Kurzantwort: Drei Verfahren beherrschen die industrielle Silikonfertigung: Extrusion für endlose Profile und Schläuche, Spritzguss (LSR-Injektion) für komplexe 3D-Bauteile in mittleren bis hohen Stückzahlen, Pressformen (Compression Molding) für Großteile, Mischserien und prototypennahe Stückzahlen. Die Verfahrenswahl folgt vier Faktoren: Geometrie, Stückzahl, Toleranzanforderung, Compound-Form (LSR vs. HTV). Faustregeln: kontinuierliche 2D-Geometrie → Extrusion, Mikromechanik & Hochvolumen → LSR-Spritzguss, Großteile/Hybridteile/kleine Serien → Pressformen.
Wer Silikonbauteile beschafft oder konstruiert, sollte das passende Fertigungsverfahren früh definieren – sonst steigen Werkzeugkosten oder Stückkosten unnötig. Dieser Beitrag stellt die drei wichtigsten Verfahren – Extrusion, Spritzguss, Pressformen – vergleichbar gegenüber und zeigt, wie LSR (Liquid Silicone Rubber) und HTV (High Temperature Vulcanizing) sich auf die Verfahrenswahl auswirken.
Verfahrensüberblick auf einen Blick
| Verfahren | Geometrie | Compound | Toleranzen (typisch) | Zykluszeit / Output | Sweet Spot Stückzahl |
|---|---|---|---|---|---|
| Extrusion | Kontinuierliche 2D-Profile, Schläuche | HTV (Festsilikon) | ±0,1 – ±0,3 mm (Querschnitt), ISO 3302-1 | Kontinuierlich, Liniengeschwindigkeit m/min | laufender Meter, Serien jeglicher Größe |
| Spritzguss (LSR-Injektion) | Komplexe 3D-Bauteile, Hinterschnitte, Mehrkomponenten | LSR (Flüssigsilikon, 2K) | ±0,02 – ±0,1 mm, ISO 3302-1 M1/M2 | 30–60 s pro Schuss, hoch automatisiert | 10.000+ Stück |
| Pressformen (Compression) | Mittlere bis große Bauteile, einfachere Geometrien | HTV (Festsilikon, vorvulkanisiert) | ±0,1 – ±0,2 mm, ISO 3302-1 M3 | 1–5 min pro Schuss | 100 – einige tausend |
| Spritzpressen (Transfer) | Hybride Geometrie, Inserts | HTV oder LSR | ±0,05 – ±0,15 mm | 1–3 min | kleine bis mittlere Serien mit Inserts |
Extrusion: das Verfahren für Schläuche und Profile
Bei der Silikonextrusion wird ein vorvulkanisierter HTV-Compound durch eine geheizte Schnecke und ein formgebendes Mundstück gepresst. Die Vulkanisation erfolgt direkt anschließend in einer kontinuierlichen Heißluft- oder Salzbadstrecke. Das Verfahren ist die Methode der Wahl für alles, was eine konstante Querschnittsgeometrie hat: Schläuche, Schnüre, Hohlprofile, U-Profile, P-Profile, Zellschaumprofile, koextrudierte Mehrkomponentenprofile.
- Liniengeschwindigkeit: typischerweise 1–10 m/min, abhängig von Wandstärke und Compound.
- Werkzeug: ein Mundstück + ein „Dorn“ (für Hohlquerschnitte). Werkzeugkosten gering im Vergleich zu Spritzgusswerkzeugen.
- Coextrusion: zwei oder mehr Compounds (z. B. weicher Innenkern + harte Außenseite) in einem Profil.
- Verstärkung: Glas-/Aramid-/Polyestergewebe lässt sich in der Linie einbringen, z. B. für gewebeverstärkte Hochdruckschläuche.
Lindemann hat die Extrusion zur Kernkompetenz gemacht und betreibt Linien für klassische und coextrudierte Profile, gewebeverstärkte Hochdruckschläuche, Schaumprofile und Spezialgeometrien. Mehr in Silikon-Extrusion und Coextrusion von Silikonprodukten.
Spritzguss (LSR-Injektion): Volumen und Präzision
Beim Liquid-Silicone-Rubber-Spritzguss (LSR) werden zwei flüssige Komponenten (Komponente A: Vinyl-funktionalisiertes Polysiloxan; Komponente B: Si-H-Vernetzer mit Platinkatalysator) in einem statischen Mischer dosiert und über eine kalte Plastifiziereinheit in ein heißes Werkzeug eingespritzt. Im Werkzeug vernetzt das Material durch Hydrosilylierung in Sekunden bis wenigen Minuten.
- Zykluszeit: oft 30–60 s, deutlich kürzer als beim Pressformen.
- Toleranzen: ±0,02 mm bei Mikroteilen erreichbar.
- Verschnitt: minimal (kalte Plastifiziereinheit, kein Angussverlust bei Kaltkanälen).
- Mehrkomponentenfähigkeit: Hart-Weich-Verbund (z. B. Silikon-Anhaftung an PA66, PBT, Aluminium) ist Stand der Technik.
- Reinraum: für Medizin- und Pharma-Anwendungen sind ISO-Klasse-7 oder -8-Reinräume üblich.
Die Wirtschaftlichkeit kippt zugunsten LSR-Spritzguss, wenn die Bauteilkomplexität hoch und/oder die Stückzahl hoch ist – die Werkzeugkosten amortisieren sich dann über kurze Zykluszeiten. Mehr Hintergrund in Spritzguss – moderne Technologie zur Herstellung von Silikonteilen.
Pressformen (Compression Molding): Klassiker für HTV
Beim Pressformen wird ein vorgewogener HTV-Rohling in das offene Werkzeug eingelegt; das Werkzeug schließt unter Druck (typisch 3–6 MPa) und bei 150–200 °C. Vulkanisation in 1–5 Minuten, je nach Wandstärke. Häufig folgt ein Tempern (Post-Cure) bei 200–250 °C für mehrere Stunden, um flüchtige Bestandteile zu reduzieren – Pflicht für Lebensmittel- und Medizinkonformität nach BfR XV / FDA 21 CFR 177.2600.
- Werkzeugkosten niedriger als beim Spritzguss, häufig die wirtschaftliche Wahl bis ca. 5.000 Stück/Jahr.
- Sehr gut für große Bauteile, Wandstärken über 10 mm und Bauteile mit eingelegten Inserts.
- Toleranzen etwas weiter als beim Spritzguss (±0,1–0,2 mm), aber für viele Industrieanwendungen ausreichend.
- Höherer Verschnitt (Grat) als LSR-Spritzguss; Nachbearbeitung (Tieftemperaturentgraten) gehört zum Prozess.
LSR vs. HTV: was bedeutet das für die Verfahrenswahl?
Die Compound-Form bestimmt indirekt das Verfahren. HTV (high-molecular polysiloxane, üblich 400.000–800.000 g/mol Molgewicht) ist ein „Festsilikon“ und wird in Extrusion und Pressformen verarbeitet. LSR ist ein flüssiges, niedrigviskoses System (10.000–80.000 g/mol Polymerbasis) und wird typischerweise im 2K-Spritzguss eingesetzt.
| Eigenschaft | HTV | LSR |
|---|---|---|
| Form | Fester, knetbarer Compound | Zwei flüssige Komponenten (A+B) |
| Vernetzung | Peroxidisch oder additiv (Pt) | Additiv (Pt-katalysiert) |
| Mechanische Festigkeit | Tendenziell höher, höhere Reißfestigkeit | Sehr hohe Reproduzierbarkeit, kleinere Toleranzen |
| Hauptverfahren | Extrusion, Pressformen | Spritzguss (LSR-Injektion) |
| Reinheit | Tempern oft nötig (peroxidisch) | Hoch, Pt-Vernetzung ohne flüchtige Spaltprodukte |
| Werkzeugkosten | Eher niedrig (Pressformen) / mittel (Extrusion) | Hoch (Mehrkomponenten, Heißkanäle, Kaltkanal) |
Eine ausführliche Diskussion der Compound-Familien: Unterschiede HTV, LSR und RTV Silikon.
Entscheidungsmatrix: Welches Verfahren wählen?
- Hat das Bauteil einen kontinuierlichen Querschnitt (Schlauch, Profil, Schnur)? → Extrusion, ggf. coextrudiert. Stückzahl spielt eine untergeordnete Rolle, da Werkzeugkosten gering sind.
- Komplexe 3D-Geometrie + hohe Stückzahl + enge Toleranzen? → LSR-Spritzguss. Werkzeuginvestition rechnet sich über Zykluszeit.
- Größere Bauteile, einfache Geometrie, mittlere Stückzahl, Inserts? → Pressformen. Niedrigere Werkzeugkosten, akzeptable Toleranzen.
- Hybridteil mit Metall/Kunststoffinserts und mittlerer Stückzahl? → Spritzpressen (Transfer Molding) als Kompromiss zwischen Pressformen und Spritzguss.
Wo sich die Kosten wirklich verstecken
Erfahrungswerte aus Anlagen- und Gerätebau:
- Werkzeugkosten: Extrusion < Pressformen < Spritzguss. Ein 2K-Spritzgusswerkzeug für komplexe Geometrie kostet schnell ein Vielfaches eines Pressformwerkzeugs.
- Stückkosten: bei mittleren bis hohen Stückzahlen kehrt sich das Bild um – LSR-Spritzguss ist dann meist die günstigste Variante.
- Nachbearbeitung: LSR-Spritzguss kommt oft ohne Entgraten aus, Pressformteile fast immer mit. Extrudierte Profile werden nach Längen geschnitten oder verschweißt.
- Compound-Wahl: Hochtemperatur-, Lebensmittel-, Pharma- und brandgeschützte Compounds liegen 2–5× über Standardcompound. In der Stückkostenrechnung oft unterschätzt.
Verfahren und Zulassung
Alle drei Verfahren liefern Bauteile, die nach BfR XV, FDA 21 CFR 177.2600, USP <87>/<88> Class VI oder ISO 10993 zertifizierbar sind – vorausgesetzt, das gewählte Compound ist freigegeben und das Bauteil wird ggf. getempert. Reinraumfertigung ist im Spritzguss am direktesten realisierbar (geschlossener Prozess), in der Extrusion und im Pressformen mit höherem Aufwand möglich.
FAQ: Verfahrenswahl bei Silikon
Warum kostet ein LSR-Werkzeug so viel mehr als ein Pressformwerkzeug?
Weil LSR-Werkzeuge hochpräzise Heiß-/Kaltkanalsysteme und enge Toleranzen brauchen, oft mit Wechseleinsätzen für 2K-Verarbeitung. Pressformwerkzeuge kommen mit einfacherer Mechanik aus.
Ab welcher Stückzahl lohnt sich Spritzguss?
Eine Faustregel: ab etwa 10.000 Stück/Jahr rechnet sich LSR-Spritzguss gegenüber Pressformen, oft schon früher bei komplexer Geometrie und engen Toleranzen. Eine belastbare Antwort liefert ausschließlich eine konkrete Kalkulation.
Welches Verfahren ist am wirtschaftlichsten für Schläuche?
Extrusion – ohne Ausnahme. Schläuche im Spritzguss zu fertigen wäre unwirtschaftlich, da Schläuche per Definition eine kontinuierliche Geometrie haben.
Lassen sich Metall-Inserts (z. B. Gewindebuchsen) eingießen?
Ja, sowohl im Pressformen (klassisch, Insert wird vor dem Vulkanisieren eingelegt) als auch im LSR-Spritzguss (mit Standschiebern und Insertierungsrobotik). Die Haftung wird über Primer oder selbstanhaftende LSR-Compounds erreicht.
Was ist der Unterschied zwischen Pressformen und Spritzpressen?
Beim Pressformen wird ein Rohling direkt in die Kavität gelegt und durch Schließen verpresst. Beim Spritzpressen (Transfer Molding) wird der Compound aus einer Vorkammer in die Kavität „hineingepresst“. Vorteile: bessere Toleranzen, weniger Grat, gut für Inserts. Nachteile: höhere Werkzeugkosten als reines Pressformen.
Welches Verfahren passt zu Reinraum-Anwendungen?
LSR-Spritzguss ist ein geschlossener, automatisierter Prozess und damit ideal für Reinraumfertigung (ISO 7/8). Pressformen und Extrusion sind in entsprechend ausgelegten Linien ebenfalls möglich, mit höherem organisatorischen Aufwand.
Quellen
- Elkem Silicones: Different processing methods for silicone rubber.
- Cabot Corporation: Silicone Rubbers (HTV & LSR) – Material- und Verfahrenshintergrund.
- ISO 3302-1: Toleranzen für Formteile aus Elastomeren.
- ISO 23529: Allgemeine Verfahren zur Vorbereitung und Konditionierung von Elastomerproben.
- Shin-Etsu Silicones: Technical data – LSR und HTV Compound-Familien.
- BfR-Empfehlung XV „Silikone“; FDA 21 CFR 177.2600 – siehe verlinkte Beiträge dieser Seite.
