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Große Frästeile aus Kunststoff

Die Konstruktion steht und die Zeichnung ist bereits freigegeben, doch dann stellt sich heraus, dass der Werkstoff in der benötigten Größe gar nicht als Halbzeug lieferbar ist. Was folgt, ist ein Werkstoffwechsel oder eine Planänderung mitten im laufenden Projekt. Das macht im schlimmsten Fall Wochen von Konstruktionsarbeit zunichte. Damit das nicht passiert, ist Hänssler ein Entwicklungspartner, der mitdenkt.

Große Frästeile von Hänssler

Wir steigen früh im Konstruktionsprozess ein und prüfen, ob der Werkstoff in der benötigten Dimension lieferbar ist. Unsere Konstrukteure geben Anpassungsvorschläge direkt in Ihrem CAD und stellen dabei sicher, dass die Geometrie als Frästeil umsetzbar ist.

Unser Bauraum für CNC Frästeile Kunststoff erreicht 2600 x 1700 x 950 mm.

Wir verarbeiten beim Kunststoff fräsen jeden Kunststoff, der als Halbzeug existiert, vollkommen unabhängig davon, ob er gepresst, gegossen oder extrudiert wurde. Das Werkstoffspektrum ist also riesig. Und reicht von PTFE für großflächige Isolierplatten an LNG-Terminals über PVDF für medienbeständige Ventilkörper in der Halbleiterfertigung bis zu PEEK.

Worauf muss ich bei der Konstruktion von großen Frästeilen achten?

Erstmal gelten bei großen Kunststoff Frästeilen die gleichen Prinzipien wie bei kleineren Frästeilen. Diese können sich aber durch die Größe ein wenig ändern, so kann mehr Gewicht zusammenkommen, wodurch die Geometrie oder der Werkstoff passend gewählt sein müssen. Die Bearbeitungsstrategie bei der Kunststoff CNC Bearbeitung ist entscheidend. Innere Spannungen in Halbzeugen führen zu sehr hohen Verzügen, sodass eine Vorbehandlung des Rohlings und die entsprechende Bearbeitungsstrategie vo großer Bedeutung sind. Neben diesen offensichtlicheren Faktoren spielt bei der Konstruktion von großen Frästeilen auch die Halbzeugverfügbarkeit eine entscheidende Rolle. PE und POM sind als große Platten häufig lieferbar. Bei Hochleistungskunststoffen wie PEEK, PI oder PPS hingegen sinkt die Verfügbarkeit drastisch.

Des Weiteren muss der Maschinenraum des Bearbeitungszentrum beachtet werden. Nur weil ein Teil, auf dem Bildschirm gut aussieht, heißt es nicht das es in der Maschine gut umsetzbar ist. Gerade bei Bauteilen mit komplexen Geometrien, die von mehreren Seiten bearbeitet werden müssen, entscheidet nicht nur die Rohteilgröße, sondern auch der Platz für Werkzeugwege. Unsere CAM-Experten verfügen über profundes Wissen, Erfahrung und modernste Software um ein sehr großes Frästeil aus Kunststoff in höchster Präzision zu realisieren.

Typische Anwendungsfelder für große Frästeile

Große Frästeile eignen sich grundsätzlich für alle Industrien, in denen große Kunststoffteile zum Einsatz kommen. Hier sind ein paar Beispiele:

Ein Raketenstart von SpaceX

Lebensmittelindustrie

In der Lebensmittelindustrie transportieren Kettenförderer, Abfüllanlagen und Sortiermaschinen Produkte über Gleitleisten, Führungsschienen und Transportschnecken. Diese Bauteile sind oft länger als ein Meter und jede Naht oder Stoßstelle ist eine hygienische Schwachstelle, in der sich Keime festsetzen. Zudem sind glatte Oberflächen eine hygienische Notwendigkeit: Je glatter die Fläche, desto weniger Angriffspunkte für Biofilm.

Werkstoffe:

  • PE-UHMW
  • POM
  • PP
  • PA
  • PEEK
  • PTFE

alle FDA-konform / EU 10/2011 erhältlich

Typische Teile:

  • Gleitleisten für Kettenförderer
  • Führungsschienen
  • Kettenräder
  • Dosierelemente
  • Transportschnecken
  • Abstreiferleisten
  • Trichterauskleidungen
  • Pumpengehäuse
LNG-Carrier mit Moss-Kugeltanks am beleuchteten Terminal in der Abenddämmerung.

Ventiltechnik

POM ist der Arbeitswerkstoff für Ventilkörper in Wasser, Druckluft und neutralen Medien. PA kommt bei höherer mechanischer Belastung zum Einsatz. Bei aggressiven Chemikalien oder hohen Temperaturen greifen PTFE, PVDF oder PEEK. Unabhängig vom Werkstoff gilt: Jede Rauheitsspitze auf der Dichtfläche bedeutet Leckage. Bei großen Ventilkörpern mit 600 mm und mehr addieren sich Fertigungstoleranzen schnell, besonders wenn umgespannt werden muss.

Werkstoffe:

  • POM
  • PA
  • PP 

Werkstoffe bei aggressiven Medien:

  • PTFE
  • PVDF
  • PEEK

Typische Teile:

  • Ventilkörper
  • Ventilsitze
  • Kugelhähne
  • Kugelsitze
  • Absperrschieber
  • Membranventilgehäuse

Halbleiterindustrie

In der Halbleiterfertigung ist die Reinheit entscheidend. Schon ein einzelnes Partikel auf dem Wafer macht den Chip unbrauchbar. Die glatten Oberflächen von Frästeilen minimieren Partikelanlagerungen. Die Anforderungen an chemische Reinheit, Ausgasungsverhalten und Medienbeständigkeit erfordern Hochleistungswerkstoffe.

Werkstoffe:

  • PTFE
  • PVDF
  • PEEK
  • PFA
  • PI

Typische Teile:

  • Ventilkörper
  • Waferträger
  • Auskleidungen für Wet Benches
  • Filtergehäuse
  • Spacer für Plasmaätzanlagen

Medizintechnik

Kunststoffteile für die Medizintechnik sind sehr anspruchsvoll und die Anforderungen an Kunststoffteile entsprechend vielfältig. Sterilisierbarkeit, gut zu reinigende Oberflächen, aber auch komplexe und filigrane Designs sind oft anzutreffen.

Werkstoffe:

  • POM
  • PA
  • PE-UHMW
  • PEEK
  • PPSU
  • PTFE
  • PI

Typische Teile:

  • Gehäuse für Analysegeräte
  • Sterilisationsbehälter
  • Instrumentenführungen
  • Gleitflächen in Laborgeräten
  • Abdeckungen für bildgebende Systeme

Chemie und Prozessindustrie

PP und PE sind die Arbeitspferde der chemischen Prozesstechnik. Sie sind beständig gegen eine breite Palette von Medien und zudem in großen Halbzeugformaten verfügbar und somit als großes Frästeil besonders wirtschaftlich umsetzbar. Behälterauskleidungen, Auffangwannen und Rohrleitungskomponenten entstehen häufig aus diesen Werkstoffen. POM ersetzt Metallteile in Armaturen und Pumpen bei neutralen oder leicht aggressiven Medien. Bei hohen Temperaturen, konzentrierten Säuren oder Reinstmedien kann PTFE notwendig sein. Die glatten Oberflächen von Frästeilen verhindern, dass sich Medienrückstände ablagern. Zudem sind enge Toleranzen bei Dichtungselementen notwendig.

Werkstoffe:

  • PP
  • PE
  • POM
  • PA 

Werkstoffe bei aggressiven Medien:

  • PVDF
  • PTFE
  • PPS
  • PEEK

Typische Teile:

  • Ventilkörper
  • Ventilsitze
  • Pumpengehäuse
  • Flansche
  • Behälterauskleidungen
  • Filterplatten
  • Armaturen
  • Auffangwannen

Energiesektor

Kraftwerke, Windenergieanlagen und LNG-Terminals stellen unterschiedliche Anforderungen, aber eine Gemeinsamkeit haben sie: Die Bauteile sind groß, die Belastungen dauerhaft, und Ausfälle kosten schnell fünfstellig pro Stunde. In Windkraftanlagen funktionieren Gleitlager und Führungselemente aus POM unter Dauerlast. PA kommt bei höherer Zähigkeit und Schlagfestigkeit zum Einsatz etwa bei Strukturelementen und Befestigungskomponenten. Verschleißauskleidungen und Dämpfungselemente aus PU schützen Stahlkonstruktionen vor Abrieb und Schwingung. In der LNG-Industrie und Wasserstoffwirtschaft wird PCTFE oder PI bei Temperaturen unter −160 °C eingesetzt. PI kann zudem in Nuklearanlagen und Teilchenbeschleunigern verwendet werden. Enge Toleranzen entscheiden überall ob eine Lagerbuchse spielfrei sitzt, eine Auskleidung bündig schließt oder eine Dichtfläche bei thermischer Kontraktion leckagefrei bleibt.

Werkstoffe:

  • POM
  • PA
  • PU
  • PE-UHMW
  • PTFE
  • PCTFE
  • PEEK
  • PI

Typische Teile:

  • Gleitlager
  • Führungselemente
  • Verschleißauskleidungen
  • Dämpfungselemente
  • Isolierplatten
  • Ventilsitze

Große CNC-Frästeile oder LFAM?

Als Hersteller von Kunststoff Frästeilen stoßen wir immer wieder an technische Grenzen. So sind zum Beispiel viele Halbzeuge aus technischen Kunststoffen nur bis zu bestimmten Größen verfügbar, da sie prozessbedingt nicht herstellbar sind. Hier setzen wir als Ihr Entwicklungspartner für Kunststoff Frästeile unsere Large-Format-Additive-Manufacturing (LFAM) Technologie ein. Wir produzieren mit einem Extruder im Bearbeitungszentrum einen eigenen konturnahen Rohling aus dem gewünschten Kunststoff.

Neben dem großen Vorteil, dass es das Verfahren überhaupt ermöglicht ein Kunststoffteil aus dem Werkstoff herzustellen, sparen wir massiv Bearbeitungszeit und Abfall, da wir nicht aus einem Block fräsen sondern nur ein paar Millimeter abfräsen, da das gedruckte Halbzeug konturnah der Endgeometrie ist.

Wann lohnt sich der Wechsel von Aluminium zu Kunststoff?

PEEK wiegt mit 1,30 g/cm³ weniger als die Hälfte von Aluminium mit 2,70 g/cm³. Die Gewichtsersparnis ist also eine entscheidende Eigenschaft. Noch wichtiger ist es, aber das Kunststoff nicht korrodiert, auch nicht in feuchter oder chemisch belasteter Umgebung. Für ein Gehäuse im Außeneinsatz oder in der Prozesstechnik bedeutet das: keine Eloxierung, keine Beschichtung und kein Wartungsaufwand durch Korrosionsschäden. Gleichzeitig isoliert Kunststoff elektrisch, was in der Elektrotechnik zusätzliche Isolierschichten überflüssig macht.

Maßhaltigkeit bei großen Frästeilen

Der kritischste Punkt bei großen Kunststoffteilen ist die Maßhaltigkeit. Innere Spannungen, die während der Bearbeitung entstehen, verziehen das Teil nach der Entnahme aus der Maschine. Bei einem Ventilkörper mit 600 mm aus PTFE für die Halbleiterfertigung entscheidet die Maßhaltigkeit darüber, ob das Teil eingebaut werden kann.

Wir verwenden Werkzeuge mit speziell geschliffenen Profilen für Kunststoff – wer Metallwerkzeuge für Kunststoff verwendet, riskiert Gratbildung, Aufschmelzungen an der Oberfläche und Spannungsrisse. Die richtigen Werkzeuge sowie die Strategie sind Entscheidend für den Erfolg.

Die Wechselwirkung zwischen Konstruktion und Fertigung wird dabei oft unterschätzt. Eine Geometrie, die mehrfaches Umspannen erfordert, addiert bei jedem Umspannvorgang Toleranzabweichungen. Wer die Geometrie so auslegt, dass sie in einer Aufspannung fertig wird, gewinnt Genauigkeit.

Häufig gestellte Fragen zu großen Frästeilen

Wie groß kann ein Kunststoff-Frästeil maximal sein?
Die Maximalgröße wird durch den Bauraum des Bearbeitungszentrums bestimmt. Das größte 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum bei Hänssler hat einen Bauraum von 2.600 × 1.700 × 950 mm. Jedoch hängt die erreichbare Endgröße zusätzlich von Geometrie und Werkstoffverfügbarkeit ab, sodass die maximale Endgröße häufig kleiner ausfällt.
Bis zu welcher Größe gibt es Kunststoff-Halbzeuge als Platte?
Großformatige Platten sind je nach Werkstoff bis in den Meterbereich verfügbar. POM-C-Platten etwa werden in Längen bis 3.000 mm angeboten. Bei sehr großen Endmaßen lohnt eine frühe Prüfung der Halbzeugverfügbarkeit, da nicht jeder Werkstoff in jedem Plattenformat verfügbar ist.
Warum verziehen sich große Kunststoffplatten beim Fräsen mehr als Kleine?
Je größer die Platte, desto stärker wirken sich freigesetzte Eigenspannungen als Verzug aus.
Wie wirkt sich die Wärmeausdehnung auf große Frästeile aus?
Kunststoffe dehnen sich bei Erwärmung rund zehnmal stärker aus als Metalle. Bei mehreren Metern Länge und größeren Temperaturänderungen kann die Längenänderung in den Millimeterbereich gehen und Passungen stören. Toleranzen für lange Teile sollten daher unter Berücksichtigung von Einsatztemperatur und Werkstoff festgelegt werden.
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