Stahlsorten für ISBM-Formen: S136 vs H13 vs 718H — Welche für welchen Zweck?

1. Warum die Wahl des Formstahls wichtig ist

Der Werkzeugstahl ist der wichtigste Faktor für die Wirtschaftlichkeit einer ISBM-Form während ihrer 5- bis 10-jährigen Nutzungsdauer. Bei optimaler Wahl hält das Werkzeug 5 Millionen Schüsse vor der Überholung aus; bei ungeeigneter Wahl muss man nach 500.000 Schüssen mit verschlissenen Kavitäten, beschädigten Trennfugen und Gewinden, die die automatische Verschlusstoleranz nicht mehr einhalten, zum Werkzeughersteller zurückkehren. Der Kostenunterschied zwischen Premium- und Standardstahl beträgt typischerweise 30 bis 50 Prozent des ursprünglichen Werkzeugpreises – die Nutzungsdauer ist jedoch 3- bis 5-mal so lang. Über die gesamte Lebensdauer der Form ist Premiumstahl trotz der höheren Anfangsinvestition fast immer die wirtschaftlichere Wahl.

Die Herausforderung für koreanische ISBM-Käufer besteht darin, dass die Auswahl des Werkzeugstahls bei der Werkzeugbeschaffung selten thematisiert wird. Käufer konzentrieren sich auf Kavitätenanzahl, Zykluszeit und Lieferzeit und behandeln die Stahlspezifikation als Nebensache, die dem Werkzeugmacher überlassen wird. Genau hier sparen Billiganbieter Kosten: Sie bieten attraktive Preise mit minderwertigen Stählen, die auf dem Papier akzeptabel erscheinen, aber eine deutlich kürzere Lebensdauer aufweisen. Eine Werkzeugform, die für 45 Prozent des Premiumpreises angeboten wird, aber aus Standardstahl gefertigt ist, ist kein Schnäppchen – sie ist ein 3-Jahres-Austauschplan, der als 10-Jahres-Investition getarnt ist.

Hochwertige koreanische ISBM-Werkzeuge kombinieren vier bis fünf Stahlsorten für verschiedene Formkomponenten. Jede Sorte wird speziell für die mechanischen Anforderungen der jeweiligen Komponente ausgewählt. Der Vorformlingskavität muss korrosionsbeständig und hochglanzpolierbar sein. Die Kernstäbe benötigen Oberflächenhärte und Dimensionsstabilität. Der Blasformkavität erfordert Wärmeleitfähigkeit und präzise Trennlinien. Die Grundplatten müssen statisch steif sein. Die Heißkanal-Montagebasis muss bearbeitbar und kostengünstig sein. Die Auswahl des richtigen Stahls für jede Komponente unterscheidet professionelle Werkzeugkonstruktion von der Lieferung von Standardwerkzeugen.

2. DIN, JIS, AISI: Kurzreferenz

Für Formstahlsorten existieren parallele Bezeichnungssysteme verschiedener internationaler Normungsorganisationen. Derselbe Stahl kann beispielsweise im schwedischen ASSAB-Katalog als S136, in der deutschen DIN-Norm als 1.2083 und in der amerikanischen AISI-Norm als 420SS bezeichnet werden. Koreanische Formbauingenieure vergleichen diese Systeme regelmäßig, wenn sie Stahl für Kunden spezifizieren, die bestimmte internationale Normen bevorzugen. Die folgende Tabelle fasst die Entsprechungen der sieben in diesem Leitfaden behandelten Formstahlsorten zusammen.

Im koreanischen Formenbau wird zunehmend das JIS-System verwendet (aufgrund der historischen Verbundenheit Koreas mit japanischen Fertigungsstandards), wobei für europäischen Stahl DIN- und für amerikanischen Stahl AISI-Normen herangezogen werden. Üblicherweise werden die Stahlsorten in den technischen Zeichnungen unter allen drei Benennungssystemen angegeben, um Unklarheiten bei Beschaffung und Prüfung auszuschließen.

3. S136: Der Spiegelpolitur-Champion

S136 ist die Premium-Spezifikation für ISBM-Anwendungen mit höchsten Ansprüchen an die Transparenz. Es handelt sich um einen hochchromhaltigen martensitischen Edelstahl (ca. 13,6 % Cr, 0,38 % C), der außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit mit der für optische Spiegelpolitur erforderlichen Feinkornstruktur vereint. Poliert auf SPI A-1 (Ra 0,05), erzeugen S136-Formteile PET- und PETG-Flaschen mit einer glasklaren Oberfläche, die den Qualitätsanforderungen koreanischer K-Beauty-Marken entspricht.

Die Korrosionsbeständigkeit ist ebenso wichtig wie die Polierbarkeit. Beim Spritzgießen von PET entstehen Spuren von Acetaldehyd und anderen sauren Nebenprodukten, die kohlenstoffbasierte Werkzeugstähle über Millionen von Zyklen angreifen und so Lochfraß verursachen, der den Hochglanz zerstört. Der Chromgehalt von S136 bietet passiven Korrosionsschutz gegen diese Nebenprodukte und erhält den Hochglanz über die gesamte Lebensdauer der Form von 5 Millionen Zyklen. Für Anwendungen in koreanischen Reinräumen der pharmazeutischen Industrie, wo sterile Reinigungslösungen ungeschützten Stahl angreifen können, ist S136 daher unerlässlich.

Am besten geeignet für: Klarheitskritische Vorformlinge, Blasformkörper für die koreanische Kosmetikindustrie, Reinraumwerkzeuge für die Pharmaindustrie, alle Anwendungen, die eine SPI A-1-Spiegelpolitur erfordern.

Vermeiden bei: Strukturelle Grundplatten (überdimensioniert teuer), stark verschleißende Auswerferkomponenten (H13 ist besser), Formbasen, die nicht mit Kunststoff in Berührung kommen (P20 ist besser und billiger).

4. H13: Hohe Verschleißfestigkeit

H13 ist ein Warmarbeitsstahl, der ursprünglich für Druckgussanwendungen entwickelt wurde und nun für ISBM-Formen mit außergewöhnlicher Verschleißfestigkeit unter hochzyklischen Produktionsbedingungen eingesetzt wird. Seine Chrom-Molybdän-Vanadium-Legierungszusammensetzung (5 % Cr, 1,5 % Mo, 1 % V) sorgt für hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen sowie ausgezeichnete Abriebfestigkeit gegenüber den kontinuierlichen Gleit- und Stoßbelastungen, denen stark beanspruchte Formbauteile ausgesetzt sind.

Für koreanische Getränkeabfüller, die jährlich über 10 Millionen 500-ml-Wasserflaschen pro Artikelnummer produzieren, erreichen H13-Vorformlinge eine Lebensdauer von 3 bis 5 Millionen Anwendungen vor der Überholung, im Vergleich zu 1 bis 2 Millionen bei weniger robusten Stählen. Die Mehrkosten gegenüber S136 oder 718H liegen typischerweise bei 20 bis 30 Prozent, die längere Lebensdauer kompensiert den Aufpreis jedoch mehr als. Bei der Verarbeitung von recyceltem PET (rPET), wo abrasive Verunreinigungen aus dem Recyclingstrom den Verschleiß der Formlinge beschleunigen, ist H13 die Standardspezifikation, da weniger robuste Stähle vorzeitig versagen.

Der Kompromiss liegt in der Polierbarkeit. H13 lässt sich für einigermaßen klare Flaschen bis zum SPI-B-1-Finish polieren, erreicht aber nicht das optische SPI-A-1-Finish von S136. Für Flaschen, bei denen Stoßfestigkeit und Langlebigkeit wichtiger sind als die Transparenz des Glases – wie z. B. Wasserflaschen, Sportgetränkeflaschen, Behälter für Reinigungsmittel oder Vorratsgläser – ist H13 die richtige Wahl. Für die Transparenz von K-Beauty-Kosmetik ist H13 jedoch nicht ausreichend, und S136 ist erforderlich.

Am besten geeignet für: Hochleistungsfähige Getränkeherstellung, rPET-Verarbeitung, hochbelastbare Halsringe, Gleitauswerferkomponenten, Anwendungen, bei denen die Verschleißfestigkeit wichtiger ist als die Polierqualität.

Vermeiden bei: Hochwertige kosmetische Kavitäten (S136 besser), Reinraumanwendungen in der Pharmaindustrie, die einen passiven Korrosionsschutz erfordern, Formbasen (P20 ist gleichwertig, jedoch kostengünstiger).

5. 718H: Das vielseitige Arbeitstier

718H ist ein vorgehärteter, nickellegierter Werkzeugstahl, der sich zwischen dem hochwertigen S136 und dem kostengünstigen P20 einordnet. Sein Nickelgehalt (ca. 1 % Ni zusätzlich zur Standardzusammensetzung von P20) sorgt für eine leicht verbesserte Zähigkeit, Bearbeitbarkeit und Dimensionsstabilität im Vergleich zu reinem P20. 718H wird ab Werk vorgehärtet auf HRC 30–35 geliefert, wodurch eine Wärmebehandlung nach der Bearbeitung entfällt. Dies reduziert die Werkzeugfertigungszeit um 3 bis 5 Werktage im Vergleich zu Stählen, die nach der Bearbeitung vakuumgehärtet werden müssen.

Unser Ingenieurteam verwendet 718H als Standardspezifikation für Kernstäbe, Vorformlinge mit mittlerer Lebensdauer für Standard-PET-Anwendungen und allgemeine Formteile, bei denen die Anwendung keine Premium-Leistung von S136 oder H13 erfordert. Bei koreanischen Projekten mit einer Produktion von 1 bis 3 Millionen Flaschen pro Jahr und Artikelnummer (SKU) erreichen Werkzeuge aus 718H eine Lebensdauer von 2 bis 3 Millionen Schüssen zu 60 bis 75 Prozent der Kosten vergleichbarer Konfigurationen aus S136. Die Wirtschaftlichkeit ist besonders vorteilhaft für Anwendungen in der Kosmetik- und Getränkeindustrie mit mittleren Produktionsvolumina, bei denen der Preisaufschlag für Spitzenstahl nicht gerechtfertigt ist.

Am besten geeignet für: Kernstäbe, Vorformlinge im mittleren Lebenszyklus für allgemeine PET-Anwendungen, kostensensible Projekte im Bereich von 1-3 Millionen Flaschen pro Jahr, allgemeine Werkzeuge, bei denen keine extreme Verschleißfestigkeit erforderlich ist.

Vermeiden bei: Anwendungen mit kritischen Anforderungen an die Reinheit (S136 besser), Getränke mit hohem Durchsatz >10 Mio. Flaschen/Jahr (H13 besser), rPET-Verarbeitung (H13 besser).

6. Unterstützende Werkstoffe: P20, NAK80, Al 7075, S45C

Neben den drei oben genannten Kernsorten werden für eine vollständige ISBM-Form typischerweise vier weitere Stahlsorten für die tragenden Bauteile verwendet. Jede dieser Sorten erfüllt eine spezifische Funktion, die ihre Auswahl gegenüber den Alternativen rechtfertigt.

P20: Die Grundplattennorm

P20 ist der universelle Standard für Formgrundplatten, Plattenträger und andere Strukturbauteile, die nicht mit dem Kunststofffluss in Berührung kommen. Es bietet ausreichende Steifigkeit bei geringen Kosten und hervorragender Bearbeitbarkeit. P20 ist nicht die richtige Wahl für Kavitätenoberflächen oder Verschleißteile, aber fast immer die richtige Wahl für Strukturträger, die ausschließlich Druckkräften ausgesetzt sind.

NAK80: Die S136-Alternative

NAK80 ist ein in Japan entwickelter, vorgehärteter Werkzeugstahl (JIS G4404) mit ähnlichen Eigenschaften wie S136, jedoch schweißbar. Dies ermöglicht die Nachbearbeitung und Reparatur beschädigter Kavitäten ohne kompletten Austausch. NAK80 wird mitunter anstelle von S136 spezifiziert, wenn der Kunde zukünftige Änderungen an den Kavitäten plant. Die Polierbarkeit ist zwar etwas geringer als bei S136 (erreicht SPI A-2, aber nicht A-1), die Schweißbarkeit bietet jedoch mehr Flexibilität im Betrieb.

Aluminium 7075-T6: Die Option zur Gewichtsreduzierung

Al 7075-T6 ist ein Aluminium in Luft- und Raumfahrtqualität, das für Blasformkörper in der Kosmetikindustrie eingesetzt wird, wo es bei Kleinserien auf geringes Gewicht ankommt und eine lange Lebensdauer wichtiger ist. Aluminium-Blasformkörper wiegen etwa 35 Prozent weniger als vergleichbare Stahlkonstruktionen, wodurch der Verschleiß des Servo-Indexiersystems der Maschine im Hochgeschwindigkeitsbetrieb reduziert wird. Al 7075-Blasformkörper erreichen eine Lebensdauer von 500.000 bis 800.000 Anwendungen – ausreichend für K-Beauty-Kampagnen mit 20.000 bis 100.000 Einheiten pro Produkt, aber nicht ausreichend für die langfristige Getränkeproduktion.

S45C: Das Heißkanal-Basismaterial

S45C-Mittelkohlenstoffstahl ist die Standardspezifikation für Heißkanal-Montagebasen und nicht geschäftskritische Bauteile, bei denen Kosteneffizienz eine Rolle spielt. Unser Standardwerkzeug ASB-12M (15 ml) verwendet eine Heißkanalbasis aus S45C mit den Abmessungen 430 × 140 × 30 mm, wie in unserer Spezifikation detailliert beschrieben. Dokumentation zur 15-ml-KernformS45C bietet ausreichende Steifigkeit und thermische Stabilität zu weniger als der Hälfte der Kosten von Werkzeugstahlsorten und eignet sich daher für Bauteile, die keine Premium-Metallurgie erfordern.

7. Kosten-Nutzen-Analyse

Die wirtschaftlichen Vorteile der Wahl von Premiumstahl werden deutlich, wenn man die Gesamtkosten pro produzierter Million Schüsse anstatt der reinen Werkzeugkosten berechnet. Premiumstahl ist zwar in der Anschaffung teurer, ermöglicht aber die Produktion von mehr Flaschen, bevor eine Aufarbeitung nötig wird. Daher sind die Kosten pro Million Schüsse trotz des höheren Kaufpreises in der Regel niedriger als bei vergleichbaren Stählen.

Die Zahlen sprechen für sich: Standard-40Cr-Stahl oder vergleichbarer Stahl mit niedriger Spezifikation erscheint mit 40 Prozent des Preises von S136 zwar günstig, doch bei einer Lebensdauer von 500.000 Schüssen sind die Kosten pro Million Schüsse mehr als viermal so hoch wie bei hochwertigem S136. Die koreanischen Verpackungshersteller, die sich 2021 für die günstigste Werkzeugoption entschieden haben, werden voraussichtlich 2024 und 2025 für ihren dritten Werkzeugwechselzyklus zurückkehren – und haben insgesamt deutlich mehr ausgegeben, als wenn sie beim ersten Mal Premiumstahl gekauft hätten.

8. Entscheidungsbaum zur Stahlauswahl

Für koreanische Einkäufer, die für ein neues Projekt Formenstahl spezifizieren, deckt der untenstehende Entscheidungsbaum die überwiegende Mehrheit der realen Anwendungsfälle ab. Beantworten Sie die vier Fragen der Reihe nach, und die empfohlene Spezifikation ergibt sich am Ende.

1. Ist eine spiegelglatte Optik erforderlich?
   → Ja: S136 für Hohlraumoberflächen (für andere Bauteile zu Q2 wechseln)
   → Nein: Fahren Sie mit H13 oder 718H basierend auf den nachfolgenden Fragen fort.
2. Liegt das jährliche Produktionsvolumen über 10 Millionen Flaschen pro Jahr und Artikelnummer?
   → Ja: H13 für Kavitätenoberflächen zur Maximierung der Verschleißlebensdauer
   → Nein: 718H ist für Anwendungen mit mittlerem Volumen ausreichend.
3. Ist das Harz abrasiv (rPET, gefüllte Compounds, faserverstärkt)?
   → Ja: H13 ist für Hohlraumoberflächen unabhängig von anderen Faktoren obligatorisch.
   → Nein: Verfahren gemäß den Ergebnissen des 1. und 2. Quartals
4. Sind Kernstangen, Auswerferkomponenten und Halsringe Teil des Projekts?
   → Kernstäbe: Standard 718H, H13 für Schwerlastanwendungen
   → Auswerferplatten: S45C mit Präzisionsschliff
   → Halsringe: Nitrierter Werkzeugstahl oder H13 zur Sicherstellung der Gewindetoleranz
   → Grundplatten: P20 Universal
   → Heißlaufbasis: S45C

Für unklare Fälle oder Anwendungen außerhalb dieses Entscheidungsbaums – ungewöhnliche Harze, extreme Zyklusanforderungen, spezifische koreanische Vorschriften – bietet unser Ingenieurteam im Rahmen jedes Projekts eine individuelle Stahlspezifikationsanalyse an. Kundenspezifisches ISBM-FormenprojektAbwägung der Anschaffungskosten mit der voraussichtlichen Nutzungsdauer unter Berücksichtigung Ihrer spezifischen Produktionsrealitäten.

9. Fazit: Die richtige Stahlsorte für die jeweilige Anwendung auswählen

Die Spezifikation des Formstahls ist eine der wichtigsten Entscheidungen beim Kauf von Werkzeugen für die koreanische ISBM-Industrie, wird aber von Einkäufern, die sich auf Kavitätenanzahl, Zykluszeit und Liefertermin konzentrieren, häufig vernachlässigt. Die richtige Stahlspezifikation ordnet jedes Bauteil seiner mechanischen Funktion zu: S136 für Kavitäten mit kritischen Reinheitsanforderungen, H13 für stark verschleißende Bauteile und rPET-Anwendungen, 718H für Standard-Kernstäbe und Kavitäten mit mittlerer Lebensdauer, P20 für strukturelle Grundplatten, S45C für Heißkanal-Montagebasen, NAK80 für schweißbare Reparaturmöglichkeiten und Al 7075 für gewichtsreduzierte Blaskammformen in Kleinserien.

Die Wirtschaftlichkeit spricht eindeutig für hochwertigen Stahl, wenn man die Kosten pro Million Schüsse anstatt des reinen Anschaffungspreises betrachtet. Koreanische Verpackungshersteller, die sich in der Investitionswelle 2020–2022 für die günstigste Werkzeugoption entschieden haben, müssen diese Werkzeuge nun dreimal so häufig wie erwartet austauschen und haben insgesamt mehr ausgegeben, als hochwertige Werkzeuge von Anfang an gekostet hätten. Genau diese teure Lektion hilft unser Ingenieurteam neuen Kunden regelmäßig zu vermeiden, indem es ihnen bereits beim ersten Werkzeugprojekt die optimale Stahlmischung vorschlägt.

Ever-Power legt standardmäßig für jede Komponente jedes kundenspezifischen Formenbauprojekts die Stahlsorte fest und dokumentiert die Gründe für jede Auswahl in der technischen Zeichnung zur Prüfung und Genehmigung durch den Kunden. Wenn Sie ein neues Formenbauprojekt evaluieren, vorzeitigen Verschleiß an bestehenden Werkzeugen beheben oder einen Werkzeugerneuerungszyklus planen, kann unser Ingenieurteam eine Stahlauswahlprüfung durchführen und Ihnen auf Ihre spezifischen Produktionsbedingungen in Korea zugeschnittene Empfehlungen geben.