Fehleranalyse an Spritzgussteilen: Einfallstellen, Grate, Bindenähte und Risse beurteilen und belegen

Eine Einfallstelle mitten auf einer Sichtfläche, ein Grat an der Formtrennung, eine Bindenaht quer über ein Bedienteil. In der Spritzgussfertigung fällt täglich das Urteil, ob solche Merkmale noch im Rahmen liegen oder ob eine Charge zurückgehalten wird. Beurteilt wird häufig mit der Lupe, mit dem Handy und mit einem Stereomikroskop, das seit mehreren Werkzeuggenerationen im Prüfraum steht. Das Ergebnis kennt jede Qualitätssicherung: Zwei Personen sehen dasselbe Teil und kommen zu zwei Urteilen. Kommt später eine Reklamation, steht Beschreibung gegen Beschreibung.

Dieser Beitrag richtet sich an Qualitätssicherung, Prozessentwicklung und Werkzeugbau in Spritzguss- und Formteilbetrieben. Er geht die Fehlerbilder durch, die in der Praxis tatsächlich anfallen, beschreibt, wie jedes davon sichtbar, messbar und belegbar wird, und zieht die Grenze zur automatisierten Prüfung in der Linie.

Wichtige Punkte im Überblick

In der Spritzguss-QS kommen zwei Personen am selben Teil zu zwei Urteilen, und in der Reklamation steht dann Beschreibung gegen Beschreibung.
Die Fehlerbilder ordnen sich in wenige Gruppen, und jede zeigt in eine andere Richtung im Prozess: Einfallstellen auf Schwindung und Abkühlung, Grate auf Zuhaltekraft und Werkzeugverschleiß, Bindenähte auf zusammentreffende Schmelzefronten.
Lupe, Handy und Stereomikroskop scheitern an drei Punkten: zu wenig Tiefenschärfe an gewölbten Teilen, nur der Blick von oben und kaum Kontrast auf schwarzen, glänzenden oder transparenten Oberflächen.
Ein Digitalmikroskop setzt genau dort an: Die Tiefenzusammensetzung macht Kante, Grat und Grundfläche gemeinsam scharf, der schwenkbare Aufbau zeigt die Trennebene im schrägen Blick, und Fehlergröße und Grathöhe werden im gleichen Schritt gemessen.
Die i.O./n.i.O.-Entscheidung wird über einen Grenzmusterkatalog aus eigenen Aufnahmen, gespeicherte Prüfeinstellungen und eine Berichtsausgabe mit Bild, Maß und Zeitstempel reproduzierbar und gegenüber Kunden belegbar.

Typische Fehlerbilder am Spritzgussteil und was sie über den Prozess verraten

Die Fehlerbilder aus der Spritzguss-QS lassen sich in wenige Gruppen ordnen, und jede Gruppe zeigt in eine andere Richtung im Prozess.

Einfallstellen, Schwindung, Welligkeit und Verzug. Sie entstehen dort, wo Material nachschwindet oder ungleichmäßig abkühlt, oft an Rippen, Materialanhäufungen und Anspritzpunkten. Zu beurteilen ist nicht nur, ob eine Delle sichtbar ist, sondern wie tief und wie flächig sie ausfällt.
Grate, Spritzgrate und Formtrenngrate. Sie sitzen an Trennebenen, Schiebern und Auswerfern und verweisen auf Zuhaltekraft, Werkzeugverschleiß oder eine beginnende Beschädigung im Formeinsatz. Gefragt ist die Höhe und die Länge des Grats, nicht nur seine Existenz.
Bindenähte, Fließnähte und Fließlinien. Sie markieren, wo zwei Schmelzefronten zusammentreffen. Auf einer Sichtfläche sind sie ein optischer Mangel, an einer belasteten Stelle ein Hinweis auf eine strukturelle Schwachstelle.
Blasen, Lufteinschlüsse, Krater und Brandstellen. Sie deuten auf Entlüftung, Feuchte im Granulat oder eine zu hohe Einspritzgeschwindigkeit hin. In transparenten Teilen sind sie sichtbar, in gefüllten und schwarzen Teilen erst im Schnitt.
Kratzer, Fehlstellen, Ausbrüche und beginnende Risse. Sie können aus der Entformung, aus der Handhabung oder aus dem Werkzeug kommen. Die Unterscheidung ist die eigentliche Arbeit, weil sie festlegt, wer den Fehler abstellt.

Zur gleichen Prüfaufgabe gehört das Werkzeug selbst. Ein Formeinsatz mit Ausbruch an der Trennkante erzeugt einen wiederkehrenden Grat. Wer Teil und Werkzeug unter dasselbe Objektiv legt, findet die Ursache schneller als über die Teilehistorie.

Warum Lupe, Handy und Stereomikroskop an gewölbten und schwarzen Teilen scheitern

Drei Begrenzungen tauchen in dokumentierten Anwendungen immer wieder auf.

Die erste ist die Tiefenschärfe. Ein Spritzgussteil ist selten flach. Grate sitzen auf Kanten, Einfallstellen liegen in Wölbungen, Risse laufen in Radien hinein. Ein einzelnes Bild bei ausreichender Vergrößerung zeigt einen scharfen Streifen und darum herum Unschärfe, und genau der unscharfe Bereich enthält oft das Merkmal.

Die zweite ist die Blickrichtung. Ein klassisches Stereomikroskop schaut von oben. Ein Grat an der Formtrennung, eine Hinterschneidung, eine Nutwand oder eine Bohrungskante zeigen sich aber erst im schrägen Blick. Wer nur von oben schaut, sieht eine Linie und nicht die Höhe.

Die dritte ist das Material selbst. Tiefschwarze gefüllte Oberflächen liefern kaum Kontrast, hochglänzende Flächen spiegeln die Beleuchtung in die Kamera, transparente Teile zeigen gleichzeitig Vorderseite, Rückseite und Umgebung. Auf einer polierten Referenzprobe funktioniert fast jede Beleuchtung, auf dem realen Formteil nicht. Deshalb hängt in der Anwendungspraxis jede Beurteilung an einem Test mit echten Musterteilen.

Keines dieser Hilfsmittel erzeugt außerdem ein belastbares Ergebnis. Ein Handyfoto ohne Maßstab und ohne Angabe der Vergrößerung hilft in einer Reklamationsdiskussion nicht weiter.

Tiefenschärfe und Schwenken: Grat, Nut und Einfallstelle sichtbar machen

Ein Digitalmikroskop der Modellreihe VHX setzt an diesen drei Punkten an. Aus mehreren Fokusebenen entsteht ein Bild, das über die gesamte Höhe scharf ist, sodass Kante, Grat und Grundfläche gemeinsam beurteilbar werden. Der schwenkbare Aufbau erlaubt den schrägen Blick auf die Trennebene, in eine Nut oder in eine Bohrung, ohne das Teil zu zerlegen. In dokumentierten Anwendungen liegen die beurteilten Merkmale größtenteils ab einem Zehntelmillimeter aufwärts, von der Grathöhe an einer Trennkante bis zur Ausdehnung einer Fehlstelle auf einer Sichtfläche.

Vergrößerung, Beleuchtung und Blickwinkel lassen sich mit der Prüfung speichern und beim nächsten Teil identisch laden. Damit erzeugt die Spätschicht dieselbe Ansicht wie die Frühschicht, und in realen Projekten ist genau das der Grund, warum die Beurteilung nicht mehr am einzelnen erfahrenen Anwender hängt.

Wo das Teil nicht ins Labor kommt, etwa bei einem großen Gehäuse, arbeiten viele Betriebe mit einem beweglichen Aufbau, der den Messkopf an das Teil führt. Zugänglichkeit und Abstützung sind vorab zu klären.

Transparente und hochglänzende Teile: Blasen und Lufteinschlüsse ohne Reflexionen zeigen

Transparente Sichtscheiben, Lichtleiter, Schaugläser und klare Verschlussteile sind ein eigener Fall. Der Fehler liegt im Volumen, nicht auf der Oberfläche, und das Auge kann beides nicht trennen.

Im Durchlicht wird der Einschluss dunkel gegen einen hellen Hintergrund und damit zählbar und vermessbar. Kreuzpolarisation nimmt der glänzenden Oberfläche die Spiegelung und macht zusätzlich Spannungen und Orientierungen im Material erkennbar. Eine koaxiale Beleuchtung zeigt flache, spiegelnde Flächen gleichmäßig, ohne dass ein Reflex das Bild überstrahlt, und im Dunkelfeld treten feine Kratzer und Kanten hervor, die im Hellfeld verschwinden.

Die Beleuchtungsart gehört damit in den Prüfplan und ist keine Einstellung, die jede Person neu sucht. Legen Sie für jedes Fehlerbild fest, in welcher Beleuchtung es beurteilt wird. Bei gefüllten und schwarzen Teilen bleibt eine Grenze bestehen: Eine Blase unter der Oberfläche ist optisch nicht zu sehen, hier führt der Weg über den Querschnitt. Wie das abläuft, beschreibt der Beitrag „Schliffbilder an Kunststoffbauteilen: Wandstärke, Schichtaufbau und Verbundfolien im Querschnitt vermessen".

Vom Bild zum Maß: Fehlergröße, Radius und Ausdehnung im gleichen Schritt messen

Ein Bild allein beendet keine Diskussion. Erst die Zahl daneben tut das.

Im gleichen Arbeitsschritt lassen sich am Digitalmikroskop Länge, Breite, Abstand, Radius und Winkel im Bild abnehmen, also die Ausdehnung einer Fehlstelle, die Länge einer Bindenaht, der Radius an einer Kante oder die Breite eines Risses. Über die Höheninformation kommt die dritte Dimension hinzu: Grathöhe an der Trennebene, Tiefe einer Einfallstelle, Stufe an einem Ausbruch.

Wo der Fehler weniger ein Detail als eine Formabweichung über eine größere Fläche ist, wechselt das Werkzeug. Ein 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000 nimmt ein ganzes kleines Formteil in einem Durchgang auf und liefert Ebenheit, Verzug, Profilschnitt und Kontur, was bei Deckeln, Rahmen und flachen Sichtteilen die passendere Antwort ist. Wird der Kennwert dagegen fein, etwa bei der Rauheit einer Dichtlippe oder einer strukturierten Werkzeugoberfläche, übernimmt ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X. Die Arbeitsteilung zwischen beiden beschreibt der Beitrag „Rauheit, Ebenheit und Kontur an Kunststoff und Elastomer berührungslos messen".

Geht es um die Form des gesamten Bauteils und um den Vergleich mit dem CAD-Modell, ist ein 3D-Scanner der Modellreihe VL-800 das passende Gerät. Hochglänzende und transparente Flächen verlangen dabei eine Vorbehandlung, etwa mit einem Mattierungsspray, oder eine angepasste Aufnahmestrategie. Reine Maßprüfung an Konturen und Bohrungen bleibt ohnehin Sache der Maßmesstechnik, etwa eines digitalen Messprojektors der Modellreihe IM-X oder einer Multisensor Messmaschine der Modellreihe LM-X.

i.O. oder n.i.O.: Grenzmuster, Dokumentation und die Grenze zur Inline-Prüfung

Der Nutzen der Bilder zeigt sich erst in der Entscheidungslogik dahinter. Drei Bausteine haben sich bewährt.

Erstens ein Grenzmusterkatalog aus eigenen Aufnahmen. Für jedes Fehlerbild werden ein gerade noch akzeptables und ein nicht mehr akzeptables Beispiel abgelegt, jeweils mit Maßstab, Beleuchtungsart und Vergrößerung. Damit wird aus einer vagen Größenangabe ein Wert, den auch ein neuer Kollege anwenden kann.

Zweitens die gespeicherte Prüfeinstellung. Wenn Beleuchtung, Vergrößerung und Blickwinkel zum Prüfschritt gehören, ist eine Aufnahme Monate später reproduzierbar, und ein Kunde kann die Beurteilung nachstellen.

Drittens die Berichtsausgabe. Bild, Maß, Zeitstempel und Teileidentifikation gehören in ein Dokument, das ohne Nachbearbeitung an Kunde oder Lieferant geht. Das verändert die Reklamationsbearbeitung merklich, weil die Diskussion vom Eindruck zur Sache wechselt. Die Details dazu behandelt der Beitrag „Bruchflächen und Risse an Kunststoffteilen: Schadensursache finden und Reklamationen belegen".

Bleibt die Frage nach der Menge. Ein Mikroskop beantwortet, was ein Fehler ist und wie groß er ausfällt, an einer Stichprobe im Prüfraum. Es beantwortet nicht, ob jedes Teil aus der Serie in Ordnung ist. Diese Aufgabe gehört in die Linie, zur High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, zu All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS und zu AI Vision-Sensoren der Modellreihe IV4. Im Prüfraum wird festgelegt, ab welcher Ausdehnung ein Merkmal ein Fehler ist, in der Linie wird dieses Kriterium auf jedes Teil angewendet. Wo sich zeigt, dass die vermeintlichen Fehlstellen anhaftende Partikel und kein Prozessfehler sind, liegt der Hebel übrigens nicht in der Prüfung, sondern in der Entladung der Teile mit einem Ionisator der Modellreihe SJ.

Für Granulat, Mahlgut und die Frage nach dem schwarzen Punkt im Teil führt der Weg weiter zum Beitrag „Partikel, Füllstoff und Kunststoffsorten unter dem Mikroskop: Granulat, Mahlgut und Sichtscheiben prüfen". Den industriellen Rahmen darüber spannt die Übersichtsseite „Automatisierung und Qualitätssicherung in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung".

Häufige Fragen

F Welche Fehlerbilder treten an Spritzgussteilen am häufigsten auf?

In der Praxis wiederholen sich fünf Gruppen: Einfallstellen mit Schwindung und Verzug, Grate an Trennebenen und Schiebern, Bindenähte und Fließlinien, Blasen und Lufteinschlüsse mit Kratern und Brandstellen sowie Kratzer, Ausbrüche und beginnende Risse. Jede Gruppe verweist auf einen anderen Bereich im Prozess oder im Werkzeug, weshalb die Zuordnung des Fehlerbilds der erste Schritt jeder Abstellmaßnahme ist.

F Warum reicht ein Stereomikroskop zur Beurteilung von Spritzgussfehlern oft nicht?

Es schaut von oben, es hat an gewölbten Teilen zu wenig Tiefenschärfe, und es dokumentiert nicht. Ein Grat an der Formtrennung zeigt seine Höhe erst im schrägen Blick, und eine Einfallstelle in einer Wölbung ist nur teilweise scharf abzubilden. Ein Digitalmikroskop mit Tiefenzusammensetzung und schwenkbarem Aufbau löst beide Punkte und speichert die Einstellung mit der Prüfung.

F Wie lassen sich Grate und Formtrenngrate objektiv bewerten?

Der Grat wird im schrägen Blick abgebildet, damit Höhe und Ansatz erkennbar sind, und anschließend im Bild vermessen, meist Höhe und Länge entlang der Trennkante. In dokumentierten Anwendungen liegen die relevanten Merkmale ab etwa einem Zehntelmillimeter aufwärts. Für die Freigabe gehört dazu ein Grenzmuster aus eigenen Aufnahmen, damit ab dem festgelegten Wert die Entscheidung eindeutig ausfällt.

F Wie prüfe ich Blasen und Lufteinschlüsse in transparenten Kunststoffteilen?

Im Durchlicht heben sich Einschlüsse dunkel gegen den hellen Hintergrund ab und lassen sich zählen und vermessen. Kreuzpolarisation reduziert die Spiegelung an hochglänzenden Oberflächen und zeigt zusätzlich Spannungen im Material. Bei gefüllten oder schwarzen Teilen ist eine Blase unter der Oberfläche optisch nicht zugänglich, hier führt der Weg über einen Querschnitt.

F Wie dokumentiere ich eine i.O.- oder n.i.O.-Entscheidung nachvollziehbar?

Zu jeder Entscheidung gehören das Bild mit Maßstab, der gemessene Wert, die verwendete Beleuchtung und Vergrößerung sowie Zeitstempel und Teileidentifikation. Sinnvoll ist ein Grenzmusterkatalog aus eigenen Aufnahmen, in dem für jedes Fehlerbild ein gerade noch akzeptables und ein nicht mehr akzeptables Beispiel abgelegt ist. Damit ist die Beurteilung auch Monate später und von einer anderen Person reproduzierbar.

F Kann die Fehlerprüfung an Spritzgussteilen automatisiert werden?

Ja, allerdings mit einer anderen Gerätefamilie. Das Mikroskop klärt im Prüfraum, was ein Fehler ist und ab welcher Ausdehnung er einer ist. Die Prüfung jedes Teils im Takt übernehmen die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS oder Vision-Sensoren der Modellreihe IV4. Die im Labor festgelegten Grenzwerte sind die Vorgabe, mit der die Inline-Prüfung anschließend arbeitet.

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