Hybridteile für die Elektronik auf einer Spritzgießmaschine herstellbar

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

Schages GmbH & Co.KG

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westf. TH Aachen

Ferromatik Milacron GmbH

Die Kombination des Kunststoff-Spritzgießens und des Metall-Druckgießens zu einem hybriden Mehrkomponentenprozess soll die Fertigung elektrisch leitfähiger Kunststoff-Metall-Bauteile auf einer Maschine – in einem Werkzeug – ermöglichen. Die Fertigung erfolgt in Anlehnung an etablierte Varianten des Mehrkomponenten-Spritzgießens von Kunststoffen (Bild 2).

Kunststoff-Metall-Kombinationen müssen sich gemeinsam verarbeiten lassen

Die Kunststoff-Metall-Kombinationen sind so auszuwählen, dass sie sich für eine gemeinsame Verarbeitung im hybriden Mehrkomponentenprozess eignen. Der in einem ersten Schritt hergestellte thermoplastische Kunststoffträger darf durch die nachfolgende Überspritzung mit Metalllegierung nicht thermisch geschädigt oder mechanisch unzulässig belastet werden.

Um grundsätzlich in den Verarbeitungstemperaturbereich der Thermoplaste zu gelangen, kommt eine sogenannte niedrig schmelzende Metalllegierung auf Basis von Zinn und Zink zur Anwendung. Aufgrund der Zusammensetzung der Legierungspartner ergibt sich ein Schmelzpunkt von 200 °C.

Polyamid- und PPS-Träger halten Schmelzpunkt von Metallen stand

Die auszuwählenden Thermoplaste müssen eine ausreichende Wärmeformbeständigkeit haben, um im Verarbeitungsprozess nicht unzulässig thermisch degradiert oder mechanisch deformiert zu werden. Thermoplastische Kunststoffe, die diese Anforderungen grundsätzlich erfüllen, sind beispielsweise Polyamid (PA) und Polyphenylensulfid (PPS).

Zur Umsetzung des hybriden Mehrkomponentenprozesses wurde am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen eine Spritzgießmaschine (Modell K-Tec 200 S/2F von Ferromatik Milacron Maschinenbau, Malterdingen) um ein Aggregat zur Verarbeitung der niedrig schmelzenden Metalllegierung erweitert. Sind beim Kunststoff-Spritzgießen Beistellaggregate zur Aufrüstung von Standard- zu Mehrkomponenten-Maschinen seit knapp 20 Jahren Stand der Technik, existieren solche modularen Anbaueinheiten für das Metall-Druckgießen nicht.

Aus diesem Grund wurde in Zusammenarbeit mit der Structoform GmbH, Aachen, eine bestehende Plastifizier- und Einspritzeinheit aus dem Bereich der Kunststoffverarbeitung grundlegend modifiziert und für die Verarbeitung der sehr niedrigviskosen Metalllegierungen optimiert (Bild 3). Entwicklungsbasis waren das Kunststoff-Mikrospritzgießen und das Warmkammer-Druckgießen von Metallen.

Als Granulat zugeführte Metalle über Wärmeleitung aufgeschmolzen

Das Aggregat verfügt über einen getrennten Dosier- und Einspritzkolben. Der in Huckepack-Konfiguration angeordnete Dosierkolben sorgt für ein reproduzierbares Dosieren kleiner Schussgewichte. Die in Granulatform über einen Trichter zugeführte Metalllegierung wird im Bereich des Dosierkolbens über Wärmeleitung aufgeschmolzen und Schuss für Schuss in den Einspritzkolben gefördert.

Der in Anlehnung an das Druckgießen optimierte Einspritzkolben sorgt für ein reproduzierbares Einspritzen der Metalllegierung (Bild 4). Er verfügt dazu über zwei im aufgeheizten und montierten Zustand mittels einer Mutter gegen die Zylinderwand verspannbare Trapezringe aus einer Metalllegierung mit hoher Verschleißfestigkeit und guten Gleiteigenschaften.

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