Kunststoffbauteile mit Cool-Touch-Effekt in einem Prozessschritt herstellen

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

Xometry Europe GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

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

IBF Institut für Bildsame Formgebung RWTH Aachen

Die Forderung nach einem kostengünstigen Bauteil lässt sich nur unter Verwendung eines möglichst dünnen Metallblechs erfüllen. Dennoch muss das Bauteil beim Berühren noch einen Cool-Touch-Effekt haben.

Kunststoff-Hinterspritzen für Metallbleche ab 0,2 mm Dicke gefordert

Dieser Effekt lässt sich mit der Kontakttemperatur begründen, die beim Berühren zwischen zwei Körpern vorliegt. Ein hohes Kälteempfinden tritt bei einer niedrigen Kontakttemperatur auf, die durch eine schnelle Wärmeableitung der Körperwärme in das Dekor auftritt.

Die entscheidenden Faktoren dafür sind die Dekordicke, seine Wärmeleitfähigkeit sowie der Wärmeübergangswiderstand zwischen Mensch und Bauteiloberfläche. In der Praxis haben sich Metalle ab einer Dicke von 0,2 mm für Anwendungen mit Cool-Touch-Effekt bewährt.

Für die praktischen Versuche am IKV wurde ein Werkzeug konzipiert (Bild 4). In diesem Werkzeug werden Edelstahl- und Aluminiumbleche unterschiedlicher Dicken positioniert und mit dem glasfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoff PC/ABS GF20 hinterspritzt.

Metallumformung während des Kunststoff-Einspritzens bis zum Beginn des Nachdrucks

Dabei kommt es durch Umformen der Bleche zur Strukturbildung, wobei dieser Prozess während des Einspritzens bis zum Beginn des Nachdrucks erfolgt. Beim Auftreten des höchsten Werkzeuginnendrucks ist die Verformung abgeschlossen. Gemessen und ausgewertet wird das dreidimensional gemessene Volumen einer einzelnen Struktur, was als Maß für die Umformqualität dient.

Die wichtigsten beobachteten Einflüsse auf das Volumen sind die Prozessparameter Werkzeuginnendruck und Werkzeugtemperatur (Bild 5). Wie leicht ersichtlich ist, wird die Abformung mit steigendem Innendruck besser. Zudem wirkt sich eine hohe Temperatur des Spritzgießwerkzeugs positiv auf die Umformung aus, weil die zur Umformung des Metalls benötigten Fließspannungen sinken und die Kunststoffschmelze eine bessere Druckübertragung erlaubt.

Kunststoff-Hinterspritzen von Metall mit Streckziehen vergleichbar

Eine genaue Analyse des Umformvorgangs macht klar, dass der betrachtete Prozess als Streckziehen beschrieben werden kann. Die Blechverformung erfolgt nur durch Ausdünnung des Blechs im Bereich der Struktur.

Bei zu großer Umformung besteht die Gefahr des Reißens an kritischen Stellen der Strukturen. Bei der Verwendung von Aluminiumblechen tritt eine Spannungsüberhöhung im Bereich der Flanke auf (Bild 6), was zunächst zu einer Materialausdünnung und später zur Rissbildung führt.

Günstigere Bauteilentwicklung durch angestrebte Prozesssimulation

Die Abbildung der in der Praxis beobachteten Effekte wird zurzeit in einer Simulation umgesetzt. Dazu wird eine Metallumformsimulation mit einer Spritzgießsimulation gekoppelt, um den gesamten Prozess rechnerisch abzubilden. Diese Kopplung beinhaltet die Berücksichtigung der lokal unterschiedlichen Drücke und Temperaturen. Sie ist in der Lage, die erzielte Umformung als Ergebnis in Abhängigkeit von den Prozessparametern auszugeben.

Die integrierte Herstellung von metalldekorierten Verbundformteilen ermöglicht einen Verzicht auf Montageschritte und damit eine Verkürzung der Prozesskette. Die angestrebte Simulation wird Möglichkeiten bieten, die Zeit und Kosten der Entwicklung metallisch veredelter Produkte erheblich zu verringern.

Das Forschungsvorhaben 278 ZN der Forschungsvereinigung „Kunststoffverarbeitung“ wurde im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung“ (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF finanziert. Beiden Institutionen gilt unser ausdrücklicher Dank.

* Prof. Dr.-Ing. Walter Michaeli leitet das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen, Dipl.-Ing. Roland Mäsing ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am IKV

(ID:24660440)