Spritzgiessen Umspritzen von Metallteilen führt zur funktionellen Aufwertung

Durch Umspritzen mit Kunststoff erhalten Metallteile Eigenschaften, die der Grundwerkstoff nur begrenzt oder gar nicht bieten kann. Der Prozess findet auf Standardmaschinen statt. Die Spritzgießformen werden geometrisch an die metallischen Einlegeteile angepasst, um hohe Maßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit zu erzielen. Gerade bei metallischen Druckgussteilen setzt das viel Kompetenz voraus.

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Um den heutigen technischen Anforderungen an Bauteile und deren Anwendungen gerecht zu werden, ist es immer häufiger notwendig, über neue technische Lösungen nachzudenken. Dabei bildet das Umspritzen metallischer Bauteile mit Kunststoffen in vielen Bereichen eine optimale Lösung.

Das Verfahren basiert auf einem standardisierten Kunststoff-Spritzgießverfahren, bei dem in eine speziell angepasste Spritzgießform Bauteile aus einem Vorprozess eingelegt werden. Die so entstandenen Hybridbauteile werden heute nicht nur in der Elektroindustrie, sondern auch im Automobilbau eingesetzt (Bild 1).

Das dazu angewendete Verfahren „läuft“ auf Standard-Spritzgießmaschinen. Speziell auf das Umspritzen von Einlegeteilen abgestimmt sind lediglich die Spritzgießformen, die eine hohe Toleranzgenauigkeit erforderlich machen und bei Mehrfachauslegung einer hohen Wiederholgenauigkeit der Bauteile sowie der Einzelgravuren bedürfen. Zur Anwendung kann dabei die Mehrplattentechnik kommen, sowohl mit als auch ohne Heißkanalsystem.

Standardmaschinen bieten Vorteile

Der Vorteil der Verwendung von Standardmaschinen liegt nicht nur darin, Einlegeteile mit einem, sondern gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Kunststoffen zu umspritzen, zum Beispiel mit einem Thermoplast und einem Duroplast. Dabei spricht man von der 2-Komponenten-Spritzgießtechnik (Bild 2). Die metallischen Bauteile werden dazu in die Spritzgießform eingelegt und partiell mit dem gewünschten Kunststoff umspritzt.

Die Voraussetzung für ein optimales Ergebnis des Umspritzprozesses sind hochgenaue und wiederholgenaue Bauteile. Diese Anforderung stellt besonders hohe Ansprüche an Bauteile, die in Prozessen gefertigt werden, die durch ihr Fertigungsverfahren mit entsprechenden Formtoleranzen leben müssen.

Gerade bei Mehrfachformen in unterschiedlichen Herstellungsprozessen – zum Beispiel 8-fach-Form im Druckguss und einer 4-fach Form beim Umspritzen (Bild 3) – ist ein exaktes An- und Einpassen der Formen an die zu umspritzenden Bauteile eine wichtige Voraussetzung. Nur so kann die Spritzgießform sauber die zu umspritzenden Bereiche von den nicht zu umspritzenden Bereichen des Einlegeteils trennen und abdichten. Grundvoraussetzung zur Erreichung des optimalen Ergebnisses für das spätere Bauteil ist die frühzeitige Einbindung aller mitwirkenden Bereiche während der Bauteilentwicklung.

Werkstoffkombination führt zu Synergieeffekten

Die Vorteile dieses Verfahrens und der daraus entstehenden Produkte liegen klar auf der Hand: Neben der reinen Werkstoffkombination – zum Beispiel Metall und Kunststoff – können auch die spezifischen Vorteile der einzelnen Werkstoffe kombiniert werden. Dabei führen die hohen Festigkeiten von Metallen in Kombination mit den Dämpfungs- und/oder Gleiteigenschaften von Kunststoffen zu sehr vorteilhaften Synergieeffekten.

So nutzen heute Gleiter im Bereich des Schiebedachs diese Vorteile für dauerhaft leicht gleitende Bauteile, gepaart mit geräuschreduzierter Bewegung. Die dabei geforderten Toleranzen können ideal erzeugt werden, weil Toleranzen, die sich aus einer Montage ergeben würden, entfallen. Ein weiterer erheblicher Vorteil ist der Entfall der Montage der zu kombinierenden Bauteile selbst. Diesbezüglich ist auch dauerhaft das Problem eines Verlusts des montierten Kunststoffbauteils eliminiert.

Aufgebrachte Dichtflächen verbleiben positionsgenau

Ein darüber hinaus nutzbarer Effekt aus dem Kunststoff-Umspritzen ist das feste Aufbringen von Dichtflächen, die positionsgenau bei der Montage an ihrem Platz verbleiben und somit die geforderte Funktion erfüllen. Betrachtet man zum Abschluss noch die Kombination der unterschiedlichen spezifischen Gewichte der kombinierten Werkstoffe, kann bei entsprechendem Einsatz durch die Kombination Kunststoff–Metall auch Gewicht eingespart werden. Hybridbauteile, die durch das Umspritzen mit Kunststoffen erzeugt wurden, liefern Vorteile für unterschiedlichste Anwendungsbereiche, die Bauteile aus Monowerkstoffen nicht erreichen können.

TMG Zitzmann fertigt seit 46 Jahren Zink- und Magnesiumdruckgusseile für die Bereiche Automotive und Non-Automotive. Seit Mitte der achtziger Jahre wurde das Kunststoff-Spritzgießen in den Fertigungsprozess integriert, um Hybridbauteile im Druckguss und Spritzgießverfahren fertigen zu können. Die Kunststoff-Spritzerei von TMG Zitzmann hat über 15 Maschinen mit Schließkräften von 250 bis 1100 kN. Auf den Maschinen werden sehr unterschiedliche Kunststoffe verarbeitet, etwa Polyamid, POM und thermoplastische Elastomere. Außer Dämpfungsfunktionen können Kunststoffe bei Hybridbauteilen unter anderem auch Gleiteigenschaften und einen besseren Korrosionsschutz wahrnehmen.

TMG Zitzmann bietet die Fertigung von Hybridteilen als geschlossene Prozesskette an. Zentraler Bestandteil ist dabei der Metall-Druckguss. Verfahren wie Kunststoffumspritzung, mechanische Metallbearbeitung und Oberflächenveredelung tragen diesbezüglich zu einer gesteigerten Wertschöpfung bei. MM

Dipl.-Ing. Dirk Schulte ist Vertriebsleiter bei der TMG Zitzmann GmbH in 96342 Stockheim. Jens Söldner ist Technischer Leiter im selben Unternehmen. Weitere Informationen: Dirk Schulte, Tel. (0 92 65) 8 09-0, Fax (0 92 65) 8 09-10, d.schulte@tmg-zitzmann.de

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