmäßige Beschichtung des Kunststoffs in jeder Form sorgt.

Formen (oder Werkzeuge) werden entweder aus geschweißtem Stahlblech hergestellt oder gegossen. Die Herstellungsmethode wird häufig von der Teilegröße und -komplexität bestimmt. Die kompliziertesten Teile werden wahrscheinlich aus Gusswerkzeugen hergestellt. Formen werden typischerweise aus Edelstahl oder Aluminium hergestellt. Aluminiumformen sind normalerweise viel dicker als entsprechende Stahlformen, da es sich um ein weicheres Metall handelt. Diese Dicke hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Zykluszeiten, da die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium um ein Vielfaches höher ist als die von Stahl. Aufgrund der Notwendigkeit, vor dem Gießen ein Modell zu entwickeln, verursachen Gussformen tendenziell zusätzliche Kosten im Zusammenhang mit der Herstellung der Werkzeuge, während vorgefertigte Stahl- oder Aluminiumformen, insbesondere wenn sie für weniger komplexe Teile verwendet werden, kostengünstiger sind. Einige Formen enthalten jedoch sowohl Aluminium als auch Stahl. Dies ermöglicht variable Wandstärken des Produkts. Dieses Verfahren ist zwar nicht so präzise wie das Spritzgießen, bietet dem Designer jedoch mehr Möglichkeiten. Der Aluminiumzusatz zum Stahl sorgt für eine höhere Wärmekapazität, wodurch der Schmelzfluss länger in flüssigem Zustand bleibt.